1、GPRS基本原理課程目的n學習完本課程，你將能夠：l了解GPRS的網絡特點和結構l理解GPRS的各種接口和協議目錄nGPRS網絡概述網絡概述nGPRS無線接口原理什么是GPRS？n GPRS General Packet Radio Servicel 分組交換在數據應用方面對頻率利用的效率則高得多l GPRS移動IP，是GSM的無線接入技術和Internet分組交換技術的結合GPRS的產生與發展nGPRS 產生與發展l GPRS是在現有的GSM移動通信系統基礎之上發展起來的一種移動分組數據業務。GPRS系統可以看作是對原有的GSM電路交換系統進行的業務擴充，以滿足用戶利用移動終端接入Inter

2、net或其它分組數據網絡的需求。l GPRS通過在原GSM網絡基礎上增加一系列功能實體來實現對分組數據的傳輸，新增功能實體和軟件升級后的原GSM功能實體組成GSM-GPRS網絡，作為獨立的網絡實體完成GPRS數據業務，原GSM網絡則完成電路業務。l 優勢l 充分利用現有網絡l Internet 實現l 頻譜效率高l 按流量計費CS-19.05 kbit/sCS-213.4 kbit/sCS-315.6 kbit/sCS-421.4 kbit/sCoding schemeBit rate1/2 2/3 3/41Code rate184274318440Radio block excl. BCS4

3、0161616BCS444-Tail456588676456Coded bits01322200Punctured bitsGPRS特點nGPRS特點l 適用于非周期性的突發數據業務l 上下行鏈路可不對稱，數據速率可變l 靈活的資源管理方式n 無線口資源被GSM語音和GPRS數據業務動態共享n 信道分配靈活，MS與信道的多種映射關系n 一個MS可同時進行多個數據會話l 編碼方案CS-1CS-4，數據速率：9.05171.2kbit/sl 支持主要的接口定義包括Internet，X.25和SMSl 和GSM基礎設施共享，網絡運營費用降低，按數據量收費GPRS業務n承載業務lWWW瀏覽、FTP、W

4、AP、E-mail。l PTPn無連接的PTP業務(PTP-CLNS)：如IPn面向連接的PTP業務(PTP-CONS）：如X.25lPTM：GPRS第二階段提供n PTM-M（組播）n PTM-G（群呼）n IP-M（組播）GPRS業務n電信業務l PTP: E-mail、電子監控、在線游戲l PTM：天氣預報l 移動IPn 補充業務l 適用于GPRS的GSM phase2補充業務l GPRS特定的補充業務GPRS業務與現有業務的關系n與GSM SMS業務的關系n與電路交換業務的關系l三種網絡工作模式l三類終端n 兩種業務配合工作的幾種情形l聯合的GPRS/IMSI附著以及分離功能l聯合的路

5、由區/位置區更新功能lB類MS的懸置/恢復程序功能l經過GPRS網絡實現電路交換業務尋呼功能GPRS業務質量nQoS（Quality of Service）n優先等級 Service precedence (priority) l可靠性等級 Reliabilityl延時等級 delayl峰值吞吐量等級 Peak Throughputl平均吞吐量等級 Average Throughput系統消息系統消息系統消息1系統消息3系統消息5系統消息13系統消息4系統消息2測量報告干擾測量干擾測量鄰小區鄰小區BCCH小區接入小區選擇與控制小區選擇與控制頻率與分配頻率與分配其他系統消息GPRS主要系統消息R

6、RBSSMSCPSTNSS7 NetworkEIRHLR/AUCSMS-GMSCFirewallFirewallFirewallRouterRouterServerServerSGSNInter-PLMN networkPTM-SCGGSNBorderGatewayGPRSBackboneIP basedGPRSInfrastructureData Network(Internet)Data Network X.25UmR/SPCUGPRS網絡結構RLC/MAC層功能層功能完成無線資源管理功能完成無線資源管理功能l下行鏈路上：LLC層的PDU分割成RLC數據塊；l上行鏈路上：RLC數據塊重組成

7、LLC層的PDU；lPDCH上行鏈路ARQ協議，包括RLC塊的ACK/NAKlPDCH下行鏈路ARQ協議，包括RLC塊的緩沖和重傳lPDCH安排上行和下行數據傳送的時隙資源；l信道接入控制功能，如接入請求、接入準許；l無線信道管理功能，如功率控制、擁塞控制、廣播控制消息等。無線接口處理無線接口處理lGb接口處理lAbis接口處理功能PCU功能網絡接入控制網絡接入控制l鑒權加密lIMEI檢查路徑管理路徑管理lSGSN-BSS之間數據傳輸路徑管理l移動性管理l會話管理邏輯鏈路管理邏輯鏈路管理lSGSN-MS之間邏輯鏈路的管理l支持確認/不確認傳輸路由路由和隧道和隧道傳輸傳輸l壓縮與解壓l用戶數據的

8、存儲轉發l路由選擇l地址翻譯和映射l封裝與隧道傳輸用戶信息管理用戶信息管理l移動性信息l簽約信息計費管理計費管理l收集無線資源使用情況SGSN功能網絡接入控制網絡接入控制l消息過濾l計費信息收集動態分配動態分配IP地址地址移動性移動性和和會話會話管理管理業務管理業務管理l用戶數據的存儲轉發l對APN進行管理路由選擇與轉發路由選擇與轉發l移動性信息l簽約信息計費管理計費管理l對外部網絡的使用信息收集GGSN功能HLR功能n保存GPRS用戶簽約數據n用戶鑒權n提供移動性管理和路由選擇所需的位置/路由信息及相關處理， 如：l保存和更新用戶服務SGSN號碼和地址lGPRS用戶位置刪除指示lMS是否可及

9、標志l用戶跟蹤（可選）MSC/VLR附加功能nSGSN通過Gs接口與MSC相連（Gs接口可選）l聯合IMSI/GPRS附著/分離l聯合位置區/路由區更新l電路尋呼協調功能n提高無線資源利用率qCG功能功能m實時采集GPRS話單m臨時存儲和緩沖GPRS話單mGPRS話單預處理m向計費中心傳送GPRS話單mCG重定向qBG功能功能m BG實現以下運營商互通必須的協議l安全性協議：推薦使用IPSec和防火墻l 路由協議：推薦使用BGPl 計費協議：運營商協商確定，也許需要BG收集計費信息m 一般基于路由器m可與GGSN合設GPRS網絡結構和功能GPRS對SMS的支持nSGSN通過Gd接口與短信中心相

10、連能夠通過GPRS發送短消息，減少對SDCCH的占用，從而減少 nSMS業務對話音業務的影響l原有短消息信息源可以共享l可以由運營者來選擇優先通過MSC還是SGSN來傳送SMSGPRS PLMNGGSN防火墻外部IP網GiISP企業網DNS服務器Radius服務器WWW/Email/FTP服務器DHCP服務器透明接入透明接入非透明接入非透明接入與外部PDN相連BTSSGSNGGSNBSCMSC/VLRGi GnGrGsGb GnAHLRIP NetworkGPRSBackbone BGOther PLMNGpPCUSGSNGGSN Gn GnBGSS7GPRS網絡接口MSUmAbis主要接口功

11、能nUm接口lMS完成與GPRS網絡的通信，完成分組數據傳送、移動性管理、會話管理、無線資源管理等多方面的功能。nGb接口l通過該接口SGSN完成同BSS系統、MS之間的通信，以完成分組數據傳送、移動性管理、會話管理方面的功能。該接口是GPRS組網的必選接口。nGi接口lGi接口是GPRS與外部分組數據網之間的接口。GPRS通過Gi接口和各種公眾分組網如Internet或ISDN網實現互聯，在Gi接口上需要進行協議的封裝/解封裝、地址轉換、用戶接入時的鑒權和認證等操作。主要接口功能nGn接口lGn接口是GRPS支持節點間接口，即同一個PLMN內部SGSN間、SGSN和GGSN間接口，該接口采用

12、在TCP/UDP協議之上承載GTP的方式進行通信。nGs接口lSGSN通過Gs接口和MSC配合完成對MS的移動性管理功能，包括聯合的Attach/Detach、聯合的路由區/位置區更新等操作。SGSN還將接收從MSC來的電路型尋呼信息，并通過PCU下發到MS。n其他接口lGr、Gd、GP、Gc、Gf。GSM RFMACRLCLLCSNDCPIP/X.25ApplicationGSM RFMACRLCL1 bisNetworkServiceBSSGPRelayL1 bisNetworkServiceBSSGPL1L2IPL1L2IPUDP/TCPGTPIP/X.25LLCSNDCPUDP/TCP

13、GTPRelayMSBSS/PCUSGSNGGSNUmGbGnGiGPRS數據傳輸平臺GPRS數據傳輸平臺n物理層l分為無線射頻層和物理鏈路層nL1bis、L1、L2協議l在GPRS規范中沒有規定，各廠商的解決辦法可能不同。nRLC/MAClRLC為上層業務提供可靠的無線鏈路，MAC層負責處理信道定位和復用，RLC/MAC層共同形成了具有Um接口的OSI第二層協議，使用物理鏈路層提供的業務。GPRS數據傳輸平臺nNSlNS屬于傳輸BSSGP協議數據單元。它建立在BSS和SGSN之間幀中繼連接的基礎之上，并且可以穿越幀中繼交換節點網絡。nBSSGPl在下行鏈路中，由SGSN向BSS提供實現RLC

14、/MAC功能所需的無線信息；在上行鏈路中，由BSS向SGSN提供從RLC/MAC得到的無線信息，并使兩個不同的節點（BSS和SGSN）實現節點管理功能。該層傳送BSS和SGSN之間的路由相關和Qos相關信息，不執行糾錯。nRelaylBSS里的Relay的功能是中繼Um和Gb接口之間的LLC PDU。SGSN里的Relay的功能是中繼Gb和Gn接口之間的PDP PDU。GPRS數據傳輸平臺nLLCl提供移動臺和SGSN之間可靠保密的邏輯鏈路，該層獨立于下層無線接口協議，LLC層有確認模式和非確認模式兩種轉發模式。nSNDCPl承擔了在網絡層和底層之間映射和壓縮以及分段，排序和復用，屬于網絡層協

15、議。主要功能有：復用多個PDP；壓縮/解壓縮用戶數據和協議控制信息；將網絡協議數據單元（N-PDU）分割成邏輯鏈路控制協議數據單元（LL-PDU），或是反向重裝。GPRS數據傳輸平臺nGTPl該協議支持GPRS骨干網各支持節點之間的數據和信令傳輸，所有的PTP PDU PD都要用GTP封裝。nUDP/TCPl傳輸層協議，建立端到端連接的可靠鏈路，TCP具有保護和流量控制功能，確保數據傳輸的準確，TCP是面向連接的協議。UDP則是面向非連接的協議，UDP不提供錯誤恢復能力，也不關心是否已正確接收了報文，只充當數據報的發送者和接收者。nIPl用于路由用戶數據和控制信令的GPRS骨干網協議。GPRS

16、骨干網最初會基于IP版本4協議，最終會用版本6。目錄nGPRS網絡概述nGPRS無線接口原理無線接口原理邏輯信道分組業務信道分組控制信道PBCCH（下行）PCCCHPRACH(上行)PAGCH(下行)PPCH（下行）PDCCHPACCHPTCCH/D（下行）PSCSPDTCH/CS1PDTCH/CS2PDTCH/CS3PDTCH/CS4PNCH（下行）PTCCH/U（上行）GPRS邏輯信道類型GPRS邏輯信道類型n分組數據信道（PDCH）l分為分組業務信道和分組控制信道n分組業務信道(PDTCH) l單向業務信道：PDTCH/U，PDTCH/D n分組控制信道l廣播控制信道：PBCCHl公共控

17、制信道：PPCH，PRACH，PAGCH，PNCH（發送通知信息）l專用控制信道：PACCH，PTCCH/U（用來估計TA），PTCCH/D（發送TA更新信息）分組邏輯信道組合方式n分組邏輯信道（PDCH）組合l方式1：PBCCHPCCCHPDTCHPACCHPTCCH；l方式2：PCCCHPDTCHPACCHPTCCH；l方式3：PDTCHPACCHPTCCH。l 其中 PCCCH = PPCH + PRACH + PAGCH + PNCH。n小業務量l在GPRS業務量不大的情況下，一般小區內GPRS與電路業務共用BCCH和CCCH，此時小區內僅需要信道組合方式3。n隨著業務量的增大l小區內

18、需要配置分組公共信道，需要增加信道組合方式1和2。MS的多時隙能力nMS多時隙能力的概念l定義要素：最大接收時隙數（下行時隙）、最大發射時隙數（上行時隙）、最大總時隙數l定義：多時隙能力等級129；等級數越大，多時隙能力越強n影響MS多時隙能力的因素l是否能同時發送和接收l考慮MS做鄰近小區測量、收發信機發射和接收準備等時間要求l跳頻對時間要求影響的考慮l實現時的目標市場細化的考慮nBSS應根據MS的多時隙能力、請求的QoS以及當前資源配置情況進行最優資源分配。MS手機能力分類nA類l可同時附著在GPRS網絡和GSM網絡上，并可同時進行分組交換業務和電路交換業務。nB類l可同時附著在GPRS網

19、絡和GSM網絡上，但不能同時進行電路交換和分組交換業務。nC類l不能同時附著在GPRS網絡和GSM網絡上，GPRS業務和電路交換業務僅能選擇其中一種業務，未選中業務的狀態是斷開狀態，不能實現連接。T = PTCCH,I= Idle frameB0 - B11 = Radio blocks52 TDMA FramesB0B1B2TB3B4B5IB6B7B8TB9B10B11I0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7TDMA frameRLC Block 除了分組隨機接入信道和PTCCH/U外，其他分組邏輯信道的基本組

20、成單位都是BLOCK，BLOCK的占用次序是這樣規定的：(B0, B6, B3, B9, B1, B7, B4, B10, B2, B8, B5, B11)。分組邏輯信道的映射52復幀描述nPDCH 幀結構l一個52復幀包括12個無線塊l電路域中一個TDMA幀分為8個時隙l分配給GPRS 的時隙稱為PDCHl多個時隙可組合為一個PDCH組，每PDCH組最多可包含8個時隙l無線資源分配和無線傳輸以無線塊（BLOCK）為基本單位l一個無線塊時長包括4個TDMA幀，為用戶占用的最小單位l剩下4個burst用于測量、上報TAl若干用戶爭搶這些數據塊，從宏觀上實現分組共享目的RLC / MAC head

21、erRLC DataBCSRLC / MAC layerRadio blockCS-19.05 kbit/sCS-213.4 kbit/sCS-315.6 kbit/sCS-421.4 kbit/sCoding schemeBit rate1/2 2/3 3/41Code rate184274318440Radio block excl. BCS40161616BCS444-Tail456588676456Coded bits01322200Punctured bitsConvolutional codingPuncturing456 bits4 burstsPhysical layerCS編

22、碼方案Add BCSAdd BCS加塊檢查序列加塊檢查序列Add precoded USFAdd precoded USF加預編碼的上行狀態標識符加預編碼的上行狀態標識符Add tail bitsAdd tail bits加結尾碼加結尾碼CodingCoding編碼編碼PuncturePuncture穿孔減碼穿孔減碼456456bitsbits有效負有效負載載 BCS : Block Check SequenceBCS : Block Check Sequence USF : Uplink State Flag USF : Uplink State FlagCS編碼流程rate 1/2 con

23、volutional codingpuncturing456 bitsUSFBCSRadio BlockB0B1B2TB3B4B5XB6B7B8TB9B10B11X52 TDMA Frames12 Radio Block Periods = 240 ms*InterleavingCS1-3的信道編碼blockcodeno coding456 bitsUSFBCSRadio Block*InterleavingB0B1B2TB3B4B5XB6B7B8TB9B10B11X52 TDMA Frames12 Radio Block Periods = 240 msCS4的信道編碼PDTCH信道分配n幾

24、個概念n USFl控制不同的MS在上行PDCH上復用無線塊。USF用于動態和擴展動態媒介接入模式。在PCCCH上，一個USF值用于標注PRACH（USF = 空閑），其余的留給7個不同的MS使用（USF = R1/R2 R7）。n TBFlTBF是被兩個RR實體用來在分組數據無線信道上單向傳輸LLC PDU的物理連接。它是分派在一個或多個PDCH上的無線資源，其上傳輸的是攜帶了一個或數個LLC PDU的一些RLC/MAC塊。nTFIl每個TBF由網絡分配一個TFI，在不同方向可以使用同一個TFI，TFI先于LLC幀的傳輸在資源分配消息中分派下來。與一個特定TBF相關的RLC/MAC塊必須包含一

25、個TFI。RLC/MAC功能nRLC/MAC層提供物理層以上信息傳遞的服務，具體功能是：l MAC主要負責：n提供上下行數據和控制信令的有效多路復用，這是由網絡側控制的。在下行方向，復用控制利用計劃表實現；在上行方向，復用控制利用對單個用戶的媒介安排（即對服務請求的響應）來實現。n對手機主動發起的信道接入，解決信道爭用問題，包括沖突檢測和恢復。n對手機終止的信道接入，安排接入嘗試，包括分組接入的排隊。n優先級處理。lRLC主要負責：n在LLC和MAC之間用接口原語傳遞LLC-PDU。n將LLC-PDU分割、重組成RLC數據塊。n后向糾錯（BEC）過程（用選擇性ARQ協議）可選擇性重傳不能糾正的

26、碼字。媒體接入模式n GPRS與GSM共用空中接口物理信道n 無線資源分配有三種方式：l 固定分配 l 動態分配（USF）l 擴展動態分配方式RLC/MAC確認和非確認模式n確認模式l由一個ARQ機制和一個TBF中的RLC數據塊編號控制，用確認模式時，發送方在一個窗口64塊范圍內發送塊，接收方響應Packet Uplink Ack/Nack或Packet Downlink Ack/Nack消息，每個消息用于證實全部正確接收RLC塊并指示塊的號碼，這時就能“移動”發送端窗口的起始位置。被錯誤接收的RLC數據塊可以被重發。n不確認模式l由一個TBF中的RLC數據塊編號控制，沒有重發機制。接收方通過在丟失信息的數據塊里填充虛構信息來保持用戶信息長度。分組模式n分組空閑模式l在空閑模式下，沒有TBF存在，上層可以要求傳輸LLC PDU，從而激發TBF的建立，轉入傳輸模式；MS在空閑模式下偵聽PBCCH和PPCH或PCH（當沒有分組信道時）。n 分組傳輸模式l在傳輸模式下，MS分配到有TBF的物理信道，能連續傳輸一個或多個RLC確認模式或不確認模式下的LLC PDU。該模式下的小區重選參見GSM05.08。當MS切到新小區后，從分組傳輸模式轉到分組空閑模式