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GPRS技术介绍
第一章 GPRS的引入

截至目前为止，我国移动用户已达到1.4亿，其中中国移动为1.1亿，中国联通0.3亿，数字GSM系统已实现了国际漫游，已与70多个国家和地区、170多家运营公司开办了GSM自动漫游业务，是全球第一大GSM网络和用户群。同时中国移动和中国联通自己建设的移动互联网也具备了一定规模，完全可以提供网络和业务的接入。

1.1 市场的需求
对于移动互联网业务有需求的用户数量快速增长，GSM网络已经不能满足市场对分组数据移动业务的需求，在GSM网络上开通数据业务的主要缺点如下：
1) 数据传输在空中接口速率9.6kb/s，带宽窄，速率慢。
2) 电路交换方式进行数据传输不能充分利用无线资源，增加了GSM网络的负担。
3) 始终占用无线信道。
4) 按时间收费。

1.2 技术的需求
GPRS(General Packet Radio Service) 通用分组无线业务－是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输网络，提供一种端到端分组交换业务。作为向3G网络过渡的2.5代技术，GPRS可最大限度重用已有的GSM网络基础设施，GPRS采用先进的无线分组技术,将无线通信与因特网紧密结合，终端更适应互联网的业务需求，可提供更好的数据业务。作为一种先进的、全新的无线网络承载手段，将全面提升无线数据通信服务。GPRS的引入，无需更换手机号码，不会影响原有手机、原有业务的使用，与原有的GSM相比，具有时尚前卫，令人耳目一新的优势：
1) GPRS提供了更高的数据传输速率:GPRS最高理论传输速度未171.2kbps，目前可以支持40kbps左右的传输速率。
2) 时隙捆绑：一个用户可以同时占用几个信道，提高传输速率。
3) GPRS提供高效的无线资源利用率，多个用户可共享一个无线信道，提高了网络利用率。
4) 永远在线：只要激活GPRS应用后，可以始终保持在线状态，而无需一直占用无线信道。
5) 按数据流量收费，经费方式更加科学合理。
6) 快速拨号建立连接进行登录，话音和数据业务切换方便。
7) 利于向第三代核心网的过渡。

在技术上，由于3G技术标准尚未完全统一，导致全球各国3G网络商用进程一推再推，同时各运营商考虑在现阶段直接建设3G网络投资太大，只能充分挖掘现有GSM网络无线资源。特别对于中国移动来说，为了在现有网络基础上与中国联通的IS95 CDMA网络竞争，引入GPRS技术势在必行。

第二章 GPRS的业务和应用

2.1 GPRS提供的业务种类
在PLMN中，GPRS（通用分组无线业务）使得用户能够在端到端分组传输模式下发送和接收数据。以GPRS承载业务支持的标准网络协议为基础，GPRS网络营运者可以支持或提供给用户各种电信业务。GPRS提供应用业务的特点：
— 适用不连续的非周期性（突发）的数据传送，突发出现的时间间隔远大于突发数据的平均传输时延；
— 适用小于500字节小数据量事务处理业务，允许每分钟出现几次，可以频繁传送；
— 适用几千字节大数据量事务处理业务，允许每小时出现几次，可以频繁传送。

上述GPRS应用业务特点表明：GPRS非常适合突发数据应用业务，能高效利用信道资源，但对大数据量应用业务GPRS网络要加以限制。主要原因是：
－ 数据业务量较小。GPRS网络时依附于原有的GSM网络之上。但在目前，GSM网络还主要提供电话业务，电话用户密度高业务量大，而GPRS数据用户密度低。在一个小区内不可能有更多的信道用于GPRS业务。
－ 无线信道的数据速率较低。采用GPRS推荐的CS-1和CS-2信道编码方案时，数据速率仅为9.05 Kbit/s和13.4Kbit/s（包括RLC块字头）。但能够保证实现小区的100%和90%覆盖时，能满足同频道干扰C/I³9dB要求。原因是CS-1和CS-2编码方案RLC（无线链路控制）块中的半速率和1/3速率比特用于前向纠错FEC，因此降低了C/I要求。因此目前GPRS应主要采用CS-1和CS-2编码方案，能满足现有电路设计要求。
－虽然CS-3和CS-4编码方案数据速率较高,为15.6Kbit/s和21.4Kbit/s（包括RLC块字头），它是通过减少和取消纠错比特换取数据速率的提高。因此CS-3和CS-4编码方案要求较高C/I值。仅适合能满足较高的C/I值的特殊地区使用。
－ 当采用静态分配业务信道方式时，初期一个小区一般考虑分配一个频道（载波）即8个信道（时隙）用于分组数据业务。

举例：某家公司的第一代GPRS BSS多时隙工作能力：上下行各5个时隙（PDCH）用于全双工MS。一个小区仅能提供上下行最高数据速率小于67Kbit/s（CS-2编码）。当下行4个时隙（PDCH）和上行2个时隙（PDCH）用于半双工MS工作。一个小区仅提供下行最高数据速率小于53.6Kbit/s（CS-2编码）和上行最高数据速率小于28.6Kbit/s（CS-2编码）。

－多时隙信道一般用于Web浏览业务和FTP文件传送业务等。由于多时隙信道数量有限，因此GPRS网络要对大数据量应用业务加以限制，允许每小时出现几次。
－当GPRS业务和GSM业务共享信道，采用动态分配信道方式时，电话有较高的优先级。可利用任何一个信道的两次通话间隙传送GPRS分组数据业务，如果某个信道用于GPRS业务，一个分组数据信道（PDCH）可以实现多个GPRS MS用户共享（即多个逻辑信道可以复用到一个物理信道），因此GPRS特别适用突发数据的应用，大大地提高了信道利用率。

2.2 承载数据业务
GPRS提供的承载数据业务又叫GPRS网络业务，在GPRS中定义了两类承载业务：点对点数据业务（PTP）和点对多点数据业务（PTM）。
2.2.1点对点数据业务
GPRS提供的点对点数据业务（PTP）又可分为两类：
a. 点对点无连接网络业务（PTP-CLNS）
b．点对点面向连接网络业务（PTP-CONS）
2.2.2 点对多点数据业务（PTM），PTM业务又可细分为三类：
a. 点对多点组播业务（PTM-M）
b. 点对多点群呼业务（PTM-G）
c. IP组播业务（IP-M）

2.3 GPRS基本业务可适用的补充业务
适用与GPRS承载业务的补充业务可分为两类：GSM Phase2的补充业务和GPRS特定的补充业务。
2.3.1 GSM Phase2补充业务
多数GSM phase2补充业务不能在GPRS网中应用。但是以下GSM phase2补充业务可以用于GPRS，通过协商可以使用GPRS的PTP-CONS，PTP-CLNS，PTM-G和IP-M（网络业务）工作方式来提供。GSM phase2补充业务不能用在PTM-M工作方式。GSM phase2补充业务用于GPRS包括：
a. 无条件呼叫前转（CFU）和MS不能到达时的呼叫前转（CFNR）；
b. 闭合用户群（CUG）；
c. 送付费通知（AoCI）和付费清单（AoCC）；

2.3.2 GPRS特定的补充业务
可以向GPRS用户提供GPRS特定的补充业务。该补充业务可针对GPRS的基本业务来签约使用。目前提供的为‘闭锁GPRS互通文件’业务。该补充业务通知闭锁激活的互通文件，从而限制用户接入到外部数据网络。

2.4 GPRS与现有业务的关系
GPRS业务与现有业务的关系包括：GPRS与GSM点对点PTP短消息业务（SMS）的关系和GPRS与GSM电路交换业务的关系。
2.4.1 与GSM点对点短消息业务关系
MS通过GPRS无线信道能接收来自GSM的短消息SM业务（MT方向），MS也能经GPRS信道发送SM业务（MO方向）。
如果MS附着在GPRS上而未附着在CS业务上，则短消息业务通过GPRS信道来提供；如果MS同时附着在GPRS上和CS业务上，则短消息业务在GPRS信道和CS信道上都可以传送，优先选择哪个信道来传送由运营者确定，一般来说，通过GPRS信道传送短消息无线资源效率会高一些。此外，如果CS控制信道正在使用，则通过SGSN来对MT短消息进行寻呼。
2.4.2 与电路交换业务关系
引入GPRS之后，GSM网就包括了电路交换和分组交换两个部分，这两个部分分别有自己的移动性管理、呼叫控制以及用户数据传输等一套相对独立的功能。但这两部分也非截然分开的，它们可以通过Gs接口联系起来，使MSC/VLR与SGSN之间相互配合而实现诸如联合位置更新、经由GPRS进行CS寻呼等功能，从而节约网络及无线资源。
根据网络对电路业务和GPRS业务的寻呼方式及其配合关系，可将网络划分为表2-1所示的三种网络工作模式。

表2-1 网络工作模式
模式
电路寻呼信道
GPRS寻呼信道
寻呼配合关系
I
分组寻呼信道
分组寻呼信道

需要SGSN与MSC/VLR配合进行寻呼，应选用Gs接口。
MS只需监视一个寻呼信道，如果给MS分配了分组数据信道，则MS就在该分组数据信道上接收电路业务的寻呼信息。
CCCH寻呼信道
CCCH寻呼信道

分组数据信道
－

II
CCCH寻呼信道
CCCH寻呼信道
不需要SGSN与MSC/VLR配合进行寻呼。
MS只需监视CCCH寻呼信道，但即使给MS分配了分组数据信道，MS也仍在CCCH寻呼信道上接收电路业务的寻呼信息。
III
CCCH寻呼信道
分组寻呼信道
不需要SGSN与MSC/VLR配合进行寻呼。
MS需要监视CCCH寻呼信道和分组寻呼信道这两个信道。
CCCH寻呼信道
CCCH寻呼信道

另外，GPRS终端有以下三类，终端与上述网络工作模式相配合，实现电路交换业务与分组交换业务的关联：
ü A类：GPRS和GSM电路型业务可同时工作。
ü B类：可附着在GPRS和GSM电路型业务上，但二者不能同时工作。
ü C类：只能附着在GPRS业务上。

以下是几种GPRS分组交换业务与原GSM电路交换业务配合工作的情形：
- 联合的GPRS/IMSI附着以及分离功能。当MS执行联合的GPRS/IMSI附着时，MS送请求到SGSN，SGSN通知MSC/VLR，MSC/VLR存储SGSN的地址。当MS已经实现了IMSI连接时，也实现了GPRS连接。这样可以节省无线资源。
- 联合的路由区/位置区更新功能。当MS同时改变了路由区和位置区时，联合的路由区/位置区更新请求从MS送到SGSN，SGSN将位置区更新请求转发给VLR，VLR即可知道MS位置区的改变，这样可以节省无线资源。
- B类MS的悬置/恢复程序功能。B类当B类MS在GPRS业务期间，有一个电路交换呼叫呼入，MSC/VLR送给SGSN一个悬置通知，SGSN收到通知后悬置（临时中断）GPRS连接。当电路交换呼叫完成以后，MSC/VLR送给SGSN一个恢复通知，SGSN收到通知后再恢复GPRS连接，这样避免了MS重建GPRS连接。
- 经过GPRS网络实现电路交换业务寻呼功能。当MSC/VLR收到一个移动终接的呼叫或短消息时， MSC/VLR发送寻呼请求到SGSN。SGSN通过GPRS寻呼信道或分组数据信道发送电路交换寻呼（SGSN完成MSC寻呼信息转换成SGSN寻呼信息），MS利用正常的电路交换GSM信道给出寻呼响应。

2.5 GPRS应用业务举例
2.5.1 GPRS应用业务概述
GPRS应用（电信）业务是以支持GPRS承载业务的标准网络协议为基础，GPRS网络管理者为用户提供（支持）一些增值业务。按照GPRS承载业务支持的应用业务来划分，包括：GPRS点对点PTP承载业务支持的应用业务和点对多点PTM承载业务支持的应用业务两大类。如果按照应用范围划分，又可分为面向集团内部用户的纵向应用和面向个人的横向应用两种。移动数据的应用业务还可能有其他的分类方法。目前移动数据应用领域处于不断发展的过程中，不断有新的应用业务出现，国际上没有统一的分类方法。下面仅以GPRS承载业务支持的应用业务进行分类举例说明：
- 点对点PTP承载业务支持的横向（面向个人）应用业务：
1）电子信箱E-mail业务，特别适合（公司）外出办公人员随时接入公司数据库和收发E-mail，是目前横向应用的主流；
2）Telnel远程登录业务，实时（没有存储转发功能）双向端到端横向应用业务；
3）FTP文件传输业务；
4）交互式信息服务：Web浏览业务：访问数据库；信息查询访问；
5）电子号码薄（目录）服务，查找有关Internet用户信息服务（E-mai地址，电子号码）；
6）检索服务：用户给出查询关键词，系统自动查询因特网上的信息资源等等。
－ 点对点PTP承载业务支持的纵向（面向集团用户小数据量事务处理）应用业务：
信用卡确认（POS）；保安系统（电子监控）；GPS自动定位跟踪业务（运钞车定位跟踪）；电子商务；电子银行；远程商务洽谈；石油、天然气管道监测系统；煤、水、电远程读表；彩票交易；仓库等监视系统等等。
－ 点对多点PTM承载业务支持的纵向（面向集团用户小数据量事务处理）应用业务：
点对多点PTM单向应用业务：新闻；股票金融信息；天气预报；业务报告；产品和业务广告；航班时刻表等等。
点对多点PTM双向（多向）应用业务：调度系统，外出流动工作人员任务分派调度管理；车队（出租车，邮政快递）调度管理；交通运输路由导引；集装箱码头船舶调度管理等等。
第三章 GPRS无线子系统
3.1 GPRS无线接口概述
SNDCP

SNDCP

LLC
LLC

RLC
MAC
RLC
MAC

物理链路
物理射频
物理链路
物理射频

MS Um
图3－1 GPRS MS－网络参考模型

GPRS无线接口参考模型见图3-1。由下至上分为以下几层：
－物理射频层主要规定了载波特性、信道结构、调制方式以及无线射频指标；
－无线链路主要的控制功能包括时间提前量的确定、无线链路信号质量、小区选择及重选、功率控制等；
－数据链路层的低层部分（RLC/MAC）提供在物理层之上的信息传送能力。它的主要功能包括采用有选择的重传进行反向纠错。以及允许多个MS共享信道资源的动态信道分配方式。RLC/MAC使用物理层的业务，而更高层的用户使用RLC/MAC层的业务。

3.2 GPRS无线接口的基本工作原理概述
3.2.1 无线信道结构
3.2.1.1 逻辑信道分类
承载分组逻辑信道的物理信道称为分组数据信道（PDCH）。PDCH的逻辑信道可分为业务信道和控制信道两大类。

(1) 业务信道
GPRS的分组业务信道（PDTCH）是在分组交换模式下承载用户数据。它用于一个MS或在点对多点广播方式中，可指定广播到一组MS。在多个时隙工作时，一个MS可并行使用多个PDTCH用于一个数据分组传送。由于不同的逻辑信道可以复用在一个物理信道上，PDTCH可承载0－21.4kb/s的纯数据速率（包括RLC字头）。
与电路型双向业务信道所不同的是，PDTCH为单向业务信道，它或者是上行信道以用于移动台发起的分组数据传送，或者是下行信道以便于移动台接收的分组数据。
（2）控制信道
控制信道用于承载信令或同步数据。控制信道可分为三类：广播控制信道、公共控制信道和专用控制信道。

l 广播控制信道
下行链路的分组广播控制信道（PBCCH）广播分组数据的特定系统信息。如果不配置PBCCH，则由原有的BCCH（广播控制信道）中广播分组操作的信息。
在BCCH上将会给出明确的指示，本小区是否支持分组数据业务。如果支持且具有PBCCH（分组广播控制信道）则会给出PBCCH的组合配置信息。

l 公共控制信道
分组公共控制信道（PCCCH）用于分组数据公共控制信令的逻辑信道，包括以下控制信道：
[Mtg Note: from 3.5.3]
i) 分组寻呼信道 (PPCH):下行信道，用于寻呼移动台。PPCH也使用寻呼组，可支持DRX。PPCH可用于电路交换和分组交换数据业务寻呼，但电路交换业务的寻呼仅适用于A级和B类的移动台。
ii)分组随机接入信道 (PRACH): 上行信道，移动台发送随机接入信息或对寻呼的响应以用于请求分配一个或多个PDTCH。
iii)分组接入准许信道 (PAGCH): 下行信道, 用于向移动台分配一个或多个PDTCH。当MS工作在分组传输方式时，也可在分组随路控制信道（PACCH）上为电路交换业务寻呼移动台。
iv)分组通知信道(PNCH): 下行信道, 用于通知移动台PTM-M的呼叫。
如果未分配分组公共控制信道，分组交换操作的信息将会在CCCH上传送。如果分配了分组公共控制信道，它也可传送电路型的信息。
l 专用控制信道
i)分组随路控制信道（PACCH）传送包括功率控制信息、测量？等信息。PACCH还携带资源分配和再分配信息。可用于PDTCH容量分配或将来新增加PACCH。一个PACCH可以对应分配给一个MS的一个或几个分组数据业务信道。PACCH为双向信道。
ii)分组定时控制信道－上行（PTCCH/U）：用于传送随机突发脉冲以估计分组传送模式下的时间提前量。
iii)分组定时控制信道－下行 (PTCCH/D): 用于向多个移动台传送定时提前。

3.2.1.2 逻辑信道与物理信道的映射
上述的GPRS逻辑信道可以按以下4种方式组合到物理信道上：
i) PBCCH+PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH
ii) PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH
iii)PDTCH+PACCH+PTCCH
iv) PBCCH+PCCCH
－PCCCH将会映射到不同于CCCH的物理信道上。但一个小区并不一定固定分配一个PCCCH。当未分配时，由CCCH来传送分组信息。
－一个PDTCH可映射到一个物理信道。一个MS可最多分配8个PDTCH（在同一载波上不同的时隙）。
－一个PACCH可映射到一个物理信道。PACCH以块为单位动态分配，但PACCH和PDTCH之间保持相对固定的关系。如果MS指配了一个PDTCH，其相对应的PACCH应处于同一物理信道。如果在多时隙操作下，指配了多个PDTCH，则PACCH会分配在业务信道之一的物理信道上。

3.2.2 信道编码
对于分组业务信道承载RLC（无线链路控制）数据块可采用CS-1－CS-4不同的编码方式，其数据速率分别为9.05kb/s,13.4kb/s,15.6kb/s,21.4kb/s。
CS-1的编码方式与电路型SDCCH信道编码方式相同，其C/I可保持在6dB。网络应根据数据速率要求和无线传输的质量来动态选择不同的编码方案。每个时隙都可以选择不同的编码方案。当网络无线传输质量较好时，意味着错误无线块重传的概率较小。这时可采用信息量更大的CS-2编码。
由于TRAU的子复用速率为16kb/s，一般厂家在初始开发阶段主要实现CS-1和CS-2，在以后的阶段开发出32kb/s， 64kb/s的TRAU，从而逐步实现CS-3, CS-4。

3.2.3 无线资源管理
支持GPRS的小区可分配一个或多个物理信道以传送GPRS的业务。在物理信道分配的时候是从公共的物理信道资源中为电路交换或分组交换分配相应的业务信道，其分配的原则依据“按需分配”。对于分配的分组业务信道，可由多个用户来共享。
最初阶段的公共控制信道设置在PCCCH上（若分配）或CCCH。仅当有GPRS分组数据传送时，才有专门为GPRS分配的资源。
小区中所分配的PDCH的数目应能够根据需要增加或减少。主要采用：
－负荷监视：监视小区中PDCH的业务量以确定PDCH的数量增加还是减少。
－动态分配PDCH：小区中未分配的信道可分配给PDCH以增加GPRS整体的业务质量。在有高优先级业务申请使用时，可让出占用的PDCH信道。
在小区中，BSS对于业务资源进行监视，在GPRS用户需要传送数据业务时，BSS根据用户的能力和业务需要以及小区中现有的空闲信道情况将一个或多个物理信道用于PDCH，当GPRS业务量减少时，BSS又可将空闲的时隙用于电路型业务（TCH）。如果用户需要高速率的GPRS，而GPRS移动台又能支持多时隙操作，则BSS将根据提供服务的小区中的空闲信道数目分配多个时隙的分组业务信道。

3.2.4 功率控制程序
功率控制对于提高频谱有效性和减少MS的功率输出是非常有益的。由于在分组数据业务中没有连续的双向连接，因此其功率控制算法要比电路型的复杂很多。
对于上行链路，MS应执行灵活的功率控制算法，可实施开环功率控制、闭环功率控制或质量功率控制。
下行链路功率控制在BTS执行，因此在规范中不需指定实际的算法，但需要MS能够传送信道质量的报告（目前标准化工作仍在进程中）。
一般厂家在初始阶段仅支持上行链路的开环控制，而将逐步支持闭环控制和下行链路控制。

3.2.5无线指标
考虑到分组数据业务与话音业务对信道特性的要求不同，对MS和BSS的指标要求低于电路型业务。GPRS对GSM900/1800正常BTS和GSM900普通MS的灵敏度要求与电路型业务相同，但对于GSM900小型MS、GSM1800的MS，GSM900/1800微蜂窝BTS的灵敏度要求则降低2－17dB; GPRS对于同频干扰的要求与电路型业务相同。

3.2.6 无线信令媒体接入控制（MAC）和无线链路控制（RLC）协议功能
3.2.6.1 MAC层
l 业务
MAC可使得多个MS共享相同的传输媒体（可包括几个物理信道）。MAC功能可对于多个MS尝试同时发送提供仲裁，并提供避免争抢、检测和恢复程序。MAC的操作功能也允许单个MS平行地使用多个物理信道，但时隙不同。
l 功能
－提供在上行和下行链路上数据和控制信令的有效复用。在下行链路上，复用遵循按序发送机制，而在上行链路上，复用是受控于向每个用户分配的信道。
－对于移动发起的信道接入（上行链路），信道接入尝试间的争抢判决包括争抢检测和恢复。
－对于移动终止的信道接入（下行链路），依据顺序的接入尝试分配资源。
－优先级处理。

3.2.6.2 RLC层
l 业务
RLC功能定义了选择性地重传未成功发送的RLC数据块。
l 功能
－RLC作为高层链路控制层（LLC）和下层媒体接入控制（MAC）的接口传送相关原语；
－将LLC层的协议数据单元（PDU）分段和重组到RLC数据块；
－实施后项纠错（BEC）程序，以便有选择地重传不正确的码字。
3.2.6.3 操作模式
每个PDCH作为多个MS与网络之间共享的媒体。GPRS无线接口包括非对称的，独立的上行、下行信道。下行载体作为网络与多个MS之间通信的媒体不需要争抢仲裁，而上行链路组需要采用争抢判决程序来控制多个MS的接入与共享。
－上行状态标记（USF）用于在PDCH上允许多个MS复用无线块（通常为4个连续的突发脉冲）。USF有3个比特可以表示8种状态，它可用于上行链路的复用；即8个MS可依据USF实现在上行信道上同一时隙内的复用；网络通过改变USF值来动态地调整分配给某个MS的上行无线资源；
－临时流量识别（TFI）：为了在RLC层上实现有选择的ARQ协议，需要对于每个临时块流量（TBF）定义一个临时流量识别（TFI）。该参数用于同一小区中同一时隙LLC帧传送序列，用以取代RLC/MAC层中的MS识别。

3.2.7 程序举例
3.2.7.1 无线资源管理
（1）上行链路资源分配
l 上行链路接入
BSS
MS

Channel request

Immediate assignment

SABM (RR initialsition req.)

PDCH Assignment command

图3－2 上行链路分组传送，接入和分配分组接入
MS在PRACH或RACH上发起“信道请求”消息，并指示建立原因为分组接入。网络在PAGCH或AGCH上进行响应。可采用一步或两步的分组接入方法：
采用一步的方法：网络侧以“立即指配”响应MS发出的“信道请求”。网络侧根据“信道请求”的指示进行预留。当“信道请求”消息在RACH信道上传送时，它仅能够表示出GPRS呼叫，而没有其他的信息可供参考。此时，网络一般预留1－2个PDCH作为缺省处理。
采用两步的方法，网络首先发送“立即指配”以预留了下一步上行需传送的“初始RR请求”的信道资源。在“初始RR请求”消息中MS发送TLLI，信道请求描述等信息，以便于网络为MS确定预留资源。见图3－2所示的两种信令处理方式。
当MS进入到专用模式，网络发起指配程序为MS分配信道资源。网络根据MS的业务需求发送“PDCH 指配命令”消息，在该消息中包括分配的信道描述，功率控制，TBF信息，接入时间等）。

l 上行链路动态分配
分组的立即指配消息包括PDCH列和每个PDCH相对应的USF值。MS监视分配给它使用的USF，并在其无线块上发送数据。随着USF值的变化，PDCH对于一个MS来说一会儿打开一会儿关闭。另外，对于高优先级的分组信息和控制消息可以中断MS的传送。当然，信道资源预留算法是非常灵活的，也可以采用预定一段时间由MS无中断地传送等方法。
l 上行链路固定信道分配
固定分配采用“分组立即指配”或“分组资源指配”消息，以便向MS分配一个专用固定上行资源。固定资源的分配包括起始帧，分配的时隙，每帧中指配的块（采用比特映射方式表示）。MS仅需要以上分配的资源信息在上行链路上进行传送而不需要监视下行的USF值。如果资源不够用，则MS会请求附加资源。其信令的信息流程与动态分配基本相同，只是在资源分配时采用了“固定资源再分配”程序。

（2）下行链路资源分配
SGSN
BSS
MS
Paging request

Paging PS(CS)

Channel request

SABM (Paging response)

Immediate assignment

PDCH Assignment command

图3－3 寻呼程序示意图

网络需要通过寻呼程序来完成MS被叫的接续。首先SGSN向BSS发送“寻呼分组业务（或电路业务）”消息，其中包括IMSI，DRX参数，QoS文件等信息。若消息中带有P-TMSI在BSS向MS发送寻呼请求时可采用P-TMSI。
网络可在PPCH/PCH或PACCH上发送“寻呼请求”消息。MS以“信道请求”消息进行寻呼响应。同上行链路程序相类似，网络发送“立即指配”消息与MS建立专用信令信道，其中带有分组响应的类型，信道描述，分组下行指令（包括TFI等信息）。同一下行PDCH不同MS无线块的复用是通过TFI来区分的。在专用信令信道上MS发送“寻呼响应”，其中带有TLLI。网络可根据TLLI转换为用户识别。此时，MS的移动性管理状态转为“准备好（Ready）”。（其寻呼的流程图见图3－3）。在寻呼之后，网络发送“PDCH资源指配”消息。该消息中包括用于下行数据传送的PDCH列以及相应的PACCH，时间提前量和功率控制等信息。

3.2.7.2 A接口采用GMM程序
在Gb接口中，部分信令采用中继程序。在上行链路，采用UL-UNITDATA PDU消息来传送，其中除了直接包括高层LLC-SDU信息单元外，还包括PDU类型，TLLI，QoS，小区识别等信息单元；在下行链路，采用DL-UNITDATA PDU消息来传送，其中除了包括LLC-SDU信息单元外，还包括PDU类型，TLLI，QoS，MS接入能力，PDU寿命等信息单元。

(1) 加密
GPRS与GSM电路型业务的加密不同。GSM电路型加密是在MS与BSS之间的无线路径（物理层）进行的，在A接口加密程序是不透明的，即BSS需要进行处理。而在GPRS系统中，加密是在MS与SGSN之间进行的，BSS不需做任何工作（Gb接口透明）。且加密时在LLC层进行的。GPRS采用特定的加密算法，由于SGSN不知道TDMA帧号码，就采用了LLC帧号码来代替，加密程序仍采用标准加密键（Kc）的管理程序。加密程序见图3－4。由于子加码程序启动之间已经进行了鉴权程序，在加密中需要指示的加密序列号和加密算法等信息已经传送给MS。“加密模式命令”仅指示MS启动加密。MS返回“加密模式完成”表示已启动加密。
Ciphering mode complete
Ciphering mode command
SGSN
MS

图3－4 加密程序示意图

（2） 附着与分离
SGSN
MS

Attach request

Attach accept

Attach complete (可选)

图3－5 附着程序示意图

MS发起的附着程序首先发送“附着请求”其中主要带有用户识别信息（IMSI或P-TMSI），路由区识别。SGSN可调用鉴权等程序，当接受附着时向MS回发“附着接受”消息(带有P-TMSI)。若重新分配了P-TMSI时，MS可回发“附着完成”以确认P-TMSI再分配成功。
在分组与电路结合的附着方式中，附着类型指示为“Combined GPRS attach”，根据网络的能力和实现情况，网络在回发的“附着接受”消息中可附着结果为结合方式或仅为GPRS。
MS分离程序与MS的附着程序基本类似。

(3) 位置更新
SGSN
MS

RA update request

RA update accept

RA update complete (可选)

图3－6 位置更新程序示意图

MS发送“路由区更新请求”消息，其中包括原有的RAI，新的RAI，P-TMSI等；网络可进行鉴权程序，然后向MS回发“路由区更新接受”消息（P-TMSI，原因）。若重新分配P-TMSI则MS以“路由区完成”来确认。

（4）会话管理
MS与SGSN之间建立会话连接，包括PDP上下文的激活、去活和修改。下面以PDP上下文的激活为例说明会话管理程序。
SGSN
MS

Active PDP context request

Active PDP context accept

图3－7 PDP上下文激活示意图

MS发起“激活PDP上下文请求”消息。其中包括用于接续的识别和路由信息（NSAPI，TI，APN等），以及要求的QoS；SGSN根据信息建立与GGSN的连接，并回发“激活PDP上下文接受”消息，指示相应的QoS参数，以供MS确定是否可接受。

第四章 GPRS网络部分
4.1 GPRS网络组成
4.1.1 网络结构
GPRS的逻辑结构如图4－1所示。

图4－1 GPRS的逻辑结构

从网络侧看，GPRS是在GSM网络的基础上增加SGSN和GGSN这两种网络实体以及Gb、Gn/Gp、Gi、Gr、Gf、Gd、Gs、Gc等接口而实现的。SGSN（服务GPRS支持节点）和GGSN（网关GPRS支持节点）是实现GPRS业务的核心实体，它们也可通称为GSN。SGSN是为MS提供移动性管理、路由选择等服务的节点，GGSN是用于接入外部数据网络和业务的节点。在上述接口中，Gs和Gc接口是可选接口，需要SGSN与MSC/VLR配合实现诸如联合位置更新、经由GPRS进行CS寻呼等功能时，就应选用Gs接口；如果选用Gc接口，则GGSN可直接从HLR获取位置信息，如果未选用Gc接口，则GGSN需通过其他SGSN或GGSN从HLR获取位置信息。

GPRS网络的基本组成如图4-2所示。

图4－2 GPRS网络组成

来自MS的用户信令与数据在BSS之后分流，电路业务经A接口去往MSC/VLR进入GSM核心网，分组业务则经Gb接口去往SGSN进入GPRS骨干网。BSC与SGSN之间可以利用帧中继方式相连，信令和数据都在这一传输平台中传送，帧中继支持请求带宽，线路利用率较高，费用较低，适用于分组数据的传输。此外，在业务量不太大的情况下，Gb接口也可以暂时共享原GSM网A接口的传输资源，在MSC侧通过MUX分复用之后，再将GPRS数据流送往SGSN。
GPRS骨干网是图中虚线方框内的部分，在GPRS骨干网内部，各GSN实体之间通过Gn接口相连，它们之间的信令和数据传输都是在同一传输平台中进行的，所利用的传输平台可以在ATM、以太网、DDN、ISDN、帧中继等现有传输网络中选择。
GPRS骨干网中的SGSN和GGSN还通过Gr/ Gc、Gs、Gf、Gd等接口分别与HLR、MSC/VLR、EIR、SMS-GMSC等原GSM网络实体相连，这些实体之间的通信只涉及信令，利用SS7网络进行通信。
GPRS骨干网通过GGSN经Gi接口与外部数据网(PDN)互连，PDN可以是Internet、X.25/X.75等网络，Gi接口应是与PDN相应的接口，即在与不同的PDN互连时，Gi接口也不同。

4.1.2 GPRS涉及的主要实体及其功能
GPRS业务的提供涉及MS、BSS、SGSN、GGSN、HLR以及外部PDN等实体，还可能涉及MSC/VLR、SMS-GMSC等实体。GRPS的主要功能是由SGSN、GGSN与MS、HLR、PDN等相关实体配合实现的，各实体的功能如下：
l SGSN：为MS服务，主要实现下述功能
ü 维护SGSN MM上下文，提供移动性管理
ü 维护SGSN PDP上下文，提供寻路功能
ü 鉴权、加密等
ü 计费
l GGSN：是GPRS网与外部PDN相连的网关，
ü 维护GGSN PDP上下文，提供路由选择功能，分配IP地址
ü 实现与外部网络协议等的转换
ü 计费
l MS：维护MS MM上下文和MS PDP上下文，实现移动性管理、路由选择、网络接入控制以及无线资源管理等功能。
l HLR：维护GPRS签约数据和路由信息，供SGSN（或GGSN）调用。GPRS与原GSM共用HLR。
l MSC/VLR：在需要GPRS与其他GSM业务进行配合时选用Gs接口，如：利用GPRS实现电路交换业务的寻呼，GPRS与GSM联合进行位置(RA和LA)更新等，这时，MSC/VLR除了存储MS的IMSI外，还需存储同时附着在GPRS和GSM电路业务上的MS的SGSN编号。
l SMS-GMSC：MS需要通过GPRS无线信道来发送/接收短消息时，SGSN通过Gd接口与SMS-GMSC连接。
l PDN：是提供分组数据业务的外部网络，如IP、X.25/X.75网等。MS通过GPRS接入不同的PDN时，采用不同的分组数据协议地址（PDP地址），如：接入IP网时采用IP地址，接入X.25/X.75网时采用X.121地址。每个PDP地址对应一个PDP上下文。

上面所提及的MM上下文、PDP上下文、GPRS签约数据等都是GPRS提供移动分组数据业务所必须的信息，这些信息分别由一系列相关的标识和相应的状态信息组成，存储在上述各相关实体中，供执行登记、鉴权、移动性管理、路由选择等功能时调用。

4.2 基本工作原理
4.2.1 传输和信令协议平台