移动通信技术与网络优化(第2版)第5章 通用分组无线业务GPRS
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长计费 • 终端：采用支持GPRS的终端。
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5.2 GPRS网络
5.2.2 GPRS接口 1 GPRS主要接口 （1）Gi接口——GGSN与外部数据网之间的接口。 • 与普通的路由器一样，GGSN利用现有的传输方法，接收
二层数据帧之后，做帧处理，得到IP数据包。分析该IP包 的目的地址，恰为本地分组数据协议的内容 （PDP Context）所标示的某一手机地址，则将此数据包送至Gn 接口的软件模块，做进一步处理。
– 在Gi和Gn两个网络之间，即外网和运营商网络之间不存 在路由，只有封装关系，安全性得到了保障。
202MS
Um
Gb BSS
SGSN Gn GGSN Gi
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GPRS接口示意图
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5.2 GPRS网络
（3）Gb接口——SGSN和BSS之间的接口 • 子网相关融合协议（SNDCP：Sub-
• 物理层：Um接口的物理层为射频接口部分，而逻辑链路 层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。GSM空中接口 的载频带宽为200kHz，一个载频分为8个物理信道。如果 8个物理信道都分配为传送GPRS数据，则原始数据速率 可达200kbit/s。考虑前向纠错码的开销，最终的数据速率 可达164kbit/s左右。
输不采用控制机制，可靠性不高(透明传输)，存在着严重 的呼损。 • 网络互连困难：不同速率、协议、代码的终端互通难。
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5.1 GPRS概述
2 分组交换 ① 分组交换原理
分组交换的基本原理是存储—转发的方式。把报文分成若
干个比较短的、具有一定格式的“分组”（或称为数据包） 进
行交换和传输。即节点交换机采用以“分组”为单位的存储 －
• GPRS被认为是2G向3G演进的重要一步，为2.5G，可被 GSM支持。
• GPRS系统与现有的GSM语音系统最根本的区别是： GPRS是一种分组交换系统，而原有的GSM系统是一种电 路交换系统。
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5.1GPRS概述
• GPRS系统以分组交换技术为基础，是一种基于GSM的移 动分组数据业务
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5.2 GPRS网络
2 网关GPRS支持节点(GGSN) 连接GPRS网络与外部数据网络的节点，主要是起网关作
用，相当于一个路由器。可和多种不同的数据网络连接，如 ISDN、PSPDN和LAN等。 3 分组控制单元（PCU）
用于分组数据的信道管理和信道接入控制。 4 GSM网络侧需要增加新节点、接口，对部分设备软件升级。 • BTS：对于目前使用的CS-1和CS-2，只需软件升级。 • BSC：需要增加新的分组数据处理单元PCU模块。
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5.2 GPRS网络
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5.2 GPRS网络
5.2.3 GPRS协议
1 GPRS的协议模型
① 移动台（MS）和SGSN之间的GPRS分层协议模型；
② Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信协议有5层， 自下而上依次为物理层、MAC（Mdium Access Control） 层、LLC（Logical Link Control）层、SNDC （Subnetwork Dependant Convergence）层和网络层。
移动通信技术
第5章 通用分组无线业务GPRS
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第5章 通用分组无线业务GPRS
5.1 GPRS概述 5.2 GPRS网络
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5.1 GPRS概述
5.1.1 GPRS产生的背景 1 IP技术已成为发展方向 • 交换方式 • IP传输技术在未来通信中占有重要地位 2 移动数据市场的形成 3 • 移动通信业务仍是传统的话音通信占主导地位 4 • 发展移动数据业务是各运营商的战略发展方向 3 GSM向第三代移动通信系统的演进 4 • 3G的主要特征：具有宽带数据通信和多媒体通信能 5 力，提供快速分组交换能力。
• GSN可以完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式 转换。
• GSN可以是一种类似于路由器的独立设备，也可以与GSM 中的MSC集成在一起。
• GSN有两种类型：一种为服务GSN（Servicing GSN， SGSN），另一种为网关GSN（Gateway GSN，GGSN）。
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5.1 GPRS概述
2 GPRS的技术及参数 工作频段：
上行 890～915 MHz；1710～1780 MHz 下行935～960 MHz；1805～1880 MHz 频道间隔：200KHz 频率复用：4×3方式 每载波信道数：8（时隙） 每信道数据率(对应四种编码方案）
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5.2 GPRS网络
（2）Gn接口——GGSN与SGSN之间的接口
• 最先对数据包做处理的GTP（GPRS Tunneling Protocol） 协议，它实现了从GGSN到SGSN的虚拟传输通路，即隧道；
• 优点：
– 便于手机的移动，当手机由一个服务GPRS支持节点 （SGSN）转移到另外一个SGSN的控制下时，只需改变 GTP的配置，使隧道的末端发生变化即可，对于被承载 的IP数据包来说是透明的；
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5.2 GPRS网络
5.2.1 GPRS的网络结构
• GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。GPRS网络参 考模型如图5.1所示。
• GSN （ GPRS Supporting Node，GSN）是GPRS网络中最 重要的网络节点。
• GSN具有移动路由管理功能，它可以连接各种类型的数据网 络，并可以连接到GPRS寄存器。
• GPRS新增的主要设备PCU、 SGSN、 GGSN。 1 服务GPRS支持节点(SGSN)
对移动终端进行鉴权和移动性管理。主要作用是记录移动 台的当前位置信息，并且在移动台（MS）和GGSN之间完 成移动分组数据的发送和接收；集成计费网关、边缘网关 （负责实现不同GPRS网络之间的互连）和防火墙的功能。
以去往分组交换机的同一出线，②
NPT需经PAD才能接入分组交换网。
③分组交换采用的方法是STDM。
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5.1 GPRS概述
• 将数据信息分割成若干个数据段，加上分组头，以 “存储---转发”的方式传送，到达收信端，再把数 据段组合还原成原数据信息。
图 分组的组成
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图 电路交换方式的示意
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图 电路交换过程示意图
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5.1 GPRS概述
（2）电路交换机特点 • 面向连接：呼叫建立、信息传递和连接释放 • 在连接建立过程中，有一定的连接建立时延。 • 实现实时信息传送，传输时延小(呼叫建立时延)。 • 数字程控电话交换采用同步时分交换 • 通信信道独享，线路的利用率低。 • 采用串行传输方式，任何故障均可能引起中断。 • 信息“透明”传输(不存储、不分析、不处理)，对信息传
信道，采用了多种编码，支持多时隙传输方式，最多到8
时隙，后介绍。
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5.2 GPRS网络
5 其他 Gs：SGSN和MSC/VLR之间的接口 Gr：SGSN和HLR之间的接口 GD：不同的GSM网络（不同的PLNM）通过GD接
口相联。
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5.2 GPRS网络
• 基站子系统GPRS协议（BSSGP： Base Station System GPRS Protocol）是服务GPRS支持节 点（SGSN）与BSS通讯的最上层协议，故而它不但发送 上层的LLC数据，还传输SGSN对BSS的控制信息，如对 手机的呼叫（Paging）等；
个时隙同时提供给同一用户，且不能采用任何形式的纠错 措施，并需对现有的GSM网络作较大的改动。 • 对GSM网络不作太多改动的情况下，只能采用 14.4kbit/s×8=115.2kbit/s的最高理论速率 • GPRS的传输速率取决于GSM为其预留的信道数 • GPRS的实际速率介于14.4～3.2kbit/s，上下行非对称
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5.2 GPRS网络
图5.1 GPRS网络参考模型
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5.2 GPRS网络
• 在现有的GSM网络中需要增加一些节点，如网关GPRS支 持节点（ Gateway GPRS Supporting Node，GGSN）和 服务GPRS支持节点（Servicing GSM Supporting Node， SGSN）,使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数 据。
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5.2 GPRS网络
• MSC/VLR 如需实现MSC与SGSN的Gs接口，则需要对MSC做软件
升级，否则无需对MSC进行改造。 MSC可以与SGSN/GGSN安装在一起，并逐步用GPRS核
心网取代MSC的功能。 • HLR：需要软件升级支持GPRS的用户数据和路由信息以
及与SGSN的Gr接口。 • OMC：需增加对新的网络单元进行网络管理的功能 • 计费系统：需升级计费系统采用按数据流量而不是按时
➢ CS-1：9.05kbit/s ➢ CS-2：13.4kbit/s ➢ CS-3：15.6kbit/s ➢ CS-4：21.4kbit/s
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5.1 GPRS概述
单终端多信道能力：同一载波下的1～8个时隙 调制方式：GMSK 信道占用方式：按需分配 信道前向纠错编码：卷积码 移动台类别：三类（A、B、C） ARQ（自动重发请求）功能；鉴权和加密实现QoS保 证；功率控制；点对点PTP业务可无连接或面向连接； 有点对多点PTM业务；与话音业务共享无线资源；计费 灵活，可根据流量、时间或QoS进行 。
转发机制，完成不同终端间的信息交换。如图所示。
② 分组的组成
• 分组是由分组头和用户数据部分组成的，如图所示。 • 分组头包含收发地址和一些控制信息其长度为3～10个字节； • 用户数据部分长度一般为128字节，最大不超过256字节。
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5.1 GPRS概述
说明：①来自不同终端的不同分组可 图 分组交换机工作原理图
• GPRS手机以传输资料量计费，而不是以传送的时间计费 。 • 小区内多个用户可共享一条无线信道同时通信。 • 某用户所需所传输的数据量大而信道尚有空闲时，可同时
占用同一载波的多个时隙通信，满足了数据业务的突发性 要求。
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5.1 GPRS概述
1 GPRS支持中高速数据传输 • 最高速率理论值可达21.4×8=171.2kbit/s。但需一个载频的8
• 主要功能。提供与无线相关的数据、QoS和选路信息，以 满足在BSS和SGSN之间传输用户数据时的需要。在BSS 中，它用作LLC帧和RLC/MAC块之间的接口；在SGSN 中，它形成一个在源于RLC/MAC的信息和LLC帧之间的 接口。
（4）Um接口——空中接口
其射频部分与GSM相同，但逻辑信道增加了分组数据
Network Dependent Convergence Protocol）对IP数据包做 同一化处理； • 目的。提高GPRS的可扩展性，未来，只需改变SNDCP就 可以适应新的三层协议，比如IPv6。除此之外，SNDCP 还负责数据的压缩和分段，压缩的目的是节约空中接口带 宽，分段的目的是适应下层LLC的MTU （Maximum Transmission Unit，最大传输单元）； • LLC（Logical Link Control）协议负责从SGSN到手机的 数据传输； • 服务对象有三种：SNDCP数据包（即用户数据）、用户 信令和短消息； • 服务的类型有面向连接和无连接两种，用户可以根据QoS 要求选择。
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5.1GPRS概述
5.1.3 GPRS概念
• GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线 业务的简称.
• GPRS仅通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进 行部分改造，增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新 的网络逻辑实体来实现分组交换，使现有的移动通信网和 数据网结合起来。
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5.2 GPRS网络
5.2.2 GPRS接口 1 GPRS主要接口 （1）Gi接口——GGSN与外部数据网之间的接口。 • 与普通的路由器一样，GGSN利用现有的传输方法，接收
二层数据帧之后，做帧处理，得到IP数据包。分析该IP包 的目的地址，恰为本地分组数据协议的内容 （PDP Context）所标示的某一手机地址，则将此数据包送至Gn 接口的软件模块，做进一步处理。
– 在Gi和Gn两个网络之间，即外网和运营商网络之间不存 在路由，只有封装关系，安全性得到了保障。
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Gb BSS
SGSN Gn GGSN Gi
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GPRS接口示意图
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5.2 GPRS网络
（3）Gb接口——SGSN和BSS之间的接口 • 子网相关融合协议（SNDCP：Sub-
• 物理层：Um接口的物理层为射频接口部分，而逻辑链路 层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。GSM空中接口 的载频带宽为200kHz，一个载频分为8个物理信道。如果 8个物理信道都分配为传送GPRS数据，则原始数据速率 可达200kbit/s。考虑前向纠错码的开销，最终的数据速率 可达164kbit/s左右。
输不采用控制机制，可靠性不高(透明传输)，存在着严重 的呼损。 • 网络互连困难：不同速率、协议、代码的终端互通难。
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5.1 GPRS概述
2 分组交换 ① 分组交换原理
分组交换的基本原理是存储—转发的方式。把报文分成若
干个比较短的、具有一定格式的“分组”（或称为数据包） 进
行交换和传输。即节点交换机采用以“分组”为单位的存储 －
• GPRS被认为是2G向3G演进的重要一步，为2.5G，可被 GSM支持。
• GPRS系统与现有的GSM语音系统最根本的区别是： GPRS是一种分组交换系统，而原有的GSM系统是一种电 路交换系统。
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5.1GPRS概述
• GPRS系统以分组交换技术为基础，是一种基于GSM的移 动分组数据业务
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5.2 GPRS网络
2 网关GPRS支持节点(GGSN) 连接GPRS网络与外部数据网络的节点，主要是起网关作
用，相当于一个路由器。可和多种不同的数据网络连接，如 ISDN、PSPDN和LAN等。 3 分组控制单元（PCU）
用于分组数据的信道管理和信道接入控制。 4 GSM网络侧需要增加新节点、接口，对部分设备软件升级。 • BTS：对于目前使用的CS-1和CS-2，只需软件升级。 • BSC：需要增加新的分组数据处理单元PCU模块。
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5.2 GPRS网络
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5.2 GPRS网络
5.2.3 GPRS协议
1 GPRS的协议模型
① 移动台（MS）和SGSN之间的GPRS分层协议模型；
② Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信协议有5层， 自下而上依次为物理层、MAC（Mdium Access Control） 层、LLC（Logical Link Control）层、SNDC （Subnetwork Dependant Convergence）层和网络层。
移动通信技术
第5章 通用分组无线业务GPRS
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第5章 通用分组无线业务GPRS
5.1 GPRS概述 5.2 GPRS网络
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5.1 GPRS概述
5.1.1 GPRS产生的背景 1 IP技术已成为发展方向 • 交换方式 • IP传输技术在未来通信中占有重要地位 2 移动数据市场的形成 3 • 移动通信业务仍是传统的话音通信占主导地位 4 • 发展移动数据业务是各运营商的战略发展方向 3 GSM向第三代移动通信系统的演进 4 • 3G的主要特征：具有宽带数据通信和多媒体通信能 5 力，提供快速分组交换能力。
• GSN可以完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式 转换。
• GSN可以是一种类似于路由器的独立设备，也可以与GSM 中的MSC集成在一起。
• GSN有两种类型：一种为服务GSN（Servicing GSN， SGSN），另一种为网关GSN（Gateway GSN，GGSN）。
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5.1 GPRS概述
2 GPRS的技术及参数 工作频段：
上行 890～915 MHz；1710～1780 MHz 下行935～960 MHz；1805～1880 MHz 频道间隔：200KHz 频率复用：4×3方式 每载波信道数：8（时隙） 每信道数据率(对应四种编码方案）
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（2）Gn接口——GGSN与SGSN之间的接口
• 最先对数据包做处理的GTP（GPRS Tunneling Protocol） 协议，它实现了从GGSN到SGSN的虚拟传输通路，即隧道；
• 优点：
– 便于手机的移动，当手机由一个服务GPRS支持节点 （SGSN）转移到另外一个SGSN的控制下时，只需改变 GTP的配置，使隧道的末端发生变化即可，对于被承载 的IP数据包来说是透明的；
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5.2.1 GPRS的网络结构
• GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。GPRS网络参 考模型如图5.1所示。
• GSN （ GPRS Supporting Node，GSN）是GPRS网络中最 重要的网络节点。
• GSN具有移动路由管理功能，它可以连接各种类型的数据网 络，并可以连接到GPRS寄存器。
• GPRS新增的主要设备PCU、 SGSN、 GGSN。 1 服务GPRS支持节点(SGSN)
对移动终端进行鉴权和移动性管理。主要作用是记录移动 台的当前位置信息，并且在移动台（MS）和GGSN之间完 成移动分组数据的发送和接收；集成计费网关、边缘网关 （负责实现不同GPRS网络之间的互连）和防火墙的功能。
以去往分组交换机的同一出线，②
NPT需经PAD才能接入分组交换网。
③分组交换采用的方法是STDM。
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5.1 GPRS概述
• 将数据信息分割成若干个数据段，加上分组头，以 “存储---转发”的方式传送，到达收信端，再把数 据段组合还原成原数据信息。
图 分组的组成
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图 电路交换方式的示意
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5.1 GPRS概述
（2）电路交换机特点 • 面向连接：呼叫建立、信息传递和连接释放 • 在连接建立过程中，有一定的连接建立时延。 • 实现实时信息传送，传输时延小(呼叫建立时延)。 • 数字程控电话交换采用同步时分交换 • 通信信道独享，线路的利用率低。 • 采用串行传输方式，任何故障均可能引起中断。 • 信息“透明”传输(不存储、不分析、不处理)，对信息传
信道，采用了多种编码，支持多时隙传输方式，最多到8
时隙，后介绍。
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5 其他 Gs：SGSN和MSC/VLR之间的接口 Gr：SGSN和HLR之间的接口 GD：不同的GSM网络（不同的PLNM）通过GD接
口相联。
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5.2 GPRS网络
• 基站子系统GPRS协议（BSSGP： Base Station System GPRS Protocol）是服务GPRS支持节 点（SGSN）与BSS通讯的最上层协议，故而它不但发送 上层的LLC数据，还传输SGSN对BSS的控制信息，如对 手机的呼叫（Paging）等；
个时隙同时提供给同一用户，且不能采用任何形式的纠错 措施，并需对现有的GSM网络作较大的改动。 • 对GSM网络不作太多改动的情况下，只能采用 14.4kbit/s×8=115.2kbit/s的最高理论速率 • GPRS的传输速率取决于GSM为其预留的信道数 • GPRS的实际速率介于14.4～3.2kbit/s，上下行非对称
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5.2 GPRS网络
图5.1 GPRS网络参考模型
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5.2 GPRS网络
• 在现有的GSM网络中需要增加一些节点，如网关GPRS支 持节点（ Gateway GPRS Supporting Node，GGSN）和 服务GPRS支持节点（Servicing GSM Supporting Node， SGSN）,使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数 据。
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5.2 GPRS网络
• MSC/VLR 如需实现MSC与SGSN的Gs接口，则需要对MSC做软件
升级，否则无需对MSC进行改造。 MSC可以与SGSN/GGSN安装在一起，并逐步用GPRS核
心网取代MSC的功能。 • HLR：需要软件升级支持GPRS的用户数据和路由信息以
及与SGSN的Gr接口。 • OMC：需增加对新的网络单元进行网络管理的功能 • 计费系统：需升级计费系统采用按数据流量而不是按时
➢ CS-1：9.05kbit/s ➢ CS-2：13.4kbit/s ➢ CS-3：15.6kbit/s ➢ CS-4：21.4kbit/s
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5.1 GPRS概述
单终端多信道能力：同一载波下的1～8个时隙 调制方式：GMSK 信道占用方式：按需分配 信道前向纠错编码：卷积码 移动台类别：三类（A、B、C） ARQ（自动重发请求）功能；鉴权和加密实现QoS保 证；功率控制；点对点PTP业务可无连接或面向连接； 有点对多点PTM业务；与话音业务共享无线资源；计费 灵活，可根据流量、时间或QoS进行 。
转发机制，完成不同终端间的信息交换。如图所示。
② 分组的组成
• 分组是由分组头和用户数据部分组成的，如图所示。 • 分组头包含收发地址和一些控制信息其长度为3～10个字节； • 用户数据部分长度一般为128字节，最大不超过256字节。
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5.1 GPRS概述
说明：①来自不同终端的不同分组可 图 分组交换机工作原理图
• GPRS手机以传输资料量计费，而不是以传送的时间计费 。 • 小区内多个用户可共享一条无线信道同时通信。 • 某用户所需所传输的数据量大而信道尚有空闲时，可同时
占用同一载波的多个时隙通信，满足了数据业务的突发性 要求。
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5.1 GPRS概述
1 GPRS支持中高速数据传输 • 最高速率理论值可达21.4×8=171.2kbit/s。但需一个载频的8
• 主要功能。提供与无线相关的数据、QoS和选路信息，以 满足在BSS和SGSN之间传输用户数据时的需要。在BSS 中，它用作LLC帧和RLC/MAC块之间的接口；在SGSN 中，它形成一个在源于RLC/MAC的信息和LLC帧之间的 接口。
（4）Um接口——空中接口
其射频部分与GSM相同，但逻辑信道增加了分组数据
Network Dependent Convergence Protocol）对IP数据包做 同一化处理； • 目的。提高GPRS的可扩展性，未来，只需改变SNDCP就 可以适应新的三层协议，比如IPv6。除此之外，SNDCP 还负责数据的压缩和分段，压缩的目的是节约空中接口带 宽，分段的目的是适应下层LLC的MTU （Maximum Transmission Unit，最大传输单元）； • LLC（Logical Link Control）协议负责从SGSN到手机的 数据传输； • 服务对象有三种：SNDCP数据包（即用户数据）、用户 信令和短消息； • 服务的类型有面向连接和无连接两种，用户可以根据QoS 要求选择。
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5.1GPRS概述
5.1.3 GPRS概念
• GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线 业务的简称.
• GPRS仅通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进 行部分改造，增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新 的网络逻辑实体来实现分组交换，使现有的移动通信网和 数据网结合起来。