图解通信原理与案例分析-17：2G GPRS通用分组无线业务详解

前言：

本文主要关注与GSM的区别，特别是GRPS是如何通过增加信道和分组交换系统支持数据传输，如何通过新的调制解调技术，增加数据传输的速率的！

第1章 GSM GPRS概述

GPRS是通用分组无线业务( General Packet Radio service)的英文简称，是2G迈向3G的过渡产业，是GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。

它特别适用于间断的、突发性的、频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输，这正是物联网应用的显著特点。

GPRS理论带宽可达171.2kb/s，实际应用带宽大约在40~100kb/s。在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于 Internet连接、数据传输等应用。这正是移动通信网提供物联网业务的萌芽。

GSM-GPRS通过在原GSM网络基础上增加一系列的功能实体来完成分组数据功能，新增功能实体组成GSM-GPRS网络，作为独立的网络实体对CSM数据进行旁路，完成GPRS业务，原GSM网络则完成话音功能，尽量减少了对CSM网络的改动。

GSM对物联网的支持，也是通过GRPS来完成的。

第2章 GPRS网络架构

GPRS在核心网中新增了一些功能实体:

SGSN（Serving GPRS Support Node）服务GPRS支持节点。

SGSN作为移动通信网络GPRS/WCDMA(TD-SCDMA)核心网分组域设备重要组成部分，主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等功能。

SGSN与GGSN 配合，共同完成移动通信网络分组业务（PS，Packet Service）功能。

GGSN (Gateway GPRS Support Node) 网关GPRS支持节点.

GGSN（Gateway GSN，网关GSN）主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和以太网LAN等连接到Internet。GGSN 完成协议的转换。

第3章 GPRS网络协议栈

通过上述协议栈可以看出，有如下几个关键的协议：

GTP：是一组基于IP的高层协议，位于TCP/IP或UDP/IP等协议上，主要用于在GSM和UMTS和LTE网络中支持通用分组无线服务(GPRS)的通讯协议。

GTP可以分解成三种独立的协议，GTP-C、GTP-U及GTP'。

GTP-C用于在GPRS核心网内传输GGSN(网关GPRS支持结点)和SGSN(服务GPRS支持结点)之间的信令，它允许SGSN代表用户激活一个会话(PDP[分组数据协议]上下文激活)，禁用激活的会话，调整服务质量参数，或更新刚从其它SGSN切换过来用户的会话。

GTP-U用于在GPRS核心网内，无线接入网与核心网之间传送用户数据，用户数据包可以以IPv4, IPv6或PPP中的任何格式传输。

GTP'(GTP prime)与GTP-C，GTP-U使用相同的信息结构，但它有独立的功能。可以用它来传输从GSM或UMTS的CDF(计费数据功能)到CGF(计费网关功能)的数据，在大部分情况下这表示传输很多独立的网元(如GGSN)的数据到中央电脑中，后者可以更方便的将计费数据传输到运营商的计费中心。

BSSGP：就是BSSGPRSProtocolBSS--GPRS协议。

它的主要功能是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。

第4章 GPRS空口物理信道

（1）GPRS信道

GPRS通过预留物理信道的方式提供GPRS业务，提供物联网服务。

GPRS空中接口的信道构成如下：

PPCH (Packet Paging Channe1,分组寻呼信道),用来寻呼GPRS被叫用户。

PRACH(Packet Randem Access Channel,分组随机接入信道)。GPRS用户通过PRACH向基站发出信道请求。

PAGCH(Packet Access Grant Channel,分组接入应答信道)。PAGCH是一种应答信道,对PRACH作出应答。

PACCH(Packet Asscrchted Control Channel,分组随路控制信道)。这种信道用来传送实现GPRS数据业务的信令。

PDTCH(Packet Data Traffic Channe1,分组数据业务信道)。这种信道用来传送空中接口的GPRS分组数据。

这些物理信道用于GPRS终端与支持GPRS 2G GRSM基站之间传递GPRS分组数据，而不是话音数据。

（2）时隙的划分

GPRS网络为每个终端设备至多分配8个时隙（timeslot）用来传输数据。

这8个时隙分别用于上行和下行数据传输，分配到的时隙越多，传输速率就越快，每个GPRS模块的时隙分配是固定的，不同模块的时隙分配不尽相同。

根据GPRS的时隙分配情况，把模块/设备划分为不同Class（即类型）。

Class2 上行2时隙，下行1时隙

Class4 上行3时隙，下行1时隙

Class6 上行3时隙，下行2时隙

Class8 上行4时隙，下行1时隙

Class10 上行4时隙，下行2时隙

（3）距离与信道编码

GPRS技术的一大特点是，传输速率受终端和基站之间的距离影响。

当终端与基站距离较近的时候，会自动采用CS-4编码，此时总传输带宽最大，但是不具备自纠错能力；

当终端与基站距离较远的时候，会采用CS-3/2/1编码，带宽依次下降，但纠错能力逐渐提高。

第5章 GRPS数据卡

（1）概述

移动物联网终端是GPRS模块应用的重要领域，因其可以直接联网，无须再专为其提供网关。

目前绝大部分的定位手表、车载终端，以及工农业设备都采用GPRS模块。

GPRS作为物联网接入技术，更适合数据量不大的移动终端选用，且资费也比3G、4G网络便宜，功耗也相对更低。

GPRS是移动设备实现网络接入的重要技术手段，在物联网终端中有大量应用。

调查显示，截至目前，移动物联网设备中仍有80%使用的是GPRS通讯模块。

2016年开始，新兴移动物联网技术：LTE-M、NB-IoT、LoRa等声势不断壮大，未来移动物联网技术会更加多样化。

（2）终端的类型

A类：能够同时进行GSM语音通信和GPRS数据传输

B类：能够以GSM或GPRS方式进行语音通信或数据传输，但两者不可同时进行，数据传输会被语音呼叫打断。

C类：只能进行GPRS数据传输

第6章 TCP/IP协议简介

第7章 GTP协议简介

附录：

GSM是全球移动通讯系统（Global System for Mobile Communications)的简称
GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称
GPRS是在GSM系统基础上发展起来的分组数据承载和传输业务。
GPRS与GSM系统最根本的区别是，GSM是一种电路交换系统，而GPRS是一种分组交换系统。
GSM只能使用短信形式传送数据，无法做到“实时在线”、“按量计费”。与GSM比较，GPRS在数据业务的承载和支持上具有非常明显的优势，更有效的利用无线网络信道资源，特别适用于间歇、非周期数据传输、少量的数据传输，较大容量数据不频繁传输等。
GPRS的技术优势还表现在以下几个方面：传输速率高；资源利用率高；接入时间短；永远在线；支持IP协议和X.25协议；收费合理等.