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浅谈GPRS的发展

【论文摘要】本文从影响GPRS发展的因素、进程预测、未来预测、我国GPRS市场发展前景分析等四个方面简要介绍了GPRS的发展。

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1．影响GPRS发展的因素 GPRS是一种重要的移动数据业务，与目前的非话音移动业务相比能够有效地提高频谱利用率、容量。但现在仍然存在一些因素限制着GPRS的应用。 　　 ——对所有用户来说有限的小区容量。GPRS确实能够影响一个网络现有的小区容量，对于不同的用途而言只有有限的无线资源可供使用。例如，话音和GPRS呼叫都使用相同的网络资源，这势必会相互产生一些干扰。其对业务影响的程度主要取决于时隙的数量。当然，GPRS可以对信道采取动态管理，并且能够通过在GPRS信道上发送短信息来减少高峰时的信令信道数。 　　 　　 ——在实际应用中速率比理论值要低得多。要达到GPRS数据传输速率理论上的最大值172.2kbps，就要求只有一个用户占用所有8个时隙并且没有任何防错保护。一个网络运营者将所有8个时隙都给一个用户使用显然是不太可能的。另外，最初的GPRS终端预计可能会受到严重的限制 ——仅支持1个、2个或3个时隙。一个GPRS用户的有限带宽因此也会受到严重的限制。所以，理论上GPRS的最大速率将会受到网络和终端现实条件的制约。事实上，移动网络的数据传输速率似乎总是比固定网络要低。除非引入GSM演进的增强性数据速率（EDGE）和UMTS技术，否则对于单个移动用户来说，较高速的数据速率是不可能实现的。 　　——次最佳（次优化）调制。GPRS基于一种GMSK（高斯滤波最小频移键控）调制技术，相比之下，EDGE基于一种新的调制机制，该机制允许更高的比特率通过空中接口调制。 　　——转接时延。GPRS分组通过不同的方向发送数据，最终达到相同的目的地。那么数据在通过无线链路传输的过程中就可能发生一个或几个分组丢失或出错的情况。有关标准组织认识到了无线分组技术的固有特性，并且引入了数据完整性和重发策略，不过也由此产生了潜在的转接时延。因此，高质量的应用最好还是采用HSCSD（高速电路交换数据）来实现。HSCSD是一种简单的电路交换数据呼叫，传输时延发生的可能性要小得多。 2．进程预测 引进一种新的业务，要经过许多步骤。GPRS业务的发展将包括标准化、基础设施的发展、网络试验、签订合约、网络的转出、终端的有效性、应用的开展等。GPRS的发展计划时间表大致如下：1999年，网络运营者进行网络试验并且签署有关GPRS基础设施的商业合同；2000年，GPRS基础设施并入到GSM网络中；2001年，网络运营者开展GPRS商用业务，并且推广GPRS，此后，新的GPRS特定的应用、更高的比特率、更大的网络容量解决方案、更好的终端性能成为可能，GPRS的应用范围不断扩大；2002年，GPRS/EDGE开始在实际应用中出现，GPRS常规地加入到GSM移动电话系统中，并且应用率达到相当的程度；2002年到2003年，新一代的移动通信系统UMTS实现商用。 　　欧洲在GPRS应用方面最积极，这一地区的电信公司设想的业务也涵盖了诸多领域。主要有网页浏览、商务信息传送、文件共享/协同性工作、分派工作、企业电子邮件、因特网邮件、文件传送、静止图片传输、在线交谈等。 　　GPRS可以传送给移动电话用户的信息内容广泛，包括股票价格、体育新闻、天气预报、飞机航班信息、新闻标题、彩票中奖号码、交通信息等。GPRS非常适合于Internet浏览。移动用户使用电路交换数据进行网页浏览无法获得持久的应用。由于电路交换传输速率比较低，因此数据从Internet服务器到浏览器需要很长的一段时间。不过，用户可以滤掉图像，只接入网页文本的内容。 　　有不少人认为GPRS商业将分为两个部分：移动Internet/Intranet，主要定位于那些能够看到“始终在线、完全浏览、E－mail和接入企业Intranet"的价值的用户；另外就是作为WAP电话的载体。 　　对于GPRS升级的费用有很多猜测。目前的高速电路交换数据业务要比GPRS费用低得多，它只需要软件的升级而不需要一个完整的网络叠加层。但是目前好像只有数据量非常大的一些电信公司在开展HSCSD业务。似乎没有人抱怨GPRS的成本过高。预计整个GPRS的升级大约需要花费GSM运营者2亿美元的资金。 　　英国One2One认为，该公司建立GPRS的费用还是比较低的，大约需要1600万美元。其余的资金可以从用户的业务收入中产生。One2One的网络覆盖了英国97％的人口，现在正对GPRS投资，整个网络将具备发送GPRS业务的能力，而且不需要额外建立地域性的覆盖区，也不需要另外投资减少基站和收发信机。 　　此外，GPRS的成本有可能随着市场的扩大而迅速下降，无线数据从而有能力与固定网络在成本和传输速率方面展开竞争，因为，GPRS可以以高于目前音频调制解调器的速率为用户提供数据传输服务。 　　在国内，中国移动通信集团和中国联通等相继开展了移动数据业务的实验工作，使中国的GPRS设备市场也逐步升温，虽然中国移动市场和数据通信市场很不平衡，造成中国移动数据业务的近期市场尚不很明朗，但是，各移动通信运营商出于对现实市场和未来市场竞争的需要，迅速提高移动数据通信业务能力的要求十分迫切，自然对GPRS技术非常重视。不少专家认为，GPRS在中国市场能否成功，除技术因素外，很大程度上还取决于能否开发出适合中国市场的应用业务。 3．未来预测 预计到2010年底中国移动用户将达到5500万。同时，移动通信与数据业务、多媒体业务相结合的第三代移动通信成为近年来人们研究的热点。其中数据信息的传递将从简单的寻呼进入到多媒体业务。基于Internet的应用、Email和Web浏览等将是未来移动通信发展的主要动力，从下图中可以看出多媒体业务占有重要的位置，数据信息的传输主要集中在多媒体业务中。 　　尽管现在移动通信虽然很少用于数据，但是预计未来将有很大的发展，到2001年，国内移动数据用户达到1000万户，收入达17亿美元，在商业、个人和公众等领域中移动数据业务将有巨大的发展空间。移动电话市场正逐步转向移动数据市场，各种移动数据业务正悄然兴起，它将成为移动通信下一个发展重点。而作为第二代的GSM系统就要求朝着高速、支持多增值业务的方向发展，以创造更高的经济效益和满足人们对多业务的渴求。   目前移动网所能提供的数据业务基本上都属于GSM承载数据业务，只能收发文本E－mail（不含图片）和传真，一般传输速率为9.6Kbps(可支持V4.2协议),互通网络一般为PSTN和ISDN。这远远不能满足人们的需求。GSM PHASE 2＋规范中增加了HSCSD和GPRS的新型数据业务，用户分配到的时隙不是一个，而是最多可到8个时隙。EDGE作为GSM另一种高速数据业务，成为了第二代到第三代移动通信的过渡，实现对诸如高速Internet接入、会议电视和CD质量级声音之类的新服务。 　　HSCSD（High Speed Circuit Switched Data） 　　HSCSD是一种高速电路交换数据业务,采用新的信道编码技术,可以把一个时隙9.6Kbps的传输速率提高到14.4Kbps,如果进行“时隙捆绑”可以达57.6Kbps,经过压缩后速率可达200Kbps。它的业务类型与原有的承载业务相同,实际上是一种增强型承载数据业务,本质上两者没有太大的区别。对于运营商来说，无须改变目前的GSM硬件设施，只需在软件方面加以升级即可实现高速的传输速率。 　　GPRS（General Packet Radio Service） 　　GPRS是GSM数据业务的关键技术，是向第三代移动通信发展的重要一环。GPRS以高达170Kbps的传输速率实现端对端的分组交换数据业务，将要传输的数据按一定的长度分组，然后把来自不同数据源的数据分组在一条信道上交织地进行传输。它可以实现通信资源的共享，大大地提高信道的利用率，降低通信成本。 GPRS可以通过一个用户分配多个时隙或多个用户共用一个时隙来有效的利用无线资源。 　　 图3表示三个用户共用一个时隙，其中一个用户占用三个时隙。   GPRS包括三个主要功能实体： 关口GPRS支持节点（GGSN） 服务GPRS支持节点（SGSN） 分组控制单元（PCU） SGSN 基本功能：移动性管理 、寻呼、加密、数据压缩、通话量测试。 GGSN 提供SGSN和PDN（Packet Data Network）之间的接口，通过SGSN有关MS路径的路由信息进行位置更新。 　　PCU 基本功能：数据分组、无线信道管理、错误发送检测和自动重发。   SGSN：服务GPRS支持节点； GGSN：关口GPRS支持节点； BG：边缘网关（路由器）； PTM SC：点对点服务中心 GPRS：通用分组无线业务； PCU：分组控制单元； HLR：归属位置寄存器； AUC：鉴权中心； EIR：设备识别寄存器； SMC：短消息中心； MSC：移动交换中心； BSC：基站控制器； BTS：基站收发信机。 　　EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution) EDGE是GPRS向前演变的一个过程，两者没有本质上变化，只是在信号调制方面有所不同，GPRS是高斯滤波最小移频键控调制方式（GMSK），EDGE为四象限幅度调制方式，属于增强型PRS数据业务。它能够保证GPRS与第三代移动通信的并存和两者之间的漫游切换。使运营者能够在现有的GSM网络基础上提供多种高速增值业务，其速率可达384Kbps。因为它是基于原有的GSM网络基础上的，所以只需要在硬件和软件方面进行相应的改动，运营者也不必要在网络结构方面做更大的投资。 　　 随着Internet的爆炸性的发展，第二代蜂窝网必须适应新的形势，具备提供高速率业务的能力，所以GSM正朝着新的数据业务方向发展，提供包括HSCSD、GPRS、EDGE在内的高速数据传输方式。 4．我国GPRS市场发展前景分析 4．1 良好的基础平台 世纪之交开启的通用分组无线业务GPRS，作为迈向第三代个人多媒体业务的重要里程碑将使移动通信与数据网络合二为一。它将使IP业务得以引入更为广阔的移动市场，同时也将使移动网络能够提供更多的增值业务。 　　GSM是当前全球使用最为广泛的移动电话系统。以目前GSM为基础的GPRS作为向第三代移动电话系统发展过程中的一个至关重要和必不可少的一步，已成为迈向第三代部署的基石，并已开启了无线数据市场的大门。事实上，传统的话音服务和其带来的利润增长现在已经出现了停滞不前。而以GPRS为基础的通信增值业务，包括手机上网、E－mail等Internet业务等正在急速上升。 　　GPRS已为运营商提供了开辟全新市场的能力。通过部署GPRS，运营商可以开辟新型市场和收入来源。分组交换使他们能够有效地使用现有的网络容量。GPRS将支持开展创新服务，以便吸引新的客户，从而提高客户的忠诚度并降低处理成本。由于GPRS使用的是现有的GSM网，所以其可以一举在全国范围内推出。这样，运营商将会拥有一个新的机会，使其在新型服务合作伙伴关系的基础上与互联网服务提供商或信息提供商合作。新的市场带来的另一个新商机就是GPRS要有新终端，这无疑为终端设备制造商提供了一个新的市场增长点。 4.2 GPRS的特点 4.2.1 GPRS业务与功能 　　GPRS是一种新的GSM数据业务，它可以给移动用户提供无线分组数据接入服务。GPRS主要是在移动用户和远端的数据网络（如支持TCP/IP、X.25等网络）之间提供一种连接， 从而给移动用户提供高速无线IP和无线X.25业务。 　　GPRS采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。如果把空中接口上的TDMA帧中的8个时隙都用来传送数据，那么数据速率最高可达164kbit/s。GSM空中接口的信道资源既可以被话音占用，也可以被GPRS数据业务占用。当然在信道充足的条件下，可以把一些信道定义为GPRS专用信道。 要实现GPRS网络，需要在传统的GSM网络中引入新的网络接口和通信协议。目前的GPRS网络引入了GSN（GPRS Surporting Node GPRS支持节点），移动台则必须是GPRS移动台或GPRS/GSM双模移动台。 　　根据欧洲ETSI的GSM2+阶段的建议，GPRS可分为两个发展阶段（即Phase1和Phase2）。 　　其中GPRS的Phase1阶段能支持下列功能和业务： ● TCP/IP和X.25业务； ● 全新GPRS空中接口加密技术； ● GPRS附加业务； ● 增强型的短信业务（E-SMS）； ● GPRS分组数据计费功能，即根据数据量计费。 4.2.2 GPRS的技术优势 （1） 资源利用率高 在GSM网络中，GPRS首先引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。按电路交换模式来说，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道。在会话期间，许多应用往往有不少的空闲时段，如上Internet浏览、收发E-mail等等。对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了“得到多少、支付多少”的原则。实际上，GPRS用户的连接时间可能长达数小时，却只需支付相对低廉的连接费用。 （2） 传输速率高 GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率（最高值为171.2kbit/s，不包括FEC）。这意味着在数年内，通过便携式电脑，GPRS用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。 （3） 接入时间短 分组交换接入时间缩短为少于1秒，能提供快速即时的连接，可大幅度提高一些事务（如信用卡核对、远程监控等）的效率，并可使已有的Internet应用（如E-mail、网页浏览等）操作更加便捷、流畅。 （4）支持IP协议和X.25协议 GPRS支持Internet上应用最广泛的IP协议和X.25协议。越来越多的公司将Internet作为职员访问公司Intranet的媒介，因此支持IP协议显得尤为重要。由于存在大量的分组数据网（PDN），所以支持X.25协议可使已存在的X.25应用能够在GSM网络上继续使用。而且由于GSM网络覆盖面广，所以也使得GPRS能提供Internet和其它分组网络的全球性无线接入。 4.3 蓄势待发的市场 　　4.3.1迅猛发展的移动数据业务 从移动通信市场的走势来看，国外方面，日本NTT DoCoMo公司从1999年就开始涉及多媒体服务的领域，并开始为用户提供更好的因特网服务和其它正在发展的数据通信业务；新加坡电话公司最近也引进了一个系统，使用户可以用他们的手机在股票市场上进行交易；新加坡另一家电信公司MI也不甘寂寞，与第一花旗银行合作推出了功能全面的移动电话银行服务网络，使顾客能够用手机办理银行转账业务。由此可见，国外移动通信运营商已经开始关注这一焦点，并迅速将数据业务投入到商用的过程中，因此GPRS将会成为GSM网络向第三代移动通信演进过程中必然的中间环节。国际上，许多GSM运营商都正在考虑将其网络升级到GPRS，如德国的T-MOBILE、荷兰的TELFORT、英国的ONE2ONE。我国香港电讯移动通信在1999年5月就发展GPRS的问题与制造商签署了谅解备忘录。 　　4.3.2 即将诞生的GPRS市场 第三代移动通信业务将在GSM网络基础上构建。使用GPRS甚至可以在获得第三代许可之前就开始开发高速多媒体业务市场。GSM高速数据业务首先进入市场将意味着运营商能够吸引保持高利润的早期用户（主要是企业用户）。GPRS的服务成本很可能随着市场的扩大而迅速下降。预计近一两年内，无线访问将与固定线路在成本和传输速率方面展开激烈的竞争，普通消费者将能够使用GPRS在家实现对互联网的无线访问。利用GPRS服务，用户将始终处于连线和在线状态，这将使访问服务变得非常简单、快速。 在今后的12个月中，人们将会看到GPRS技术在全球的GSM网络中广泛部署。 　　4.3.3 前景看好的移动数据通信市场 　　观点一：移动数据通信市场发展潜力巨大 目前，全球移动电话的用户数已超过4亿。据预测，到2003年全球移动用户将达到6-7亿。1999年，全球共有1.7亿Internet用户，并以每个月增加1800万用户的速度不断膨胀，同时Internet信息流量每6个月就要翻一番。预计在2003年，全球Internet用户将逼近10亿，而其中将会有3.5%的用户通过移动方式接入Internet。另有调查称，目前75%的Internet用户同样也是移动用户。由此可知，两大领域的结合将是必然趋势。 　　目前，世界上有900万人使用移动电话来发送移动数据。有人认为，如果保持目前的增长趋势，芬兰、瑞典等移动通信发达的国家，其移动数据的使用率在2001年将达到100%。据预测，到2007年，全球移动数据用户将达到2100万，占移动电话用户总数的20%左右。 　　观点二：作为基于GSM网络的重要数据传输技术，GPRS将推动移动通信的数据化进程 GPRS是一种基于GSM网络的新型移动分组数据承载业务。由于目前GSM移动电话用户已占到全球移动电话用户的四成以上，因此GSM 在今后的移动数据市场将会有一定的天然优势，移动电话运营商可以充分利用现有的GSM网络在全国范围的基础上推出此项业务。由于因特网应用的迅速增加，在全球范围内，用户对移动数据通信的需求正呈增长的态势。预计今后一年内，全球GSM网上传送的移动数据量将实现40%~50%的增长率。 　　观点三：数据通信服务对象将逐渐从专业市场过渡到大众市场 一般认为，GPRS服务的最初使用者将是那些奔波在外的专业人士，他们需要随时以高速率来发送电子邮件，并对公司的局域网进行访问。此后，随着应用范围的扩展，GPRS的用户范围也会随之扩大。 　　观点四：国内数据移动通信技术将快速投入应用，但关键是要有好的业务作支撑 在国内，中国移动和中国联通等相继开展了移动数据业务的实验工作，这使得中国的GPRS设备市场逐步升温。各移动通信运营商出于对现实和未来市场竞争需要的考虑，都迅速提高了移动数据业务的能力。然而，GPRS在中国市场能否成功，除了技术因素外，很大程度上还取决于能否开发出适合中国市场的应用业务。观点五：我国的移动数据通信刚刚起步，规模应用尚远 2000年是中国移动数据业务的起始年，分组数据业务成为新的热点。随着运营公司年内若干移动数据业务在小范围内的试运营，运营商将会积累一些可贵的运营经验，并培养出一大批潜在的用户，这将为移动数据业务今后的发展奠定一个良好的基础。但是，由于受我国人口众多、经济发展和居民收支不平衡等因素的制约，解决话音业务将是我国移动网络发展的主要任务之一。 　　再则，从我国移动用户的消费习惯来看，目前尚未形成利用手机开展数据业务的潮流。截至1999年底，我国上网计算机用户为890万户，而使用计算机以外的其它设备（移动终端或信息家电等）上网的用户仅为20万，要让终端用户在心理上形成开展移动数据业务的习惯，尚待时日。 作者工作单位：浙江省衢州市巨化集团工程有限公司仪表厂 邮编：324004 联系电话：13676610953 或 0570-3617760 电子邮件: ddggff1108@163.com

作者单位：巨化集团公司工程有限公司仪表厂 　 地址：浙江省衢州市巨化集团公司工程有限公司仪表厂　324004　 Email：ddggff1108@163.com

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