1.4 2.5G GPRS网络

1.4.1 GPRS网络概况

随着语音业务的普及与成熟，通信市场的不断扩大，用户的需求不断提高，不仅希望网络能支持语音业务，还希望能得到数据业务的服务。GSM 虽然也支持数据业务，但速率太低，费用太高。为了满足用户需求，同时扩大自己的业务，运营商选择了在原有系统的基础上添加有限的设备来实现2.5G技术——GPRS。

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线业务的简称，能提供比现有GSM网9.6 kbps更高的数据速率。由于在GPRS系统中采用了新的信道编码方式，一个信道的最大速率可以达到21.4 kbps；而在GPRS系统中，可以把原来在GSM系统中分配给8个用户的无线资源分配给一个用户使用；这样每个用户可用的最高数据速率为 21.4 kbps× 8=171.2 kbps（理论值）。

GPRS采用包交换技术（多个用户占用一个无线资源或一个用户占用多个无线资源），替代了GSM中使用的电路交换技术（一个用户占用一个无线资源）。引入GPRS系统可充分利用 GSM 系统在非繁忙时的空闲资源。所以，GPRS 系统提高了无线资源的利用率，从而降低了用户所需费用。

GPRS 采用与 GSM 相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。GPRS的网络是在GSM语音业务的基础上，增加了高速数据的处理部分。因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM系统中的绝大部分部件都不需要进行硬件改动，只需进行软件升级。

1.4.2 GPRS网络结构

如图1-4所示，在GSM系统的基础上，GPRS在无线部分和数据部分都新引入了网络单元。在BSS系统中加入PCU（Packet Control Unit），用来进行无线方面的数据处理；加入GPRS-CN（GPRS核心网）来连接无线网络与Internet等数据业务网络，SGSN属于无线管理和数据管理公用部分，GGSN则完全属于数据管理部分。

（1）移动台（MS）

GPRS的移动台（MS）在GSM的基础上添加了一些功能。GPRS手机按Class（等级）划分，有以下几个等级。

● Class A：GPRS手机能同时检测GPRS/GSM网络，同时工作；

● Class B：同时连接检测两网，不能同时在两网工作，语音优先；

● Class C：开机后，只能选一个网。

（2）BSS系统中的PCU

分组控制单元（Packet Control Unit，PCU）与BSC协同工作，提供无线数据的处理功能，如逻辑链路与物理链路的映射、帧中继处理、信令消息和用户数据传送，以及射频链路控制（RLC）和介质访问控制（MAC）的预加载和数据的编码。

（3）GPRS核心网

GPRS核心网组件包括GPRS服务节点（Serving GPRS Support Node，SGSN）、GPRS网关节点（Gateway Support Node，GGSN）和边界网关（Border Gateway，BG）。SGSN相当于GSM中的MSC，在GPRS服务区内对MS进行探测和追踪。GGSN实现GPRS网络与外网的连接，拆封外部数据网信息包到相应的数据网络。SGSN和GGSN一起为移动用户提供可靠、安全的数据通道。

[1] SGSN：

SGSN通过Gb接口提供与无线分组控制器PCU的连接，进行移动数据的管理，如用户身份识别、加密和压缩等功能；通过Gr接口与HLR相连，进行用户数据库的访问及接入控制；通过Gn接口与GGSN相连，提供IP数据包到无线单元的传输通路和协议变换等功能；SGSN还可以提供与MSC的Gs接口连接以及与SMSC之间的Gd接口连接，用以支持数据业务和电路业务的协同工作和短信收发等功能。

SGSN的主要功能如下所述。

● 移动性管理：负责路由区更新、附着和分离等流程；

● 安全管理：负责鉴权和三元组与五元组的转换等；

● 会话管理：负责PDP上下文的激活和修改等；

● 计费：负责收集计费信息，生成相应的计费话单。

[2] GGSN：

GGSN负责GPRS网络与外部数据网的连接，提供GPRS与外部数据网之间的传输通路，进行移动用户与外部数据网之间的数据传送工作。GGSN起到路由器的作用，它与数据网中的其他网络单元，如PIX，DNS，DHCP和RADIUS等设备协同完成数据业务的接入和传送等功能。GGSN与SGSN之间的接口为Gn接口，采用GTP协议；GGSN与数据网络之间为Gi接口，采用IP协议。

GGSN的主要功能如下所述。

● 会话管理：负责PDP上下文的激活、修改和地址分配等；

● 与外部网的互通：以透明方式或非透明方式接入外部网及所涉及的隧道功能等；

● 路由选择和数据转发：对来自外部网的数据进行GTP隧道封装并转发给SGSN，对SGSN转发来的数据选择路由并转发给外部数据网；

● 计费：负责收集计费信息，生成相应的计费话单。

[3] BG（Border Gateway）：

BG 是运营商的分组域核心网之间互连的关口，通过BG 实现运营商之间Gp接口的互通。BG 可以做一定的路由和安全策略控制，保障运营商分组域核心网的安全。

（4）计费网关（Charging Gateway，CG）

CG的主要功能是实时采集GPRS话单、临时存储和缓冲GPRS话单、备份话单、GPRS话单预处理及向计费中心传送GPRS话单等。

1.4.3 GPRS演进到EGPRS

EGPRS（Enhanced GPRS）采用8PSK调制方式，可使每时隙的吞吐量从GPRS的21.4 kbps增加到59.2 kbps。这样，当8时隙复用时，系统最大吞吐量可以从GPRS的171.2 kbps提高到473.6 kbps。

EGPRS与GPRS系统差别不大，EGPRS对现有GPRS系统的影响基本上仅限于基站子系统部分。基站部分需要增加新的能够处理 EGPRS 调制方式的收、发机和能够处理无线接口上的新的分组规程的软件，核心网不需要更多变化。由于升级简单，从GPRS系统过渡到EGPRS系统的投资和周期都不大。

EGPRS业务属于EDGE业务的一种。EDGE（Enhanced Data rate for GSM Evolution，改进数据率GSM服务）能提供3组业务：EGPRS业务，T-ECSD业务（透明增强型电路交换业务）和NT-ECSD（非透明增强型电路交换业务）。