第5章-通用分组无线业务GPRS

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1、2022-12-141移动通信技术移动通信技术第5章 通用分组无线业务GPRS2022-12-1425.1 GPRS概述概述5.2 GPRS网络网络第第5章章 通用分组无线业务通用分组无线业务GPRS2022-12-1435.1 GPRS概述概述5.1.1 GPRS产生的背景产生的背景1 IP技术已成为发展方向技术已成为发展方向 交换方式交换方式 IP传输技术在未来通信中占有重要地位传输技术在未来通信中占有重要地位移动数据市场的形成移动数据市场的形成 移动通信业务仍是传统的话音通信占主导地位移动通信业务仍是传统的话音通信占主导地位 发展移动数据业务是各运营商的战略发展方向发展移动数据业务是各运

2、营商的战略发展方向GSM向第三代移动通信系统的演进向第三代移动通信系统的演进 3G的主要特征：具有宽带数据通信和多媒体通信能的主要特征：具有宽带数据通信和多媒体通信能2力，提供快速力，提供快速分组交换分组交换能力。能力。2022-12-144 GSM网络向网络向WCDMA演变存在平滑过渡的问演变存在平滑过渡的问题，电路交换方式不能满足大业务量数据的传输题，电路交换方式不能满足大业务量数据的传输要求，需要中间技术进行承接要求，需要中间技术进行承接。采用采用GPRS方案，既能充分利用原有方案，既能充分利用原有GSM资源，资源，又能平滑过渡到又能平滑过渡到3G。5.1 GPRS概述概述2022-12

3、-145 5.1.2 数据交换技术数据交换技术 交换方式的特征：面向连接交换方式的特征：面向连接(具有呼叫建立过程具有呼叫建立过程)与无连接。与无连接。1电路交换电路交换 电路交换方式又分为空分交换方式和时分交换方式。电路电路交换方式又分为空分交换方式和时分交换方式。电路交换是指两台计算机或终端在相互通信之前，需预先建立起交换是指两台计算机或终端在相互通信之前，需预先建立起一条实际的物理链路，在通信中自始至终使用该条链路进行一条实际的物理链路，在通信中自始至终使用该条链路进行数据信息传输，并且不允许其他计算机或终端同时共享该链数据信息传输，并且不允许其他计算机或终端同时共享该链路，通信结束后再

4、拆除这条物理链路。可见电路交换属于预路，通信结束后再拆除这条物理链路。可见电路交换属于预分配电路资源。其原理如图所示。分配电路资源。其原理如图所示。（1）电路交换过程）电路交换过程 电路建立阶段电路建立阶段 数据传输阶段数据传输阶段 电路拆除阶段电路拆除阶段 图所示为利用电路交换的数据通信过程。图所示为利用电路交换的数据通信过程。5.1 GPRS概述概述2022-12-146图 电路交换方式的示意图 电路交换过程示意图2022-12-147（2）电路交换机特点）电路交换机特点 面向连接：呼叫建立、信息传递和连接释放面向连接：呼叫建立、信息传递和连接释放 在连接建立过程中，有一定的连接建立时延。

5、在连接建立过程中，有一定的连接建立时延。实现实时信息传送，传输时延小实现实时信息传送，传输时延小(呼叫建立时延呼叫建立时延)。数字程控电话交换采用同步时分交换数字程控电话交换采用同步时分交换 通信信道独享，线路的利用率低。通信信道独享，线路的利用率低。采用串行传输方式，任何故障均可能引起中断。采用串行传输方式，任何故障均可能引起中断。信息信息“透明透明”传输传输(不存储、不分析、不处理不存储、不分析、不处理)，对信息传，对信息传输不采用控制机制，可靠性不高输不采用控制机制，可靠性不高(透明传输透明传输)，存在着严重存在着严重的呼损。的呼损。网络互连困难：不同速率、协议、代码的终端互通难。网络互

6、连困难：不同速率、协议、代码的终端互通难。5.1 GPRS概述概述2022-12-148 2 分组交换分组交换 分组交换的基本原理是存储分组交换的基本原理是存储转发的方式。把报文分成若转发的方式。把报文分成若干个比较短的、具有一定格式的干个比较短的、具有一定格式的“分组分组”（或称为数据包）（或称为数据包）进进行交换和传输。即节点交换机采用以行交换和传输。即节点交换机采用以“分组分组”为单位的存储为单位的存储转发机制，完成不同终端间的信息交换。如图所示。转发机制，完成不同终端间的信息交换。如图所示。分组的组成分组的组成 分组是由分组头和用户数据部分组成的，如图所示。分组是由分组头和用户数据部分

7、组成的，如图所示。分组头包含收发地址和一些控制信息其长度为分组头包含收发地址和一些控制信息其长度为310个字节；个字节；用户数据部分长度一般为用户数据部分长度一般为128字节，最大不超过字节，最大不超过256字节。字节。5.1 GPRS概述概述2022-12-1495.1 GPRS概述概述图 分组交换机工作原理图说明：来自不同终端的不同分组可以去往分组交换机的同一出线，NPT需经PAD才能接入分组交换网。分组交换采用的方法是STDM。2022-12-1410 将数据信息分割成若干个将数据信息分割成若干个数据段数据段，加上分组头，以，加上分组头，以“存储存储-转发转发”的方式传送，到达收信端，再

8、把数的方式传送，到达收信端，再把数据段组合据段组合还原还原成原数据信息。成原数据信息。图 分组的组成5.1 GPRS概述概述2022-12-14115.1.3 GPRS概念概念 GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线）是通用分组无线业务的简称业务的简称.GPRS仅通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进仅通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造，增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新行部分改造，增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体来实现分组交换，使现有的移动通信网和的网络逻辑实体来实现分组交换，使现有的移动通信网和数据网

9、结合起来。数据网结合起来。GPRS被认为是被认为是2G向向3G演进的重要一步，为演进的重要一步，为2.5G，可被，可被GSM支持。支持。GPRS系统与现有的系统与现有的GSM语音系统最根本的区别是：语音系统最根本的区别是：GPRS是一种分组交换系统，而原有的是一种分组交换系统，而原有的GSM系统是一种电系统是一种电路交换系统。路交换系统。5.1GPRS概述概述2022-12-1412 GPRS系统以分组交换技术为基础，系统以分组交换技术为基础，是一种基于GSM的移动分组数据业务 GPRS手机以传输资料量计费，而不是以传送的时间计费。小区内多个用户可共享一条无线信道同时通信。小区内多个用户可共享

10、一条无线信道同时通信。某用户所需所传输的数据量大而信道尚有空闲时，可同时某用户所需所传输的数据量大而信道尚有空闲时，可同时占用同一载波的多个时隙通信，满足了数据业务的突发性占用同一载波的多个时隙通信，满足了数据业务的突发性要求。要求。5.1GPRS概述概述2022-12-14131 GPRS支持中高速数据传输支持中高速数据传输 最高速率理论值可达最高速率理论值可达21.48=171.2kbit/s。但需一个载频的但需一个载频的8个时隙同时提供给同一用户，且不能采用任何形式的纠错个时隙同时提供给同一用户，且不能采用任何形式的纠错措施，并需对现有的措施，并需对现有的GSM网络作较大的改动。网络作较

11、大的改动。对对GSM网络不作太多改动的情况下，只能采用网络不作太多改动的情况下，只能采用14.4kbit/s8=115.2kbit/s的最高理论速率的最高理论速率 GPRS的传输速率取决于的传输速率取决于GSM为其预留的信道数为其预留的信道数 GPRS的实际速率介于的实际速率介于14.43.2kbit/s，上下行非对称上下行非对称5.1 GPRS概述概述2022-12-14142 GPRS的技术及参数的技术及参数工作频段：工作频段：上行上行 890915 MHz；17101780 MHz 下行下行935960 MHz；18051880 MHz频道间隔：频道间隔：200KHz 频率复用：频率复用

12、：43方式方式 每载波信道数：每载波信道数：8（时隙）（时隙）每信道数据率每信道数据率(对应四种编码方案）对应四种编码方案）CS-1：9.05kbit/s CS-2：13.4kbit/s CS-3：15.6kbit/s CS-4：21.4kbit/s 5.1 GPRS概述概述2022-12-14155.1 GPRS概述概述单终端多信道能力：同一载波下的单终端多信道能力：同一载波下的18个时隙个时隙 调制方式：调制方式：GMSK 信道占用方式：按需分配信道占用方式：按需分配 信道前向纠错编码：卷积码信道前向纠错编码：卷积码 移动台类别：三类（移动台类别：三类（A、B、C）ARQ（自动重发请求）功

13、能；鉴权和加密实现自动重发请求）功能；鉴权和加密实现QoS保保证；功率控制；点对点证；功率控制；点对点PTP业务可无连接或面向连接；业务可无连接或面向连接；有点对多点有点对多点PTM业务；与话音业务共享无线资源；计费业务；与话音业务共享无线资源；计费灵活，可根据流量、时间或灵活，可根据流量、时间或QoS进行进行。2022-12-14165.2.1 GPRS的网络结构的网络结构 GPRS网络是基于现有的网络是基于现有的GSM网络来实现的。网络来实现的。GPRS网络参网络参考模型如图考模型如图5.1所示。所示。GSN（GPRS Supporting Node，GSN）是）是GPRS网络中最网络中最

14、重要的网络节点。重要的网络节点。GSN具有移动路由管理功能，它可以连接各种类型的数据网具有移动路由管理功能，它可以连接各种类型的数据网络，并可以连接到络，并可以连接到GPRS寄存器。寄存器。GSN可以完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式可以完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。转换。GSN可以是一种类似于路由器的独立设备，也可以与可以是一种类似于路由器的独立设备，也可以与GSM中的中的MSC集成在一起。集成在一起。GSN有两种类型：一种为服务有两种类型：一种为服务GSN（Servicing GSN，SGSN），另一种为网关），另一种为网关GSN（Gateway GSN，GG

15、SN）。）。5.2 GPRS网络网络2022-12-14175.2 GPRS网络网络图5.1 GPRS网络参考模型2022-12-1418 在现有的在现有的GSM网络中需要增加一些节点，如网关网络中需要增加一些节点，如网关GPRS支支持节点（持节点（Gateway GPRS Supporting Node，GGSN）和）和服务服务GPRS支持节点（支持节点（Servicing GSM Supporting Node，SGSN）,使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。据。GPRS新增的主要设备新增的主要设备PCU、SGSN、GGSN。1 服务服务

16、GPRS支持节点支持节点(SGSN)对移动终端进行鉴权和移动性管理。对移动终端进行鉴权和移动性管理。主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台（MS）和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收；集成计费网关、边缘网关集成计费网关、边缘网关（负责实现不同（负责实现不同GPRS网络之间的互连）和防火墙的功能。网络之间的互连）和防火墙的功能。5.2 GPRS网络网络2022-12-14192 2 网关网关GPRSGPRS支持节点支持节点(GGSN)(GGSN)连接连接GPRSGPRS网络与外部数据网络的节点，主要是起网关作网络与外部数据网络的节点，主要是起网关作用，相当于一个路由器。可和多种不

17、同的数据网络连接，如用，相当于一个路由器。可和多种不同的数据网络连接，如ISDNISDN、PSPDNPSPDN和和LANLAN等。等。3 3 分组控制单元（分组控制单元（PCUPCU）用于分组数据的信道管理和信道接入控制。用于分组数据的信道管理和信道接入控制。4 GSM4 GSM网络侧需要增加新节点、接口，对部分设备软件升级。网络侧需要增加新节点、接口，对部分设备软件升级。BTSBTS：对于目前使用的对于目前使用的CS-1CS-1和和CS-2CS-2，只需软件升级。只需软件升级。BSCBSC：需要增加新的分组数据处理单元需要增加新的分组数据处理单元PCUPCU模块。模块。5.2 GPRS网络网

18、络2022-12-1420 MSC/VLR 如需实现如需实现MSC与与SGSN的的Gs接口，则需要对接口，则需要对MSC做软件做软件升级，否则无需对升级，否则无需对MSC进行改造。进行改造。MSC可以与可以与SGSN/GGSN安装在一起，并逐步用安装在一起，并逐步用GPRS核核心网取代心网取代MSC的功能。的功能。HLR：需要软件升级支持需要软件升级支持GPRS的用户数据和路由信息以的用户数据和路由信息以及与及与SGSN的的Gr接口。接口。OMC：需增加对新的网络单元进行网络管理的功能需增加对新的网络单元进行网络管理的功能 计费系统：需升级计费系统采用按数据流量而不是按时计费系统：需升级计费系

19、统采用按数据流量而不是按时长计费长计费 终端：采用支持终端：采用支持GPRS的终端。的终端。5.2 GPRS网络网络2022-12-14215.2.2 GPRS接口接口1 GPRS主要接口主要接口（1）Gi接口接口GGSN与外部数据网之间的接口。与外部数据网之间的接口。与普通的路由器一样，与普通的路由器一样，GGSN利用现有的传输方法，接收利用现有的传输方法，接收二层数据帧之后，做帧处理，得到二层数据帧之后，做帧处理，得到IP数据包。分析该数据包。分析该IP包包的目的地址，恰为本地分组数据协议的内容的目的地址，恰为本地分组数据协议的内容（PDP Context）所标示的某一手机地址，则将此数据

20、包送至）所标示的某一手机地址，则将此数据包送至Gn接口的软件模块，做进一步处理。接口的软件模块，做进一步处理。5.2 GPRS网络网络2022-12-1422（2）Gn接口接口GGSN与与SGSN之间的接口之间的接口 最先对数据包做处理的最先对数据包做处理的GTP（GPRS Tunneling Protocol）协议，它实现了从协议，它实现了从GGSN到到SGSN的虚拟传输通路，即隧道；的虚拟传输通路，即隧道；优点：优点：便于手机的移动，当手机由一个服务便于手机的移动，当手机由一个服务GPRS支持节点支持节点（SGSN）转移到另外一个）转移到另外一个SGSN的控制下时，只需改变的控制下时，只需

21、改变GTP的配置，使隧道的末端发生变化即可，对于被承载的配置，使隧道的末端发生变化即可，对于被承载的的IP数据包来说是透明的；数据包来说是透明的；在在Gi和和Gn两个网络之间，即外网和运营商网络之间不存两个网络之间，即外网和运营商网络之间不存在路由，只有封装关系，安全性得到了保障。在路由，只有封装关系，安全性得到了保障。5.2 GPRS网络网络2022-12-14235.2 GPRS网络网络GPRS接口示意图接口示意图MSBSSGGSNSGSNPSTNUmGbGnGi2022-12-1424（3）Gb接口接口SGSN和和BSS之间的接口之间的接口 子网相关融合协议（子网相关融合协议（SNDCP

22、：Sub-Network Dependent Convergence Protocol）对）对IP数据包做数据包做同一化处理；同一化处理；目的。提高目的。提高GPRS的可扩展性，未来，只需改变的可扩展性，未来，只需改变SNDCP就就可以适应新的三层协议，比如可以适应新的三层协议，比如IPv6。除此之外，。除此之外，SNDCP还负责数据的压缩和分段，压缩的目的是节约空中接口带还负责数据的压缩和分段，压缩的目的是节约空中接口带宽，分段的目的是适应下层宽，分段的目的是适应下层LLC的的MTU（Maximum Transmission Unit，最大传输单元）；，最大传输单元）；LLC（Logical

23、 Link Control）协议负责从）协议负责从SGSN到手机的到手机的数据传输；数据传输；服务对象有三种：服务对象有三种：SNDCP数据包（即用户数据）、用户数据包（即用户数据）、用户信令和短消息；信令和短消息；服务的类型有面向连接和无连接两种，用户可以根据服务的类型有面向连接和无连接两种，用户可以根据QoS要求选择。要求选择。5.2 GPRS网络网络2022-12-1425 基站子系统基站子系统GPRS协议（协议（BSSGP：Base Station System GPRS Protocol）是服务）是服务GPRS支持节支持节点（点（SGSN）与）与BSS通讯的最上层协议，故而它不但发送

24、通讯的最上层协议，故而它不但发送上层的上层的LLC数据，还传输数据，还传输SGSN对对BSS的控制信息，如对的控制信息，如对手机的呼叫（手机的呼叫（Paging）等；）等；主要功能。提供与无线相关的数据、主要功能。提供与无线相关的数据、QoS和选路信息，以和选路信息，以满足在满足在BSS和和SGSN之间传输用户数据时的需要。在之间传输用户数据时的需要。在BSS中，中，它用作它用作LLC帧和帧和RLC/MAC块之间的接口；在块之间的接口；在SGSN中，中，它形成一个在源于它形成一个在源于RLC/MAC的信息和的信息和LLC帧之间的接口。帧之间的接口。（4）Um接口接口空中接口空中接口 其射频部分

25、与其射频部分与GSM相同，但逻辑信道增加了分组数据相同，但逻辑信道增加了分组数据信道，采用了多种编码，支持多时隙传输方式，最多到信道，采用了多种编码，支持多时隙传输方式，最多到8时隙，后介绍。时隙，后介绍。5.2 GPRS网络网络2022-12-14265 其他其他Gs：SGSN和和MSC/VLR之间的接口之间的接口Gr：SGSN和和HLR之间的接口之间的接口GD：不同的：不同的GSM网络（不同的网络（不同的PLNM）通过）通过GD接接口相联。口相联。5.2 GPRS网络网络2022-12-14275.2 GPRS网络网络5.2.3 GPRS协议协议1 GPRS的协议模型的协议模型 移动台（移

26、动台（MS）和）和SGSN之间的之间的GPRS分层协议模型；分层协议模型；Um接口是接口是GSM的空中接口。的空中接口。Um接口上的通信协议有接口上的通信协议有5层，层，自下而上依次为物理层、自下而上依次为物理层、MAC（Mdium Access Control）层、层、LLC（Logical Link Control）层、）层、SNDC（Subnetwork Dependant Convergence）层和网络层。）层和网络层。物理层：物理层：Um接口的物理层为射频接口部分，而逻辑链路接口的物理层为射频接口部分，而逻辑链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。层则负责提供空中接口的各种逻辑信道

27、。GSM空中接口空中接口的载频带宽为的载频带宽为200kHz，一个载频分为，一个载频分为8个物理信道。如果个物理信道。如果8个物理信道都分配为传送个物理信道都分配为传送GPRS数据，则原始数据速率可数据，则原始数据速率可达达200kbit/s。考虑前向纠错码的开销，最终的数据速率可。考虑前向纠错码的开销，最终的数据速率可达达164kbit/s左右。左右。2022-12-14285.2 GPRS网络网络2022-12-1429 无线链路控制无线链路控制(RLC)/介质访问控制介质访问控制(MAC)层层 无线链路控制（无线链路控制（RLC）功能，它定义了选择性重传未成功）功能，它定义了选择性重传未

28、成功发送的发送的RLC数据块的过程，可提供一条独立于无线解决方案数据块的过程，可提供一条独立于无线解决方案的可靠链路；介质访问控制功能，它定义了多个移动台的可靠链路；介质访问控制功能，它定义了多个移动台（MS）共享传输媒体的过程，共享媒体由几个物理信道组）共享传输媒体的过程，共享媒体由几个物理信道组成。成。逻辑链路控制逻辑链路控制(LLC)层层 LLC是一种基于高速数据链路规程（是一种基于高速数据链路规程（HDLC）的无线链路）的无线链路协议，能够提供高可靠的加密逻辑链路；协议，能够提供高可靠的加密逻辑链路；LLC层负责从高层层负责从高层SNDC层的层的SNDC数据单元上形成数据单元上形成LL

29、C地址、帧字段，从而地址、帧字段，从而生成完整的生成完整的LLC帧；帧；LLC可以实现一点对多点的寻址和数据可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制。帧的重发控制。5.2 GPRS网络网络2022-12-1430 子网相关融合协议子网相关融合协议(SNDC)将网络级特性映射到底层网络特性中去；主要作用是完成将网络级特性映射到底层网络特性中去；主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定传送数据的分组、打包，确定TCP/IP地址和加密方式。在地址和加密方式。在SNDC层，移动台（层，移动台（MS）和）和SGSN之间传送的数据被分割为之间传送的数据被分割为一个或多个一个或多个SNDC数据包单元。数据

30、包单元。SNDC数据包单元生成后被数据包单元生成后被放置到放置到LLC帧内。帧内。5.2 GPRS网络网络2022-12-1431 网络协议网络协议 GPRS骨干网骨干网GSN（GPRS支持节点）中的用户数据和信支持节点）中的用户数据和信令利用令利用GTP（GPRS隧道协议）进行隧道传输；隧道协议）进行隧道传输；GTP是是GPRS骨干网中骨干网中GSN节点之间的互联协议，是为节点之间的互联协议，是为Gn接口和接口和 Gp接口定义的协议。接口定义的协议。GPRS网中所有的点对点网中所有的点对点PDP协协议数据单元议数据单元(PDU)将由将由GTP协议进行封装；协议进行封装；IP是是GPRS骨干网

31、络协议，用以用户数据和控制信令的选骨干网络协议，用以用户数据和控制信令的选路。路。GPRS骨干网最初是建立在骨干网最初是建立在IPv4协议基础上的，随着协议基础上的，随着IPv6的广泛使用，的广泛使用，GPRS会最终采用会最终采用IPv6协议。协议。5.2 GPRS网络网络2022-12-14325.2.4 GPRS空中接口空中接口 GPRS空中接口在改进空中接口在改进GSM系统的同时，仍需要完成系统系统的同时，仍需要完成系统的信令功能，比如功率控制测量，小区选择，信道编码等。的信令功能，比如功率控制测量，小区选择，信道编码等。1 GPRS空中接口与空中接口与GSM相关部分相关部分 由物理层和

32、数据链路层的低层组成。不考虑由物理层和数据链路层的低层组成。不考虑MS和和SGSN间间的关系，由物理层、媒体接入控制层的关系，由物理层、媒体接入控制层MAC和无线链路控和无线链路控制层制层RLC组成。如图所示。组成。如图所示。LLC-逻辑链路控制逻辑链路控制 SNDCP-子网依赖汇聚协议子网依赖汇聚协议5.2 GPRS网络网络2022-12-1433图图 空中接口的组成空中接口的组成5.2 GPRS网络网络2022-12-1434（1）物理层）物理层 物理层分两个子层：物理射频子层和物理链路子层。物理层分两个子层：物理射频子层和物理链路子层。射频子层包括载波频率特性、射频子层包括载波频率特性、

33、GSM无线信道结构、物理无线信道结构、物理电波的调制与解调、发射机和接收机特性和性能要求。电波的调制与解调、发射机和接收机特性和性能要求。物理链路子层实现了信息通过物理信道在物理链路子层实现了信息通过物理信道在BTS和和MS之间之间传递。传递。（2）媒体接入层）媒体接入层MAC和无线链路控制层和无线链路控制层RLC MAC用于定义和分配空中接口的用于定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得这逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。些信道能被不同的移动台共享。MAC负责无线链路的用负责无线链路的用户数据及控制信令的有效复用、户数据及控制信令的有效复用、MS发起的信道接入（特发起的信道接入（

34、特别是有冲突和碰撞时）、别是有冲突和碰撞时）、MS终止的信道接入、优先级处终止的信道接入、优先级处理。理。RLC负责负责LLC与与MAC功能的接口、功能的接口、LLC-PDU的分割与重的分割与重组、后向纠错组、后向纠错BEC5.2 GPRS网络网络2022-12-1435 MAC/RLC层为层为GPRS空中接口数据链路层的低层，需用空中接口数据链路层的低层，需用物理链路层提供的功能。物理链路层提供的功能。（3）逻辑链路控制层）逻辑链路控制层LLC LLC在同一层的在同一层的MAC/RLC上，当上，当MAC与与RLC在在MS和和BSS间交互工作时，间交互工作时，LLC在在MS和和SGSN间协同工

35、作。负责间协同工作。负责在高层子网依赖汇聚层在高层子网依赖汇聚层SNDCP的的SNDCP数据单元上形成数据单元上形成LLC地址、帧字段，生成完整的地址、帧字段，生成完整的LLC帧，需要使用帧，需要使用MAC/RLC层的功能。层的功能。5.2 GPRS网络网络2022-12-14362 空中接口的信道构成空中接口的信道构成 GPRS中接口标准遵循中接口标准遵循GSM系统的标准。在系统的标准。在GPRS系统的系统的空中接口中，一个空中接口中，一个TDMA帧分为帧分为8个时隙，每个时隙发送个时隙，每个时隙发送的信息称为一个的信息称为一个“突发脉冲串突发脉冲串”(Burst)；每个每个TDMA帧的一个

36、时隙构成一个物理信道。物理信道被帧的一个时隙构成一个物理信道。物理信道被定义成不同的逻辑信道；定义成不同的逻辑信道；与与GSM系统不同，在系统不同，在GPRS系统中，一个物理信道既可以系统中，一个物理信道既可以定义为一个逻辑信道，也可以定义为一个逻辑信道的一部定义为一个逻辑信道，也可以定义为一个逻辑信道的一部分，即一个逻辑信道可以由一个或几个物理信道构成；分，即一个逻辑信道可以由一个或几个物理信道构成；空中接口的信道由分组公用控制信道空中接口的信道由分组公用控制信道(PCCCH)、分组广、分组广播控制信道播控制信道(PBCCH)和分组业务信道（和分组业务信道（PTCH）等构成。）等构成。5.2

37、 GPRS网络网络2022-12-1437（1）分组数据逻辑信道）分组数据逻辑信道 GPRS信道完成类似信道完成类似GSM逻辑信道的功能。逻辑信道的功能。GPRS系统传系统传递如鉴权、同步等信令，可使用递如鉴权、同步等信令，可使用GSM系统的逻辑信道。对系统的逻辑信道。对分组数据及相关信令的传递，分组数据及相关信令的传递，GPRS依据依据GSM逻辑信道划逻辑信道划分方法定义分组信道。如图所示。分方法定义分组信道。如图所示。5.2 GPRS网络网络2022-12-1438分组业务信道（分组业务信道（PTCH）包括全速率包括全速率PDTCH-F和半速率和半速率PDTCH-H分组业务信道。分组业务信

38、道。用于传输分组数据，当提供点到多点业务时可分配给小区用于传输分组数据，当提供点到多点业务时可分配给小区内一个内一个MS或一组或一组MS。系统支持一个用户使用多个系统支持一个用户使用多个PDTCH。分组控制信道（分组控制信道（PCCH）：包括）：包括PBCCH、PCCCH、PDCCH。分组广播控制信道（分组广播控制信道（PBCCH）：用于下行链路广播分组）：用于下行链路广播分组数据传输。是可选的，用数据传输。是可选的，用BCCH来指示存在与否，如果不来指示存在与否，如果不存在，用存在，用BCCH为分组数据传输发送广播信息。为分组数据传输发送广播信息。5.2 GPRS网络网络2022-12-14

39、39 分组公用控制信道分组公用控制信道(PCCCH，Packet Common Control Channel)分组寻呼信道（分组寻呼信道（PPCH）：）：PPCH（Packet Paging Channe1），用来寻呼），用来寻呼GPRS被叫用户。只存在于下行链被叫用户。只存在于下行链路。在下行数据传输之前用于寻呼路。在下行数据传输之前用于寻呼MS。可以用来寻呼电。可以用来寻呼电路交换业务。路交换业务。分组随机接入信道（分组随机接入信道（PRACH）：）：PRACH（Packet Randem Access Channel）。）。GPRS用户通过用户通过PRACH向基向基站发出信道请求。只存

40、在与上行链路，站发出信道请求。只存在与上行链路，MS用来发起上行用来发起上行传输数据和信令信息。分组接入突发和扩展分组接入突发传输数据和信令信息。分组接入突发和扩展分组接入突发使用该信道。使用该信道。5.2 GPRS网络网络2022-12-1440 分组准许接入信道（分组准许接入信道（PAGCH）：）：PAGCH（Packet Access Grant Channel）。）。PAGCH是一种应答信道，对是一种应答信道，对PRACH作出应答。只存在于下行链路。在发送分组之前，网络在作出应答。只存在于下行链路。在发送分组之前，网络在分组传输建立阶段向分组传输建立阶段向MS发送资源分配信息。发送资源

41、分配信息。分组通知信道分组通知信道(PNCH)：PNCH（Packet Notification Channel）。只存在于下行链路。当发送点到多点）。只存在于下行链路。当发送点到多点-组播组播(PTM-M)分组之前，网络使用该信道向分组之前，网络使用该信道向MS发送通知信息。发送通知信息。专用控制信道专用控制信道PDCCH 分组随路控制信道分组随路控制信道PACCH为单向信道，为单向信道，PACCH/U用于上用于上行链路，行链路，PACCH/D用于下行链路。用于下行链路。PACCH用于在用于在MS和和基站间交换专用信令信息。包括功率控制和定时提前信息、基站间交换专用信令信息。包括功率控制和定

42、时提前信息、资源分配和再分配消息等。即使一个资源分配和再分配消息等。即使一个MS分配了多个分配了多个PDCCH，仅需一个仅需一个PACCH。5.2 GPRS网络网络2022-12-1441 上行链路分组定时提前控制信道上行链路分组定时提前控制信道PTCCH/U：用于发送随用于发送随机接入突发序列，使机接入突发序列，使MS可估计定时提前量。可估计定时提前量。下行链路分组定时提前控制信道下行链路分组定时提前控制信道PTCCH/D：用于向多个用于向多个MS发送定时提前量更新。一个发送定时提前量更新。一个PTCCH/D与多个与多个PTCCH/U成对使用。成对使用。移动台发送、接收数据时的信道使用过程如

43、下图所示。移动台发送、接收数据时的信道使用过程如下图所示。5.2 GPRS网络网络2022-12-1442图 移动台发送数据时的信道使用过程 图 移动台接收数据时的信道使用过程5.2 GPRS网络网络2022-12-1443（2）GPRS物理信道物理信道突发脉冲序列：突发脉冲序列：包括普通突发序列包括普通突发序列NB、频率校正突发序列频率校正突发序列FB、同步突发同步突发序列序列SB、接入突发序列接入突发序列AB和空闲突发序列和空闲突发序列DB。每一突发中。每一突发中都有与都有与GSM中相同的保护间隔。中相同的保护间隔。无线块结构无线块结构 GPRS共享物理信道通过无线块实现。共享物理信道通过

44、无线块实现。GPRS在在GSM时隙基础上构造了无线块结构。时隙基础上构造了无线块结构。无线块是空中接口传输用户数据和信令的物理信道基本单无线块是空中接口传输用户数据和信令的物理信道基本单位。位。多个用户逻辑信道数据可以复用在一个物理信道即多个用户逻辑信道数据可以复用在一个物理信道即PDCH中。中。5.2 GPRS网络网络2022-12-1444 无线块组成，无线块组成，传输不同的数据和控制信息有不同的无线块结构，三部传输不同的数据和控制信息有不同的无线块结构，三部分组成。块结构包含分组成。块结构包含MAC层头部、层头部、RLC数据块或数据块或RLC/MAC，层控制块，一般情况下包括，层控制块，

45、一般情况下包括4个正常的突发。如个正常的突发。如下图所示。下图所示。MAC头：信息有上行链路状态标志头：信息有上行链路状态标志USF(仅用在下行链路仅用在下行链路DL中中)，用来指出下个上行链路，用来指出下个上行链路UL无线块的所有者、内容无线块的所有者、内容类型类型(数据或信令数据或信令)；用来标识无线块的所有者的临时块标识；用来标识无线块的所有者的临时块标识TFI。信息单元：含用户数据或信令信息。信息单元：含用户数据或信令信息。RLC数据由数据由RLC头和头和RLC数据组成，数据组成，RLC头用于向接收端标识发送的头用于向接收端标识发送的MS，RLC数据来自数据来自1个或几个逻辑链路控制层

46、的协议数据单元个或几个逻辑链路控制层的协议数据单元(LLC PDU)；信令信息内容是信令信息内容是RLC/MAC层信令信息，称为层信令信息，称为RLC/MAC控制块。控制块。5.2 GPRS网络网络2022-12-14455.2 GPRS网络网络图图 GPRS无线块结构无线块结构2022-12-1446块校验序列块校验序列BCS：当当MAC头和内容在物理层与高层间切换头和内容在物理层与高层间切换时，需计算块校验序列时，需计算块校验序列BCS用于检错。用于检错。（3）复帧结构）复帧结构 物理信道物理信道所承载分组逻辑信道可动态地映射到所承载分组逻辑信道可动态地映射到52帧的复帧帧的复帧上，对应于

47、上，对应于GSM系统中系统中TCH的的2个个26帧的复帧。帧的复帧。每个复帧含每个复帧含12个无线块和个无线块和4个空闲帧，一个无线块由个空闲帧，一个无线块由4个连个连续续TDMA帧中的帧中的4个突发序列组成。个突发序列组成。复帧中，逻辑信道使用无线块结构传输信息，除了复帧中，逻辑信道使用无线块结构传输信息，除了PRACH信道使用接入突发序列外，其他信道均使用普通信道使用接入突发序列外，其他信道均使用普通突发序列。突发序列。5.2 GPRS网络网络2022-12-1447 复帧中，消息类型利用无线块头判断，以区别不同的逻辑复帧中，消息类型利用无线块头判断，以区别不同的逻辑信道。信道。（4）无线

48、块的复用）无线块的复用 在上行复用时通常是在上行复用时通常是PDTCH和和PACCH或者是或者是PDTCH、PACCH和和PRACH的复用。的复用。在下行复用时通常是在下行复用时通常是PDTCH和和PACCH，或或PDTCH、PACCH和和PCCCH、PBCCH(由由BCCH指示指示)，或，或PDTCH、PACCH和和PCCCH(由由PBCCH指示指示)的复用。的复用。（5）信道编码）信道编码 信道编码通过在发送比特流中增加的冗余码元实现对信号信道编码通过在发送比特流中增加的冗余码元实现对信号的检测和纠错。的检测和纠错。对携带对携带RLC数据块的无线块有数据块的无线块有4种编码方案，种编码方案

49、，CS-1CS-4。如图所示。如图所示。差别主要在于附加给无线块的冗余数目不同而具有不同的差别主要在于附加给无线块的冗余数目不同而具有不同的“净净”数据传输速率及错误检测纠错能力。数据传输速率及错误检测纠错能力。5.2 GPRS网络网络2022-12-1448 CS-1：适用于：适用于SDCCH，也适用于待编码的逻辑信道，也适用于待编码的逻辑信道，如如PACCH、PBCCH、PPCH、PAGCH和和PNCH的无线块。的无线块。净数据传输速率净数据传输速率9.05kbit/s。除了。除了PRACH、PTACH/U,其其它所有的分组控制信道一般使用它所有的分组控制信道一般使用CS-1；对于；对于P

50、RACH的接的接入突发，指定了两种编码方案。入突发，指定了两种编码方案。MS都必须提供所有的编都必须提供所有的编码方案，而网络端只需提供码方案，而网络端只需提供CS-1。CS-2：在进行卷积编码之后，打孔移去一些比特；：在进行卷积编码之后，打孔移去一些比特；CS-2是在是在CS-1的基础上用比特打孔的方法实现；打孔降低了接的基础上用比特打孔的方法实现；打孔降低了接收机对错误传输比特的检错和纠错能力；数据传输速率收机对错误传输比特的检错和纠错能力；数据传输速率13.4kbit/s。CS-3：与：与CS-2相比，用打孔的方法去掉更多比特，数据相比，用打孔的方法去掉更多比特，数据传输速率传输速率15

51、.6kbit/s。5.2 GPRS网络网络2022-12-1449图 信道编码方案 示意图5.2 GPRS网络网络2022-12-1450CS-4：没有前向纠错：没有前向纠错FEC，除除MAC头部分被编码外，无头部分被编码外，无线块剩余的其他部分保持不变；数据传输速率线块剩余的其他部分保持不变；数据传输速率21.4kbit/s。CS-1到到CS-4数据传输速率逐级提高，可靠性下降。数据传输速率逐级提高，可靠性下降。信道编码后得到信道编码后得到456bit的无线块，即通过交织将比特分配的无线块，即通过交织将比特分配到到4各突发脉冲的各突发脉冲的 比特中。比特中。各类信道编码参数如下表所示。各类信道编码参数如下表所示。5785.2 GPRS网络网络2022-12-1451方案码率SF预编码USF无线块BCS尾码编码后比特截短比特数据速率kbit/sCS-11/23318140445609.05CS-22/33626816458813213.4CS-33/43631216467622015.6CS-4231242816-456-21.4表 不同编码方案的编码参数5.2 GPRS网络网络