移动通信中的GPRS与EDGE

1GPRS&EDGE基本原理2GPRS&EDGE基本原理内容简介第一章GPRS系统网络第二章GPRS无线子系统第三章GPRS移动性管理和会话管理第四章EDGE特性介绍3GSM网络面临的主要问题？优先满足话音业务GSM网络容量已经接近饱和，未来发展应优先考虑满足话音业务持续增长的需求，确保网络收益和利润增长。未来中国移动通信市场原移动运营商面临新的竞争对手传统固网运营商加入移动市场的争夺用户对移动网络的要求越来越苛刻Ready？合理部署数据业务面对日益增长的竞争压力，合理部署分组网络是增加网络收益、提升品牌形象和增强竞争能力的有效途径，面向3G未来演进无论选择何种分组制式，都要保证设备具备平滑演进到3G的能力，最大限度的保护运营商的投资，同时能够满足快速提供3G业务的能力4GSM网络实现分组业务——GPRS是在GSM技术的基础上提供的一种端到端分组交换业务GPRS系统基于标准的开放接口GPRS最大限度重用已有的GSM网络基础设施GPRS提供高效的无线资源利用率GPRS提供最高达171.2Kbps的无线接入速率与已有的GSM电路交换系统有交互GRPS系统的增强——增强数据速率的GSM演进方案：EDGEEDGE包括EGPRS和ECSDEGPRS(EnhancedGPRS)是对GPRS的增强在RF层增加了8PSK调制方式，提高了单信道的速率，单时隙最大速率为59.2Kbit/s，最大无线接入速率达到473.6Kbit/s采用新的MCS-1~9编码方式对链路层RLC/MAC协议进行修改，完善了链路质量控制算法什么是GPRS？5GPRS网络接口GPRS骨干网SGSNSGSNGGSNGnIP类接口七号信令类接口BSSMSCSMS-GMSCAUmPDPnetwork(IP/X.25)GiTEMTMSHLRGsGrGdGcGb6GPRSBackboneGPRSCoreNetworkIntrane/InternettOtherPLMNISPLANFirewallGGSNCGSGSNPCUBGDNSFirewallWAPGatewaySS7NetworkBSCBillingCenterBTSHLR/AuC/EIRMSC/VLRSMS-GMSC/SMS-IWMSC、射频处理功能2、无线接口物理层功能，包括信道编解码及其调整、分组逻辑信道映射、时间提前量自适应调整、上行链路测量、下行功率控制执行3、G-Abis接口处理功能，包括RLC/MAC控制块和数据块的传输、与PCU的TDMA块同步机制、上行测量报告、传输校验、其它带内信令功能BSC1、分组无线资源管理功能，包括分组信道配置、小区未配置PBCCH时的TBF建立规程、电路寻呼协调2、G-Abis接口处理功能，主要是G-Ais接口物理层交换3、Pb接口处理功能，主要是与PCU的相应功能类同独立PCU1、分组无线资源管理功能(RLC/MAC协议功能)，包括GPRSBSS的大部分分组无线资源管理功能、电路寻呼协调2、Gb接口处理功能，包括数据包在无线接口和Gb接口上的中继、移动性管理（小区更新规程）、下行流量控制（无线QoS保证）3、G-Abis接口处理功能，主要是与GPRSBTS的相应功能4、Pb接口处理功能，包括BSC与PCU之间的LAPD链路、BSC与PCU之间的层三信令（操作维护、无线资源管理、呼叫控制）8GPRS其它网元功能SGSN1、网络接入控制（MS侧），包括鉴权、计费信息收集、IMEI检查2、逻辑链路管理，包括SGSN-MS之间逻辑链路的管理、支持确认/不确认传输3、路径管理，包括SGSN-BSS之间数据传输路径管理、移动性管理和会话管理4、路由和隧道传输，包括压缩与解压、加密与解密、用户数据的存储转发、路由选择（围绕PDP上下文来进行）、地址翻译和映射（包括DNS、由APN推导出GGSN地址等）、封装与隧道传输GGSN1、网络接入控制（外部PDN侧），包括消息过滤、计费信息收集2、移动性管理和会话管理3、路由选择与转发，包括存储转发、路由选择、地址翻译和映射、封装和隧道传输4、动态分配IP地址HLR/AUC1、保存和更新GPRS用户签约数据2、用户鉴权3、提供移动性管理和路由选择所需的位置/路由信息及相关处理，如：保存和更新用户服务SGSN号码和地址、GPRS用户位置删除指示、MS是否可及标志MSC/VLR安装了Gs接口时，MSC/VLR可以支持SGSN与MSC/VLR的关联的建立和维护、GPRS的联合移动性管理规程（包括联合IMSI/GPRS附着/分离和联合位置区/路由区更新）、电路寻呼协调功能，从而较大地提高无线资源利用率9第一章小结小结•本章介绍了GPRS与原有GSM语音业务的关系，GPRS的系统组成及网络拓扑结构、各主要网元及其功能10GPRS&EDGE基本原理内容简介第一章GPRS系统网络第二章GPRS无线子系统第三章GPRS移动性管理和会话管理第四章EDGE特性介绍11分组逻辑信道分组逻辑信道分组业务信道PDTCH分组控制信道分组广播控制信道PBCCH(BCCH)分组公共控制信道PCCCH分组专用控制信道PDCCH分组接入允许PAGCH分组随机接入PRACH分组寻呼PPCH下行信道PDTCH/D上行信道PDTCH/U分组定时控制信道/下行PTCCH/D分组通知PNCH分组随路控制信道PACCH分组定时控制信道/上行PTCCH/U12网络工作模式•模式I：SGSN与MSC/VLR通过Gs接口配合进行寻呼，CS的寻呼与PS寻呼在同一寻呼信道下发，MS只需监视一个寻呼信道。如果给MS分配了分组数据信道，则对该MS的寻呼就在该分组数据信道上下发。模式II：小区中未配置分组寻呼信道，CS寻呼和GPRS寻呼都使用CCCH寻呼信道。MS只需监视CCCH寻呼信道。•模式III：CS寻呼在CCCH寻呼信道上发送，而GPRS寻呼在分组寻呼信道（如果配置了的话）或CCCH寻呼信道上发送。MS需要监视CCCH寻呼信道和分组寻呼信道这两个信道。13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•TBF是MS的RR实体和BSS的RR实体之间在进行数据传送时的一种物理连接。B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B0MS3MS2TS0TS1TS2MS114GPRSMS分类•GPRSMS分类•A类－－可同时进行分组交换业务和电路交换业务。B类－－可同时附着在GPRS网络和GSM网络上，但不能同时进行电路交换和分组交换业务，自动选择业务。•C类－－不能同时附着在GPRS网络和GSM网络上，人工选择。•MS多时隙能力的概念•定义要素：最大接收时隙数（下行时隙）、最大发射时隙数（上行时隙）、最大总时隙数•定义：多时隙能力等级1－29；等级数越大，多时隙能力越强BSS应根据MS的多时隙能力、请求的QoS以及当前资源配置情况进行最优资源分配。15GPRS编码方式•不同的编码方式其传输速率不同、容错能力不同•GPRS四种定义了CS-1至CS-4四种信道编码方式–数据速率依次为9.05Kbps,13.4Kbps,15.6Kbps，21.4Kbps–CS-1与SDCCH的信道编码相同；CS-1，CS-2所要求的C/I与电路型基本相同，可覆盖小区的90％－100％；CS-3较高；CS-4对C/I要求很高，需要良好的无线环境•网络根据对无线传输的实时监测结果调整信道编码模式–不同的时隙可选择不同的信道编码方式–当无线传输质量较好时，应采用效率更高的16分组无线信道配置•采用静态PDCH的原因–保证小区中的GPRSMS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17分组无线信道配置一般原则•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18小区重选•小区重选方式由“网络控制命令”的模式来决定：NC0：与GSM一样，由手机自行判决•NC1：由MS直接控制，并给网络提供下行测量报告•NC2：网络根据MS提供的下行测量报告直接控制•NC1和NC2的好处–MS的自动小区重选行为很大程度上只是对该MS最优–网络子系统对整个网络有全局的了解，由网络子系统控制所有MS的重选行为，有利于全网最优运行•NC1和NC2的难点–下行测量与MS多时隙能力的交错–下行测量报告规程与网络资源分配的交错•网络子系统必须支持NC0，并逐步支持NC1和NC219第二章小结小结•本章介绍了GPRS的无线子系统的相关知识，涉及到了分组信道的类型、网络工作模式、无线分组资源分配、MS分类、空口编码方式、GPRS小区重选内容。20GPRS&EDGE基本原理内容简介第一章GPRS系统网络第二章GPRS无线子系统第三章GPRS移动性管理和会话管理第四章EDGE特性介绍21GPRS手机状态空闲(Idle)状态：用户未连到GPRS用户移动性管理(MM)MS和SGSNContext不包含该用户的有效位置及路由信息GPRSMS不可及保持(Standby)状态：用户被连到移动性管理，MS和SGSN为用户建立MMContextSGSNMMContext中包含GPRSRA信息MS可接收寻呼，但不能进行数据传送就绪(Ready)状态：MS执行移动性管理程序，网络获知用户小区位置信息MS可以发送和接收数据MMContext保持在就绪状态（无数据发送），直到定时器超时，转为保持状态22Idle定时器超时PDU发送或接收GMM状态模型Ready能获知MS小区位置信息Standby获知MS路由区位置信息23移动性管理的主要功能•一般功能GPRS附着：建立起MM上下文，MM状态转为就绪GPRS分离：删除MM上下文，MM状态转为空闲–可以由MS发起或由网络侧发起安全性功能：鉴权、加密、标识校验等位置管理：路由区更新、周期性路由区、小区更新•网络侧特定功能与HLR配合进行GMM上下文清除用户数据管理MS类标处理与MSC/VLR配合进行联合位置更新、联合寻呼等24Attach_request(IMSI)TripletrequestAuthenticationUpdate_locationIMSIcurrentSGSNGPRS手机Attach流程SGSNMS空闲状态HLRInsert_subscriber_dataUpdate_location_ackIMSITLLI+currentRA+subscriptiondataAttach_accept(TLLI)MSTLLIMS就绪25会话管理的概念•会话管理实体：SGSN、GGSN和MS•PDP上下文状态非激活状态：PDP上下文不包含处理分组数据包所需的路由及映射信息，对于用户的路由区更新信息不作修改，不能进行数据传送激活状态：PDP上下文包含处理分组数据包所需的路由及映射信息，可以进行数据传送，此时的MM状态为就绪或待命26会话管理的概念•PDP上下文信息–MS、SGSN和GGSN中的PDP上下文信息略有不同–包括PDPState，PDPType，PDPAddress，APN，SendN-PDUNumber，ReceiveN-PDUNumber，QoSProfileNegotiated等等•APN：用于推导出应接入的GGSN及外部网络•PDP地址–静态地址–动态地址27•PDP上下文