GPRS的信道结构
GPRS 基础知识介绍
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TSL0 TSL1 TSL2 TSL3 TSL4 TSL5 TSL6 TSL7 B+3 block B+2 block B+1 block B block B-1 block , USF for specific MS is found
USF
图１３－
资源的动态分配
资源的扩展动态分配 －多时隙移动台从分配到的PDCH信道的最 低TSL开始监测USF －若移动台在一条PDCH信道上检测到USF 的话，它就在同一PDCH信道和所有更高的 PDCH信道上随后的一个或者四个块开始发 送数据
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431 bits MAC Header 8 bits 3 bits USF只存在于下行链路 USF 5 bits RLC – Data block 7 Spare bits (CS-4)
416 bits (52 octets)
7
Pre-coding 12 bits USF
Interleaved according to SACCH
10
BS_PBCCH_BLKS=2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
BS_PBCCH_BLKS_RES=3 －>可用于Paging的块 －>不可用于Paging的块 BS_PBCCH_BLKS: (B0)=1, (B0+B6)=2, (B0+B3+B6)=3, (B0+B3+B6+B9)=4
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184 bits MAC Header RLC – Data / Control block 8 bits 3 bits
USF只存在于下行链路
USF
5 bits
176 bits / (22 octets) Fire code 40 bits Tail 0000
GPRS信道的组成
GPRS的无线接口Um2010-04-07 13:06GPRS的无线接口Um无线接口Um是移动台(MS)与基站(BTS)之间的连接接口，GPRS中接口标准遵循 GSM系统的标准。
与GSM系统相同，在GPRS系统的空中接口中，一个TDMA帧分为8个时隙，每个时陈发送的信息称为一个"突发脉冲串"(Burst)，每个TDMA帧的一个时隙构成一个物理信道。
物理信道被定义成不同的逻辑信道。
与GSM系统不同，在GPRS系统中，一个物理信道既可以定义为一个逻辑信道，也可以定义为一个逻辑信道的一部分，即一个逻辑信道可以由一个或几个物理信道构成。
MS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。
1. 分组数据链路逻辑信道(1) 分组公共控制信道(PCCCH,Packet Common Control Channel)它包括如下一组传输公共控制信令的逻辑信道。
分组随机接入信道(PRACH, Packet Randem Access Channel)：只存在与上行链路，MS用来发起上行传输数据和信令信息。
分组接入突发和扩展分组接入突发使用该信道。
分组寻呼信道(PPCH, Packet Paging Channe1)：只存在于下行链路。
在下行数据传输之前用于寻呼MS。
可以用来寻呼电路交换业务。
分组接入许可信道(PAGCH，Packet Access Grant Channel)：只存在于下行链路。
在发送分组之前，网络在分组传输建立阶段向MS发送资源分配信息。
分组通知信道(PNCH,Packet Notification Channel)：只存在于下行链路。
当发送点到多点-组播(PTM-M)分组之前，网络使用该信道向MS发送通知信息。
(2) 分组广播控制信道(PBCCH, Packet Broadcast Control Channel)只存在于下行链路。
移动通信技术文档-GPRS信令流程
资源释放
GPRS服务网络释放为移动终端分配 的网络资源。
信令释放完成
移动终端收到网络释放完成消息后， 信令释放流程结束。
03
GPRS信令的协议栈结构
GPRS的协议栈组成
物理层
数据链路层
负责传输原始比特流，包括无线频率和调 制方式等。
负责建立和维护通信链路，包括无线资源 管理和逻辑链路控制等。
网络层
目标网络或设备收到数据包后，向发送方发 送接收确认消息。
数据传输
GPRS服务网络将数据包传输到目标网络或 设备。
数据解包
移动终端收到接收确认消息后，对接收到的 数据进行解包处理。
信令释放流程
信令释放请求
移动终端通过发送信令释放请求消息， 请求断开与GPRS服务网络的连接。
网络确认
GPRS服务网络收到信令释放请求后， 向移动终端发送确认消息。
GPRS通过空中接口连接移动终端和网 络设备，实现高速、实时的数据传输 。
GPRS信令的作用和重要性
GPRS信令用于建立、维持和释放GPRS通信链路，确保数据 传输的可靠性和效率。
GPRS信令在移动终端和网络设备之间传递控制信息，实现用 户数据的路由、流量控制和拥塞控制等功能。
GPRS信令的工作原理
物理层
负责传输原始比特流，包括无线频率 和调制方式等，是整个协议栈的基础。
网络层
负责数据包的路由和转发，包括移动 管理实体（MME）和业务网关 （SGW）等，实现移动终端在不同基 站之间的切换和数据包的路由选择。
数据链路层
负责建立和维护通信链路，包括无线 资源管理和逻辑链路控制等，为上层 提供可靠的通信链路。
应用层
负责提供各种应用服务，如短信、网 页浏览等，为用户提供丰富的业务体 验。
GPRS业务信令流程
提供移动台和SGSN之间可靠保密的逻辑链路，该层独立于下 层无线接口协议，LLC层有确认模式和非确认模式两种转发模式。 SNDCP
承担了在网络层和底层之间映射和压缩以及分段，排序和复 用，属于网络层协议。主要功能有：复用多个PDP；压缩/解压缩用 户数据和协议控制信息；将网络协议数据单元（N-PDU）分割成逻 辑链路控制协议数据单元（LL-PDU），或是反向重装。
NS属于传输BSSGP协议数据单元。它建立在BSS和SGSN之间帧 中继连接的基础之上，并且可以穿越帧中继交换节点网络。
GPRS数据传输平台
BSSGP 在下行链路中，由SGSN向BSS提供实现RLC/MAC功能所需的无
线信息；在上行链路中，由BSS向SGSN提供从RLC/MAC得到的无线信 息，并使两个不同的节点（BSS和SGSN）实现节点管理功能。该层 传送BSS和SGSN之间的路由相关和Qos相关信息，不执行纠错。 Relay
Interworking
MAP GTP
TCAP
MAP TCAP
UDP
SCCP
SCCP
IP
MTP3
MTP3
L2
MTP2
MTP2
L1
L1
L1
Gc
GSN
HLR
GPRS信道52复帧结构
52 TDMA Frames
B0
B1
B2 T B3
B4
B5 I B6
B7
B8 T B9
B10
B11 I
RLC Block
01234567 01234567 01234567 01234567
GPRS系统介绍
• B类操作模式: – 可同时附着至GPRS和常规GSM服务； – 可收听电路交换和GPRS寻呼； – 支持电路交换呼叫或者GPRS数据传输，但不支持同时通讯；
• C类操作模式： – 仅附着至GPRS； – 非同时操作；
GPRS的分组特性
0201 0200
0191
0198 0194
0196
0190 0195 0193
0192
0199
0197
Color code = Green Sequence = 0197
GPRS基于GSM的网络结构
PSTN GMSC
Data Networks
电路 交换
分组 数据
MSC IWF
XCDR BSC
PCU
BTS
GGSN SGSN
GSM GSM/IWF电路交换 GPRS
GPRS 的无线资源管理
GPRS 系统介绍
－－无线部分篇
什么是 GPRS?
• GPRS 就是在GSM系统中引入包交换业务 >> 始终在线(attach) • 新的无线信道编码 >> 更高的数据传输速率 9.05kb/s － 171.2kb/s! • GSM中一个新的子网系统连接到数据网络 (Internet) >> 使用现有的无线
GPRS的工作原理
GPRS的工作原理GPRS（General Packet Radio Service）是一种基于分组交换技术的移动通信网络，它为移动设备提供了高速、始终在线的数据传输服务。
本文将详细介绍GPRS的工作原理，包括GPRS网络架构、数据传输过程以及相关协议。
一、GPRS网络架构GPRS网络包括移动设备（Mobile Station）、基站子系统（Base Station Subsystem，BSS）、GPRS核心网络（GPRS Core Network）和外部数据网络。
1. 移动设备（Mobile Station）：移动设备包括GPRS终端设备，如手机、平板电脑或物联网设备。
移动设备与GPRS网络通过空中接口进行通信。
2. 基站子系统（Base Station Subsystem，BSS）：BSS由基站控制器（Base Station Controller，BSC）和多个基站（Base Station，BS）组成。
BSS负责管理无线信道资源分配、移动设备的接入和切换等功能。
3. GPRS核心网络（GPRS Core Network）：GPRS核心网络由多个GPRS支持节点（GPRS Support Node，GSN）组成，包括GPRS传输网关（GPRS Tunneling Protocol，GTP）和GPRS节点GPRS支持节点（GPRS Node GSN）等。
GPRS核心网络负责数据传输和路由选择等功能。
4. 外部数据网络：外部数据网络是指与GPRS网络相连的其他网络，如互联网、企业内部网络等。
二、数据传输过程GPRS采用分组交换技术，将数据分成小的数据包进行传输。
下面将介绍GPRS数据传输的过程：1. 接入过程：当移动设备需要接入GPRS网络时，它首先与最近的基站建立无线连接。
移动设备通过发送接入请求（Attach Request）到基站，基站将该请求转发给BSC，然后BSC将请求发送到GPRS核心网络。
移动通信GPRS部分
SGSN对外接口1
SGSN的对外接口
Gb
Gn
BSS BSS
SGS N
IP (Backbone)
Gn
Gi 外部IP网络 （或X.25网络）
GGSN
Gb BSS
SGSN
Gn
BSS
归属 PLMN
Gp
其它PLMN
IP网络
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SGSN对外接口2
接口 连接SGSN与
功
能
Gb
BSS
传输信令和话务信息。流量控制，支持移动性管理和 会话功能，支持MS经BSS到SGSN间分组数据的传输
Profile协商过程中QoS属性的定义 移动台可为每一个QoS属性申请一个值， 包括存储在HLR中用户开户的缺省值 网络也为每一个属性协商一个等级， 能够与有效的GPRS资源相一致，以便 提供适当的资源支持已经协商的 QoS定义文件
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GPRS的网络结构
及其功能描述
GPRS网络是在GSM网基础上发展的移动数据分组网
GPRS骨干网（IP Backbone）
将（S/G）GSNs等互联起来的IP专用网或分组数据网，也可做为专用线路。
PLMN内部骨干网
专用IP网（只用于GPRS数据和GPRS信令）。 通过Gp接口，采用边缘网关（BG）和多个PLMN互连骨干网连接起来。 多个PLMN骨干网通过漫游协议进行选择，该协议包括BG安全功能。 多个PLMN骨干网互连可以通过分组数据网，也可以用一条专用线路。
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GPRS不同网络单元的用户信息
信息类型 认证
存储位置 业务
鉴权数据
IMSI
信息元素
TMSI IP address
VLR-address Location Area Serving SGSN Routing Area Basic services，Supplementary services， Circuit switched bearer services，GPRS service information Basic services，Supplementary services，CS bearer services GPRS service information Ki，algorithms Triplets
GPRS信道
∙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，用于请求分配一个或多个PDTCH。
∙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。
∙分组通知信道(PNCH)：下行信道, 用于通知移动台点到多点的PTM-M呼叫。
如果小区未分配PCCCH，分组交换操作的信息将会在CCCH（公共控制信道）上传送。
如果小区分配了PCCCH，它也可为电路交换操作传送信息。
(3)分组专用控制信道分组专用控制信道（PDCCH）有以下几种：∙分组随路控制信道（PACCH）：传送包括功率控制信息、测量数据等信息。
PACCH还携带资源分配和再分配信息。
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。
∙上行分组定时控制信道（PTCCH/U）：用于传送随机突发脉冲，估计移动台在分组传送模式下的时间提前量（TA）。
∙下行分组定时控制信道(PTCCH/D) : 用于向多个移动台传送时间提前量（TA）。
3. 信道组合类型逻辑信道经过一定的组合映射到物理信道上进行传送，GPRS的信道组合类型有以下几种：∙PBCCH + PCCCH + PDTCH + PACCH + PTCCH∙PCCCH + PDTCH + PACCH + PTCCH∙PDTCH + PACCH + PTCCH其中，PCCCH = PPCH + PAGCH+ PRACH +PNCHPACCH以数据块为单位动态分配，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上。
在多时隙操作下，指配了多条PDTCH，此时PACCH会分配在其中的一条物理信道上。
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物理信道
●GPRS/EGPRS与GSM的相同点
☯相同的频段
☯相同的调制方式
☯相同的TDMA帧定义
☯相同的突发脉冲定义
●GPRS/EGPRS与GSM的不同点
☯不同的复帧结构
☯不同的信道编码
☯不同的调制方式
●GPRS和GSM的调制方式都用GMSK EGPRS用的是GMSK和8PSK 分组数据逻辑信道的具体类型如下图：
●Packet Data Traffic CHannel Uplink - PDTCH/U
●Packet Data Traffic CHannel Downlink - PDTCH/D
●Packet Broadcast Control CHannel - PBCCH
●Packet Common Control CHannel - PCCCH
●Packet Dedicated Control Channel - PDCCH
●Packet Paging CHannel - PPCH
●Packet Random Access CHannel - PRACH
●Packet Access Grant CHannel - PAGCH
●Packet Notification CHannel - PNCH
●Packet Associated Control CHannel - PACCH
●Packet Timing advance Control CHannel Uplink - PTCCH/U
●Packet Timing advance Control CHannel Downlink - PTCCH/D
分组数据业务信道PDTCH
●PDTCH用来传送分组交换模式下的用户数据
●所有的PDTCH都是单向的
☯上行的，PDTCH/U，用于MS向GPRS网络方向的数据传送
☯下行的，PDTCH/D，用于GPRS网络向MS方向的数据传送
分组广播控制信道PBCCH
●PBCCH用于广播MS因分组业务接入网络所必需的参数，除此之外在PBCCH上还
广播已经在BCCH上广播的用于电路交换业务的参数
●若在小区中配置了PBCCH，则在GPRS Attach模式下的MS只监听PBCCH，不监
听BCCH
●如果小区有PBCCH，则在BCCH上传送的消息中有相应的提示，即通过系统消息
SI13告知MS，该小区已经配置了PBCCH
●如果没有PBCCH，将通过BCCH广播用于分组业务的参数
分组公共控制信道PCCCH
●如果小区内没有PCCCH，可在CCCH上传送分组业务信息。
如果有PCCCH，可在
PCCCH上传电路交换业务信息。
☯PPCH
−仅用于下行链路，用来寻呼MS
☯PRACH
−仅用于上行链路，用来请求分配一个或多个PDTCH
☯PAGCH
−仅用于下行链路，用来分配一个或多个PDTCH
☯PNCH
−仅用于下行链路，用来告知MS有PTM-M（点到多点多路径传输）
呼叫
分组专用信道PDCCH
●PACCH
☯双向，用于在数据传送过程中传送分组信令
●PTCCH/U
☯用于传送随机接入脉冲，以估计进行分组业务的MS的时间提前量
●PTCCH/D
☯用于为多个MS传送时间提前量更新信息。
一个PTCCH/D对应多个PTCCH/U
分组逻辑信道组合类型
●Mode 1: PBCCH+PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH
●Mode 2: PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH
☯随着业务量的增大，小区内需要配置分组公共信道，需要增加信道组合方式1和2
●Mode 3: PDTCH+PACCH+PTCCH
☯在GPRS业务量不大的情况下，一般小区内GPRS与电路业务共用BCCH 和CCCH
●Mode 4: PBCCH+PCCCH
●其中：PCCCH=PPCH+PRACH+PAGCH+PNCH
分组无线信道配置
●采用静态PDCH的原因
☯保证小区中的GPRS MS时常在线
☯保证GPRS业务一定的QoS
●采用动态PDCH的原因
☯GPRS与GSM共享无线资源
☯一方面要考虑无线资源的最优利用，另一方面，要优先保证话音业务的QoS
☯一个小区中的分组交换业务与电路交换业务的比例时常在变化
☯动态PDCH对话音业务不可见
●一般原则
☯小区内配置适量的静态PDCH 以保证MS正常附着在GPRS网络上，同时保证一定的GPRS业务QoS
☯根据GPRS业务量预测配置适量的动态PDCH，在运行过程中根据小区业务状况调整为TCH或PDCH使用
☯电路交换业务可以抢占GPRS业务所使用的信道
GPRS分组信道复帧结构
GPRS分组信道采用52复帧结构，每个分组信道共52复帧，每4个帧组成一个无线块（Radio Block），因此一个无线信道共分为12个无线块。
如下图所示：
无线分组资源分配
●无线资源分配和无线传输以无线块（BLOCK）为基本单位
●一个PDCH可以为多个MS使用；一个MS可以同时使用多个PDCH
无线块相关概念
●USF：上行链路状态标志(Uplink State Flag)
☯它用于动态分配模式下控制多个MS使用无线信道
☯USF共三位比特，取值范围为0~7
●TBF：临时块流(Temporary Block Flow)
☯它是MS和BSS之间的RR实体在进行数据传送时的一种物理连接
☯网络可以给TBF安排一个或多个PDCH无线资源
☯一个TBF包含许多RLC/MAC块，用来承载一个或多个LLC PDU
☯TBF是临时的，只有在数据传送过程中才存在
●TFI：临时流标志(Temporary Flow Identity)
☯网络给每一个TBF安排一个临时流识别码(TFI),它是TBF的标志
☯分配给同一个TBF的全部PDCH内，其TFI值都是相同的；但对相同PDCH 上的不同TBF，其TFI值则是唯一的。
可以在不同方向上给TBF安排相同
的TFI。
TBF由TFI、数据传送方向唯一标志
☯TFI共五位比特，取值范围为0~31
用户数据包Um接口传输原理
上图中的FCS：帧检查序列。
PDU：协议数据单元。