GPRS無線傳輸技術的工作原理淺析

田春榮

（遼河油田通信公司網絡管理維護中心，遼寧 盤錦 124010）

1.引言

基于GSM網絡的無線系統能夠實現遠距離的數據傳輸，但是GSM網絡不支持多址接入，而且按登錄網絡后的在線時間計費，運營成本較高；GPRS網絡是在原有GSM網絡基礎上采用分組交換技術，充分利用了網絡資源，具有快捷登錄網絡、以數據流量計費、實時在線、高速傳輸數據等優點，特別適合突發性、頻繁的小流量數據傳輸；CDMA網絡采用了擴頻、多址接入、蜂窩組網和頻率復用等多種技術，具有抗干擾性好、保密安全、接通率高和發射功耗小等優點。

2.工作原理

2.1 GPRS網絡結構

GPRS網絡其實是疊加在現有GSM網絡的另一網絡，只不過是在原有網絡的基礎上增加了服務GPRS支持節點 (Serving GPR SSupport Node，SGSN)、網關 GPRS 支持節點(Gateway GPRSS upport Node，GGSN)等功能實體。同時，與GSM網絡共用的BSS也需要進行軟硬件升級，即在原有的BSC硬件基礎上增加分組控制單元(Packet ControlUnit，PCU)。其中 BSS由基站收發平臺(Base Transceiver Station，BTS)和基站控制器(BaseStation Controller，BSC)組成。此外，移動臺(MobileStation，MS)需要采用GPRS終端來支持GPRS業務，網絡結構如圖1所示：

圖1 GPRS網絡結構圖

MS通過串行或無線方式連接到GPRS終端上，GPRS終端與GSM基站通信，但與電路交換式數據呼叫不同，GPRS分組數據是從基站發送到SGSN，而不是通過移動交換中心(Mobile SwapCenter，MSC)連接到語音網絡上。SGSN再與GGSN進行通信，對分組數據進行相應的處理，最后發送到目的網絡，如Internet或X.25網絡；同時，源自外部網絡標識有MS地址的IP包，由GGSN接收，再轉發到SGSN，最后傳送到相應的設備上。以下部分簡單介紹了在GPRS網絡結構中的關鍵部分：

SGSN通過PCU與BTS相連，是GSM網絡結構與MS之間的接口。其作用是為本SGSN服務區域內MS的分組數據包進行路由與轉發，以及對MS進行移動性管理等功能，地位類似于GSM網絡中的MSC。GGSN通過基于IP協議的GPRS骨干網連接到SGSN，是連接GSM網絡和外部分組交換網(如Internet)的網關。GGSN可以把GSM網中的GPRS分組數據包進行協議轉換，從而把這些分組數據包傳送到遠端Internet或X.25網絡。SGSN和GGSN利用GPRS隧道協議對IP或X.25分組進行封裝，實現二者之間的數據傳輸。

PCU是在BSS內增加的一個處理單元，它支持所有GPRS空中接口通信協議，其主要功能是分組交換呼叫的建立、監視和拆除，負責管理分組分段和規劃、無線信道、傳輸錯誤檢測和自動重發、信道編碼方案、質量控制、功率控制等。

2.2 GPRS傳輸協議模型

電路交換的特點是一旦完成了呼叫建立過程，呼叫雙方的通話是通過物理的半固定連接來保證的，不再占用系統額外的處理負荷。而利用GPRS傳輸數據時，各網絡實體需要對每個單獨的數據包進行協議轉換，因此，對于GPRS傳輸協議的要求是比較高的。GPRS傳輸協議模型如圖2所示，以下就數據包從路由器傳到MS所需要經過的協議轉換作簡單介紹。

Gi接口是GPRS與外部分組數據網之間的接口，GPRS通過Gi接口和各種公眾分組網，如Internet、X.25或ISDN網實現互聯。在Gi接口上需要進行協議的封裝/解封裝地址轉換，如私有網IP地址轉換為公有網IP地址，用戶接入時的鑒權和認證等操作。GGSN利用現有的傳輸方法接收二層數據幀，再對數據幀進行處理得到IP數據包。分析該IP包的目的地址，如果恰好為本地分組數據協議 (PacketDataProtocol，PDP)所標識的某MS地址，則將此數據包送至Gn接口的軟件模塊，做進一步處理。

圖2 GPRS傳輸協議模型

在Gn接口最先對數據包處理的是隧道協議(GPRSTunnelingProtocol，GTP)，它實現了從GGSN到SGSN的虛擬傳輸通路。GTP協議數據包需要由TCP/UDP承載，由TCP或UDP協議將數據包進一步封裝成IP包，此IP包的目的地址即為目標SGSN的地址。Gn網絡中的IP包傳送也是靠一系列的路由器和交換機來完成的。當數據到達SGSN之后，再對其層層解封，最終還原出用戶的IP數據包。

在Gb接口首先對IP數據包進行處理的是子網相關收斂協議(Sub Net work Dependent Convergence Protocol，SNDCP)，這一步的目的是提高GPRS的可擴展性，比如以后只需改變SNDCP就可以適應新的三層協議。除此之外，SNDCP還負責對數據包分段壓縮處理，之后利用邏輯鏈路控制協議(Logica1Link Control，LLC)發送到MS。

LLC為SGSN和MS之間提供高可靠的邏輯鏈路，主要負責將從高層SNDCP層傳送的SNDCP數據包加上LLC地址、幀字段，從而生產完整的LLC幀。另外，LLC層可實現點對多點的尋址和數據幀的重發控制。基站系統GPRS協議(Base Station System GPRS Protocol，BSSGP)是SGSN與BSS信息交換的最上層協議，BSSGP層承載的是LLC層數據包和SGSN與BSS之間的相關信息傳遞的功能。

網絡服務層(Network Service，NS)在物理層上基于BSS和SGSN之間的幀中繼連接，用于承載BSSGP協議數據單元 (Protocol DataUnit，PDU)。該層具有多跳功能，并能貫穿所有幀中繼交換節點的網絡。11數據到達BSS之后，同樣是層層解封，最終得到的是LLC數據幀，BSS并不對LLC幀處理，而只是透明轉發。

在Um接口處，任何由空中接口傳輸的數據，必須先經過無線鏈路控制(RadioLink Control，RLC)和媒體訪問控制協議 (Media Access Control，MAC)的處理。RLC將LLC數據幀拆分成便于空中傳輸的數據塊，并負責空中接口的可靠性保障。MAC主要是負責控制空中資源的使用，由于一個用戶可以使用多個信道，且多個用戶又可以使用一個信道。另外，資源的分配也是動態的，所以下行數據傳輸時，MAC必須標識當前的數據塊是給哪一個MS的；而上行數據傳輸時，必須指定當前資源由誰使用。此后，數據塊加上LLC和MAC頭；再經過卷積和交織。至此，得到的突發序列與GSM無異，它們采用和GSM同樣的方式，通過空中接口到達MS。

結束語

我國擁有全世界最大的移動通信網絡，覆蓋全國的GPRS網絡已成為一種可持續利用和開發的資源。相信在不遠的將來，被移動信息化武裝起來的智能政府、智能交通、智能商業、智能家庭會陸續呈現在我們面前，溶入生活中的每一個角落。

[1]龔明，王毅.遠程數據傳輸的研究.現代電子技術，2005，(5):52-55

[2]張晞，武小川，李心平.遠程監控傳輸系統.光電子技術，2004，24(1):43-45