本文描述有關(guān)移動通信網(wǎng)的發(fā)展過程和趨勢，介紹我國第三代移動通信的最新發(fā)展情況。重點討論了當(dāng)前處于前沿的通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）的發(fā)展和相關(guān)技術(shù)，以及現(xiàn)有GSM向第三代移動通信演進(jìn)的策略。
    要害詞：GPRS數(shù)據(jù)傳輸ip技術(shù)個人多媒體業(yè)務(wù)第三代移動通信

一、前言

二十世紀(jì)90年代，第二代數(shù)字移動通信迅猛發(fā)展，人們對第三代移動通信提出了新的要求：它應(yīng)該能實現(xiàn)全球漫游，同時應(yīng)具備寬帶的數(shù)據(jù)通信能力。我國的移動通信網(wǎng)絡(luò)主要采用三種技術(shù)：模擬TACS系統(tǒng)、GSM900／1800雙頻系統(tǒng)和800MHz CDMA系統(tǒng)。

我國從1995年開始GSM的商用以來，發(fā)展速度非常迅猛。中國移動通信集團(tuán)公司的GSM用戶已超過2，400萬，是世界上最大的GSM運(yùn)營者。從今年開臺，我國計劃在全國范圍內(nèi)規(guī)模發(fā)展800MHz CDMA網(wǎng)絡(luò)。預(yù)計到2003年CDMA網(wǎng)絡(luò)容量將達(dá)到4，000萬，用戶將達(dá)2，800萬。這樣大的發(fā)展規(guī)模，單靠現(xiàn)有的技術(shù)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(jìn)了第三代移動通信的發(fā)展。

從業(yè)務(wù)角度看，移動通信和IP兩個發(fā)展最快的領(lǐng)域的結(jié)合（移動多媒體通信），無疑是移動通信的發(fā)展方向?，F(xiàn)有的第二代技術(shù)能力僅能滿足話音和低、中速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求；而以提供移動多媒體業(yè)務(wù)為特征的第三代移動通信，能提供高達(dá)2Mbit/s速率的業(yè)務(wù)，而且在頻譜利用率和業(yè)務(wù)能力上都有明顯提高，所以運(yùn)營者會爭取盡早提供第三代業(yè)務(wù)以取得競爭的優(yōu)勢。

數(shù)據(jù)網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)融合的未來核心網(wǎng)絡(luò)將采用IP結(jié)構(gòu)。IP將是數(shù)據(jù)、話音、多媒體聯(lián)網(wǎng)以及固定和移動應(yīng)用的融匯層。核心IP技術(shù)的應(yīng)用使得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可采用分布式，并答應(yīng)第三方開發(fā)商擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)功能和提供增值應(yīng)用。

大多數(shù)專家認(rèn)為，未來的發(fā)展方向?qū)⑹窃贕SM以話音為基礎(chǔ)的運(yùn)營模式上，以終端客戶為核心，把具有增值意義的業(yè)務(wù)和應(yīng)用加到GSM上來。在應(yīng)用方面，將主要包括六種重要的應(yīng)用：簡單的信息、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢、信息接入、高質(zhì)量的多媒體、廣播業(yè)務(wù)及縱向的應(yīng)用等。其中80％到90％都可以在現(xiàn)在的GSM網(wǎng)和GPRS（通用分組無線業(yè)務(wù)）上實現(xiàn)。GSM對話音業(yè)務(wù)提供了很好的支持，但不適合數(shù)據(jù)應(yīng)用的開展。而把包交換引入GSM所形成的GPRS，則可以適應(yīng)移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)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(wǎng)絡(luò)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(shù)，以及大幅度提高數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)目前以GSM為主，所以我們希望第二代網(wǎng)絡(luò)過渡到第三代的同時，還要實現(xiàn)他們之間的互聯(lián)互通，以保證終端在不同網(wǎng)絡(luò)之間的無縫漫游。

在當(dāng)前GSM網(wǎng)絡(luò)中引入移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面臨著如何在合理的投資成本下，實現(xiàn)業(yè)務(wù)市場快速啟動和有效覆蓋的問題。結(jié)合中國移動通信網(wǎng)絡(luò)的實際情況，較為可行的方案是采取平滑演進(jìn)策略，大體分三步走：即GSM-GPRS-3G。通過在移動關(guān)口局GMSC和MSC上集成IP網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)低速、中速移動因特網(wǎng)接入，并支持以智能網(wǎng)方式靈活、經(jīng)濟(jì)地提供各類IP業(yè)務(wù)。借助該方案，運(yùn)營商能夠根據(jù)用戶需求，從關(guān)口局到端局，分階段、分區(qū)域地擴(kuò)大移動數(shù)據(jù)通信的業(yè)務(wù)覆蓋范圍，充分保護(hù)網(wǎng)絡(luò)投資。

GPRS的引入策略為分階段引入：先在發(fā)達(dá)城市、然后在各省級建骨干網(wǎng)（省間不互通）；之后建省內(nèi)GPRS骨干網(wǎng)、省間部分互通漫游；接下來是全國GPRS互通漫游，最后發(fā)展國際GPRS漫游。GPRS的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要由網(wǎng)絡(luò)的容量需求和GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點SGSN、GPRS關(guān)口支持節(jié)點GGSN、分組控制單元PCU等的配置共同決定，GPRS骨干網(wǎng)絡(luò)GSN可采用ATM或IP方式組網(wǎng)，基站可采用升級的GSM基站。SGSN與GPRS基站系統(tǒng)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(dú)立設(shè)置。GPRS基站系統(tǒng)采用A3、A5加密算法，在GTP接口采用IPSec加密，同時在與外網(wǎng)絡(luò)互通處還設(shè)置防火墻。

二、通用分組無線業(yè)務(wù)技術(shù)

將在2000年初開啟的通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS，General Packet Radio Service），作為邁向第三代個人移動通信系統(tǒng)的重要里程碑，將使移動通信與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)合二為一，使IP業(yè)務(wù)得以引入廣闊的移動市場，GPRS是基本分組無線業(yè)務(wù)，采用分組交換的方式，數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)164kbit/s，它可以給GSM用戶提供移動環(huán)境下的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，還可以提供收發(fā)Email、Internet創(chuàng)覽等功能。

1． GPRS的功能和業(yè)務(wù)

GPRS是一種新的GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它可以給移動用戶提供無線分組數(shù)據(jù)接入股務(wù)。GPRS主要是在移動用戶和遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（如支持TCP／IP、X.25等網(wǎng)絡(luò)）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(yè)務(wù)。

GPRS采用分組交換技術(shù)，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(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用。當(dāng)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(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)，需要在傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)中引入新的網(wǎng)絡(luò)接口和通信協(xié)議。目前GPRS網(wǎng)絡(luò)引入GSN（GPRS Surporting Node）節(jié)點。移動臺則必須是GPRS移動臺或GPRS／GSM雙模移動臺。

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

.TCP／IP和X.25業(yè)務(wù)

.全新的GPRS空中接口加密技術(shù)

.GPRS附加業(yè)務(wù)

.增強(qiáng)型的短信業(yè)務(wù)（E-SMS）

.GPRS分組數(shù)據(jù)計費(fèi)功能，即根據(jù)數(shù)據(jù)量計費(fèi)。上述功能業(yè)務(wù)中最顯著的是TCP／IP和X.25功能。GSM網(wǎng)絡(luò)可以通過TCP／IP和X.25為用戶提供電子郵件、www瀏覽、專用數(shù)據(jù)、LAN接入等業(yè)務(wù)。

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(yè)務(wù)。

2． GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

GPRS網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中需要增加一些節(jié)點，如GGSN （Gateway GPRS Supporting Node，網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點）和SGSN（Serving GSN，服務(wù)GPRS支持節(jié)點）。

GPRS網(wǎng)絡(luò)參考模型如圖：所示。GSN是GPRS網(wǎng)絡(luò)中最重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。GSN具有移動路由治理功能，它可以連接各種類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并可以連到GPRS寄存器。GSN可以完成移動臺和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳送和格式轉(zhuǎn)換。GSN可以是一種類似于路由器的獨(dú)立設(shè)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(wù)GSN），另一種為GGSN（Gateway GSN，網(wǎng)關(guān)GSN）。SGSN的主要作用是記錄移動臺的當(dāng)前位置信息，并且在移動臺和GGSN之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。GGSN主要是起網(wǎng)關(guān)作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文獻(xiàn)中，把GGSN稱為GPRS路由器。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端的TCP／IP或X.25網(wǎng)絡(luò)。

圖1 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

另外，有的廠商提出了GR（GSMRegiSter，GPRS數(shù)據(jù)庫）的概念、GR類似于GSM中的HLR，是GPRS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫。它可以獨(dú)立存在，也可以和HLR共存，由服務(wù)器或程控交換機(jī)實現(xiàn)。 GR這個名稱在ETSl的建議中沒有專門提及。

GPRS網(wǎng)結(jié)構(gòu)中還引入下列新的網(wǎng)絡(luò)接口：

Gn，GSN主干網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)之間的接口。

Gs，SGSN和MSC之間的接口。

3． GPRS協(xié)議模型

移動臺（MS）和SGSN之間的GPRS分層協(xié)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(xié)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(wǎng)絡(luò)層。

Um接口的物理層為射頻接口部分，而物理鏈路層則負(fù)責(zé)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(shù)據(jù)，則原始數(shù)據(jù)速率可達(dá)200 kbit/s?？紤]前向糾錯碼開銷，則最終數(shù)據(jù)速率可達(dá)164 kbit/s左右。

MAC為媒質(zhì)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(yè)務(wù)信道和GPRS廣播信道。公共控制信道用來傳送數(shù)據(jù)通信的控制信令，具體又分為尋呼和應(yīng)答等信道。分組業(yè)務(wù)信道用來傳送分組數(shù)據(jù)。廣播信道則是用來給移動臺發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信息。

圖2 GPRS協(xié)議模型

LLC層為邏輯鏈路控制層。它是一種基于高速數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程HDLC的無線鏈路協(xié)議。LLC層負(fù)責(zé)在高層SNDC層的SNDC數(shù)據(jù)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(xiàn)一點對多點的尋址和數(shù)據(jù)幀的重發(fā)控制。BSS中的LLR層是邏輯鏈路傳遞層。這一層負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)送MS和SGSN之間的LLC幀。LLR層對于SNDC數(shù)據(jù)單元來說是透明的，即不負(fù)責(zé)處理SNDC數(shù)據(jù)。

SNDC被稱為子網(wǎng)依靠結(jié)合層。它的主要作用是完成傳送數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)被分割為一個或多個SNDC數(shù)據(jù)包單元。SNDC數(shù)據(jù)包單元生成后被放置到LLC幀內(nèi)。

網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議目前主要是Phase 1階段提供的TCP／IP和X. 25協(xié)議，這些協(xié)議對于傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如BSS和NSS等設(shè)備）是透明的。

4．GPRS的路由治理

GPRS的路由治理是指GPRS網(wǎng)絡(luò)如何進(jìn)行尋址和建立數(shù)據(jù)傳送路由。GPRS的路由治理表現(xiàn)在以下三個方面：移動臺發(fā)送數(shù)據(jù)的路由建立移動臺接收數(shù)據(jù)的路由建立以及移動臺處于漫游時數(shù)據(jù)路由的建立。

對于第一種情況，如圖3中的路徑1所示，當(dāng)移動臺產(chǎn)生了一個PDU（分組數(shù)據(jù)單元），這個PDU經(jīng)過SNDC層處理，稱為SNDC數(shù)據(jù)單元。然后經(jīng)過LLC層處理為LLC幀，通過空中接口送到GSM網(wǎng)絡(luò)中移動臺所處的SGSN。SGSN把數(shù)據(jù)送到GGSN。GGSN把收到的消息進(jìn)行解裝處理，轉(zhuǎn)換為可在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送的格式（如PSPDN的PDU），最終送給公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的用戶。為了提高傳輸效率并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，可以對空中接口上的?shù)據(jù)做壓縮和加密處理。

在第二種情況中，一個公用數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶傳送數(shù)據(jù)到移動臺，如圖3中的路徑2所示。首先通過數(shù)據(jù)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議建立數(shù)據(jù)網(wǎng)和GGSN之間的路由。數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶發(fā)出的數(shù)據(jù)單元（如PSPDN中的PDU），通過建立好的路由把數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)單元，再經(jīng)LLC層處理為LLC幀單元，最終經(jīng)空中接口送給移動臺。

第三種情況是一個數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶傳送數(shù)據(jù)給一個正在漫游的移動用戶。如圖3路由3所示。其數(shù)據(jù)必須經(jīng)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(gòu)成

GPRS空中接口的信道構(gòu)成如下：

PDTCH（Pachet Data Traffic Channe1，分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道）。這種信道用來傳送空中接口的GPRS分組數(shù)據(jù)。

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(jī)接入信道）。GPRS用戶通過PRACH向基站發(fā)出信道請求。

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

PACCH（Packet Asscrchted Control Channel，分組隨路控制信道）。這種信道用來傳送實現(xiàn)GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的信令。

移動臺發(fā)送數(shù)據(jù)時的空中接口信道使用過程如圖4所示。移動臺接收數(shù)據(jù)時的空中接口信道使用過程如圖5所示。

圖4 移動臺發(fā)送數(shù)據(jù)時的信道使用過程

圖5 移動臺接收數(shù)據(jù)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)格局，體現(xiàn)了國際標(biāo)準(zhǔn)一致性以便實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間漫游的初衷，同時也照顧到不同網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商向第三代系統(tǒng)演進(jìn)的個性，是一個技術(shù)與市場需求相結(jié)合的方案，為第三代系統(tǒng)在全球的順利構(gòu)筑提供了基礎(chǔ)。

如何考慮現(xiàn)有GSM網(wǎng)向第三代移動通信演進(jìn)的策略，已經(jīng)是十分緊迫的問題。GPRS是GSM向第三代移動通信系統(tǒng)平滑過渡的一個重要環(huán)節(jié)，GPRS對GSM及3G的前后向兼容性能夠充分保護(hù)運(yùn)營商和移動用戶的利益。從GSM演進(jìn)到UMTS，GPRS是一個非常要害的階段。引入GPRS可以給運(yùn)營商提供運(yùn)營和開發(fā)的經(jīng)驗。