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GPRS的空中接口Um可以用GPRS　MS－网络参考模型来描述，如图5－5所示。MS与网络之间的通信涉及了物理射频（RF）、物理链路、无线链路控制／媒体接入控制（RLC／M AC）、逻辑链路控制和子网依赖的汇聚层（L LC／SNDCP）几个层次。

物理层分为物理RF层和物理链路层两个子层。物理RF层执行物理波形的调制和解调功能，把物理链路层收到的比特序列调制成波形，或把接收的波形解调成物理链路层所需要的比特序列。物理链路层提供在MS和网络之间的物理信道上进行信息传输的服务。这些功能包括数据单元成帧、数据编码、检测和纠正物理介质上传输错误。物理链路层使用物理RF层提供的服务。

（2）RLC／M AC层

M AC用于定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享，M AC负责无线链路的用户数据及控制信令的有效复用、MS发起的信道接入（特别是有冲突和碰撞时）、MS终止的信道接入、优先级处理；RLC负责LLC与M AC功能的接口、LLC－PDU的分割与重组、后向纠错BEC。M AC／RLC层为GPRS空中接口数据链路层的低层，需用物理链路层提供的功能，该层的详细功能在后面介绍。

LLC在同一层的M AC／RLC上，当M AC与RLC在MS和BSS间交互工作时，LLC在MS和SGSN间协同工作，负责在高层子网依赖汇聚层SNDCP的SNDCP数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的L LC帧，需要使用M AC／RLC层的功能。LLR层对于SNDC数据单元来说是透明的，即不负责处理SNDC数据。

在MS和SGSN中SNDCP位于网络层之下，逻辑链路控制层之上。它支持多种网络层，这些网络层分组数据协议共享同一个SNDC。它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定TCP／IP地址和加密方式。在SNDC层，移动台和SGSN之间传送的数据被分割为一个或多个SNDC数据包单元，SNDC数据包单元生成后被放置到LLC帧内。

在空中接口协议栈中，应用层数据需通过网络层到物理层的各层进行相应的数据变换处理，变换成比特流在物理信道上传输。各层的数据变换过程简述如下：

①网络层（如IP／X．25）将网络层分组数据（N－PDU）传送到SNDCP层。

②SNDCP层将N－PDU处理成段送至LLC层。

③LLC层将上层的段作为信息数据，加上帧头（FH）和帧校验序列（FCS）形成帧，送至下层。

④RLC／M AC层将帧分段，加上块头（BH）和块校验序列（BCS）形成RLC块，再送至物理层。

⑤物理层有两个子层：PLL（物理链路子层）和RFL（物理射频子层）。PLL对RLC块进行信道编码形成无线块（Radio　Block），映射成突发（Burst），加在物理信道（时隙）上，再由RFL调制到射频载波上发送。

2．Um接口的信道

与GSM系统相同，GPRS系统中每个载频上的比特流都被均匀划分成持续4．615 ms（即1　250 bit）的TDMA帧。每个TDMA帧再被均匀分成8个时隙，分别用时隙号（T N）0～7表示，每个时隙持续567．9μs，即156．25 bit。每个时隙对应于一个物理信道。由于GSM中引入了慢跳频技术，以提高抗多径干扰的能力，所以一个物理信道是由一系列TDMA帧、一个时隙号（TN）和一个跳频序列所定义。物理信道以分组形式传送信息（如数据业务和信令），故称为PDCH（分组数据信道），在GPRS中，PDCH的组织采用52帧复帧（约240 ms）结构。

MS与BTS之间需要传送大量的用户数据和控制信令，不同种类的信息由不同的逻辑信道传送，逻辑信道映射到物理信道上，与GSM系统不同，在GPRS系统中，一个物理信道既可以定义为一个逻辑信道，也可以定义为一个逻辑信道的一部分，即一个逻辑信道可以由一个或几个物理信道构成。为分组数据而优化的分组数据信道PDCH在逻辑上分为两种类型：业务信道（PTCH）和控制信道〔或信令信道（PCCH）〕。后者又分为分组广播控制信道（PBCCH）、分组公共控制信道（PCCCH）和分组专用控制信道（PDCCH）3种，各种逻辑信道的功能各不相同，如图5－6所示。

PDTCH（分组数据业务信道）：分为全速率（F）和半速率（H），单向（上行或下行）传送GPRS数据业务信息。

PBCCH：广播分组数据专用的系统信息。

PCCCH：传送分组数据的公共控制信令，该信道又分为PRACH（分组随机接入信道，上行），用于MS请求接入网络时，以突发形式发送数据和信令；PPCH（分组寻呼信道，下行），在下行分组传送之前利用该信道寻呼MS；PAGCH（分组接入准许信道，下行），在分组传送建立阶段即分组传送之前，利用该信道发送资源分配消息给MS；PNCH（分组通知信道，下行），在PT M－M分组传送之前，利用该信道发送一个PT M－M通知给一组MS。

PDCCH：分组专用控制信道，该信道又分为PACCH（分组随路控制信道），传送与MS有关的信令信息，如确认、功率控制、资源分配与再分配等，PACCH与PDTCH共享当前分配给一个MS的资源；PTCCH（分组定时提前量控制信道）传送定时信息，使MS与基站能比较准确地估计时延以正确接收信息。PTCCH又分为两种：PTCCH／U（上行）使基站（BTS）能准确估计一个MS的时延；PTCCH／D（下行）用于多个MS同时更新传输时延。

PDCH信道可以有两种不同方式的分配：专用PDCH，固定地服务于GPRS，只能用于分组数据业务，不可以用于电路交换业务。需求PDCH，是临时的动态GPRS来源，当接入的电路交换出现拥塞时，会释放给电路交换用户使用。例如，在爱立信GPRS系统中，网络管理者可以在每个小区中指定0～8个专用PDCH。在一个小区中设置多少个需求PDCH没有物理上的限制，而只取决于电路交换话务的多少。在一个没有任何电路交换话务的小区甚至将所有信道都用于GPRS话务也是可能的。

在业务量不大的情况下，GPRS可以与电路业务共用BCCH、CCCH。随着分组数据业务量的增大，逐步引入PBCCH、PCCCH。GPRS逻辑信道可以按以下3种方式组合到物理信道上：

PBCCH＋PCCCH＋PDTCH＋PACCH＋PTCCH

PCCCH＋PDTCH＋PACCH＋PTCCH

PDTCH＋PACCH＋PTCCH

在逻辑信道上传送的信息帧首先要经过编码，形成一系列数据块，然后再经过交织，加上借用标志，加密后映射到相应的突发再传送。GPRS有4种编码方案（CS1～CS4），如表5－1所示。GPRS分组数据业务信道采用CS1～CS4，分组控制信道中除PRACH和PTCCH／U外均采用CS1。MS采用4种方案，而网络只用CS1。

信道编码操作分为4步：

（1）为信息位检错加上BCS（块校验序列）。

（2）对于CS2～CS4，对USF（上行状态标志，用来控制多个MS在PDCH／U上复接。USF包含在每个下行PDCH的RLC块的头中。USF占3 bit，有8种状态值，可用来预留上行链路资源给不同的MS，即允许多个MS共享一个上行PDCH，并控制它们轮流发送，从而实现多个MS在一个物理信道上的复用）进行预编码。

（3）添加尾比特。

（4）对于CS1～CS3进行码率为1／2的卷积编码，再截短，最终形成456 bit的无线块。CS1～CS4的交织过程完全相同，各种控制信道和分组数据业务信道都采用块交织，这是因为这些信道的分配是动态的或者信道映射比较分散，使相邻突发出现时间间隔很长，为了控制传输时延，数据块要连续映射在信道上。

在GPRS中，逻辑信道在物理信道PDCH上的映射是以52帧复帧结构为基础的，逻辑信道被动态映射到52帧复帧中，该复帧被划分为12个复帧块（B0～B11）、2个空闲帧和2个PTCCH帧，每块有4帧，每帧有8个时隙，每个时隙携带一个突发，如图5－7所示。

不同的逻辑信道可以共享一个物理信道PDCH。除PTCCH外，PDCH的共享是以无线块为基础的，一个无线块长456 bit，包含4个连续的突发。B0块必须分配给PBCCH。PRACH根据PBCCH广播的信息参数动态（或固定）地映射到PDCH上。GPRS逻辑信道在52帧复帧中映射的概况如表5－2所示。

3．Um接口上MS的分组数据传送

在MS进行分组数据传送之前必须先建立MS与网络之间的物理连接（即建立TBF），并以TBI（暂时数据块流标识，用来标识TBF，由网络分配）来标识，在物理连接基础上的数据链路连接用T LLI（临时逻辑链路标识）来标识，然后进入分组数据传送阶段。MS与网络之间的分组数据传送可分3种情况：MS发起的（上行）、MS终接的（下行）和上下行同时。

（1）MS发起的分组数据传送（上行）

上行链路接入过程如图5－8所示。

①TBF建立阶段（上行接入阶段）

由MS在PCCCH上起始分组接入规程实现。当MS高层发出传送LLC　PDU请求时，则启动分组接入规程。该请求规定了与分组传送有关的参数（如吞吐量、RLC模式、无线优先权），或者指出被传送的分组含有信令。RLC／M AC层接收高层的传送L LC　PDU请求后，在PRACH（或RACH）上向网络发送分组信道请求（Packet　Channel　Request）消息。网络在PAGCH（或AGCH）上做出响应。可以采用一阶段或二阶段分组接入法。

在一阶段接入中，网络接收到分组信道请求消息后，向MS发出分组上行链路分配（Packet　Uplink　Assignment）消息，在PDCH上预留资源用作上行无线块的传送。这种资源预留是根据分组信道请求消息中有关资源请求的信息进行的，可以在一个或多个PDCH上为TBF分配上行链路的资源。

在二阶段接入中，网络接收到分组信道请求消息后，也向MS发出分组上行链路分配消息，但预留资源只是用作MS发送分组资源请求（Packet　Resource　Request）消息。该消息携带上行分组传送所请求资源的全面描述。

网络收到该消息后，向MS发出分组上行链路分配消息，为上行分组传送预留资源，并定义有关分组数据传送的参数（如媒质接入模式）。然后，MS进入分组传送阶段。

如果MS在预定时间内没收到网络对分组信道请求消息的响应，那么MS在后退随机时间之后，再重试，直到最大允许重试次数为止。

②分组数据传送阶段

MS按照接入阶段预定的媒质接入模式在预留的PDCH（即PDTCH）上完成分组数据传输之后，由网络做出响应：当接收无误时，网络向MS发出ACK（确认）消息；否则发N ACK（否认）消息，并请求错块重传，直到网络正确接收为止。

（2）MS终接的分组数据传送（下行）

下行链路寻呼过程如图5－9所示。

①下行TBF建立阶段

由下行分组传送的寻呼规程和分组下行分配规程实现。设MS处于分组空闲状态。当网络向MS传送分组时，在PPCH上向MS发分组寻呼请求（Packet　Paging　Request）消息。MS为响应该消息起始一个类似分组接入规程的寻呼响应规程。网络在PAGCH上向MS发出分组下行链路分配（Packet　Downlink　Assignment）消息，网络在一个或多个PDCH上分配无线资源给MS以建立下行TBF，MS在PACCH上向网络发出分组寻呼响应（Packet Paging　Response）消息。

②分组数据传送阶段

其操作过程类似于上行所述的情况。

（3）上下行分组数据同时传送

①当上行TBF在进行分组传送时：MS连续监视下行PDCH上可能发生的分组下行链路分配消息，从而具有多时隙能力的MS可以在PDCH上同时接收下行分组数据。

②当下行TBF在进行分组传送时：若MS要求发送分组给网络，MS可以在其（向网络）发出的确认消息中指明这一点（不必发分组信道请求消息），由网络分配上行资源给MS进行分组传送。

4．MS接入外部数据网的过程

GPRS会话管理完成GPRS移动台和外部数据网间的连接控制管理，连接过程分为如下的过程。

（1）GPRS附着过程（Attach）

附着过程的目的是系统根据移动终端的签约数据确定是否允许移动终端在当前请求的GPRS路由区域中进行数据业务访问。步骤如下：

①移动用户开机后，MS监听无线信道，收听系统信息，然后在系统信息给出的控制信道上发送请求。

②系统接到请求后，给MS分配无线信道，MS在系统分配的无线信道上向SGSN发送一个附着请求，启动附着过程。

③SGSN收到附着请求后，向MS发送信息Identity Request（Identity　Type＝IMSI），请求MS的IMSI。

④MS以一个Identity　Response将它的IMSI告知SGSN，SGSN用取得的IMSI到H LR中请求认证，并对MS进行鉴权。

⑤MS认证通过后，SGSN向H LR发送Update　Location消息。

⑥H LR发送消息Insert Subscriber Data给SGSN，该消息包括MS的GPRS签约数据（GPRS Subscriber Data）。若MS的GPRS签约数据允许MS在当前路由区内附着，SGSN将向H LR返回消息Insert Subscriber Data Ack，HLR给SGSN返回消息Update Location Ack作为对Update Location消息的回应。

⑦最后，SGSN向MS发送消息Attach Accept，表明MS附着成功。

（2）PDP上下文激活过程（PDP Context Activation）

MS附着成功后，就建立了MS与GPRS网络之间的通信通道，要想接入外部数据网，还必须发起PDP上下文激活过程，建立移动终端与外部数据网的数据通路。激活步骤如下：

①移动台向SGSN发送“激活PDP对话请求”信息，信息中包含APN名、PDP地址、QoS等参数。

②SGSN检查移动台登记时从H LR传送过来的用户数据，或者向H LR查询用户数据，包括APN、是否采用动态地址等。

③SGSN根据APN向DNS服务器查询GGSN，在DNS中，APN对应GGSN的IP地址。

④SGSN向GGSN发送“生成PDP对话请求”，包含“PDP类型、IP地址参数、APN、服务质量”。APN指向用户签约信息中定义的外部数据网络，可能是互联网也可能是企业内部网。若是透明接入，GGSN为移动台分配IP地址；若是非透明接入，GGSN作为RADI－US服务器用户向RADIUS服务器发送认证请求，认证成功后可从GGSN的IP地址池中为该移动台分配IP地址。

⑤GGSN向SGSN发送“生成PDP对话响应”信息，确认成功建立PDP对话。

⑥SGSN向移动台发送“PDP对话激活确认”信息，信息中包含IP地址等参数，此时SGSN就可以在GGSN和移动台间传送业务IP分组，GGSN负责将IP分组路由至外部数据网络。