本文描述有關移動通信網的發展過程和趨勢，介紹我國第三代移動通信的最新發展情況。重點討論了當前處于前沿的通用分組無線業務（GPRS）的發展和相關技術，以及現有GSM向第三代移動通信演進的策略。
    要害詞：GPRS數據傳輸ip技術個人多媒體業務第三代移動通信

一、前言

二十世紀90年代，第二代數字移動通信迅猛發展，人們對第三代移動通信提出了新的要求：它應該能實現全球漫游，同時應具備寬帶的數據通信能力。我國的移動通信網絡主要采用三種技術：模擬TACS系統、GSM900／1800雙頻系統和800MHz CDMA系統。

我國從1995年開始GSM的商用以來，發展速度非常迅猛。中國移動通信集團公司的GSM用戶已超過2，400萬，是世界上最大的GSM運營者。從今年開臺，我國計劃在全國范圍內規模發展800MHz CDMA網絡。預計到2003年CDMA網絡容量將達到4，000萬，用戶將達2，800萬。這樣大的發展規模，單靠現有的技術和頻段是很難滿足需求的。巨大的移動通信市場和頻譜資源的有限性促進了第三代移動通信的發展。

從業務角度看，移動通信和IP兩個發展最快的領域的結合（移動多媒體通信），無疑是移動通信的發展方向。現有的第二代技術能力僅能滿足話音和低、中速數據業務的需求；而以提供移動多媒體業務為特征的第三代移動通信，能提供高達2Mbit/s速率的業務，而且在頻譜利用率和業務能力上都有明顯提高，所以運營者會爭取盡早提供第三代業務以取得競爭的優勢。

數據網和通信網絡融合的未來核心網絡將采用IP結構。IP將是數據、話音、多媒體聯網以及固定和移動應用的融匯層。核心IP技術的應用使得網絡服務器可采用分布式，并答應第三方開發商擴展網絡功能和提供增值應用。

大多數專家認為，未來的發展方向將是在GSM以話音為基礎的運營模式上，以終端客戶為核心，把具有增值意義的業務和應用加到GSM上來。在應用方面，將主要包括六種重要的應用：簡單的信息、遠程數據查詢、信息接入、高質量的多媒體、廣播業務及縱向的應用等。其中80％到90％都可以在現在的GSM網和GPRS（通用分組無線業務）上實現。GSM對話音業務提供了很好的支持，但不適合數據應用的開展。而把包交換引入GSM所形成的GPRS，則可以適應移動數據業務的發展，其突出的特點是多個用戶可以共享一個信道，可以充分利用網絡資源，另外，GPRS可以按照用戶的需要來提供帶寬，在無線接口上采用了寬帶CDMA技術，以及大幅度提高數據傳輸速率。

如何才能更好地過渡到第三代移動通信呢？我國第二代的核心網絡目前以GSM為主，所以我們希望第二代網絡過渡到第三代的同時，還要實現他們之間的互聯互通，以保證終端在不同網絡之間的無縫漫游。

在當前GSM網絡中引入移動數據業務，面臨著如何在合理的投資成本下，實現業務市場快速啟動和有效覆蓋的問題。結合中國移動通信網絡的實際情況，較為可行的方案是采取平滑演進策略，大體分三步走：即GSM-GPRS-3G。通過在移動關口局GMSC和MSC上集成IP網關，實現低速、中速移動因特網接入，并支持以智能網方式靈活、經濟地提供各類IP業務。借助該方案，運營商能夠根據用戶需求，從關口局到端局，分階段、分區域地擴大移動數據通信的業務覆蓋范圍，充分保護網絡投資。

GPRS的引入策略為分階段引入：先在發達城市、然后在各省級建骨干網（省間不互通）；之后建省內GPRS骨干網、省間部分互通漫游；接下來是全國GPRS互通漫游，最后發展國際GPRS漫游。GPRS的網絡規劃主要由網絡的容量需求和GPRS業務支持節點SGSN、GPRS關口支持節點GGSN、分組控制單元PCU等的配置共同決定，GPRS骨干網絡GSN可采用ATM或IP方式組網，基站可采用升級的GSM基站。SGSN與GPRS基站系統中的PCU可采用E1或幀中繼方式連接，PCU可集成在BSC或GSN，PCU也可獨立設置。GPRS基站系統采用A3、A5加密算法，在GTP接口采用IPSec加密，同時在與外網絡互通處還設置防火墻。

二、通用分組無線業務技術

將在2000年初開啟的通用分組無線業務（GPRS，General Packet Radio Service），作為邁向第三代個人移動通信系統的重要里程碑，將使移動通信與數據網絡合二為一，使IP業務得以引入廣闊的移動市場，GPRS是基本分組無線業務，采用分組交換的方式，數據速率最高可達164kbit/s，它可以給GSM用戶提供移動環境下的高速數據業務，還可以提供收發Email、Internet創覽等功能。

1． GPRS的功能和業務

GPRS是一種新的GSM數據業務，它可以給移動用戶提供無線分組數據接入股務。GPRS主要是在移動用戶和遠端的數據網絡（如支持TCP／IP、X.25等網絡）之間提供一種連接，從而給移動用戶提供高速無線IP和無線X.25業務。

GPRS采用分組交換技術，它可以讓多個用戶共享某些固定的信道資源。假如把空中接口上的TDMA幀中的8個時隙都用來傳送數據，那么數據速率最高可達164 kbit/s。GSM空中接口的信道資源既可以被話音占用，也可以被GPRS數據業務占用。當然在信道充足的條件下，可以把一些信道定義為GPRS專用信道。

要實現GPRS網絡，需要在傳統的GSM網絡中引入新的網絡接口和通信協議。目前GPRS網絡引入GSN（GPRS Surporting Node）節點。移動臺則必須是GPRS移動臺或GPRS／GSM雙模移動臺。

根據歐洲ETSI的GSM第2＋階段的建議，GPRS分為兩個發展階段（即PhaSe1和PhaSe2）。GPRS的PhaSel階段將能支持下列功能和業務：

.TCP／IP和X.25業務

.全新的GPRS空中接口加密技術

.GPRS附加業務

.增強型的短信業務（E-SMS）

.GPRS分組數據計費功能，即根據數據量計費。上述功能業務中最顯著的是TCP／IP和X.25功能。GSM網絡可以通過TCP／IP和X.25為用戶提供電子郵件、www瀏覽、專用數據、LAN接入等業務。

GPRS Phase2階段的范圍尚在制訂之中，它將能提供更多的新功能和新業務。

2． GPRS的網絡結構

GPRS網絡是基于現有的GSM網絡來實現的。在現有的GSM網絡中需要增加一些節點，如GGSN （Gateway GPRS Supporting Node，網關GPRS支持節點）和SGSN（Serving GSN，服務GPRS支持節點）。

GPRS網絡參考模型如圖：所示。GSN是GPRS網絡中最重要的網絡節點。GSN具有移動路由治理功能，它可以連接各種類型的數據網絡，并可以連到GPRS寄存器。GSN可以完成移動臺和各種數據網絡之間的數據傳送和格式轉換。GSN可以是一種類似于路由器的獨立設備，也可以與GSM中的MSC集成在一起。

GSN有兩種類型：一種為SGSN （Serving GSN，服務GSN），另一種為GGSN（Gateway GSN，網關GSN）。SGSN的主要作用是記錄移動臺的當前位置信息，并且在移動臺和GGSN之間完成移動分組數據的發送和接收。GGSN主要是起網關作用，它可以和多種不同的數據網絡連接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文獻中，把GGSN稱為GPRS路由器。GGSN可以把GSM網中的GPRS分組數據包進行協議轉換，從而可以把這些分組數據包傳送到遠端的TCP／IP或X.25網絡。

圖1 GPRS網絡結構

另外，有的廠商提出了GR（GSMRegiSter，GPRS數據庫）的概念、GR類似于GSM中的HLR，是GPRS業務數據庫。它可以獨立存在，也可以和HLR共存，由服務器或程控交換機實現。 GR這個名稱在ETSl的建議中沒有專門提及。

GPRS網結構中還引入下列新的網絡接口：

Gn，GSN主干網接口，用于各種GSN之間。

Gb，BSS和SGSN之間的接口。

Gr，SGSN和HLR之間的接口。

Gp，不同的GSM網絡之間的接口。

Gs，SGSN和MSC之間的接口。

3． GPRS協議模型

移動臺（MS）和SGSN之間的GPRS分層協議模型如圖2所示。Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信協議有5層，自下面上依次為物理層、MAC（Mdium access Control）層、LLC（Logical Link Control）層、SNDC （Subnetwork Dependant Convergence）層和網絡層。

Um接口的物理層為射頻接口部分，而物理鏈路層則負責提供空中接口的各種邏輯信道。GSM空中接口的載頻帶寬為200 kHz，一個載頻分為8個物理信道。假如8個物理信道都分配為傳送GPRS數據，則原始數據速率可達200 kbit/s?？紤]前向糾錯碼開銷，則最終數據速率可達164 kbit/s左右。

MAC為媒質接入控制層。MAC的主要作用是定義和分配空中接口的GPRS邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動臺共享。GPRS的邏輯信道共有3類，分別是公共控制信道、分組業務信道和GPRS廣播信道。公共控制信道用來傳送數據通信的控制信令，具體又分為尋呼和應答等信道。分組業務信道用來傳送分組數據。廣播信道則是用來給移動臺發送網絡信息。

圖2 GPRS協議模型

LLC層為邏輯鏈路控制層。它是一種基于高速數據鏈路規程HDLC的無線鏈路協議。LLC層負責在高層SNDC層的SNDC數據單元上形成LLC地址、幀字段，從而生成完整的LLC幀。另外，LLC可以實現一點對多點的尋址和數據幀的重發控制。BSS中的LLR層是邏輯鏈路傳遞層。這一層負責轉送MS和SGSN之間的LLC幀。LLR層對于SNDC數據單元來說是透明的，即不負責處理SNDC數據。

SNDC被稱為子網依靠結合層。它的主要作用是完成傳送數據的分組、打包，確定TCP/IP地址和加密方式。在SNDC層，移動臺和SGSN之間傳送的數據被分割為一個或多個SNDC數據包單元。SNDC數據包單元生成后被放置到LLC幀內。

網絡層的協議目前主要是Phase 1階段提供的TCP／IP和X. 25協議，這些協議對于傳統的GSM網絡設備（如BSS和NSS等設備）是透明的。

4．GPRS的路由治理

GPRS的路由治理是指GPRS網絡如何進行尋址和建立數據傳送路由。GPRS的路由治理表現在以下三個方面：移動臺發送數據的路由建立移動臺接收數據的路由建立以及移動臺處于漫游時數據路由的建立。

對于第一種情況，如圖3中的路徑1所示，當移動臺產生了一個PDU（分組數據單元），這個PDU經過SNDC層處理，稱為SNDC數據單元。然后經過LLC層處理為LLC幀，通過空中接口送到GSM網絡中移動臺所處的SGSN。SGSN把數據送到GGSN。GGSN把收到的消息進行解裝處理，轉換為可在公用數據網中傳送的格式（如PSPDN的PDU），最終送給公用數據網的用戶。為了提高傳輸效率并保證數據傳輸的安全，可以對空中接口上的數據做壓縮和加密處理。

在第二種情況中，一個公用數據網用戶傳送數據到移動臺，如圖3中的路徑2所示。首先通過數據網的標準協議建立數據網和GGSN之間的路由。數據網用戶發出的數據單元（如PSPDN中的PDU），通過建立好的路由把數據單元PDU送給GGSN。而GGSN再把PDU送給移動臺所在的SGSN，GSN把PDU封裝成SNDC數據單元，再經LLC層處理為LLC幀單元，最終經空中接口送給移動臺。

第三種情況是一個數據網用戶傳送數據給一個正在漫游的移動用戶。如圖3路由3所示。其數據必須經過歸屬地的GGSN，然后送到移動用戶A。

圖3 GPRS的路由治理

5.空中按口的信道構成

GPRS空中接口的信道構成如下：

PDTCH（Pachet Data Traffic Channe1，分組數據業務信道）。這種信道用來傳送空中接口的GPRS分組數據。

PPCH （Packet Paging Channe1，分組尋呼信道），用來尋呼GPRS被叫用戶。

PRACH（Packet Randem Access Channel，分組隨機接入信道）。GPRS用戶通過PRACH向基站發出信道請求。

PAGCH（Packet Access Grant Channel，分組接入應答信道）。PAGCH是一種應答信道，對PRACH作出應答。

PACCH（Packet Asscrchted Control Channel，分組隨路控制信道）。這種信道用來傳送實現GPRS數據業務的信令。

移動臺發送數據時的空中接口信道使用過程如圖4所示。移動臺接收數據時的空中接口信道使用過程如圖5所示。

圖4 移動臺發送數據時的信道使用過程

圖5 移動臺接收數據時的信道使用過程

三、未來移動通信的展望

第三代移動通信所確定的技術標準格局，體現了國際標準一致性以便實現不同網絡間漫游的初衷，同時也照顧到不同網絡運營商向第三代系統演進的個性，是一個技術與市場需求相結合的方案，為第三代系統在全球的順利構筑提供了基礎。

如何考慮現有GSM網向第三代移動通信演進的策略，已經是十分緊迫的問題。GPRS是GSM向第三代移動通信系統平滑過渡的一個重要環節，GPRS對GSM及3G的前后向兼容性能夠充分保護運營商和移動用戶的利益。從GSM演進到UMTS，GPRS是一個非常要害的階段。引入GPRS可以給運營商提供運營和開發的經驗。