第4章 GPRS移動通信技術(shù)

《移動通信技術(shù)》電子教案第4章GPRS移動通信技術(shù)通用無線分組業(yè)務(wù)（GeneralPacketRadioSystem，GPRS）是一種按GSM標(biāo)準(zhǔn)定義的封包交換協(xié)議，可快速接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。它提供了一種在網(wǎng)絡(luò)和移動終端之間“永遠(yuǎn)在線”的連接方式，網(wǎng)絡(luò)容量只有在實(shí)際進(jìn)行傳輸時才被占用。GPRS是第一個實(shí)現(xiàn)移動互聯(lián)網(wǎng)即時接入的標(biāo)準(zhǔn)，也是邁向3G/UMTS的一個過程。4.1GPRS概述4.1.1GPRS系統(tǒng)定義及構(gòu)成方法GPRS作為第二代移動通信技術(shù)GSM向第三代移動通信（3G）的過渡技術(shù)，最早是由英國BTCellnet公司在1993年提出的，是GSMPhase2+（1997年）規(guī)范實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一，是一種基于GSM的移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。因此GPRS能提供比現(xiàn)有GSM9.6kbit/s更高的速率。GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)化、突發(fā)結(jié)構(gòu)、跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結(jié)構(gòu)。因此，在GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建GPRS系統(tǒng)時，GSM系統(tǒng)中的絕大部分部件都不需作硬件改動，只需要引入3個主要部件：GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)（ServingGPRSSupportingNode，SGSN）、GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)（GatewayGPRSSupportingNode，GGSN）、分組控制單元（PacketControlUnit，PCU），并對相關(guān)軟件作軟件升級即可。GPRS系統(tǒng)原理如圖4-1所示。4.1.2GPRS的特點(diǎn)（1）能夠從無線部分到有線部分，提供端到端的分組數(shù)據(jù)傳輸模式。（2）為用戶提供更高的接入速率（160kbit/s）和更短的接入時間。（3）終端用戶無需撥號上網(wǎng)，并且永遠(yuǎn)在線。（4）底層基于TCP/IP，能夠與Internet實(shí)現(xiàn)無縫連接。（5）能夠提供按流量、時間、內(nèi)容等更靈活的計費(fèi)方式。（6）依靠GSM的廣闊覆蓋，能夠?qū)崿F(xiàn)隨時隨地?zé)o線數(shù)據(jù)接入。（7）具有前后兼容能力。（8）作為一種新興移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載業(yè)務(wù)，能夠更有效地提供短消息、WAP等業(yè)務(wù)。4.2GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4.2.1GPRS網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)GPRS通用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。圖4-2GPRS通用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4.2.2GPRS網(wǎng)絡(luò)的主要實(shí)體GPRS網(wǎng)絡(luò)包括GPRS支持節(jié)點(diǎn)、GPRS骨干網(wǎng)、短消息業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)、具有短消息業(yè)務(wù)功能的移動交換中心（SMS-GMSC）和短消息業(yè)務(wù)互通移動交換中心（SMS-IWMSC）、移動交換中心、移動臺、本地位置寄存器、訪問位置寄存器和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。1．GPRS支持節(jié)點(diǎn)GPRS支持節(jié)點(diǎn)有兩種類型：SGSN和GGSN。（1）GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）是為移動終端提供業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，即Gb接口有SGSN支持。其主要作用是記錄移動臺當(dāng)前位置信息，并且在移動臺和SGSN之間發(fā)送和接收移動分組數(shù)據(jù)。（2）GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）主要起到網(wǎng)關(guān)的作用，它能夠與多種不同的數(shù)據(jù)連接，如LAN和ISDN等。此外GGSN還起到GPRS路由器的作用。GGSN將GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)報進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，以便能夠?qū)⑦@些分組數(shù)據(jù)報傳送到遠(yuǎn)端的TCP/IP或X.25網(wǎng)絡(luò)。2．GPRS骨干網(wǎng)GPRS骨干網(wǎng)有兩種：內(nèi)部PLMN骨干網(wǎng)和外部PLMN骨干網(wǎng)，結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。3．本地位置寄存器（HLR）HLR中含有GPRS用戶數(shù)據(jù)和路由信息。從SGSN經(jīng)過Gn接口或從GGSN經(jīng)過Gc接口均可以訪問HLR。對于漫游的MS來說，HLR可能不在當(dāng)前的PLMN中而在另外一個不同的PLMN中。4．短消息業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)具有短消息業(yè)務(wù)功能的移動交換中心（SMS-GMSC）與短消息業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)是互通的。SMS-GMSC、MSC和短消息業(yè)務(wù)互通移動交換中心（SMS-IWMSC）經(jīng)Gd接口連在SGSN上，這樣，GPRSMS就能通過GPRS無線信道實(shí)現(xiàn)短消息的收發(fā)。5．GPRS移動臺GPRSMS通常以如下3種運(yùn)行模式中的一種模式進(jìn)行操作，主要通過MS申請的服務(wù)選定操作模式。（1）A類操作模式：MS申請同時具有GPRS和其他GSM服務(wù)，并且MS能同時運(yùn)行GPRS和其他GSM服務(wù)。（2）B類操作模式：一個MS可同時監(jiān)測GPRS和其他GSM業(yè)務(wù)的控制信道，但同一時刻只能運(yùn)行一種業(yè)務(wù)。（3）C類操作模式：MS只能用于GPRS服務(wù)。6．移動交換中心和訪問位置寄存器（VLR）在需要GPRS網(wǎng)絡(luò)與其他GSM業(yè)務(wù)進(jìn)行配合時選用Gs接口，如GPRS網(wǎng)絡(luò)與GSM網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合進(jìn)行位置更新，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)完成電路交換業(yè)務(wù)的尋呼，以及GPRS網(wǎng)絡(luò)的SGSN節(jié)點(diǎn)接收MSC和VLR發(fā)送來的尋呼請求等。同時MSC/VLR用于存儲MS的IMSI以及MS相連接的SGSN。7．分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（PacketDataNetwork，PDN）提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的外部網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)移動終端通過GPRS接入不同的PDN時，要采用不同的分組數(shù)據(jù)協(xié)議地址。4.3GPRS的業(yè)務(wù)4.3.1GPRS業(yè)務(wù)概述GPRS是一種新的GSM承載業(yè)務(wù)，是通過分組交換方式實(shí)現(xiàn)在PLMN和外部網(wǎng)絡(luò)互通的內(nèi)部網(wǎng)上傳輸?shù)?。在有GPRS承載業(yè)務(wù)支持的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上，GPRS網(wǎng)絡(luò)管理可以提供一系列的交互式電信業(yè)務(wù)。1．承載業(yè)務(wù)支持在用戶與網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸，能夠提供點(diǎn)對點(diǎn)（Point-To-Point，PTP）、點(diǎn)對多點(diǎn)（Point-To-Multipoint，PTM）兩種承載業(yè)務(wù)。（1）PTPPTP業(yè)務(wù)是在兩個用戶之間提供一個或多個分組的傳輸。（2）PTMPTM業(yè)務(wù)是將單一信息傳送到多個用戶。GPRSPTM業(yè)務(wù)具有將一個用戶數(shù)據(jù)發(fā)送給單一業(yè)務(wù)需求的多個用戶的能力。PTM業(yè)務(wù)包括以下3種。①點(diǎn)對多點(diǎn)多播業(yè)務(wù)：②點(diǎn)對多點(diǎn)群呼業(yè)務(wù)：③IP多點(diǎn)傳播：2．用戶終端業(yè)務(wù)GPRS支持電信業(yè)務(wù)，提供完全的通信業(yè)務(wù)能力，包括終端設(shè)備能力。用戶終端可以分為以下兩類用戶終端業(yè)務(wù)。（1）基于PTP的用戶終端業(yè)務(wù)：會話、報文傳送、檢索、遙信。（2）基于PTM的用戶終端業(yè)務(wù)：分配、調(diào)度、會議、預(yù)定發(fā)送、地區(qū)選路。3．附加業(yè)務(wù)GSMPhase2附加業(yè)務(wù)支持所有GPRS基本業(yè)務(wù)：PTP面向連接網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)、PTP面向無連接網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、IP-M業(yè)務(wù)和PTM-G的無條件呼叫前轉(zhuǎn)。GSMPhase2附加業(yè)務(wù)不適用于PTM-M。GPRS提供的附加業(yè)務(wù)如下：主叫線識別提供（CLIP）；主叫線識別限制（CLIR）；連接線路識別提供（COLP）；連接線路識別限制（COLR）；無條件呼叫前轉(zhuǎn)（CFU）；遇忙呼叫前轉(zhuǎn)（CFB）；無應(yīng)答呼叫前轉(zhuǎn)（CFNRy）；無法達(dá)到的移動用戶呼叫轉(zhuǎn)移（CFNRc）；呼叫等待（CW）；呼叫保持（HOLD）；多用戶補(bǔ)充業(yè)務(wù)（MPTY）；封閉用戶群（CUG）；資費(fèi)信息通知（AOCI）；禁止所有呼叫（BAOC）；禁止