精品文檔-下載后可編輯從2G到3G演進(jìn)的中介技術(shù)GPRS-基礎(chǔ)電子１引言

在所有的第二代移動(dòng)通信中，ＧＳＭ通信網(wǎng)絡(luò)的使用人數(shù)多，中國(guó)目前的大部分移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)就是ＧＳＭ系統(tǒng)。由于初的ＧＳＭ標(biāo)準(zhǔn)主要是考慮支持語(yǔ)音業(yè)務(wù)和少量電路交換方式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音通信是電路交換方式。２０世紀(jì)９０年代以后，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們開(kāi)始想到了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，希望能通過(guò)手機(jī)享受各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（包括收發(fā)Ｅｍａｉｌ、進(jìn)行Ｉｎｔｅｒｎｅｔ瀏覽等）。正是在這樣的社會(huì)需求下，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化組織（ＥＴＳＩ）及時(shí)在ＧＳＭ系統(tǒng)的基礎(chǔ)上制定了一套移動(dòng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使ＧＳＭ與Ｉｎｔｅｒｎｅｔ相結(jié)合，重組的新網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)（ＧｅｎｅｒａｌＰａｃｋｅｔＲａｄｉｏＳｅｒｖｉｃｅ，ＧＰＲＳ）。顯然該網(wǎng)絡(luò)既有電路交換又有分組交換，后稱(chēng)２．５Ｇ系統(tǒng)。２０００年以后，該技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作被轉(zhuǎn)移到３ＧＰＰ。

由于ＧＰＲＳ只是在現(xiàn)有ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)在新的網(wǎng)絡(luò)上增加一些硬件設(shè)備并同時(shí)對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行軟件升級(jí)，形成了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體，以提供端到端、廣域的無(wú)線(xiàn)ＩＰ連接。因此，筆者從人們熟知的ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)（如圖１所示）入手，進(jìn)而討論ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)（如圖２所示）的形成，分析了ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在移動(dòng)通信的演進(jìn)過(guò)程中所處的地位及其發(fā)展前景。

２ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)的形成及特點(diǎn)

２．１ＧＳＭ的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施

圖１給出了ＧＳＭ系統(tǒng)的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖１中網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的實(shí)體為：

（１）ＭＳ：移動(dòng)臺(tái)，用戶(hù)的移動(dòng)終端。

（２）ＢＳＳ：基站子系統(tǒng)，包括一個(gè)基站控制器ＢＳＣ和多個(gè)基站收發(fā)臺(tái)ＢＴＳ。其中ＢＴＳ負(fù)責(zé)與移動(dòng)臺(tái)通過(guò)空中接口進(jìn)行通信；ＢＳＣ負(fù)責(zé)控制一個(gè)或多個(gè)ＢＴＳ。

（３）ＭＳＣ：移動(dòng)交換中心，負(fù)責(zé)一個(gè)或多個(gè)ＢＳＳ。完成對(duì)ＭＳ的移動(dòng)性管理和業(yè)務(wù)以及與ＰＳＴＮ的交換。

（４）ＨＬＲ，ＶＬＲ：分別負(fù)責(zé)記錄在本地注冊(cè)的用戶(hù)信息和漫游到本地的外地用戶(hù)信息。ＭＳＣ通過(guò)這２個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)移動(dòng)性的管理和對(duì)用戶(hù)業(yè)務(wù)的正確交換。

（５）ＥＩＲ，ＡＵＣ：移動(dòng)設(shè)備和用戶(hù)中心，負(fù)責(zé)對(duì)用戶(hù)權(quán)限的管理。

顯而易見(jiàn)，ＧＳＭ無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的為ＭＳＣ，并由ＭＳＣ，ＶＬＲ和ＨＬＲ完成語(yǔ)音通話(huà)的電路交換業(yè)務(wù)的移動(dòng)臺(tái)接入和移動(dòng)性管理。

２．２ＧＳＭ的重組新網(wǎng)絡(luò)ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

ＧＰＲＳ移動(dòng)通信系統(tǒng)是針對(duì)ＧＳＭ進(jìn)行改進(jìn)而來(lái)，而這種改進(jìn)并不徹底，他們對(duì)空中接口并不改動(dòng)，只是通過(guò)一些新的定義對(duì)網(wǎng)進(jìn)行了大的改動(dòng)，使得第二代系統(tǒng)能夠支持分組業(yè)務(wù)接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ。

２．２．１ＧＰＲＳ的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)“ＧＳＭ＋Ｉｎｔｅｒｎｅｔ”的方略，形成了圖２所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

新增的功能模塊主要包括：

（１）移動(dòng)臺(tái)（ＭＳ）必須是ＧＰＲＳ或ＧＰＲＳ／ＧＳＭ雙模移動(dòng)臺(tái)。因?yàn)樵械模牵樱途W(wǎng)絡(luò)只作為語(yǔ)音通話(huà)來(lái)用；將ＧＳＭ升級(jí)到ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)后，由于ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的ＭＳ具備傳輸語(yǔ)音的電路交換以及傳輸數(shù)據(jù)的分組交換兩種方式，為此功能與用途更加多樣化。

（２）將原有的ＧＳＭ基站（ＢＳＳ）子系統(tǒng)作了相應(yīng)的軟硬件擴(kuò)展。由于基站收發(fā)臺(tái)ＢＴＳ仍只與基站控制器ＢＳＣ連接，沒(méi)有增加新的硬件接口，僅在ＢＴＳ上增加了軟件單元（ＣＣＵ），顯然ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)原有的ＢＴＳ能同時(shí)用于ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)。ＢＳＣ仍然同時(shí)連接許多ＢＴＳ，為增設(shè)數(shù)據(jù)分組的處理能力，ＢＳＣ不僅需要軟件升級(jí)，還要增加與ＳＧＳＮ連接的新的分組控制單元（ＰＣＵ）硬件接口。

在ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)中，ＭＳ發(fā)出的無(wú)線(xiàn)信號(hào)為數(shù)據(jù)或語(yǔ)音兩種方式，此時(shí)由ＢＴＳ負(fù)責(zé)識(shí)別信號(hào)的數(shù)據(jù)形態(tài)：若僅為語(yǔ)音信息，則由ＢＳＣ將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剑停樱茫ㄋ缪葜Z(yǔ)音交換機(jī)的角色）；若含有數(shù)據(jù)信息，則由ＢＳＣ中的ＰＣＵ新接口，從話(huà)音業(yè)務(wù)中分離出數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剑樱牵樱?，以控制無(wú)線(xiàn)信道的分配。

（３）對(duì)于交換機(jī)（ＳＳ）子系統(tǒng)（如ＨＬＲ，ＶＬＲ，ＭＳＣ等），只需在原有的設(shè)備中加入支持ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)的軟件。

（４）在網(wǎng)絡(luò)引入ＳＧＳＮ（ＳｅｒｖｉｎｇＧＰＲＳＳｕｐｐｏｒｔＮｏｄｅ，ＧＰＲＳ業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）和ＧＧＳＮ（ＧａｔａｗａｙＧＰＲＳＳｕｐｐｏｒｔＮｏｄｅ，ＧＰＲＳ網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）兩個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而在以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主的基礎(chǔ)上增加了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)中，通常由單一的ＳＧＳＮ負(fù)責(zé)某一區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)，電信運(yùn)營(yíng)商的ＰＬＭＮ中包括許多的ＳＧＳＮ，但只有很少數(shù)的ＧＧＳＮ，ＳＧＳＮ的數(shù)量遠(yuǎn)多于ＧＧＳＮ。ＧＧＳＮ對(duì)ＧＰＲＳ網(wǎng)的功能是根據(jù)分組ＩＰ地址找到ＭＳ的位置并為移動(dòng)臺(tái)分配一個(gè)合適的ＳＧＳＮ。

從圖２中明顯看出，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的已經(jīng)由ＭＳＣ變成了ＳＧＳＮ，而ＭＳＣ，ＶＬＲ和ＨＬＲ只是負(fù)責(zé)傳統(tǒng)電路交換業(yè)務(wù)的移動(dòng)臺(tái)接入和移動(dòng)性管理；而網(wǎng)絡(luò)本身已經(jīng)是在ＩＰ的基礎(chǔ)上，通過(guò)ＧＧＳＮ接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和其他的網(wǎng)絡(luò)。

２．２．２ＧＰＲＳ的無(wú)線(xiàn)接口

圖２中，除了原有ＢＳＳ與ＭＳ之間的接口Ｕｍ外，其他的新增接口皆為ＧＰＲＳ新型網(wǎng)絡(luò)接口，主要有：ＳＧＳＮ通過(guò)Ｇｓ接口連接ＭＳＣ（以幫助ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)更有效率地處理電路與數(shù)據(jù)交換的呼叫信號(hào)），通過(guò)Ｇｎ接口連至ＧＧＳＮ；不同的ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)通過(guò)Ｇｐ接口相連；通過(guò)基于幀中繼的Ｇｂ接口，一個(gè)或多個(gè)ＢＳＳ被連至ＳＧＳＮ；ＧＧＳＮ通過(guò)Ｇｉ參考點(diǎn)提供與外部分組交換網(wǎng)絡(luò)的交互工作；ＳＧＳＮ和ＧＧＳＮ均可與ＨＬＲ通信，并各自通過(guò)Ｇｒ和Ｇｃ接口獲得路由信息和用戶(hù)詳細(xì)資料；Ｇｄ是ＳＧＳＮ連接ＳＭＳ－ＧＭＳＣ及ＳＭＳＩＷＭＳＣ之間的接口，通過(guò)該接口可使ＳＧＳＮ發(fā)送短消息。

可見(jiàn)，ＧＰＲＳ業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)可以無(wú)需變更ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，運(yùn)營(yíng)商只需根據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，將蜂窩小區(qū)原來(lái)用于語(yǔ)音業(yè)務(wù)的某些頻點(diǎn)分給ＧＰＲＳ用戶(hù)使用，將該頻點(diǎn)的８?jìng)€(gè)信道劃分為語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、交換（語(yǔ)音和數(shù)據(jù)共用）等三種信道進(jìn)行靈活配置，使語(yǔ)音業(yè)務(wù)的處理仍沿用ＭＳＣ／ＧＭＳＣ，對(duì)于新增的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用ＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了處理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，ＧＰＲＳ在基站子系統(tǒng)定義了專(zhuān)用的分組信道，采用了新的編碼方式，提高了空中接口的數(shù)據(jù)傳輸速率；在網(wǎng)部分引入了分組域，采用了分組交換的方式，突破了電路交換網(wǎng)６４ｋｂ／ｓ的限制。以充分體現(xiàn)ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)的２個(gè)關(guān)鍵特性：有效的利用無(wú)線(xiàn)資源和網(wǎng)絡(luò)，支持完全的透明ＩＰ傳輸。

２．３ＧＰＲＳ的業(yè)務(wù)特性及服務(wù)質(zhì)量

ＧＰＲＳ是一組新的ＧＳＭ承載業(yè)務(wù)，可劃分為點(diǎn)到點(diǎn)（ＰＴＰ）和多點(diǎn)到多點(diǎn)（ＰＴＭ）兩種類(lèi)型。點(diǎn)到點(diǎn)業(yè)務(wù)是在兩個(gè)用戶(hù)之間提供一個(gè)或多個(gè)分組的傳輸，由業(yè)務(wù)請(qǐng)求者啟動(dòng)，被接收者接收，他包括ＰＴＰ無(wú)連接型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（ＰＴＰＣＬＮＳ）和ＰＴＰ面向連接的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（ＰＴＰＣＯＮＳ）。點(diǎn)到多點(diǎn)業(yè)務(wù)將單一信息傳送到多個(gè)用戶(hù)，有點(diǎn)到多點(diǎn)廣播（ＰＴＭＭ）、點(diǎn)到多點(diǎn)群呼（ＰＴＭＧ）和ＩＰ多點(diǎn)傳播業(yè)務(wù)３類(lèi)ＰＴＭ業(yè)務(wù)。用戶(hù)終端業(yè)務(wù)可以分為基于ＰＴＰ的用戶(hù)終端業(yè)務(wù)和基于ＰＴＭ的用戶(hù)終端業(yè)務(wù)，具體的用戶(hù)終端業(yè)務(wù)分類(lèi)如表１所示。

ＧＰＲＳ的服務(wù)質(zhì)量的好壞在移動(dòng)圖像傳輸方面比在文件傳輸方面更容易影響用戶(hù)的感受，視頻傳輸需要更高的帶寬和固定的分組傳輸延遲，而文件傳輸通過(guò)ＦＴＰ方式對(duì)實(shí)現(xiàn)時(shí)只需要保障一定的吞吐量就可以處理一些分組延遲的情況。ＧＰＲＳ的３種不同等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量的具體描述以及他們各自對(duì)應(yīng)的用戶(hù)群如表２所示。

３３Ｇ演進(jìn)方式及ＧＰＲＳ的發(fā)展前景

隨著技術(shù)的成熟和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們已不再滿(mǎn)足于第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（２Ｇ）內(nèi)單調(diào)的語(yǔ)音服務(wù)，而對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求日益迫切。第三代移動(dòng)通信（３Ｇ）雖然描繪了一幅美好的圖畫(huà)，卻由于２Ｇ與３Ｇ標(biāo)準(zhǔn)之間的規(guī)格技術(shù)存在許多差異和其他種種原因而全面推遲商用，致使業(yè)界訂出過(guò)渡的解決方案，即所謂２．５Ｇ技術(shù)，以漸進(jìn)的方式將２Ｇ升級(jí)到３Ｇ。

３．１２Ｇ向３Ｇ的演進(jìn)途徑

目前２Ｇ的每踴個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有一套方法將２Ｇ網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到３Ｇ，即：

（１）向ＣＤＭＡ２０００的演進(jìn)方式可能的路線(xiàn)是ＩＳ９５（或ＣＤＭＡＯｎｅ）→ＣＤＭＡ２０００１ｘ（ＣＤＭＡ２０００單載波系統(tǒng)）→ＣＤＭＡ２０００－３ｘ（ＣＤＭＡ２０００三載波系統(tǒng)）或ＷＣＤＭＡ。

（２）向ＷＣＤＭＡ的演進(jìn)方式可能的路線(xiàn)是ＧＳＭ→ＧＰＲＳ→ＥＤＧＥ→ＷＣＤＭＡ。

（３）向ＴＤＳＣＤＭＡ的演進(jìn)方式路線(xiàn)尚不明朗，可能基于ＧＳＭＭＡＰ網(wǎng)實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡，同時(shí)也兼容ＡＮＳＩ４１向３Ｇ過(guò)渡。

３．２中國(guó)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的選擇

中國(guó)聯(lián)通公司在全國(guó)范圍內(nèi)建設(shè)了ＣＤＭＡ網(wǎng)絡(luò)，采用了基于ＡＮＳＩ４１的ＩＳ９５ＣＤＭＡ網(wǎng)絡(luò)，今后的發(fā)展趨勢(shì)是向著３ＧＰＰ２制定的ＣＤＭＡ２０００標(biāo)準(zhǔn)過(guò)渡。

中國(guó)移動(dòng)公司是基于ＧＳＭ／ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，選擇ＷＣＤＭＡ還是ＴＤＳＣＤＭＡ是建設(shè)面臨的首要問(wèn)題。由于兩方面并不是互相排斥的，為此中國(guó)移動(dòng)曾表示，各種標(biāo)準(zhǔn)交互使用是國(guó)際認(rèn)同趨勢(shì)。

３．３ＧＰＲＳ的發(fā)展前景

在２Ｇ通信標(biāo)準(zhǔn)上，ＣＤＭＡＯｎｅ比ＧＳＭ標(biāo)準(zhǔn)慢了７年，這７年間，歐洲大廠(chǎng)諾基亞與愛(ài)立信遍布全球，ＧＳＭ取得空前勝利。由于市場(chǎng)受限，美國(guó)ＣＤＭＡ大廠(chǎng)高通和韓國(guó)的三星、ＬＧ始終無(wú)法獲得更大的商機(jī)。

從演進(jìn)方式上看，由于ＧＳＭ的規(guī)模優(yōu)勢(shì)，也使得更多的國(guó)家優(yōu)先考慮ＷＣＤＭＡ或ＴＤＳＣＤＭＡ的演進(jìn)方略。而該演進(jìn)方略的２．５Ｇ過(guò)渡技術(shù)是ＧＰＲＳ，為此ＧＰＲＳ技術(shù)就顯得尤為耀眼。目前，已有上百家運(yùn)營(yíng)商開(kāi)通了ＧＰＲＳ商用系統(tǒng)、試商用系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)。ＧＰＲＳ技術(shù)已開(kāi)始在的ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)中廣泛部署。國(guó)際上有名的電信設(shè)備制造商