gprs在gsm無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

gprs在gsm無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

1gprs系統(tǒng)概述pmr是輻射服務(wù)的一般縮寫，即全球無線服務(wù)。這是etsi在gsmph值2中引入的大規(guī)模數(shù)據(jù)服務(wù)。它是基于gsm系統(tǒng)的新組件創(chuàng)建的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。這些組件由無線系統(tǒng)的基礎(chǔ)組成，這使用了組件交換技術(shù)，并且可以更有效地傳輸高速數(shù)據(jù)和信號。在第二代移動通信GSM網(wǎng)絡(luò)中引入GPRS業(yè)務(wù),是當(dāng)今移動通信技術(shù)發(fā)展的潮流,利用GPRS的分組交換技術(shù),可以在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行話音通信的同時,“見縫插針”地進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾首罡呖蛇_(dá)171.2kbit/s,充分地利用現(xiàn)有的無線信道資源,大大地提高了無線網(wǎng)絡(luò)的利用率,較好地滿足了當(dāng)前用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求,為運(yùn)營商提供了新的利潤增長點(diǎn),使GSM網(wǎng)絡(luò)能平滑地向第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)過渡。GPRS是一個以分組為基礎(chǔ)的系統(tǒng),它具有與其他分組數(shù)據(jù)系統(tǒng)一樣的特性,特別適合突發(fā)性分組數(shù)據(jù)的傳輸。無線接口資源在話音和GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之間動態(tài)共享,GPRS用戶可以實(shí)現(xiàn)“永遠(yuǎn)在線”,由于使用了分組交換技術(shù),在無線接口上不再是實(shí)時的端對端連接,而是按需要統(tǒng)計(jì)時分復(fù)用地分配信道資源,一方面,每個用戶可以根據(jù)需要同時使用多個信道(最多8個),而另一方面,同一信道又可以同時由幾個用戶共享。從圖1的GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可看出,構(gòu)成GPRS系統(tǒng)需在GSM系統(tǒng)中引入3個主要組件,這3個主要組件是:SGSN(GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn))、GGSN(GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn))和PCU(分組控制單元);SGSN、GGSN有時又合稱為GSN(GPRS支持節(jié)點(diǎn));除此之外,還需對GSM系統(tǒng)中的相關(guān)部件(如MSC/VLR、HLR、BTS等)進(jìn)行軟件升級,以支持GPRS的移動性管理、路由管理及用戶數(shù)據(jù)傳送等。2gprs系統(tǒng)在5grs網(wǎng)絡(luò)貨在GSM網(wǎng)絡(luò)中引入GPRS,無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)無需硬件升級,只需軟件升級,但為使GPRS能在無線網(wǎng)絡(luò)中成功應(yīng)用,則必須深入研究GPRS移動臺的控制機(jī)理、GPRS網(wǎng)絡(luò)工作模式、話務(wù)模型、信道配置、容量計(jì)算、頻率規(guī)劃等方面的技術(shù),另外更為重要的是,須充分評估引入GPRS業(yè)務(wù)后可能會對現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)話音業(yè)務(wù)的容量和質(zhì)量造成的影響,以便在引入GPRS的規(guī)劃階段采取針對性的克服措施。因此,下面將對這些應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析。2.1移動平臺pgi的監(jiān)視器2.1.1ms-ssn-ms數(shù)據(jù)的接收ssGPRS移動性管理的功能主要是依靠MS、SGSN、HLR結(jié)合相應(yīng)移動臺的MM上下文來配合實(shí)現(xiàn)的。移動臺的移動性管理有下述3種狀態(tài)(如圖2所示)。(1)空閑狀態(tài)(IdleState):MS未附著到GPRS上,MS和SGSN的MM上下文沒有有效內(nèi)容且不執(zhí)行移動性管理,MS只能接收PTM-M數(shù)據(jù),不能收發(fā)PTP和PTM-G數(shù)據(jù),也不能被尋呼。(2)待命狀態(tài)(StandbyState):MS附著在GPRS上,MS和SGSN中的MM上下文已建立,可在RA地層次上進(jìn)行移動性管理,MS可接收PTM-M、PTM-G數(shù)據(jù)及尋呼消息,但不能發(fā)送和接收PTP數(shù)據(jù),也不能發(fā)送PTM-G數(shù)據(jù)。(3)準(zhǔn)備就緒狀態(tài)(ReadyState):可在小區(qū)的層次上進(jìn)行MS的移動性管理。MS可發(fā)送和接收PTP數(shù)據(jù),可接收PTM-M、PTM-G數(shù)據(jù);SGSN不能對該MS進(jìn)行GPRS尋呼,但可經(jīng)GPRS對該MS進(jìn)行其它業(yè)務(wù)(如CS尋呼)。2.1.2無線服務(wù)資源的控制GPRS移動臺的無線資源操作模式一般情況下分為以下2種:(1)分組空閑模式(Packetidlemode):MS已做好在分組數(shù)據(jù)物理信道上進(jìn)行LLCPDUs傳送的準(zhǔn)備,但仍未占用任何信道資源,正在監(jiān)聽控制信道以獲得系統(tǒng)信息和操作指示。(2)分組傳送模式(Packettransfermode):MS已在一個或多個分組數(shù)據(jù)物理信道上占有信道資源,并正在進(jìn)行LLCPDUs傳送。無線資源操作模式與移動性管理模式間的關(guān)系如圖3所示。由圖3看出,移動性管理中處于Idle狀態(tài)的MS,由于未附著GPRS網(wǎng)絡(luò),故尚未有任何無線資源操作模式,而處于Standby狀態(tài)的MS,必屬于Packetidlemode,處于Ready狀態(tài)的MS,一部分屬于Packettransfermode,而另一部分屬于Packetidlemode,這是因?yàn)橛胁糠諱S在Ready狀態(tài)中剛數(shù)據(jù)通信完畢,計(jì)時器未滿,尚未回到Standby狀態(tài)。2.1.3小區(qū)選擇及重選由于網(wǎng)絡(luò)只允許移動臺在一個時刻守候在一個小區(qū)上,所以GPRS的小區(qū)選擇及重選機(jī)制將促使移動臺在開機(jī)能守候在最佳的小區(qū)上,而GPRS的位置更新機(jī)制促使移動臺及時地向網(wǎng)絡(luò)匯報(bào)自己所處的位置區(qū)域,以便網(wǎng)絡(luò)能正確地發(fā)起與它的通信。除處于通話狀態(tài)的classA移動臺外,無論移動臺處在Packetidlemode或Packettransfermode,小區(qū)選擇及重選機(jī)制均發(fā)生作用,小區(qū)選擇及重選通過一套特定的算法來實(shí)現(xiàn)。處于通話狀態(tài)的classA移動臺由話音通信的切換機(jī)制來完成小區(qū)更換。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中已設(shè)置PBCCH時,小區(qū)選擇使用C1算法,小區(qū)重選使用C31及C32算法;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中未設(shè)置PBCCH而只設(shè)置BCCH時,小區(qū)選擇使用C1算法,小區(qū)重選改用C2算法。下面介紹這些算法的內(nèi)容及使用。2.1.3.1c1算法其中:RLA為手機(jī)平均接收電平值;ACCMIN為手機(jī)的最小接入電平值;P為手機(jī)本身能提供的最大發(fā)射功率。2.1.3.2c2算法其中:T為從0開始的計(jì)算器;CRO、TO、PT均為網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)參數(shù)。2.1.3.現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)hcsC31(s)、C31(n)分別為手機(jī)對服務(wù)小區(qū)和鄰近小區(qū)的C31評估值;其中:RLA為手機(jī)平均接收電平值;HCSTHR為手機(jī)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)HCS的門限電平值;TO(n)與L(n)為網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)參數(shù),TO(n)×L(n)的組合提供對與服務(wù)小區(qū)不同一網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級別的鄰近小區(qū)進(jìn)行定時懲罰的手段。2.1.3.調(diào)節(jié)電平量grsreselectofficienC32(s)、C32(n)分別為手機(jī)對服務(wù)小區(qū)和鄰近小區(qū)的C32評估值;其中:GPRSRESELECTOFFSET(n)為對應(yīng)于每個鄰近小區(qū)的重選調(diào)節(jié)電平量;TO(n)與L(n)為網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)參數(shù),TO(n)×(1-L(n))的組合提供對與服務(wù)小區(qū)同一網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級別的鄰近小區(qū)進(jìn)行定時懲罰的手段。2.1.3.開展“開展網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)判決”的判別(1)所有情況下的小區(qū)選擇(初選)均使用C1算法,當(dāng)手機(jī)開機(jī)時,手機(jī)連續(xù)掃描在BAlist中的所有小區(qū)的BCCH,計(jì)算它們各自的C1值,最后選定大于0的最大C1值的小區(qū)進(jìn)行鎖定守候,完成小區(qū)選擇。(2)手機(jī)完成小區(qū)選擇后,進(jìn)入小區(qū)重選階段,繼續(xù)進(jìn)行對服務(wù)小區(qū)及BAlist中的所有鄰近小區(qū)的測量,對所有鄰近小區(qū)的BCCH每不少于4秒測量一次,如網(wǎng)絡(luò)中已設(shè)置PBCCH,則手機(jī)將從PBCCH中讀取C31、C32算法中有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)參數(shù),分別計(jì)算服務(wù)小區(qū)及各鄰近小區(qū)的C31及C32值,算法判別分下面兩種情況:(1)當(dāng)服務(wù)小區(qū)及鄰近小區(qū)中有小區(qū)滿足的C31判決標(biāo)準(zhǔn)(C31值大于或等于0),且有一個或多個鄰近小區(qū)的C31值大于服務(wù)小區(qū)的C31值時,挑出其中網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級別最高的鄰近小區(qū)作為下一步判決的對象,如此時只有一個鄰近小區(qū),則此小區(qū)為小區(qū)重選的目標(biāo)小區(qū);如此時仍有多個鄰近小區(qū),則選其中C32值最大者為小區(qū)重選的目標(biāo)小區(qū)。(2)當(dāng)服務(wù)小區(qū)及鄰近小區(qū)中沒有小區(qū)滿足的C31判決標(biāo)準(zhǔn)(所有小區(qū)的C31值均小于0),但有一個或多個鄰近小區(qū)的C32值大于服務(wù)小區(qū)的C32值時,則選C32值最大者為小區(qū)重選的目標(biāo)小區(qū)。(3)手機(jī)小區(qū)重選時,如網(wǎng)絡(luò)中未設(shè)置PBCCH,則使用C2算法,當(dāng)有一個或多個鄰近小區(qū)的C2值大于服務(wù)小區(qū)的C2值時,則選其中C2值最大者為小區(qū)重選的目標(biāo)小區(qū)。由C2算法的具體內(nèi)容可知,C2算法中未考慮小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級別,亦未考慮各鄰近小區(qū)與服務(wù)小區(qū)之間相應(yīng)的重選調(diào)節(jié)電平量,使得最終目標(biāo)小區(qū)的確定不夠精確合理,特別是在多層小區(qū)結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)中,GPRS的傳輸質(zhì)量將會受一定程度的影響。2.1.3.手機(jī)位置準(zhǔn)確(1)當(dāng)手機(jī)處在Standby狀態(tài)時,如發(fā)生了小區(qū)重選,手機(jī)更換到新的小區(qū),讀取當(dāng)前小區(qū)廣播的系統(tǒng)信息,發(fā)現(xiàn)當(dāng)前所處的路由區(qū)(RA)與以前不同時,則向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送位置更新信息,使網(wǎng)絡(luò)能及時了解手機(jī)當(dāng)前處于哪個RA,此時網(wǎng)絡(luò)中記錄的手機(jī)位置精確到RA層。(2)當(dāng)手機(jī)處在Ready狀態(tài)時,如發(fā)生了小區(qū)重選,手機(jī)更換到新的小區(qū),不管當(dāng)前所處的路由區(qū)(RA)是否與以前不同,手機(jī)都向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送位置更新信息,使網(wǎng)絡(luò)能及時了解手機(jī)當(dāng)前處于哪個RA中的哪個小區(qū),此時網(wǎng)絡(luò)中記錄的手機(jī)位置精確到小區(qū)層。2.2邏輯通道和網(wǎng)絡(luò)工作模式2.2.1分組傳輸pscMS與BTS之間需要傳送大量的用戶數(shù)據(jù)和控制信令,不同種類的信息由不同的邏輯信道傳送,邏輯信道映射到物理信道上。GPRS系統(tǒng)定義了為分組數(shù)據(jù)而優(yōu)化的邏輯信道-分組數(shù)據(jù)信道PDCH(PacketDataChannel),PDCH信道共有3組7個信道,如表1所示。(1)分組廣播控制信道(PBCCH)組:PBCCH向小區(qū)內(nèi)所有GPRS終端發(fā)送系統(tǒng)信息。(2)分組公共控制信道(PCCCH)組:(1)分組隨機(jī)接入信道(PRACH),用于MS發(fā)起分組傳送或響應(yīng)尋呼信息,MS在這個信道上發(fā)送的接入突發(fā)(accessburst)具有較長的保護(hù)時間,BSS收到接入突發(fā)后就分配給每個終端一個時間提前量。(2)分組尋呼信道(PPCH),用于在下行鏈路開始分組傳送前尋呼MS。(3)分組通知信道(PNCH),用于在開始PTM-M分組傳送之前,向一組MS發(fā)送PTM-M通知,該通知用于分組傳送的資源分配格式。(3)分組業(yè)務(wù)信道(PTCH)組:(1)分組數(shù)據(jù)傳送信道(PDTCH),用于數(shù)據(jù)的傳送,一個MS可以并行使用一個以上的PDTCH(多時隙工作)來傳送分組數(shù)據(jù)。(2)分組隨路控制信道(PACCH),用于給指定的MS傳送相關(guān)信令信息,如應(yīng)答(ACK)和功率控制(PC)信息,在分配PDTCH或進(jìn)一步分配PACCH時,它也攜帶資源分配信息和再分配信息,一個PACCH與分配給MS的一個或多個PDTCH相結(jié)合使用。為了簡化邏輯信道的概念,已分配的PDCH可邏輯歸結(jié)為主信道(MPDCH)和從信道(SPDCH)。MPDCH用于公共控制信道,攜帶發(fā)起分組數(shù)據(jù)傳輸所需的信令信息;SPDCH用于傳送用戶數(shù)據(jù)和專用信令。2.2.2grs接口根據(jù)網(wǎng)絡(luò)對電路交換業(yè)務(wù)和GPRS業(yè)務(wù)的尋呼方式及其配合關(guān)系,可將網(wǎng)絡(luò)劃分為表2所示的3種網(wǎng)絡(luò)工作模式。分析以上3種網(wǎng)絡(luò)工作模式的特點(diǎn),認(rèn)為采用網(wǎng)絡(luò)工作模式1較為理想,但由于到目前為止,幾乎所有設(shè)備供應(yīng)廠商均未能實(shí)現(xiàn)GS接口,使得暫無法采用網(wǎng)絡(luò)工作模式1,現(xiàn)階段可暫選用網(wǎng)絡(luò)工作模式2。這樣,所有分組及電路業(yè)務(wù)的尋呼均需通過CCCH來完成,一方面將加大CCCH的信令負(fù)荷,另一方面將影響話音業(yè)務(wù)LA的尋呼能力。GPRS系統(tǒng)建成的初期,分組尋呼很少,不會對LA的尋呼能力產(chǎn)生影響。當(dāng)GPRS用戶不斷增多時,應(yīng)爭取實(shí)現(xiàn)Gs接口,這樣就可采用網(wǎng)絡(luò)工作模式3或1,配置獨(dú)立的PCCCH來完成分組的尋呼工作。2.3心理傳輸cs-1/sGPRS定義了4種編碼方案:CS-1(9.05kbit/s)、CS-2(13.4kbit/s)、CS-3(15.6kbit/s)、CS-4(21.4kbit/s),可以根據(jù)不同的信道傳輸質(zhì)量選擇使用不同的信道編碼方案;同時,GPRS支持多時隙合并傳輸(最多8時隙)。因此,GPRS可提供9.05kbit/s(CS-1×1時隙)至171.2kbit/s(CS-4×8時隙)的數(shù)據(jù)傳輸速率,如表3所示。由于GPRS采用了新的信道編碼方式,GPRS無線信道對無線環(huán)境的要求與話音信道的要求不一樣。試驗(yàn)顯示,采用CS-1編碼方式,GPRS信道比話音信道對C/I的要求要低,而使用CS-2到CS-4編碼方式則相反。例如,采用CS-1編碼方式,在C/I<6dB時,GPRS信道仍能獲得可靠連接(當(dāng)然吞吐量已大大下降);而在電路交換話音傳輸中,當(dāng)C/I<9dB時,話音質(zhì)量已不能令人滿意。無線環(huán)境好,則信道質(zhì)量高,無線數(shù)據(jù)塊復(fù)傳數(shù)減少,從而吞吐量(throughput,單位kbit/s)提高。經(jīng)仿真,吞吐量與C/I的關(guān)系如圖4所示。隨著信道質(zhì)量的提高,每個基本物理信道的GPRS用戶的帶寬將增加。2.4gprs話務(wù)模型GPRS話務(wù)模型描述的是GPRS用戶在數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿r平均每秒傳輸?shù)男畔⒈忍亓?單位為bit/s,它并不反映GPRS用戶能真正感受到的數(shù)據(jù)傳輸速率,此指標(biāo)由GPRS用戶數(shù)據(jù)通信時所能得到的吞吐量來表示,單位為kbit/s。GPRS話務(wù)模型對于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)非常重要,直接影響到信道資源的配置和可容納GPRS用戶數(shù)的估算等。由于目前各運(yùn)營商的GPRS系統(tǒng)仍未大規(guī)模商用,使用GPRS的數(shù)據(jù)用戶仍很少,仍無法通過現(xiàn)網(wǎng)實(shí)測來計(jì)算GPRS的話務(wù)模型,故一般是通過參照Internet網(wǎng)的話務(wù)模型來估算,下面將通過兩種方法來估算GPRS話務(wù)模型:2.4.1互通時長m估算公式(1):S=N×T×M1×M2×M3×R/3600(1)式中:N為用戶每月上網(wǎng)次數(shù);T為平均通話時長;(1)M1為忙日集中系數(shù);M2為忙時集中系數(shù);M3為占空比;R為用戶通信速率(吞吐量)。(1)參照Internet網(wǎng)中用戶的行為特征,對以上參數(shù)的取值為:N=60次T=5分鐘=300秒(s)(2)每用戶忙時數(shù)據(jù)量S=60×300×1/20×1/8×1/4×28000/3600=219bit/s2.4.2gprs用戶的應(yīng)用(1)參照Internet網(wǎng)中用戶對各種應(yīng)用的使用情況,預(yù)測GPRS用戶對各種應(yīng)用的使用情況如表4。(2)每用戶忙時數(shù)據(jù)量S=(1×600kbit+1.5×4kbit+0.8×10kbit+1×200kbit)/3600s=226bit/s2.5pdch的設(shè)置在無線網(wǎng)絡(luò)空中接口中可定義的GPRS業(yè)務(wù)信道有兩種,一種是動態(tài)PDCH(On-demandPDCH),另一種是專用PDCH(DedicatedPDCH)。(1)GPRS的動態(tài)PDCH與話音的TCH共享物理信道,當(dāng)物理信道話音空閑時,即可用為動態(tài)PDCH以傳輸分組數(shù)據(jù),當(dāng)有話音通信需求時,則暫停分組數(shù)據(jù)傳輸,改用為話音TCH。由于話音TCH的優(yōu)先級別高于動態(tài)PDCH,故動態(tài)PDCH對話音業(yè)務(wù)來說是透明的,不會影響話音業(yè)務(wù)的容量及擁塞率。這也意味著,對現(xiàn)有的GSM無線網(wǎng)絡(luò),不用增加額外的信道接收機(jī)就可擁有一定的GPRS容量。GPRS的專用PDCH是只可被GPRS用戶使用的信道,設(shè)置專用PDCH的主要目的是保證有一定的GPRS資源,以防止數(shù)據(jù)傳輸高擁塞率的出現(xiàn)和避免數(shù)據(jù)傳輸中的TCPtimeouts,也即保證有一定的服務(wù)質(zhì)量等級(QoS)。如果不增加額外的信道接收機(jī),設(shè)置專用PDCH將占用原有的話音信道資源,影響話音業(yè)務(wù)的容量及擁塞率。所以,在實(shí)際的GPRS網(wǎng)絡(luò)中,用戶密集的重要區(qū)域如大中城市應(yīng)設(shè)置專用PDCH,為在保證QoS的前提下不對話音業(yè)務(wù)容量產(chǎn)生較大的影響,專用PDCH設(shè)置的比例宜取所需PDCH數(shù)量的30%;用戶稀疏的其他區(qū)域如小城鎮(zhèn)和農(nóng)村可不設(shè)置專用PDCH,只使用動態(tài)PDCH。GPRS系統(tǒng)所需設(shè)置的PDCH信道數(shù)主要由三方面的因素決定:(1)所需承載的GPRS用戶數(shù)