通用分组无线电业务(GPRS)

来自EEWiki.

背景：移动通信自20世纪90年代以来进入了大发展阶段，全球用户数每20个月翻一番，目前全球用户数已经超过7亿，到2001年底估计要突破10亿。我国移动用户也在高速增长，2001年第一季度就已成为世界上突破I亿大关的第二个国家，据ITU预测，全球移动用户数在2001年到2007年之间的某个时候将超过固定用户。随着移动通信的大发展，移动数据通信日益受到重视，其地位变得越来越重要，其应用也越来越广泛。

GPRS (通用分组无线业务)正是迎合GSM移动通信市场和全球因特网的迅猛发展和日益融合而推出的，它为GSM运营商由仅提供话音业务向提供综合信息服务业务领域拓展提供了重要的网络平合，它使GSM数据业务由原来基于电路交换提升为采用分组交换!数据处理形式，是移动数据业务的一次革命。GPRS技术理论上最高能够达到171.2kbitls。这个数字是现在的固定电信网络的数据传输速率的3倍，是当前GSM网络上电路交换数据服务速率的10倍。随着GPRS的出现，人们第一次能够真正通过移动设备享受完全的Internet访问功能。GPRS可以使终端同时进行话音通信业务和数据通信业务，支持各类多媒体业务。GPRS使得用户能够在端到端分组传送模式下发送和接收数据。与原有的电路型业务相比较，用户使用GPRS业务将具有建链时间短，数据速率高，费用低等特点，而对于运营者来说，提供移动的数据业务服务，将会大大提高无线资源利用率。

基本原理：GPRS (General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称，它是一种基于分组交换传输数据的高效率无线传输平台.GPRS将深刻的改变终端用户使用移动数据计算的体验。GPRS最显著的优点就是能够提供比现有GSM网9.6kbit/s更高的数据率，理论上最高可达170kbit/s。巨大的吞吐量改变了单一的面向文本的无线应用，使得包括图片、话音和视频的多媒体业务成为现实。移动用户再也不必通过拨号专门的ISP来收发E-mail和浏览web页，GPRS提供了无缝、直接的Internet网连接。对于GSM网现有电路交换数据业务(CSD)和短消息业务(SMS)来说，GPRS是一种补充而不是替代。GPRS可以根据用户需要灵活地动态分配无线资源，从而实现多用户共享信道，提高频率利用率，同时计费也将由传统的按时方式改为根据用户数据的传输量来计费。GPRS不仅被欧洲的工S-136系列协议支持。它的高数据传送率能够提供第三代中的部分多媒体业务而且在事件进程上提前几年，井且当第三代移动通信网络真正到来的时候，对于那些没有第三代网络经营权的运营商来说，GPRS仍不失为一种有竞争性的业务，因此，GPRS被认为是第二代移动通信系统向第三代移动通信系统演进的重要一步。

GPRS网采用分组交换技术传输数据和信令信息，有效地利用了网络资源和无线资源。GPRS网络是在原来的GSM 网络的基础上增加了一些新网元，如SGSN. GGSN等，并对原有的一些网元，如BSS. MSC等作了必要的升级。GPRS通信系统由下述功能单元组成，如下图所示:

(1)服务GPRS支持节点(Serving GPRS Support Node, SGSN):执行用户位置管理、安全功能和接入控制功能，提供移动性管理。

(2)关口GPRS支持节点(Gateway GPRS Support Node, GGSN ):提供GPRS PLMN与外部分组数据网的接口的协议，并且有计费功能它提供路由选择功能，负责分配IP地址，实现与外部网络GGSN通过可选的GC接口向HLR请求用户的位置信息。无Gc接口时，GGSN与HLR间信令过程可以通过支持7号信令的GSN转发。

(3)边界网关(Border Gateway，BG):为实现不同PLMN之间互联而采用的边界设备。边界网关属于PLMN间GPRS骨干网设备，由不同GPRS PLMN运营商在满足漫游协定和BG安全功能的基础上选用。在边界网关上可以收集记费信息，作为不同的GPRS运营者分担PLMN之间链路花费的依据。

(4)计费网关(Charging Gateway， CG):用于收集各GSN发送的计费数据，是记录数据并进行计费的设备。

(5)域名服务器(DNS):用于完成对域名的解析即将逻辑名称转化为IP地址。

(6)移动台(MS):用户使用的设备，由移动终端(MT)或移动终端和终端单元(TE)的组合构成。

(7)其它设备:BSS, HLR, MSC/VLR, SMS-GMSC和SMS-IWMSC等GSM原有设备被扩展以支持相应的与GPRS有关的功能。

现状及其发展方向：通过使用GPRS技术，传统的GSM可以在原有的网络上提供许多新的服务。与现在的电路交换数据服务不词的是，它是一种面向非连接的技术，平时用户并不需要一直占用无线资源，一旦有信息发送或接收需求时可以立即进行连接。与传统的电路交换数据服务相比，面向非连接是GPRS的主要优势之一，这种方式可以允许多个用户同时共享同样的带宽，因而大大提高了无线资源的利用率，这种特性对于远程信用卡认证等具有时间敏感性的关键应用是十分重要的。GPRS不但能提供点对点(PTP)和点对多点(PTM )数据业务外，还能支持补充业务和短信息业务。目前运营商提供的点对点GPRS无线数据的应用有:

1.令信息点播类业务:通过这类业务，用户可以根据需要点播存储在数据库中的数据信息。例如:Internet的浏览业务(www)，各种类型的信息查询，如娱乐业(影视，餐馆等)、商业类(股票，汇率等)、交通类(路况信息，时刻表等)、新闻类(新闻，体育等)、天气预报以及日历、词典等。

2.令消息类业务:利用消息的存储麟发设备和消息处理功能，提供用户到用户的消息通信，如E-mail业务。

3.今远程操作业务:主要是小数据量的数据处理业务，如信用卡确认，电子银行/商务业务、遥测，远程监测、定位业务、调度业务等。

点对多点应用业务包括点对多点单向广播业务和集团内部点对多点双向小数据量 事务处理业务。应用业务包括:新闻广播、天气预报、本地广告、旅游信息、业务信息 等。

另外还有GPRS补充业务、短消息业务、匿名的接入业务和各种GPRS电信业务。

移动数据业务作为移动通信与数据通信的结合点，能使移动用户随时随地得到话音、文本、图像信息的服务，移动和数据的完美结合使得人们能够实现“任何地点的任何人在任何时间”连接到“任何信息”的美好设想。

3G

3G的主导业务应该是移动因特网业务，它的下行容量应该数倍于上行容量。但早期的3G标淮都是上下行信道容量基本对称的系统，存在严重技术缺陷。cdma2000标准已做出重大改进，抛弃了cdma2000 3x标准和CDMA方式，转向时分多址的EV-DO方式。然而W CDMA和TD-S CDMA标准并未做出相应改动。TD-SCDMA标准的多项参数说明它适用于步行移动通信系统，依靠智能天线技术很难改变该标准的基本特征。

3G标准的基本目标是3G系统能在车载、步行和静止三种不同环境下为多个用户分别提供最高速率为144kbit/s, 384kbit/s和2048kbit/s无线接入数据速率。对应于不同的数据速率要求基站的覆盖半径应分别约为12km, 300m和l Om。显然满足后两者应用要求的系统建设成本过高，应用价值很低。

现在大多数运营商认为3G业务只是一种适用于高端用户的准高速无线数据接入卡业务。应该认识到3G系统的最大作用是尽力提供Rb为144kbit/s的车载移动无线数据业务，最大用途是车载环境下的无线上网。3G标准规定的更高速率的无线接人业务或许应由小灵通之类的个人通信系统提供则更为合理。还需确认的一个问题是究竟有多少用户需要在车载移动环境下使用高Rb的无线上网业务，显然此类用户群一般较小。因此为这一小部分用户建立代价高昂的3G网络一般很难获利。另一个问题是是否有必要给3G手机提供高Rb的无线上网业务?由于手机屏幕较小，视频图像所需像素数很低，键盘过于简单，即使用于看电视或视频电话，给它提供大于56kbit/s的无线接入速率多过于浪费。所以3G提供的速率主要适用于笔记本电脑的无线数据卡上网业务。

表1给出4种主流3G标准的主要参数。TD-SCDMA标准于1999年12月开始与TDD-WCDMA标准融合后，作为TDD-CDMA标准的一部分被公布。然而TDD-WCDMA是国际公认的步行移动通信标准，是一个被搁置的标准。TD-SCDMA标准的许多内容与TDD-WCDMA雷同，所以国际上有时也把它称为低码片速率R。的TDD-CDMA,此处只有cdma2000可分别用于两个频段，并分别起到移动和个人(步行)移动通信系统的作用，甚至可以考虑在两个频段分别使用两个无线接入网(RAN),并合用一个核心网(CN), TD-SCDMA标准的种种特征表明它适用于步行移动通信系统，实际上不应该用于900MHz频段。

cdma2000 1 x的码片速率与IS-95相同，两系统可以兼容。cdma2000 3x的下行链路采用多载波方式，码片速率R。亦与IS-95相同，射频设备仍可兼容;上行链路为单载波，码片速率为3 . 6864Mchip/s，此时才与FDD-WCDMA相当。显然FDD-WCDMA低Rb用户或语音用户的移动台(ms)成本也会大幅上升，在cdma2000系统中则不会出现此类不合理现象。显然cdma2000的做法要比W CDMA系统要合理。但是在移动因特网应用中，要求的上行容量很小，所以上行的宽带频谱配置是一种浪费，然而所要求的下行容量极大，CDMA方式无法满足。所以cdma2000 3x标准还是被遗弃，这也从一个侧面说明WCDMA系统的不合理性，建设不合理的WCDMA系统将会导致重大投资失误。

取代cdma2000 3x标准的lx EV-DO增加一个专门用于传输高速数据(不小于38.4kbit/s)带宽为1.23MHz的载波，它的基本参数可参阅文献，它是在cdma2000lx无线配置RC3基础上建立的新标准，上行链路的要求较低，所以它的参数与cdma2000 lx RC3类似。突出的改变是在下行链路中采用TDMA(时分多址)方式区分多个用户。

lx EV-DV与Ix EV-DO的主要不同是可以用一个载波同时传输语音、低Rb和高Rb信号，在传输语音与低R:信号时采用与cdma2000 lx相同的无线配置，并将剩余的Walsh码资源组成两个TDMA信道用于高Rb信号的传输。虽然在WCDMA R5中给出的HSDPA(高速下行分组接入)与Ix EV-DV有类似的机制。据我们的分析，还未能找到支持这种方式的CDMA基本工作原理。