姚 斌 王樹(shù)甲
信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所
一 引 言
隨著互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)應(yīng)用的飛速發(fā)展，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的中心正在逐漸從單一話(huà)音業(yè)務(wù)向數(shù)據(jù)與話(huà)音相結(jié)合的業(yè)務(wù)發(fā)展和演進(jìn)，世界各國(guó)的運(yùn)營(yíng)商正逐漸成為話(huà)音、數(shù)據(jù)乃至多媒體業(yè)務(wù)相互結(jié)合的綜合電信業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商。與此同時(shí)，移動(dòng)終端設(shè)備制造商也紛紛根據(jù)用戶(hù)和市場(chǎng)的需求不斷開(kāi)發(fā)新的、速率更快的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)，其中最典型有通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)(GPRS，General Packet Radio Service)、高速率電路交換數(shù)據(jù)（HSCSD，High Speed Circuit Switched Data）和GSM增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率技術(shù)(EDGE, Enhanced Data rate for GSM Evolution)。本文旨在介紹GSM在發(fā)展和升級(jí)過(guò)程中，空中接口的結(jié)構(gòu)演進(jìn)，以及它的主要技術(shù)。
GPRS突破了GSM網(wǎng)絡(luò)只能提供電路交換的思維方式，只需增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對(duì)現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造(如軟件升級(jí))便可以實(shí)現(xiàn)分組交換。這種改造的投入不大，但用戶(hù)數(shù)據(jù)速率的提高卻是相當(dāng)可觀的。實(shí)際上，通過(guò)對(duì)電路交換（CS, Circuit Switch）的GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行硬件和軟件擴(kuò)充而提供分組交換（PS, Packet Switch）業(yè)務(wù)的主要目的，不是簡(jiǎn)單的為GSM網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增速，而是與獲得廣泛應(yīng)用的因特網(wǎng)和X.25網(wǎng)一類(lèi)的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDN，Packet Data Network）互連互通。這樣，一方面為移動(dòng)數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用增加傳輸速率，另一方面為因特網(wǎng)的應(yīng)用插上移動(dòng)的翅膀，同時(shí)也為遲早會(huì)到來(lái)的3G網(wǎng)絡(luò)作必要的鋪墊。
二 GPRS分組數(shù)據(jù)信道
最初看來(lái)，在分組數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)中似乎不應(yīng)引入“信道”概念，這是有一定道理的。然而，為了使邏輯GPRS空中接口結(jié)構(gòu)并入現(xiàn)有的具有各種信道類(lèi)型的GSM信道結(jié)構(gòu)，引入專(zhuān)用于GPRS的物理信道----分組數(shù)據(jù)信道（PDCH，Packet Data Channels）是必要的。它包括并承載一組邏輯信道，實(shí)際上是各種分組邏輯信道的總稱(chēng)。和電路交換系統(tǒng)的信道結(jié)構(gòu)相比較，在可用資源中構(gòu)造不同類(lèi)型的分組數(shù)據(jù)信道沒(méi)有任何限制，更為重要的是，任何給定時(shí)間，每一個(gè)時(shí)隙都可以被構(gòu)造成一個(gè)電路交換信道，或者一個(gè)分組數(shù)據(jù)信道。
PDCH在GPRS中實(shí)際上是各類(lèi)邏輯信道的總稱(chēng)，這些邏輯信道具有單向性的特點(diǎn)，也就是說(shuō)，可以在上下行兩個(gè)方向獨(dú)立分配。唯一的例外是分組接入控制信道(PACCH)，它總是雙向分配的。各個(gè)分組數(shù)據(jù)信道的名稱(chēng)、類(lèi)型以及上下行分配情況如表1所示。
表1 GPRS中各分組數(shù)據(jù)信道類(lèi)型和上下行分配情況
信道類(lèi)型
全 稱(chēng)
上下行鏈路分配
PBCCH
Packet Broadcast Control CHannel
下行
PAGCH
Packet Access Grant CHannel
下行
PNCH
Packet Notification CHannel
下行
PPCH
Packet Paging CHannel
下行
PRACH
Packet Random Access CHannel
上行
PDTCH
Packet Data Traffic CHannel
上下行
PACCH
Packet Associated Control CHannel
上下行
PTCCH/U
Packet Timing advance Control Channel/Uplink
上行
PTCCH/D
Packet Timing advance Control Channel/Downlink
下行
PACCH: 分組隨路控制信道PACCH是與PDTCHs隨路的專(zhuān)用分組控制信道，它的功能是傳送與特定移動(dòng)臺(tái)相應(yīng)的信令信息，包括證實(shí)確認(rèn)、功率控制等等。 該信道是一個(gè)上下行雙向信道，它總是成對(duì)分配，就算只有分配了上行臨時(shí)塊流(TBF, Temporary Block Flow)的話(huà)，網(wǎng)絡(luò)也會(huì)使用相應(yīng)的下行PACCH鏈路傳送信息。
PAGCH: 分組接入準(zhǔn)予信道PAGCH用于在分組數(shù)據(jù)發(fā)送前，傳輸移動(dòng)臺(tái)的資源分配。
PBCCH: 分組廣播控制信道PBCCH將有關(guān)的廣播信息分組數(shù)據(jù)傳送到駐留在該小區(qū)中所有GPRS移動(dòng)臺(tái)。只要小區(qū)內(nèi)提供GPRS業(yè)務(wù)，則需要分配PBCCH，但如果沒(méi)有分配PBCCH的話(huà)，那么BCCH就會(huì)代行傳送相應(yīng)控制信息。
PDTCH: PDTCH是唯一一種在BTS和移動(dòng)臺(tái)之間傳輸用戶(hù)數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)信道，與電路交換系統(tǒng)的事務(wù)處理不同的是，PDTCH不需要對(duì)稱(chēng)分配下行鏈路，而是可以獨(dú)立的分配。
PNCH: 分組通知信道PNCH用于點(diǎn)到多點(diǎn)的多點(diǎn)播送業(yè)務(wù)(PTM-M，Point to Multipoint - Multicast)，在進(jìn)行分組傳送以前，該信道被分配給相關(guān)的移動(dòng)臺(tái)群組。
PPCH: 分組尋呼信道PPCH主要是在下行鏈路上通知移動(dòng)臺(tái)將要進(jìn)行分組數(shù)據(jù)傳送，要求移動(dòng)臺(tái)完成網(wǎng)絡(luò)接入。
PRACH: 分組隨機(jī)接入信道PRACH由移動(dòng)臺(tái)用來(lái)接入網(wǎng)絡(luò)，并從網(wǎng)絡(luò)端獲取進(jìn)行分組數(shù)據(jù)傳送的資源。
PTCCH/D: 下行鏈路的分組時(shí)間提前量控制信道PTCCH/D由BTS用來(lái)給移動(dòng)臺(tái)發(fā)送更新過(guò)的時(shí)間提前量TA(Timing Advance)。
PTCCH/U: 上行鏈路的分組時(shí)間提前量控制信道PTCCH/U由移動(dòng)臺(tái)用來(lái)給BTS它發(fā)送接入突發(fā)脈沖，以便對(duì)分組傳輸模式下移動(dòng)臺(tái)的發(fā)送時(shí)間提前量進(jìn)行計(jì)算。
三 GPRS空中接口參考模型
很明顯，空中接口(Um)是GPRS技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)中最具挑戰(zhàn)性的部分，原有GSM網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)不能因?yàn)镚PRS業(yè)務(wù)而受到影響，也就是說(shuō)引入GPRS并不改變GSM空中接口的基本物理資源，它仍然是由FDMA的頻段（含跳頻）與TDMA的時(shí)隙組成的，承載22.8kb/s速率的信道。GPRS不但不影響原有的GSM業(yè)務(wù)，甚至可以改進(jìn)某些業(yè)務(wù)，例如短消息（SMS）業(yè)務(wù)等。此外，GPRS應(yīng)盡可能多地利用現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)和標(biāo)準(zhǔn)體制。
SNDCP SNDCP
LLC LLC①
RLC RLC
MAC MAC
物理鏈路 物理鏈路
RF RF
MS Um 網(wǎng) 絡(luò)
① 網(wǎng)絡(luò)中，LLC位于BSS和SGSN之間
圖1 GPRS中MS – 網(wǎng)絡(luò)(空中接口)參考模型
GPRS空中接口(Um)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由多個(gè)邏輯層構(gòu)成，各層都有特定的功能，并且每層都提供一種機(jī)制，將各通信功能融入到便于管理的子集。從圖中不難看出，移動(dòng)臺(tái)MS與網(wǎng)絡(luò)之間的通信發(fā)生在物理RF層、物理鏈路層、無(wú)線(xiàn)鏈路控制/媒介接入控制 (RLC/MAC， Radio Link Control/Medium Access Control) 層、邏輯鏈路控制(LLC，Logical Link Control)層，以及子網(wǎng)相關(guān)的匯聚協(xié)議（Sub-Network Dependent Convergence Protocol）層。
物理層根據(jù)功能分為兩個(gè)子層：
- 物理RF層：該層利用從物理鏈路層接收到的比特序列進(jìn)行調(diào)制，形成物理波形，再發(fā)送給對(duì)端的對(duì)等層；同時(shí)，RF層還將從對(duì)端的對(duì)等層接收到的物理波形解調(diào)為比特序列，傳送到其上的物理鏈路層。
- 物理鏈路層：該層具有在MS和網(wǎng)絡(luò)之間基于物理信道提供信息傳送業(yè)務(wù)的功能，其功能包括數(shù)據(jù)單元成幀、數(shù)據(jù)編碼以及物理媒介傳輸錯(cuò)誤的檢測(cè)和校正。物理鏈路層需要利用物理RF層提供的功能。
數(shù)據(jù)鏈路層以上各層的功能如下：
- RLC/MAC基于GPRS空中接口的物理層提供信息傳輸?shù)母鞣N業(yè)務(wù)功能，其中包括通過(guò)有選擇地重傳錯(cuò)誤數(shù)據(jù)塊進(jìn)行后向糾錯(cuò)的功能。MAC功能層定義了多個(gè)MS與網(wǎng)絡(luò)之間共享同一傳輸媒介的過(guò)程，該傳輸媒介可能包括幾個(gè)物理信道。該功能還對(duì)多個(gè)同時(shí)試圖傳輸?shù)腗S給予仲裁，以提供避免沖突、檢測(cè)和恢復(fù)的功能。而RLC則定義了對(duì)未成功傳輸RLC數(shù)據(jù)塊的選擇性重傳過(guò)程。在Um接口上，RLC/MAC層利用物理鏈路層提供的服務(wù)，而在RLC/MAC以上的功能層（如LLC）則需要使用RLC/MAC層的功能和服務(wù)。
四 GPRS多址方式和時(shí)隙結(jié)構(gòu)
與GSM一樣，GPRS的多址方案也是采用時(shí)分多址(TDMA)，一個(gè)載波8個(gè)基本物理信道，載波帶寬為200kHz。一個(gè)物理信道定義為一個(gè)TDMA幀、時(shí)隙或跳頻序列。同樣在調(diào)制技術(shù)上，GPRS采用與GSM相同的GMSK技術(shù)，這一點(diǎn)與使用8-PSK的EDGE技術(shù)是不一樣的。
在空中接口，分組數(shù)據(jù)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)塊來(lái)進(jìn)行傳輸?shù)?，每個(gè)無(wú)線(xiàn)塊包含456比特?cái)?shù)據(jù)，占用4個(gè)突發(fā)脈沖(Bursts)進(jìn)行傳輸，每個(gè)突發(fā)脈沖為114比特。一個(gè)預(yù)約分組能在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳送，但一個(gè)基本數(shù)據(jù)單元?jiǎng)t需要一個(gè)無(wú)線(xiàn)塊，也就是4個(gè)突發(fā)脈沖進(jìn)行傳輸，即在4個(gè)連續(xù)的TDMA幀內(nèi)，分別占用一個(gè)時(shí)隙。GPRS中，空中接口的資源不是通過(guò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(Traffic Channels)或PDCH來(lái)分配的，而是通過(guò)這些無(wú)線(xiàn)塊進(jìn)行分配。這些無(wú)線(xiàn)塊組成一個(gè)新的復(fù)幀，稱(chēng)之為52-復(fù)幀，其組成如圖2所示。在無(wú)線(xiàn)傳輸信道上GPRS的時(shí)間軸按照復(fù)幀序列來(lái)組織，52-復(fù)幀包括52個(gè)TDMA幀，組成12個(gè)無(wú)線(xiàn)塊(Block)，每個(gè)無(wú)線(xiàn)塊包括4個(gè)TDMA幀。因此，一個(gè)52-復(fù)幀的無(wú)線(xiàn)塊序列共占用48個(gè)數(shù)據(jù)TDMA幀，另外4個(gè)TDMA幀用于空閑(I)和上/下行鏈路時(shí)間提前量(TA)的傳輸。
圖2 一個(gè)52-復(fù)幀的結(jié)構(gòu)
在電路交換的GSM系統(tǒng)中，51-復(fù)幀和26-復(fù)幀的定義考慮到了BTS特定的時(shí)鐘信息，此外，復(fù)幀結(jié)構(gòu)使得信息提供能夠確定在某一時(shí)間哪個(gè)邏輯信道正在使用一個(gè)物理信道。對(duì)于 GPRS而言，需要引入一個(gè)新型的復(fù)幀，即上述的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)240 ms 的52-復(fù)幀。 這一52-復(fù)幀的詳細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)于GPRS中的資源調(diào)度和時(shí)間提前量控制是至關(guān)重要的。
五 GPRS無(wú)線(xiàn)資源管理
5.1 GPRS無(wú)線(xiàn)資源分配
在電路交換的GSM系統(tǒng)中，空中接口的資源分配不是一個(gè)主要問(wèn)題，這主要有以下幾個(gè)原因：a)電路交換系統(tǒng)中，信道具有雙向性，在資源分配時(shí)上行鏈路和下行鏈路間并沒(méi)有什么區(qū)別，所以上下行鏈路的資源分配可以在一個(gè)步驟內(nèi)完成；b)電路交換的事務(wù)處理時(shí)間通常比分組交換長(zhǎng)得多，在所有時(shí)間內(nèi)不考慮是否傳輸有效載荷。與此相反，在分組交換中，僅當(dāng)數(shù)據(jù)確實(shí)需要傳輸時(shí)才分配資源?？偠灾?，在資源管理上，電路交換是相對(duì)靜止的，而分組交換是動(dòng)態(tài)的。因此，在GPRS中需要采取一些特殊的措施，特別是在上行鏈路，網(wǎng)絡(luò)需要控制同時(shí)給許多不同移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行資源分配，所以資源分配成為一件繁瑣的事情。
5.1.1 下行鏈路的資源分配
如果分組數(shù)據(jù)需要傳送到移動(dòng)臺(tái)，則網(wǎng)絡(luò)僅需在下行鏈路上分配資源。首先，網(wǎng)絡(luò)通知移動(dòng)臺(tái)接收信息，以及怎樣來(lái)接收數(shù)據(jù)分組：信息所包括數(shù)據(jù)將會(huì)在哪個(gè)時(shí)隙、哪個(gè)ARFCN上傳送。多時(shí)隙的分組數(shù)據(jù)事務(wù)處理的辨別是通過(guò)臨時(shí)塊流(TBF, Temporary Block Flow)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，TBF在初始的下行鏈路分配消息中傳送到移動(dòng)臺(tái)，要求移動(dòng)臺(tái)在收到TBF后，在所有分配的時(shí)隙上偵聽(tīng)該TBF的數(shù)據(jù)分組。
在下行鏈路上，既能在網(wǎng)絡(luò)尋呼空閑狀態(tài)下的移動(dòng)臺(tái)后進(jìn)行資源分配，也能在移動(dòng)臺(tái)已經(jīng)參與到上行鏈路分組數(shù)據(jù)交換事務(wù)中時(shí)進(jìn)行資源分配，但此時(shí)移動(dòng)臺(tái)需要在半雙工模式下工作。
5.1.2 上行鏈路的資源分配
在上行鏈路中，資源分配比下行鏈路要復(fù)雜得多，因?yàn)樾枰苊庠谕粫r(shí)間多個(gè)移動(dòng)臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)之間的沖突，要求網(wǎng)絡(luò)對(duì)移動(dòng)臺(tái)數(shù)據(jù)的傳送進(jìn)行預(yù)約和控制。在GPRS中，上行鏈路中定義了三種不同的資源分配方式：固定分配、動(dòng)態(tài)分配以及擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)分配。對(duì)于移動(dòng)臺(tái)來(lái)說(shuō)，擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)分配資源方式是可選的，而另外兩種則是網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)臺(tái)必須具有的特性。
固定資源分配：上行鏈路資源的固定分配是在一個(gè)或多個(gè)PDCHs上指配規(guī)定數(shù)目的無(wú)線(xiàn)塊（RB，Radio Blocks）給移動(dòng)終端MS。顯然，資源可以分布在幾個(gè)52-復(fù)幀上。為了允許MSs的鄰小區(qū)測(cè)量，或使這些資源對(duì)其它上行鏈路通信事務(wù)保持空閑，可以有交錯(cuò)的無(wú)線(xiàn)塊，或者說(shuō)在所分配的無(wú)線(xiàn)塊之間可以有間隙，但只允許被尋址的MS在所指示的幀數(shù)期間發(fā)送。在資源分配中，總存在TBF的開(kāi)始時(shí)間信息，它告訴MS何時(shí)該分配開(kāi)始，即何時(shí)開(kāi)始發(fā)送。上行鏈路中固定資源分配過(guò)程如圖3所示。
圖3 上行鏈路固定資源分配示意圖
動(dòng)態(tài)資源分配：這是一種比固定分配更靈活的上行鏈路資源分配方式，它基于利用上行鏈路狀態(tài)標(biāo)志（USF，Uplink State Flag
）來(lái)指示哪個(gè)MS可以在下一個(gè)上行鏈路無(wú)線(xiàn)塊進(jìn)行發(fā)送。兩個(gè)使用動(dòng)態(tài)資源分配方式的MSs在每個(gè)下行鏈路無(wú)線(xiàn)塊尋找它們的USF值，找到之后才允許它們?cè)诰o接著的上行鏈路無(wú)線(xiàn)塊發(fā)送數(shù)據(jù)。注意，MS需要在所有分配的PDCHs上偵聽(tīng)它的USFs。在GPRS中，USF用于利用PDTCH上的動(dòng)態(tài)和擴(kuò)充動(dòng)態(tài)資源分配方式為一個(gè)特定MS分配上行鏈路資源，在PBCCH下行鏈路，該USF還用于為PRACH傳送保留上行鏈路無(wú)線(xiàn)塊。
擴(kuò)展動(dòng)態(tài)資源分配：該方式是動(dòng)態(tài)資源分配方式的擴(kuò)展，它僅在上行鏈路的多時(shí)隙分配中使用。
5.2 GPRS中無(wú)線(xiàn)資源釋放
正如前面所看到的，空中接口的資源分配是以十分動(dòng)態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于釋放這些資源，相同的靈活性也是必要的。GPRS對(duì)于上行鏈路和下行鏈路方向引入了兩種不同卻簡(jiǎn)單的釋放程序。
5.2.1 下行鏈路資源釋放
在下行鏈路方向，一個(gè)正在進(jìn)行的分組數(shù)據(jù)事項(xiàng)的釋放通過(guò)在發(fā)送的最后下行鏈路數(shù)據(jù)塊中設(shè)置所謂的最終塊指示比特（ Final Block Indicator bit ）向MS指明。與此相比，一個(gè)上行鏈路分配的釋放更為復(fù)雜，因?yàn)樗ㄋ^的倒計(jì)數(shù)程序（ countdown procedure ）。該倒計(jì)數(shù)程序用于在上行鏈路方向提前通知網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)臺(tái)不再需要任何資源。這一措施有利于網(wǎng)絡(luò)以更有效的方式控制上行鏈路資源。
5.2.2 上行鏈路資源釋放
在上行鏈路方向，通過(guò)應(yīng)用倒計(jì)數(shù)程序釋放空中接口的資源。因此，MS需要持續(xù)跟蹤留在待傳輸隊(duì)列中的數(shù)據(jù)分組的絕對(duì)數(shù)目。當(dāng)僅僅留下一定數(shù)目（準(zhǔn)確數(shù)目取決于系統(tǒng)參數(shù)和所分配的時(shí)隙數(shù)目，仍在等待發(fā)送的數(shù)據(jù)塊數(shù)目的缺省值為15）時(shí)，該MS將啟動(dòng)倒計(jì)數(shù)程序（ countdown procedure ）。這是通過(guò)計(jì)數(shù)所謂的倒計(jì)數(shù)數(shù)值（CV, countdown value ）至零值的方法完成的。方法是僅只最后的上行鏈路數(shù)據(jù)塊傳送一個(gè)等于零的倒計(jì)數(shù)數(shù)值（CV=0 ）。
例如，按照在BCCH或PBCCH 上廣播的系統(tǒng)參數(shù)，倒計(jì)數(shù)程序可以從CV=5開(kāi)始。其中倒計(jì)數(shù)數(shù)值（CV）是在上行鏈路發(fā)送的每一RLC/MAC數(shù)據(jù)塊中的MAC包頭的一部分，該4比特長(zhǎng)的倒計(jì)數(shù)數(shù)值向網(wǎng)絡(luò)指明該MS是否打算釋放一個(gè)正在進(jìn)行的上行鏈路TBF。
六 GPRS時(shí)間提前量的控制
在GSM中，基于MS在上行鏈路上發(fā)送的突發(fā)脈沖信息，BTS連續(xù)不斷地測(cè)量它本身和MS之間的距離，被測(cè)量的參數(shù)稱(chēng)為時(shí)間提前量（TA），BTS用TA來(lái)描述它所發(fā)送給MS的信令在傳播過(guò)程中經(jīng)歷的時(shí)延。很顯然，在TDMA系統(tǒng)中，時(shí)間提前量的控制是必要的，目的就是要避免上行鏈路中所發(fā)送的各信息之間的相互沖突。因而B(niǎo)TS會(huì)發(fā)送不斷更新的TA信息到MS，使MS不斷調(diào)整發(fā)送信息的時(shí)間提前量。
由于GPRS為單向業(yè)務(wù)信道，原有的GSM時(shí)間提前量的控制方法不再可行，需要用更適合的控制方式來(lái)代替。這種新的方式以位于52-復(fù)幀的第12和38幀的兩個(gè)時(shí)間提前量（TA）幀為基礎(chǔ)，如上述圖2所示。值得注意的是，GPRS中，第12和38幀被指定為上行鏈路和下行鏈路方向的TA-控制，
對(duì)于每一個(gè)PDCH，8個(gè)連續(xù)的52-復(fù)幀加以結(jié)合，提供16個(gè)不同的PTCCHs/U子信道，分配給16個(gè)激活的MSs。在TA控制中，每一個(gè)激活的MS會(huì)使用它的PTCCH/U給BTS發(fā)送一個(gè)TA=0的接入突發(fā)脈沖，而后，BTS可以使用所收到接入突發(fā)脈沖的傳播延時(shí)，重新計(jì)算至該MS的距離，這一更新的信息可以經(jīng)由已分配的資源或PTCCH/D送回該MS。GPRS在控制時(shí)間提前量的過(guò)程中，是獨(dú)立于分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道（PDTCH）的。
七 GPRS信道編碼技術(shù)
在GPRS系統(tǒng)中，除了將多個(gè)時(shí)隙進(jìn)行捆綁處理外，它還引入了三種新的信道編碼方案，分別簡(jiǎn)稱(chēng)為CS-2、CS-3和CS-4，這些編碼方案可以使每時(shí)隙達(dá)到比普通GSM更高的通過(guò)速率，但提供較弱的數(shù)據(jù)保護(hù)。基于時(shí)隙捆綁原理和采用新的信道編碼方案，可以增加數(shù)據(jù)傳輸速率，理論上可以高達(dá)172.4kbit/s的通過(guò)速率，但實(shí)際約為40kbit/s左右。
在GPRS系統(tǒng)中，盡管每一個(gè)信道都有自己的編碼和交織方案，但在編碼過(guò)程中，每個(gè)信道都會(huì)采用如下操作順序：采用系統(tǒng)分組碼，對(duì)信息比特編碼，建立信息+校驗(yàn)比特碼字；采用卷積碼，對(duì)信息+校驗(yàn)比特進(jìn)行編碼，形成編碼比特；對(duì)編碼比特重新排序和交織處理，添加偷幀標(biāo)志，形成交織比特。所有這些操作是按照無(wú)線(xiàn)塊一塊接著一塊來(lái)進(jìn)行的。
一般來(lái)說(shuō)，信道編碼將增加輸入數(shù)據(jù)流的冗余度，以便在經(jīng)由空中接口傳輸后發(fā)現(xiàn)比特差錯(cuò)。通常信道編碼方案的缺點(diǎn)是，僅能產(chǎn)生一個(gè)輸入比特整數(shù)倍的輸出比特序列，換句話(huà)說(shuō)，從1個(gè)輸入比特能產(chǎn)生2、3或4個(gè)輸出比特，這就是所謂的1:2,1:3或1:4編碼比率。為了得到2:3或3:4一類(lèi)的靈活的編碼比率，就要采用孔刪（Puncturing）方法，所謂孔刪是在預(yù)定的比特位置有意刪去一定數(shù)目的已經(jīng)信道編碼的比特。顯然，孔刪會(huì)提供更靈活的編碼比率，但也會(huì)降低檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的概率。在GPRS的這些新信道編碼方案中，CS-2和CS-3使用了孔刪方法，而CS-4根本沒(méi)有采用任何信道編碼。對(duì)于支持GPRS的MS來(lái)說(shuō)，所有編碼方案CS-1，2，3和4都是強(qiáng)制性的，其中CS-1也就是GSM中CCCH所用的編碼方案
。對(duì)于GPRS網(wǎng)絡(luò)來(lái)講，則只強(qiáng)制性要求支持CS-1。
所有編碼方案都適用于PDTCH，對(duì)于分組控制信道而言，除了PRACH和PTCCH/U外，其余各分組控制信道必須使用CS-1，對(duì)于PRACH上的接入突發(fā)脈沖，由于分組接入突發(fā)脈沖的兩種不同類(lèi)型，所以有兩中信道編碼方案可選擇。
各種信道編碼方案如表1所示。
表1 GPRS中不同編碼方案
編碼方案
輸入比特?cái)?shù)目
(每 20 ms一個(gè)無(wú)線(xiàn)塊)
卷積編碼后的
輸出比特?cái)?shù)目
孔刪的比特?cái)?shù)目
編碼比率
CS-1:
184 bits
456 bits
0
1/2
CS-2:
271 bits
588 bits
132
2/3
CS-3:
315 bits
676 bits
220
3/4
CS-4:
431 bits
456 bits
(無(wú)卷積編碼)
0
1
如果每20ms傳送一個(gè)RLC/MAC數(shù)據(jù)幀到編碼器來(lái)計(jì)算的話(huà)，則表2表示不同編碼方案和不同時(shí)隙數(shù)目時(shí)的數(shù)據(jù)速率。
表2 不同編碼方案和不同時(shí)隙數(shù)目時(shí)的數(shù)據(jù)速率
編碼方案
一個(gè)時(shí)隙
二個(gè)時(shí)隙
八個(gè)時(shí)隙
CS-1:
9.2 kbit/s
18.4 kbit/s
73.6 kbit/s
CS-2:
13.55 kbit/s
27.1 kbit/s
108.4 kbit/s
CS-3:
15.75 kbit/s
31.5 kbit/s
126 kbit/s
CS-4:
21.55 kbit/s
43.1 kbit/s
172.4 kbit/s
八 GPRS無(wú)線(xiàn)接口技術(shù)的發(fā)展
為了進(jìn)一步提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，提出了GSM演進(jìn)的增強(qiáng)數(shù)據(jù)（EDGE）技術(shù)。這種無(wú)線(xiàn)接口技術(shù)采用8相相移鍵控（8-PSK）調(diào)制方式，因而可以大大提高數(shù)據(jù)傳輸速率。EDGE需要安裝新的基站設(shè)備，而且覆蓋范圍較小，但可以與現(xiàn)有的最小相移鍵控（GMSK）調(diào)制方式相互補(bǔ)充，用于不同業(yè)務(wù)。
EDGE同時(shí)支持EGPRS（Enhanced GPRS）和ECSD（Enhanced Circuit Switched Data）兩種業(yè)務(wù)，EGPRS是基于GPRS的進(jìn)一步發(fā)展，而ECSD是HSCSD的進(jìn)一步增強(qiáng)。EGPRS具有更高的靈活性和更高的頻譜利用率，它能將速率提高到每個(gè)時(shí)隙60kbit/s，從而使每個(gè)載頻的數(shù)據(jù)速率提高到最大400kbit/s以上，它主要用于支持分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而ECSD能將速率提高到每個(gè)時(shí)隙38.4kbit/s，它主要用于提供高速實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，如視頻點(diǎn)播、可視電話(huà)等等。
EDGE技術(shù)的出現(xiàn)為GSM過(guò)度到3G鋪設(shè)了一座橋梁，使第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)能夠平穩(wěn)地按照GSM→GPRS→EDGE→3G這樣一種發(fā)展方式過(guò)渡到第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，并充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，提供各種無(wú)線(xiàn)移動(dòng)業(yè)務(wù)。
