gprs在gsm无线网络中的应用

gprs在gsm无线网络中的应用

1gprs系统概述pmr是辐射服务的一般缩写，即全球无线服务。这是etsi在gsmph值2中引入的大规模数据服务。它是基于gsm系统的新组件创建的无线数据传输系统。这些组件由无线系统的基础组成，这使用了组件交换技术，并且可以更有效地传输高速数据和信号。在第二代移动通信GSM网络中引入GPRS业务,是当今移动通信技术发展的潮流,利用GPRS的分组交换技术,可以在网络进行话音通信的同时,“见缝插针”地进行数据通信,数据传输的速率最高可达171.2kbit/s,充分地利用现有的无线信道资源,大大地提高了无线网络的利用率,较好地满足了当前用户的数据业务需求,为运营商提供了新的利润增长点,使GSM网络能平滑地向第三代移动通信网络过渡。GPRS是一个以分组为基础的系统,它具有与其他分组数据系统一样的特性,特别适合突发性分组数据的传输。无线接口资源在话音和GPRS数据业务之间动态共享,GPRS用户可以实现“永远在线”,由于使用了分组交换技术,在无线接口上不再是实时的端对端连接,而是按需要统计时分复用地分配信道资源,一方面,每个用户可以根据需要同时使用多个信道(最多8个),而另一方面,同一信道又可以同时由几个用户共享。从图1的GPRS系统结构图可看出,构成GPRS系统需在GSM系统中引入3个主要组件,这3个主要组件是:SGSN(GPRS业务支持节点)、GGSN(GPRS网关支持节点)和PCU(分组控制单元);SGSN、GGSN有时又合称为GSN(GPRS支持节点);除此之外,还需对GSM系统中的相关部件(如MSC/VLR、HLR、BTS等)进行软件升级,以支持GPRS的移动性管理、路由管理及用户数据传送等。2gprs系统在5grs网络货在GSM网络中引入GPRS,无线网络侧无需硬件升级,只需软件升级,但为使GPRS能在无线网络中成功应用,则必须深入研究GPRS移动台的控制机理、GPRS网络工作模式、话务模型、信道配置、容量计算、频率规划等方面的技术,另外更为重要的是,须充分评估引入GPRS业务后可能会对现有GSM网络话音业务的容量和质量造成的影响,以便在引入GPRS的规划阶段采取针对性的克服措施。因此,下面将对这些应用技术进行详细分析。2.1移动平台pgi的监视器2.1.1ms-ssn-ms数据的接收ssGPRS移动性管理的功能主要是依靠MS、SGSN、HLR结合相应移动台的MM上下文来配合实现的。移动台的移动性管理有下述3种状态(如图2所示)。(1)空闲状态(IdleState):MS未附着到GPRS上,MS和SGSN的MM上下文没有有效内容且不执行移动性管理,MS只能接收PTM-M数据,不能收发PTP和PTM-G数据,也不能被寻呼。(2)待命状态(StandbyState):MS附着在GPRS上,MS和SGSN中的MM上下文已建立,可在RA地层次上进行移动性管理,MS可接收PTM-M、PTM-G数据及寻呼消息,但不能发送和接收PTP数据,也不能发送PTM-G数据。(3)准备就绪状态(ReadyState):可在小区的层次上进行MS的移动性管理。MS可发送和接收PTP数据,可接收PTM-M、PTM-G数据;SGSN不能对该MS进行GPRS寻呼,但可经GPRS对该MS进行其它业务(如CS寻呼)。2.1.2无线服务资源的控制GPRS移动台的无线资源操作模式一般情况下分为以下2种:(1)分组空闲模式(Packetidlemode):MS已做好在分组数据物理信道上进行LLCPDUs传送的准备,但仍未占用任何信道资源,正在监听控制信道以获得系统信息和操作指示。(2)分组传送模式(Packettransfermode):MS已在一个或多个分组数据物理信道上占有信道资源,并正在进行LLCPDUs传送。无线资源操作模式与移动性管理模式间的关系如图3所示。由图3看出,移动性管理中处于Idle状态的MS,由于未附着GPRS网络,故尚未有任何无线资源操作模式,而处于Standby状态的MS,必属于Packetidlemode,处于Ready状态的MS,一部分属于Packettransfermode,而另一部分属于Packetidlemode,这是因为有部分MS在Ready状态中刚数据通信完毕,计时器未满,尚未回到Standby状态。2.1.3小区选择及重选由于网络只允许移动台在一个时刻守候在一个小区上,所以GPRS的小区选择及重选机制将促使移动台在开机能守候在最佳的小区上,而GPRS的位置更新机制促使移动台及时地向网络汇报自己所处的位置区域,以便网络能正确地发起与它的通信。除处于通话状态的classA移动台外,无论移动台处在Packetidlemode或Packettransfermode,小区选择及重选机制均发生作用,小区选择及重选通过一套特定的算法来实现。处于通话状态的classA移动台由话音通信的切换机制来完成小区更换。当网络中已设置PBCCH时,小区选择使用C1算法,小区重选使用C31及C32算法;当网络中未设置PBCCH而只设置BCCH时,小区选择使用C1算法,小区重选改用C2算法。下面介绍这些算法的内容及使用。2.1.3.1c1算法其中:RLA为手机平均接收电平值;ACCMIN为手机的最小接入电平值;P为手机本身能提供的最大发射功率。2.1.3.2c2算法其中:T为从0开始的计算器;CRO、TO、PT均为网络调节参数。2.1.3.现代网络hcsC31(s)、C31(n)分别为手机对服务小区和邻近小区的C31评估值;其中:RLA为手机平均接收电平值;HCSTHR为手机当前网络HCS的门限电平值;TO(n)与L(n)为网络调节参数,TO(n)×L(n)的组合提供对与服务小区不同一网络优先级别的邻近小区进行定时惩罚的手段。2.1.3.调节电平量grsreselectofficienC32(s)、C32(n)分别为手机对服务小区和邻近小区的C32评估值;其中:GPRSRESELECTOFFSET(n)为对应于每个邻近小区的重选调节电平量;TO(n)与L(n)为网络调节参数,TO(n)×(1-L(n))的组合提供对与服务小区同一网络优先级别的邻近小区进行定时惩罚的手段。2.1.3.开展“开展网络最优判决”的判别(1)所有情况下的小区选择(初选)均使用C1算法,当手机开机时,手机连续扫描在BAlist中的所有小区的BCCH,计算它们各自的C1值,最后选定大于0的最大C1值的小区进行锁定守候,完成小区选择。(2)手机完成小区选择后,进入小区重选阶段,继续进行对服务小区及BAlist中的所有邻近小区的测量,对所有邻近小区的BCCH每不少于4秒测量一次,如网络中已设置PBCCH,则手机将从PBCCH中读取C31、C32算法中有关的网络调节参数,分别计算服务小区及各邻近小区的C31及C32值,算法判别分下面两种情况:(1)当服务小区及邻近小区中有小区满足的C31判决标准(C31值大于或等于0),且有一个或多个邻近小区的C31值大于服务小区的C31值时,挑出其中网络优先级别最高的邻近小区作为下一步判决的对象,如此时只有一个邻近小区,则此小区为小区重选的目标小区;如此时仍有多个邻近小区,则选其中C32值最大者为小区重选的目标小区。(2)当服务小区及邻近小区中没有小区满足的C31判决标准(所有小区的C31值均小于0),但有一个或多个邻近小区的C32值大于服务小区的C32值时,则选C32值最大者为小区重选的目标小区。(3)手机小区重选时,如网络中未设置PBCCH,则使用C2算法,当有一个或多个邻近小区的C2值大于服务小区的C2值时,则选其中C2值最大者为小区重选的目标小区。由C2算法的具体内容可知,C2算法中未考虑小区的网络优先级别,亦未考虑各邻近小区与服务小区之间相应的重选调节电平量,使得最终目标小区的确定不够精确合理,特别是在多层小区结构的无线网络中,GPRS的传输质量将会受一定程度的影响。2.1.3.手机位置准确(1)当手机处在Standby状态时,如发生了小区重选,手机更换到新的小区,读取当前小区广播的系统信息,发现当前所处的路由区(RA)与以前不同时,则向网络发送位置更新信息,使网络能及时了解手机当前处于哪个RA,此时网络中记录的手机位置精确到RA层。(2)当手机处在Ready状态时,如发生了小区重选,手机更换到新的小区,不管当前所处的路由区(RA)是否与以前不同,手机都向网络发送位置更新信息,使网络能及时了解手机当前处于哪个RA中的哪个小区,此时网络中记录的手机位置精确到小区层。2.2逻辑通道和网络工作模式2.2.1分组传输pscMS与BTS之间需要传送大量的用户数据和控制信令,不同种类的信息由不同的逻辑信道传送,逻辑信道映射到物理信道上。GPRS系统定义了为分组数据而优化的逻辑信道-分组数据信道PDCH(PacketDataChannel),PDCH信道共有3组7个信道,如表1所示。(1)分组广播控制信道(PBCCH)组:PBCCH向小区内所有GPRS终端发送系统信息。(2)分组公共控制信道(PCCCH)组:(1)分组随机接入信道(PRACH),用于MS发起分组传送或响应寻呼信息,MS在这个信道上发送的接入突发(accessburst)具有较长的保护时间,BSS收到接入突发后就分配给每个终端一个时间提前量。(2)分组寻呼信道(PPCH),用于在下行链路开始分组传送前寻呼MS。(3)分组通知信道(PNCH),用于在开始PTM-M分组传送之前,向一组MS发送PTM-M通知,该通知用于分组传送的资源分配格式。(3)分组业务信道(PTCH)组:(1)分组数据传送信道(PDTCH),用于数据的传送,一个MS可以并行使用一个以上的PDTCH(多时隙工作)来传送分组数据。(2)分组随路控制信道(PACCH),用于给指定的MS传送相关信令信息,如应答(ACK)和功率控制(PC)信息,在分配PDTCH或进一步分配PACCH时,它也携带资源分配信息和再分配信息,一个PACCH与分配给MS的一个或多个PDTCH相结合使用。为了简化逻辑信道的概念,已分配的PDCH可逻辑归结为主信道(MPDCH)和从信道(SPDCH)。MPDCH用于公共控制信道,携带发起分组数据传输所需的信令信息;SPDCH用于传送用户数据和专用信令。2.2.2grs接口根据网络对电路交换业务和GPRS业务的寻呼方式及其配合关系,可将网络划分为表2所示的3种网络工作模式。分析以上3种网络工作模式的特点,认为采用网络工作模式1较为理想,但由于到目前为止,几乎所有设备供应厂商均未能实现GS接口,使得暂无法采用网络工作模式1,现阶段可暂选用网络工作模式2。这样,所有分组及电路业务的寻呼均需通过CCCH来完成,一方面将加大CCCH的信令负荷,另一方面将影响话音业务LA的寻呼能力。GPRS系统建成的初期,分组寻呼很少,不会对LA的寻呼能力产生影响。当GPRS用户不断增多时,应争取实现Gs接口,这样就可采用网络工作模式3或1,配置独立的PCCCH来完成分组的寻呼工作。2.3心理传输cs-1/sGPRS定义了4种编码方案:CS-1(9.05kbit/s)、CS-2(13.4kbit/s)、CS-3(15.6kbit/s)、CS-4(21.4kbit/s),可以根据不同的信道传输质量选择使用不同的信道编码方案;同时,GPRS支持多时隙合并传输(最多8时隙)。因此,GPRS可提供9.05kbit/s(CS-1×1时隙)至171.2kbit/s(CS-4×8时隙)的数据传输速率,如表3所示。由于GPRS采用了新的信道编码方式,GPRS无线信道对无线环境的要求与话音信道的要求不一样。试验显示,采用CS-1编码方式,GPRS信道比话音信道对C/I的要求要低,而使用CS-2到CS-4编码方式则相反。例如,采用CS-1编码方式,在C/I<6dB时,GPRS信道仍能获得可靠连接(当然吞吐量已大大下降);而在电路交换话音传输中,当C/I<9dB时,话音质量已不能令人满意。无线环境好,则信道质量高,无线数据块复传数减少,从而吞吐量(throughput,单位kbit/s)提高。经仿真,吞吐量与C/I的关系如图4所示。随着信道质量的提高,每个基本物理信道的GPRS用户的带宽将增加。2.4gprs话务模型GPRS话务模型描述的是GPRS用户在数据传输的忙时平均每秒传输的信息比特量,单位为bit/s,它并不反映GPRS用户能真正感受到的数据传输速率,此指标由GPRS用户数据通信时所能得到的吞吐量来表示,单位为kbit/s。GPRS话务模型对于GPRS无线网络的规划建设非常重要,直接影响到信道资源的配置和可容纳GPRS用户数的估算等。由于目前各运营商的GPRS系统仍未大规模商用,使用GPRS的数据用户仍很少,仍无法通过现网实测来计算GPRS的话务模型,故一般是通过参照Internet网的话务模型来估算,下面将通过两种方法来估算GPRS话务模型:2.4.1互通时长m估算公式(1):S=N×T×M1×M2×M3×R/3600(1)式中:N为用户每月上网次数;T为平均通话时长;(1)M1为忙日集中系数;M2为忙时集中系数;M3为占空比;R为用户通信速率(吞吐量)。(1)参照Internet网中用户的行为特征,对以上参数的取值为:N=60次T=5分钟=300秒(s)(2)每用户忙时数据量S=60×300×1/20×1/8×1/4×28000/3600=219bit/s2.4.2gprs用户的应用(1)参照Internet网中用户对各种应用的使用情况,预测GPRS用户对各种应用的使用情况如表4。(2)每用户忙时数据量S=(1×600kbit+1.5×4kbit+0.8×10kbit+1×200kbit)/3600s=226bit/s2.5pdch的设置在无线网络空中接口中可定义的GPRS业务信道有两种,一种是动态PDCH(On-demandPDCH),另一种是专用PDCH(DedicatedPDCH)。(1)GPRS的动态PDCH与话音的TCH共享物理信道,当物理信道话音空闲时,即可用为动态PDCH以传输分组数据,当有话音通信需求时,则暂停分组数据传输,改用为话音TCH。由于话音TCH的优先级别高于动态PDCH,故动态PDCH对话音业务来说是透明的,不会影响话音业务的容量及拥塞率。这也意味着,对现有的GSM无线网络,不用增加额外的信道接收机就可拥有一定的GPRS容量。GPRS的专用PDCH是只可被GPRS用户使用的信道,设置专用PDCH的主要目的是保证有一定的GPRS资源,以防止数据传输高拥塞率的出现和避免数据传输中的TCPtimeouts,也即保证有一定的服务质量等级(QoS)。如果不增加额外的信道接收机,设置专用PDCH将占用原有的话音信道资源,影响话音业务的容量及拥塞率。所以,在实际的GPRS网络中,用户密集的重要区域如大中城市应设置专用PDCH,为在保证QoS的前提下不对话音业务容量产生较大的影响,专用PDCH设置的比例宜取所需PDCH数量的30%;用户稀疏的其他区域如小城镇和农村可不设置专用PDCH,只使用动态PDCH。GPRS系统所需设置的PDCH信道数主要由三方面的因素决定:(1)所需承载的GPRS用户数