李荣 周慧茹 吴志忠 南京邮电学院通信工程系
摘要：本文内容涉及了GSM向第三代演进过程中出现的具有代表性的三种技术：GPRS、EDGE、HSCSD。主要对它们的技术优势、特点、与现有的GSM的相关性方面作了论述。
关键词：GPRS EDGE HSCSD
一、概述
GSM实现的数字移动电话，使人们将电话放在手掌上和口袋中，从而解决了许多问题，如移动中的通话、对公司网络及因特网信息的移动接入等。但同时，人们也产生一个重要的需求--速度。的确，人们的工作环境不再仅限于办公室，在这种情况下，工作能否取得成功，越来越取决于对移动数据的高速接入。本文着眼于此，对向第三代移动通信系统过渡的三种移动高速接入技术GPRS、EDGE、HSCSD进行讨论，下面就详细阐述一下这三种技术的原理及其特点。
二、通用分组无线业务(GPRS)
GPRS(General Packet Radio Service)简称为通用分组无线业务。GPRS它采用基于分组传输模式的无线IP技术以一种有效的方式来传送高速和低速数据及信令。
GPRS是在GSM 网络中引入的分组数据交换技术。它同时支持两种主流的分组数据网络协议：X.25和IP。通过引入新的网络结点设备构造一个高速的分组数据交换网络。它叠加于GSM系统之上，延长了GSM的使用寿命，保护了运营商的利益。它基于分组数据包的转发和信道的统计复用，从而使现有的移动通信系统提供的数据业务首次从9.6Kbps飞跃到了100Kbps以上；同时，用户只须为他们实际使用的通信数据总量付费。
GPRS作为一种改进GSM网数据传输方式的标准已得到欧洲电信标准委员会（ETSI）的确认，其基本原理是：当有数据传送需要时，将利用分组在网络中传送数据，而非利用当前承载服务所采用的固定电路连接。这促进了多用户间对网络资源的共享，并允许运营商最优地使用现有设备，同时利用已安装的设备创造新的收入来源。
GPRS提供的数据速率取决于所采用的编码方案，在标准中有四种编码数据速率，分别为每信道9.05、13.4、15.6和21.4Kbit/s。由于能在一个频率上提供全部8个业务信道，最大的数据吞吐量可高达每用户171Kbit/s，不过，由于信道编码和多时隙分配所需的开销，更现实的最高吞吐量为115Kbit/s。在服务质量尚可的条件下，多数应用的传输速率可以低得多。
GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在现有的GSM网络中需要增加一些节点。 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，并可以连到GPRS寄存器。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又备，也可以与GSM中的MSC集成在一起。
GSN有两种类型：一种为SGSN（Serving GSN，服务GSN），另一种为GGSN（Gateway GSN，网关GSN），SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收，SGSN的基本功能是负责移动管理、寻呼、加密、数据压缩、通信计量和计费等。GGSN主要是起网关作用，提供GPRS网络与外部分组数据网络之间的交互操作，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。
为了实现GPRS，还需要在现有的GSM网络中引入新的逻辑网络实体—分组控制单元（PCU）。PCU 位于基站控制器的位置，可以作为BSC的插卡，也可以独立地存在，由于PCU和BSC之间没有通用的接口协议，因此必须将其BSC 上安装PCU 是实现GPRS 的前提。GGSN在基站子系统中，PCU负责管理分组分段和规划、无线信道、传输错误检测和自动重发、信道编码方案、质量控制、功率控制等。
PCU和SGSN 之间通过Gb接口相连，是标准接口，SGSN和GGSN之间通过Gn接口通信，SGSN和GGSN通过GPRS隧道协议进行封装。SGSN通过帧中继与BTS连接，是GSM网络结构与移动台之间的接口。GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网连接到SGSN,是连接GSM网络结构与外部分组交换网(如Internet和LAN)的网关。GPRS承载业务主要有两种类型：点到点（PTP）业务和点到多点（PTM）业务。点到点业务在两个用户之间提供一个或多个分组的传输；由业务请求者启动，被接收者接收。这种业务也分为两种，即PTP无连接型网络业务（PTP－CLNS）和PTP面向连接的网络业务（PTP－CONS）。
点到点无连接型网络业务就是一个（多个）单一的分组从单个业务用户发送到单一的目标用户。每一个分组独立于前一个和后一个分组。该业务是数据报类型，并且支持突发性的应用。点到点面向连接的网络业务（PTP－CONS）是在单一业务用户和单一目标用户之间发送多分组的业务。该业务在两个用户之间提供了一种逻辑关系。该业务支持突发事务处理应用或交互式应用。在无线接口处PTP－CONS利用确认传送模式进行可靠传输。
点到多点业务是将单一信息传送到多个用户。GPRS PTM业务能够提供一个用户将数据发送给具有单一业务需求的多个用户的能力。这类传输应该在指定的延时内完成，重复发送应该按照业务请求者定义/协商的计划在适用的地方完成。目前这种业务分为三类：PTM多点广播业务、PTM群呼业务、IP多点传播业务。
PTM多点广播是将信息发送给当前位于某一地区的所有用户。该信息包含群标识符（IMGI），它表明该信息是所有的用户都感兴趣还是仅仅属于某个特定PTM群的用户群。PTM群呼业务是将信息发送给当前位于某一区域的特定的用户子群（PTM组的参与者）的一种业务。信息可以只在包含PTM组参与者的单元内发送。IP多点传播业务是定义为IP协议序列一部分的业务。信息在一个IP多点传播组参与者之间传输。在这种业务中，数据的发送应该符合Internet协议。
GPRS市场发展有其自身的优势 ：
（1）移动电话市场逐渐向移动数据市场转变，给GPRS发展带来无限的良机。由于Internet网等应用的迅速发展，全球范围内，用户对移动数据业务的需求呈增长态势，GSM协会预测，今后一年内全球GSM网上传送的移动数据量将实现40%--50%的增长率。
（2）GPRS具有得天独厚的优势：目前全球有移动电话用户4.5亿，GSM网上用户占40%，而GPRS又在GSM网上升级，因此GPRS在未来的移动数据市场中占有绝对优势。
（3）GPRS收费按数据流量收费，使用户费用大大降低，可大量吸引用户。
（4）GPRS被认为是由第二代移动通信系统向第三代过渡的最佳方案，也是最重要的一步，因此也决定了GPRS市场优势所在。
三、改进数据率GSM服务 (EDGE)
EDGE的英文全称为Enhanced Data Rate for GSM Evolution，中文含义为改进数据率GSM服务，是一种增强型的速率标准。该技术主要在于能够使用宽带服务，能够让使用800、900、1800、1900MHz频段的网络提供第三代移动通信网络的部分功能，并且能大大改进目前在GSM和TDMA/136上提供的标准化服务。该技术可以提供384Kbps的广域数据通信服务和大约2Mbps的局域数据通信服务，这样可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。
EDGE的概念是EriCSSon公司于1997年第一次向ETSI提出的，同年，ETSI批准了EDGE的可行性研究，这对以后EDGE的发展铺平了道路。尽管EDGE仍然使用了GSM载波带宽和时隙结构，但它也能够用于其他的蜂窝通信系统。EDGE可以被视为一个提供高比特率、并且因此促进蜂窝移动系统向第三代功能演进的、有效的通用无线接口技术。在此基础上，统一无线通信论坛（UWCC）评估了用于TDMA/136的EDGE技术，并且于1998年1月批准了该技术。
EDGE提供了一个从GPRS到第三代移动通信的过渡性方案，从而使现有的网络运营商可以最大限度地利用现有的无线网络设备，在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信业务。EDGE标准第一阶段是增强型的GPRS(EGPRS)和增强型的电路交换数据；第二极端是改进的多媒体和实时业务，数据速率可达384Kb/s。由于GDGE是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术，因此也有人称它为“二代半”技术。EDGE同样充分利用了现有的GSM资源，保护了对GSM作出的投资，目前已有的大部分设备都可以继续在EDGE中使用。EDGE能提供三组业务：EGPRS业务：最大速率≥384Kbps 48Kbps/BP；T-ECSD业务：透明增强型电路交换业务，最高速率≥32kpbs/Bp；NT-ECSD：非透明增强型电路交换业务，最高速率≥28.8Kbps。
由于EDGE技术是应运而生的提供了一种在现在的频段中提供第三代业务的演进方法，与以前通信系统相比有较多的优点，主要概括为以下几方面：
1、系统操作更加灵活。该技术采用了更加灵活的系统操作方式，具体包括为：支持基站间的异步操作；支持自适应天线阵技术与多用户检测的技术；支持非平衡频带下采用时分双工的模式，采用单信元频率复用等；
2、数据传输方式多样。该技术可以同时支持分组交换和电路交换两种数据传输方式，EDGE支持的分组数据服务可以实现每时隙高达11.2Kbps～69.2Kbps的速率，EDGE可以用28.8Kbps的速率支持电路交换服务；
3、支持高速分组接入。该技术采用了八进制移相键控（8PSK）调制，在移动环境中可以稳定达到384Kbps，在静止环境中甚至可以达到2Mbps，基本上能够满足各种无线应用的需求；该技术同时还支持一条连线上传输多条并行业务；支持高速率的分组接入；
4、通信系统性能更好。该技术包括更大的系统容量和更大的覆盖区域，且可以从第二代系统逐步演进；EDGE中采用快速功率控制技术，使发射机的发射功率总是处于最小的水平，从而减少了多址干扰，增强了稳定性能；
5、支持对称和非对称传输。该技术支持对称和非对称两种数据传输，这对于移动设备上网是非常重要的一个特性，比如在EDGE系统中，用户可以在下行链路中采用比上行链路更高的速率；
6、有效降低运行和接入费用。由于EDGE提供了一种比较灵活的系统操作方式，因此相对其他技术来说，部署起来就容易迅速得多；我们可利用现有的GSM和IDMA-136的基础设施，并可以采用逐步引入的方法，这样，我们就能够有效地降低运行者和用户的费用。
四、高速电路交换数据(HSCSD)
高速电路交换数据(HSCSD)又称为高速数据，是GSM演进过程中满足速度这一需求的技术。这是适用于移动用户的数据传输技术，人们只需拨打一个电话便可获得想要的信息。当然，通过简单地拨入调制解调器也可接收高速传输的数据，从这个意义上讲，HSCSD与GSM网中的电路交换数据业务似乎没什么不同。但它们主要的区别在于速度。HSCSD技术可将单个TCH/F通信的速率从目前的9.6Kbps提升到14.4Kbps。通过使用时间复用技术，能够提供高达57.6Kbps的数据传输速率,是目前GSM数据速率的六倍。
--HSCSD已于1997年2月由欧洲电信标准机构（ETSI）进行了验证和确定。由于它采用不同的信道编码机制，所以使时隙的比特率从9.6Kbit/s加快到了14.4Kbit/s。它还可以将多个时隙合并在一起，这样可以在9.6Kbit/s和14.4Kbit/s的基础上成倍地增加速度，从而使运营商可以提供9.6～57.6Kbit/s的各种新比特率。HSCSD采用非对称传输技术，这种技术允许在从网络到移动设备等有更多数据量需求的方向以更快的速度传输数据。因此，HSCSD非常适用网络浏览，大规模文件传输，数据库更新及电子邮件同步处理等。
--对于网络运营商而言、HSCSD只是软件升级,因此几乎就不需要进行网络设计,而且业务实施时也无需中断已有的正常业务。由于它与现有业务类似,因此不需要耗费大量的培训时间。现有通过PSTN拨号连接的远程接入应用也适用于HSCSD。因此，对于网络运营商和用户而言,开始使用HSCSD的前提条件并不高。
--目前,运营商们正积极向市场推出这一新业务，采用这一技术的终端产品也已面世，如爱立信在今年的新加坡CommunicAsia通信展上首次推出了两款GSM电话T36和R520，就是支持HSCSD技术的产品。
五、结论
语音通信是第二代移动系统的主要服务，最近几年，移动通信设备则在大大增强对数据通信的支持能力，一些标准的移动通信设备当前可以提供速率达9.6Kbps的数据服务。但是这样低的数据通信速率显然无法满足移动设备多媒体数据通信的需求, 因此，厂商们纷纷在开发新的、速率更快的移动数据通信技术，其中最典型的就是GPRS（通用分组无线服务）、HSCSD（高速率电路交换数据）和EDGE。这三种技术都能够不同程度地解决更高数据速率的需求问题。HSCSD引进了多时隙的概念，HSCSD和GPRS技术都是一种面向非连接的技术，都是基于GSM的新型移动数据业务。它们都实现了无线资源的动态分配，用户只有真正在收发数据时才需要保持对网络的连接，因此大大提高了无线资源的利用率。而EDGE尽管仍然使用了GSM载波带宽和时隙结构，但它也能够用于其他的蜂窝通信系统。EDGE主要对无线接入网影响较大。它提供高比特率、并且因此促进蜂窝移动系统向第三代功能演进的、有效的通用无线接口技术。引入EDGE后，系统可以提供各种类型的语音、电路交换数据和分组数据业务。
摘自《网络通信世界》
|