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1、GPRS技术概述,- 内容 -,GPRS网络结构与协议,GPRS无线原理,GPRS信令流程,什么是GPRS?,GPRS是通用分组无线系统的英文缩写General Packet Radio System 对于数据应用来说,传统的电路交换浪费资源,分组交换在数据应用方面的效率则高得多 GPRS提供了在现有成熟的GSM技术及网络中实施数据服务的方案 GPRS终端可以长时间保持与网络的连接,GSM 系统,BSC,MSC/VLR,GMSC,SMS-C,BTS,Um,Abis,A,E,D,C,Internet,SGSN,BG,Other PLMN,PCU,GPRS系统新增网络单元,BSC,MSC/VLR,
2、GMSC,SMS-C,BTS,Um,Abis,SGSN,GGSN,PCU (Packet Control Unit) 分组处理单元 SGSN (Serving GPRS Support Node) GPRS服务业务单元 GGSN (Gateway GPRS Support Node) GPRS网关业务单元,名词解释,GPRS (General Packet Radio System) ：通用分组无线系统 SGSN (Serving GPRS Support Node)：GPRS服务业务单元 GGSN (Gateway GPRS Support Node)：GPRS网关业务单元 PCU (Pac
3、ket Control Unit)：分组控制单元 PRP (Packet Resource Processor)：包资源管理器 PICP (Packet Interface Control Processor)：包接口处理器,节点设备功能,PCU连接Agprs和Gb。与BSC共同提供无线数据处理功能： 逻辑链路与物理链路的映射 无线数据信道的分配 SGSN作用相当于电路域的MSC/VLR 移动性管理 session management, MS state (ready, standby, or idle) 分组的路由寻址和转发 用户身份识别、加密和压缩 数据计费 GGSN作用相当与电路域GM
4、SC或路由器,提供SGSN与外部数据网的连接,Gi,Internet,PCU,GPRS系统网络接口,BSC,MSC/VLR,GMSC,SMS-C,BTS,Um,Abis,A,E,D,C,SGSN,GGSN,Gb,Gd,Gr,Gs,接口,Gb 提供SGSN与BSS的连接 MS与SGSN之间的数据传送 小区管理和路由区更新信息 采用Frame Relay提供逻辑链路连接 Gr 提供SGSN与HLR的连接 传送MS的加密信息，鉴权信息和用户数据库信息 采用CCS7规程 Gn 同一PLMN内部SGSN之间以及SGSN和GGSN之间的接口 支持静态或动态路由 采用基于IP的GTP协议,接口,Gp 不同P
5、LMN内部SGSN之间的接口 支持静态或动态路由 采用基于IP的GTP协议 Gi GPRS网络与外部数据网络的连接点 采用IP或X.25 Gs SGSN与MSC/VLR之间的接口 IMSI/GPRS联合附着，LA/RA联合更新，SGSN PAGING 采用CCS7规程 Gc GGSN和HLR之间的接口 采用CCS7规程,GPRS 协议栈,IP,PPP,USB or RS232 or IrDA,SNDCP,LLC,RLC,MAC,GSM RF,PPP,USB or RS232 or IrDA,RLC,MAC,GSM RF,BSSGP,Network Service,L1bis,BSSGP,Net
6、work Service,L1bis,IP,L2,L1,LLC,UDP/ TCP,SNDCP,GTP,Um,Gb,Gn,Gi,PC,MS,PCU,SGSN,Relay,IP,L2,L1,UDP/ TCP,GTP,Relay,Relay,GGSN,R,Application,Relay,Internet,Unspecified,Application,IP,Unspecified,TID: Tunnel Identifier ( TID = IMSI + NSAPI ) NSAPI: Network Layer Service Access Point Identifier 网络接入点标识 SA
7、PI: Service Access Point Identifier 服务接入点标识 TLLI: Temporary Logical Link Identity TFI: Temporary Flow Identity,TFI,TLLI,SAPI,NSAPI,TID,GPRS协议,MAC (Medium Access Control) 物理层与RLC层之间； 无线信道资源（PDTCH）分配； 信道复用(多个MS共用)和信道占用的动态调整； 功率控制、优先级管理。 RLC (Radio Link Control)： MAC与LLC之间； RLC确认模式和RLC非确认模式； 在RLC确认模式下，
8、对出错数据块有选择地重发，确保提供一条可靠的无线链路。 LLC （Logical Link Control）： 基于RLC/MAC层，提供MS与SGSN之间高可靠性的加密逻辑信道； 确认模式和非确认模式； 流量控制、顺序发送、差错检测和重传。,GPRS协议,SNDCP （Subnetwork Dependent Convergence Protocol）： 提供了多种业务的接入能力； 多工（Multiplexing）、分割（Segmentation）、重组（Reassembly）以及压缩（Compression）等。 BSSGP (Base Station System GPRS Protoc
9、ol)： 提供BSS和SGSN之间的链路； 流量控制 。 NS (Network Service)： 对同一小区的traffic ，在Frame Relay PVC上进行分配。,- 内容 -,GPRS网络结构与协议,GPRS无线原理,GPRS信令流程,GPRS逻辑信道类型,业务信道：PDTCH 一个MS可以同时复用最多8个PDTCH 控制信道 分组广播控制信道：PBCCH - Packet Broadcast Control CHannel 分组公共控制信道：PCCCH - Packet Common Control CHannel 分组寻呼信道：PPCH Packet Paging CHan
10、nel 分组随机接入信道：PRACH Packet Random Access Channel 分组接入允许信道：PAGCH Packet Access Grant CHannel 分组通知信道：PNCH Packet Notification CHannel 分组专用控制信道： PACCH - Packet Associated Control CHannel PTCCH Packet TA Control CHannel,GPRS无线信道,逻辑信道映射(Mapping) PBCCH+PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH PDTCH+
11、PACCH+PTCCH,信道分类 GPRS Reserved (G or R) GSM Reserved (C or empty) Switch-able TS (S),时隙分配,时隙可由语音与GPRS共享. 根据GSM和GPRS的网络负荷动态分配. 不同用户可分配同一时隙. 单一用户分配多个时隙以提高数据吞吐量.,时隙分配-GSM 电路交换数据业务,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,Downlink (BTS MS),Uplink (MS BTS),8 timeslo
12、ts per Frame,Timeslots assigned to MS1,Timeslots assigned to MS2,时隙分配-GPRS分组交换数据业务,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,Downlink (BTS MS),Uplink (MS BTS),8 timeslots per Frame,Timeslots assigned to MS1,Timeslots assigned to MS2,时隙分配,BTS,User rate at CS2 = 4
13、0.2 kbps,Site with one carrier will be able to share timeslots (Voice and GPRS),SH,SH,时隙分配,BTS,User rate at CS2 = 40.2 kbps,User rate at CS2 = 26.8 kbps,SH,SH,GPRS编码方式,GPRS 规范定义了新的四种数据编码CS1- CS4,GPRS无线编码流程 (Radio Coding Procedure),Add BCS,Add precoded USF,Add tail bits,Coding,Puncture,456 bits,Paylo
14、ad,CS1 - CS3 Radio Block Structure,*Rectangular interleaving of one Radio Block over four bursts in consecutive TDMA frames,*Interleaving,CS4 Radio Block Structure,*Interleaving,*Rectangular interleaving of one Radio Block over four bursts in consecutive TDMA frames,GPRS编码方案,Data rate,CS4,CS3,CS2,CS
15、1,编码方案选择,动态的切换算法让网络在无线条件容许时， 尽可能的采取CS4或CS3的编码，用户因此得到最高的速率。 一般来说， 一个小区下能达到CS4的覆盖面积为80%, 覆盖和CS4编码的比例均可通过优化进一步提高。,CS,-,1 100%,CS,-,1 100%,CS,-,2 96%,CS,-,3 94%,CS,4 80%,GPRS,Cell,% coverage of GPRS cell area,Data rate,CS,-,1 100%,-,CS,-,2 96%,-,-,GPRS,Cell,编码方式选择,Dynamic Allocation,同样的无线条件下， 优先高编码方式。,C
16、S3/4技术分析,无线环境对数据吞吐量的影响,CS3/4技术分析测试分析,无线环境对数据吞吐量的影响 存在边界载干比； 无线环境变差，吞吐量变化幅度大； 18db14db10db CS3/4的百分比减少； 为了满足一定的BLER值； CS3/4对无线环境敏感；,FTP吞吐量测试总结,网络吞吐量 每时隙吞吐量: 8.19kbps - 12.79kbps 提升幅度: 56%,CS3&4为用户提供了1.57倍于CS1&2的网络吞吐量 在系统资源紧张的时候, CS3&4仍然能提高20%的网络吞吐量 在系统资源紧张的时候进行扩容除了扩容本身增加的带宽之外, 还能使CS3&4进入良好的工作状态从而带来附加
17、的带宽增加.,平均资源减少方向,网络带宽的提升 UDP测试,4时隙提供的网络带宽和理论带宽非常吻合 在带宽跑满的时候测量值等于74.17kbps CS4理论值约等于18.59X4=74.36kbps, CS2理论值约等于11.1X4=44.4kbps, 带宽提升了67%,测试结果,启用CS3/4的小区吞吐量大多数在50kbps以上， 在无线条件较好和资源充足的小区， 速率可以到6070kbps以上。,GPRS系统中的QoS,优先级别（Precedence Class） High/Normal/Low 延迟（Delay） 4 Delay Classes 可靠性（Reliability） 5 Cl
18、asses 吞吐量（Throughput） Peak and Mean,延迟,可靠性,吞吐量,GPRS的终端设备,A类 同时支持GPRS和电路交换(包括短消息SMS) 用户能够同时作语音和数据服务的呼叫及被叫 语音和数据服务均需要最少一个独立无线信道 B类 支持GPRS和电路交换 在同一时间，只能够提供语音或数据服务 同时连接(Attach)语音和数据服务 C类 只能够连接一种服务(语音或数据服务) 需要利用手机菜单(Menu/Default)更改服务类型(语音、数据),Multislot Mobile Stations,29 multislot classes Semi-duplex (12
19、 classes) cannot TX and RX simultaneously but must TX and RX every TDMA frame Similar multiplexing to GSM voice mobile Up to 4 TS downlink and 1 TS uplink, or 2 TS downlink and 2 TS uplink Full duplex (6 classes) TX and RX are not coordinated Up to 8 TS downlink and 8 TS uplink Half duplex (11 class
20、es) cannot TX and RX simultaneously but can TX or RX continuously for long intervals Up to 8 TS downlink OR 8 TS uplink Cheaper and lower power than Full duplex and more throughput than Semi-duplex,MS 状态,Idle: MS not attached to SGSN No valid subscriber location info Standby: MS attached to SGSN MM
21、Context record created SGSN knows Routing Area Ready: Standby MM Context + cell location,GPRS终端及SGSN的移动管理状态模型,GPRS小区重选,MS performs cell reselection in Idle Mode and in Transfer Mode No handovers MS aborts data transfer when it decides to reselect to a new cell MS monitors neighbor cell BCCH/PBCCH in
22、 Idle Mode and in Transfer Mode New reselection criteria are used when PBCCH is present in the cell,GPRS无线网络设计- GPRS对RF环境(C/I)要求,0,5,10,15,20,25,0,4,8,12,16,20,24,CI (dB),CS1,CS2,CS3,CS4,CS1 & CS2 show the least change vs. C/I CS3 & CS4 inefficient at low C/I,All Schemes converge to Max rate at high
23、 C/I,CS3 & CS4 best at C/I 14dB,GPRS无线网络设计-跳频对GPRS的影响(CS1、CS2),GPRS无线网络设计-跳频对GPRS的影响(CS3、CS4),GPRS无线网络设计原则,就单小区覆盖能力而言 GPRS和GSM相同。,现有话音网络基本可以满足 CS1/2对C/I的要求, 而GPRS CS3/4对C/I值要求在1315 dB之间 。,系统在一个小区中只 配置专用GPRS信道； 或GPRS和GSM共享 信道。,GPRS可以在任意的频率规 划中被引入，包括现有的 GSM跳频系统，但为了用户 能够得到更高的数据传送速 率，GPRS信道一般规划在 承载BCCH的
24、频率上。,GPRS的进一步演进 - EDGE技术简介,EDGE技术的特点与优势_编码方式,EDGE在GPRS的四种编码方式之上，定义了九种编码方式。 其中MCS1-4仍然采用GMSK调制方式， MCS5-9采用8-PSK调制方式。 在MCS9编码方式下， 每时隙吞吐能力可以达到59.2kbps。 因采用了8-PSK调制方式，EDGE 需要 3-4dB 的额外发射功率来保证覆盖。,EDGE技术的特点与优势_链路适配,根据无线链路的质量动态地选择MCS编码方式，保证了各种无线环境下的传输性能。,模拟结果表明： 采用动态链路适配的算法可提高60%的平均数据传输吞吐量。,EDGE技术的特点与优势_递增
25、冗余,GPRS 丢弃错误的数据包；原数据重传。,模拟结果表明： 采用递增冗余提高平均数据传输吞吐量达1020%。,EDGE 保留错误的数据包，与重发的数据包进行组合共同解码。,EDGE技术的特点与优势_简介,每时隙最大的速率是 59.2 kbps，最大的速率是 474 kbps； 支持GMSK和8-PSK两种调制方式； MCS1-9的编码方式保证各种无线环境下的性能； 递增冗余 (Incremental Redundancy)； 链路自适应(Link Adaptation)； 增大的RLC窗口。,- 内容 -,GPRS网络结构与协议,GPRS无线原理,GPRS信令流程,GPRS Terms a
26、nd Concepts,GPRS Attached means the MS has registered with the SGSN for Packet Data service (similar to voice call registration). PDP Context Established means that the GGSN has established an “IP Pipe” between the Internet and the MS (the MS has an IP address). Always On means that GPRS subscriber
27、is either in READY state or STANDBY state.,MS Attach,PDP Context Activation,Inter-SGSN Routing Area Update,Roaming from the SGSN in a foreign PLMN will not be supported, but the SGSN will indicate in the RAU reject message to the MS to perform attach. This will enable automatic re-establishment of the GPRS services without user intervention.,