1．概述
    GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱。GPRS是GSM Phase2.1規(guī)范實現(xiàn)的內(nèi)容之一，能提供比現(xiàn)有GSM網(wǎng)9.6kbit/s更高的數(shù)據(jù)率。GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無線調(diào)制標準、跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結(jié)構(gòu)。因此，在GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建GPRS系統(tǒng)時，GSM系統(tǒng)中的絕大部分部件都不需要作硬件改動，只需作軟件升級。
構(gòu)成GPRS系統(tǒng)的方法是：
(1) 在GSM系統(tǒng)中引入3個主要組件

•  GPRS服務(wù)支持結(jié)點(SGSN, Serving GPRS Supporting Node)
•  GPRS網(wǎng)關(guān)支持結(jié)點(GGSN, Gateway GPRS Support Node)
•  分組控制單元(PCU)

(2) 對GSM的相關(guān)部件進行軟件升級
GPRS系統(tǒng)原理如圖1.1所示圖。
 
圖1.1 GPRS系統(tǒng)原理圖
    ETSI指定了GSM900、1800和1900三個工作頻段用于GSM，其中GSM900頻段還有G1(E-GSM)頻段和P頻段。相應(yīng)地，GPRS也工作于這三個頻段，包括GSM900的G1頻段和P頻段，當然，GPRS可以限制每個小區(qū)只工作于P頻段。如表1.1所示了GSM和GPRS的工作頻段。

    現(xiàn)有的GSM移動臺(MS)，不能直接在GPRS中使用，需要按GPRS標準進行改造(包括硬件和軟件)才可以用于GPRS系統(tǒng)。GPRS定義了3類MS：

•  A類可同時工作于GPRS和GSM；
•  B類可在GPRS和GSM之間自動切換工作；
•  C類可在GPRS和GSM之間人工切換工作。

GPRS被認為是2G向3G演進的重要一步，不僅被GSM支持，同時也被北美的IS-136支持。

1.2 GPRS的主要特點

1.  GPRS采用分組交換技術(shù)，高效傳輸高速或低速數(shù)據(jù)和信令，優(yōu)化了對網(wǎng)絡(luò)資源和無線資源的利用。
2.  定義了新的GPRS無線信道，且分配方式十分靈活：每個TDMA幀可分配1到8個無線接口時隙。時隙能為活動用戶所共享，且向上鏈路和向下鏈路的分配是獨立的。
3.  支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸，可提供9.05 ---171.2kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率(每用戶)。GPRS采用了與GSM不同的信道編碼方案，定義了CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四種編碼方案。
4.  GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。
5.  GPRS支持基于標準數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應(yīng)用，可以和IP網(wǎng)、X.25網(wǎng)互聯(lián)互通。支持特定的點到點和點到多點服務(wù)，以實現(xiàn)一些特殊應(yīng)用如遠程信息處理。GPRS也允許短消息業(yè)務(wù)(SMS)經(jīng)GPRS無線信道傳輸。
6.  GPRS的設(shè)計使得它既能支持間歇的爆發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸，又能支持偶爾的大量數(shù)據(jù)的傳輸。它支持四種不同的QoS級別。GPRS能在0.5 ---1秒之內(nèi)恢復數(shù)據(jù)的重新傳輸。GPRS的計費一般以數(shù)據(jù)傳輸量為依據(jù)。
7.  在GSM PLMN中，GPRS引入兩個新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點：一個是GPRS服務(wù)支持節(jié)點(SGSN)，它和MSC在同一等級水平，并跟蹤單個MS的存儲單元，實現(xiàn)安全功能和接入控制。節(jié)點SGSN通過幀中繼連接到基站系統(tǒng)。另一個是GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN，GGSN支持與外部分組交換網(wǎng)的互通，并經(jīng)由基于IP的GPRS骨干網(wǎng)和SGSN連通。
8.  GPRS的安全功能同現(xiàn)有的GSM安全功能一樣。身份認證和加密功能由SGSN來執(zhí)行。其中的密碼設(shè)置程序的算法、密鑰和標準與目前GSM中的一樣，不過GPRS使用的密碼算法是專為分組數(shù)據(jù)傳輸所優(yōu)化過的。GPRS移動設(shè)備(ME)可通過SIM訪問GPRS業(yè)務(wù)，不管這個SIM是否具備GPRS功能。
9.  蜂窩選擇可由一個MS自動進行，或者基站系統(tǒng)指示MS選擇某一特定的蜂窩。MS在重選擇另一個蜂窩或蜂窩組(即一個路由區(qū))時會通知網(wǎng)絡(luò)。
10.  為了訪問GPRS業(yè)務(wù)，MS會首先執(zhí)行GPRS接入過程，以將它的存在告知網(wǎng)絡(luò)。在MS和SGSN之間建立一個邏輯鏈路，使得MS可進行如下操作：接收基于GPRS的的SMS服務(wù)、經(jīng)由SGSN的尋呼、GPRS數(shù)據(jù)到來通知。
11.  為了收發(fā)GPRS數(shù)據(jù)，MS會激活它所想用的分組數(shù)據(jù)地址。這個操作使MS可被相應(yīng)的GGGSN所識別，從而能開始與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的互通。
12.  用戶數(shù)據(jù)在MS和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間透明地傳輸，它使用的方法是封裝和隧道技術(shù)：數(shù)據(jù)包用特定的GPRS協(xié)議信息打包并在MS和GGSN之間傳輸。這種透明的傳輸方法縮減了GPRS PLMN對外部數(shù)據(jù)協(xié)議解釋的需求，而且易于在將來引入新的互通協(xié)議。用戶數(shù)據(jù)能夠壓縮，并有重傳協(xié)議保護，因此數(shù)據(jù)傳輸高效且可靠。
13.  GPRS可以實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)流量、業(yè)務(wù)類型及服務(wù)質(zhì)量等級(QoS)的計費功能，計費方式更加合理，用戶使用更加方便。
14.  GPRS的核心網(wǎng)絡(luò)層采用IP技術(shù)，底層款可使用多種傳輸技術(shù)，很方便地實現(xiàn)與高速發(fā)展的IP網(wǎng)無縫連接。

1.3 GPRS的業(yè)務(wù)
    GPRS是一組新的GSM承載業(yè)務(wù)，是以分組模式在PLMN和與外部網(wǎng)絡(luò)互通的內(nèi)部網(wǎng)上傳輸。在有GPRS承載業(yè)務(wù)支持的標準化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上，GPRS網(wǎng)絡(luò)管理可以提供(或支持)一系列的交互式電信業(yè)務(wù)。

1. 承載業(yè)務(wù)
支持在用戶與網(wǎng)絡(luò)接入點之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅堋Ｌ峁�點對點業(yè)務(wù)、點對多點業(yè)務(wù)兩種承載業(yè)務(wù)。
a. 點對點業(yè)務(wù)(PTP)
點對點業(yè)務(wù)在兩個用戶之間提供一個或多個分組的傳輸。由業(yè)務(wù)請求者啟動，被接收者接收。包括兩種點到點業(yè)務(wù)：
b. 點對多點業(yè)務(wù)(PTM)
點對多點業(yè)務(wù)是將單一信息傳送到多個用戶。GPRS PTM業(yè)務(wù)能夠提供一個用戶將數(shù)據(jù)發(fā)送給具有單一業(yè)務(wù)需求的多個用戶的能力。包括有三種PTM業(yè)務(wù)：

•  點對多點廣播(PTM-M)業(yè)務(wù)---是將信息發(fā)送給當前位于某一地區(qū)的所有用戶的業(yè)務(wù)。
•  點對多點群呼(PTM-G)業(yè)務(wù)---是將信息發(fā)送給當前位于某一區(qū)域的特定用戶子群的業(yè)務(wù)。
•  IP多點傳播(IP-M)業(yè)務(wù)---是定義為IP協(xié)議序列一部分的業(yè)務(wù)。

2. 用戶終端業(yè)務(wù)
GPRS支持電信業(yè)務(wù)，提供完全的通信業(yè)務(wù)能力，包括終端設(shè)備能力。用戶終端業(yè)務(wù)可以分為基于PTP的用戶終端業(yè)務(wù)和基于PTM的用戶終端業(yè)務(wù)。如表1-1所示。 

3. 附加業(yè)務(wù)
GSM第2階段附加業(yè)務(wù)支持所有的GPRS基本業(yè)務(wù)PTP-CONS、PTP-CLNS、IP-M和PTM-G的CFU(無條件呼叫轉(zhuǎn)送)。GSM第2階段附加業(yè)務(wù)不適用于PTM-M。如表1-2所示。

1.4 GPRS業(yè)務(wù)的具體應(yīng)用
GPRS業(yè)務(wù)主要有以下應(yīng)用。
(1) 信息業(yè)務(wù)
傳送給移動電話用戶的信息內(nèi)容廣泛，如股票價格、體育新聞、天氣預報、航班信息、新聞標題、娛樂、交通信息等等。
(2) 交談
人們更加喜歡直接進行交談，而不是通過枯燥的數(shù)據(jù)進行交流。目前因特網(wǎng)聊天組是因特網(wǎng)上非常流行的應(yīng)用。有共同興趣和愛好的人們已經(jīng)開始使用非話音移動業(yè)務(wù)進行交談和討論。由于GPRS與因特網(wǎng)的協(xié)同作用，GPRS將允許移動用戶完全參與到現(xiàn)有的因特網(wǎng)聊天組中，而不需要建立屬于移動用戶自己的討論組。因此，GPRS在這方面具有很大的優(yōu)勢。
(3) 網(wǎng)頁瀏覽
移動用戶使用電路交換數(shù)據(jù)進行網(wǎng)頁瀏覽無法獲得持久的應(yīng)用。由于電路交換傳輸速率比較低，因此數(shù)據(jù)從因特網(wǎng)服務(wù)器到瀏覽器需要很長的一段時間。因此GPRS更適合于因特網(wǎng)瀏覽。
(4) 文件共享及協(xié)同性工作
移動數(shù)據(jù)使文件共享和遠程協(xié)同性工作變得更加便利。這就可以使在不同地方工作的人們可以同時使用相同的文件工作。
(5) 分派工作
非話音移動業(yè)務(wù)能夠用來給外出的員工分派新的任務(wù)并與他們保持聯(lián)系。同時業(yè)務(wù)工程師或銷售人員還可以利用它使總部及時了解用戶需求的完成情況。
(6) 企業(yè)E-mail
在一些企業(yè)中，往往由于工作的緣故需要大量員工離開自己的辦公桌，因此通過擴展員工辦公室里的PC上的企業(yè)E-mail系統(tǒng)使員工與辦公室保持聯(lián)系就非常重要。GPRS能力的擴展，可使移動終端接轉(zhuǎn)PC機上的E-mail，擴大企業(yè)E-mail應(yīng)用范圍。
(7) 因特網(wǎng)E-mail
因特網(wǎng)E-mail可以轉(zhuǎn)變成為一種信息不能存儲的網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)，或能夠存儲信息的信箱業(yè)務(wù)。在網(wǎng)關(guān)管業(yè)務(wù)的情況下，無線mail平臺將信息從SMTP轉(zhuǎn)化成SMS，然后發(fā)送到SMS中心。
(8) 交通工具定位
該應(yīng)用綜合了無線定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)告訴人們所處的位置，并且利用短消息業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)告其他人其所處的位置。任何一個具有GPS接收器的人都可以接收他們的衛(wèi)星定位信息以確定他們的位置。且對被盜車輛進行跟蹤等功能。
(9) 靜態(tài)圖像
例如照片、圖片、明信片、賀卡和演講稿等靜態(tài)圖像能在移動網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收。使用GPRS可以將圖像從與一個GPRS無線設(shè)備相連接的數(shù)字相機直接傳送到因特網(wǎng)站點或其他接收設(shè)備，并且可以實時打印。
(10) 遠程局域網(wǎng)接入
當員工離開辦公桌外出工作時，他們需要與自己辦公室的局域網(wǎng)保持連接。遠程局域網(wǎng)包括所有應(yīng)用的接入。
(11) 文件傳送
文件傳送業(yè)務(wù)包括從移動網(wǎng)絡(luò)下載量比較大的數(shù)據(jù)的所有形式。

1.5 GPRS的優(yōu)勢及存在問題
1. GPRS的技術(shù)優(yōu)勢

• 　　 資源利用率高
  GPRS引入了分組交換的傳輸模式，使得原來采用電路交換模式的GSM傳輸數(shù)據(jù)方式發(fā)生了根本性的變化，這在無線資源稀缺的情況下顯得尤為重要。按電路交換模式來說，在整個連接期內(nèi)，用戶無論是否傳送數(shù)據(jù)都將獨自占有無線信道。而對于分組交換模式，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個用戶可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用率。GPRS用戶的計費以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，體現(xiàn)了"得到多少、支付多少"的原則。實際上，GPRS用戶的連接時間可能長達數(shù)小時，卻只需支付相對低廉的連接費用。
• 　　 傳輸速率高
  GPRS可提供高達115kbit/s的傳輸速率（最高值為171.2kbit/s，不包括FEC）。這意味著通過便攜式電腦，GPRS用戶能和ISDN用戶一樣快速地上網(wǎng)瀏覽，同時也使一些對傳輸速率敏感的移動多媒體應(yīng)用成為可能。
• 　　 接入時間短
  分組交換接入時間縮短為少于1秒，能提供快速即時的連接，可大幅度提高一些事務(wù)（如信用卡核對、遠程監(jiān)控等）的效率，并可使已有的Internet應(yīng)用（如E-mail、網(wǎng)頁瀏覽等）操作更加便捷、流暢。
• 　　 支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議
  GPRS支持因特網(wǎng)上應(yīng)用最廣泛的IP協(xié)議和X.25協(xié)議。而且由于GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，使得GPRS能提供Internet和其它分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無線接入。

2. 存在的問題

•       GPRS會發(fā)生包丟失現(xiàn)象
  由于分組交換連接比電路交換連接要差一些，因此，使用GPRS會發(fā)生一些包丟失現(xiàn)象。而且，由于話音和GPRS業(yè)務(wù)無法同時使用相同的網(wǎng)絡(luò)資源，因此，用于專門提供GPRS使用的時隙數(shù)量越多，能夠提供給話音通信的網(wǎng)絡(luò)資源就越少。對用戶來說其容量有限GPRS確實對網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的小區(qū)容量產(chǎn)生影響，對于不同的用途而言只有有限的無線資源可供使用。例如，話音和GPRS呼叫都使用相同的網(wǎng)絡(luò)資源，這勢必會相互產(chǎn)生一些干擾。其對業(yè)務(wù)影響的程度主要取決于時隙的數(shù)量。當然，GPRS可以對信道采取動態(tài)管理，并且能夠通過在GPRS信道上發(fā)送短信息來減少高峰時的信令信道數(shù)。
•      實際速率比理論值低
  GPRS數(shù)據(jù)傳輸速率要達到理論上的最大值172.2kbps，就必須只有一個用戶占用所有的8個時隙，并且沒有任何防錯保護。運營商將所有的8個時隙都給一個用戶使用顯然是不太可能的。另外，最初的GPRS終端預計可能僅支持1個、2個或3個時隙，一個GPRS用戶的帶寬因此將會受到嚴重的限制，所以，理論上的GPRS最大速率將會受到網(wǎng)絡(luò)和終端現(xiàn)實條件的制約。
•      終端不支持無線終止功能
  目前還沒有任何一家主要手機制造廠家宣稱其GPRS終端支持無線終止接收來電的功能，這將是對GPRS市場是否可以成功地從其他非語音服務(wù)市場搶奪用戶的核心問題。
  啟用GPRS服務(wù)時，用戶將根據(jù)服務(wù)內(nèi)容的流量支付費用，GPRS終端會裝載WAP瀏覽器。但是，未經(jīng)授權(quán)的內(nèi)容也會發(fā)送給終端用戶，更糟糕的是用戶要為這些垃圾內(nèi)容付費。
•      調(diào)制方式不是最優(yōu)
  GPRS采用基于GMSK（Gaussian Minimum-Shift Keying）的調(diào)制技術(shù)，相比之下， EDGE基于一種新的調(diào)制方法8PSK（eight-phase-shift keying），它允許無線接口支持更高的速率。8PSK也用于UMTS。網(wǎng)絡(luò)營運商如果想過渡到第三代，必須在某一階段改用新的調(diào)制方式。
•      存在轉(zhuǎn)接時延
  GPRS分組通過不同的方向發(fā)送數(shù)據(jù)，最終達到相同的目的地，那么數(shù)據(jù)在通過無線鏈路傳輸?shù)倪^程中就可能發(fā)生一個或幾個分組丟失或出錯的情況。

1.6 GPRS標準和業(yè)務(wù)的發(fā)展
1. ETSI的標準制訂工作
歐洲最早是在1993年就提出了在GSM網(wǎng)上開通GPRS業(yè)務(wù)，1997年GPRS的標準化工作取得重大進展，10月份ETSI發(fā)布了GSM02.60 GPRS Phase1業(yè)務(wù)描述。1999年底完成GPRS Phase2的工作。GPRS的標準分3個階段，這3個階段分別制訂了18個新的標準并對幾十個現(xiàn)有標準進行修訂，以實現(xiàn)GPRS。表1-3列出了這3個階段。

按照ETSI的設(shè)想，GPRS應(yīng)首先實現(xiàn)：

•  PTP業(yè)務(wù)
•  PTP TCP/IP的用戶互通
•  從MS至GGSN的X.28協(xié)議，GGSN至外部PDN的X.25協(xié)議
•  Gn、Gb、Gr、Gp、Gs、Gi接口
•  對PTP和漫游的安全保障
•  計費
•  運營者決定的呼叫閉鎖和呼叫終止，運營者呼叫過濾
•  為PTM無線接口作準備工作
•  匿名接入
•  通過GPRS支持SMS-MO和-MT

2. 我國GPRS標準化工作的進展概況
    我國從1996年開始跟蹤研究GPRS的相關(guān)標準。著重組織開展了一系列GPRS相關(guān)標準研究工作。于2000年4月，已經(jīng)完成了"900/1800MHz TDMA數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)GPRS隧道協(xié)議(GTP)規(guī)范"，由信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸所提出了"GPRS業(yè)務(wù)研究"的前期的預研成果。從1998年開始，我國運營者開始醞釀在國內(nèi)興建GPRS的試驗網(wǎng)絡(luò)工作，標準化的工作就顯得極為迫切了。在2000年內(nèi)和2001年上半年，已頒布以下900/1800MHz TDMA蜂窩移動通信網(wǎng)通用分組無線業(yè)務(wù)相關(guān)的系列標準。

•  接口規(guī)范
   基站子系統(tǒng)與SGSN接口規(guī)范
   無線接口規(guī)范
•  設(shè)備規(guī)范
   交換子系統(tǒng)設(shè)備規(guī)范
   基站子系統(tǒng)設(shè)備規(guī)范
   移動臺的技術(shù)要求
•  測試規(guī)范
   隧道協(xié)議(GTP)規(guī)范
   基站子系統(tǒng)與SGSN間接口測試規(guī)范
   交換子系統(tǒng)設(shè)備測試規(guī)范
   基站子系統(tǒng)設(shè)備測試規(guī)范
   移動臺的測試規(guī)范

由于GPRS的相關(guān)標準的研究工作在ETSI SMG以及3GPP等組織中仍然處于不斷的更改和制訂過程中，在我國標準研究和設(shè)備開發(fā)工作中都存在著不斷調(diào)整和解決不同版本之間兼容性的問題。

3. GPRS的發(fā)展動向
GPRS是GSM向3G邁進的一個重要步驟，根據(jù)ETSI對GPRS發(fā)展的建議，GPRS從試驗到投入商用后，分為兩個發(fā)展階段，第一階段可以向用戶提供電子郵件、因特網(wǎng)瀏覽等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；第二階段是EDGE的GPRS，簡稱E-GPRS。
從移動通信市場的走勢來看，國外移動通信運營商已開始涉及多媒體服務(wù)的領(lǐng)域，使用戶可以用手機在股票市場上進行交易，辦理銀行轉(zhuǎn)賬業(yè)務(wù)等。目前全世界已有近百個運營商開通了GPRS商用系統(tǒng)、試商用系統(tǒng)或?qū)嶒炏到y(tǒng)。較為著名的有英國的BTCellNET、德國的T-Mobile等地的運營商。
2000年12月21日，中國移動通信集團公司在京宣布：正式啟動稱為"移動夢網(wǎng)" 的GPRS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。2001年6月，中國移動GPRS一期工程已完成，2001年10月正式投入商用。