PCU是英文PacketControlUnit的缩写中文意思为分组控制单元.docx
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PCU是英文PacketControlUnit的缩写中文意思为分组控制单元
GPRS技术
杭州华星创业四川项目组
2004年8月22日
GPRS技术交流
一、GPRS业务描述
GPRS(通用分组无线业务)是一种提供了端—端分组传输和交换方式新的GSM承载业务。
包括点对点(PTP)和点对多点(PTM)承载业务。
GPRS提供的业务具有以下特点:
1、连续的非周期性(突发)的数据传送,突发出现的时间间隔远大于突发数据的平均传输时延;
2、频繁发送的小数据量业务,如小于500字节的数据,允许每分钟发送几次;
3、不频繁发送的大数据量业务,如允许每小时传送几次千字节的数据。
二、
GPRS网络拓朴结构
图1GPRS网络逻辑结构
从图1中可以看出GPRS是在GSM网络的基础上增加PCU(分组控制单元)、GPRS服务节点(SGSN)和GPRS关口节点(GGSN)这两种核心网络实体以及Gb、Gn/Gp、Gi、Gr、Gf、Gd、Gs、Gc等接口实现的。
SGSN,主要功能是对MS进行鉴权和移动性管理,进行路由选择、建立MS到GGSN的传输通道,接收BSS透明传送来的MS数据,进行协议转换后通过GPRS骨干网传送给GGSN或反向工作,并进行计费和业务统计。
GGSN,是用于接入外部数据网络的节点。
对于外部网络它就是一个子网路由器。
GGSN接收MS发送的数据,路由到相应的外部网络,或接收外部网络的数据,根据其地址选择GPRS网内的传输通道,传给相应的SGSN。
另外GGSN还具有地址分配和计费功能等。
Gb接口,是BSS与SGSN间的接口。
它支持移动性管理功能和会话功能,如GPRS附着/分离,安全,路由区更新,数据连接信息的激活/去激活等,同时支持MS分组业务经BSS到SGSN的传输。
Gn/Gp接口,是SGSN与GGSN间的接口,支持两者间信令和数据信息的传输。
其中Gp是SGSN与其他PLMN的GGSN的接口。
Gr接口,是SGSN与HLR间的接口,通过MAP信令传送用户数据和位置信息等。
Gs接口,是SGSN与MSC/VLR间的接口,它是用来支持SGSN和MSC/VLR间配合工作的,使SGSN能够送MS的位置信息到MSC/VLR或接收MSC/VLR的寻呼信息,从而可以节约无线资源。
这是一个可选接口,但对于GPRS的A类终端则必须有此接口。
Gd接口,是SGSN与SMS-GMSC间的接口,以支持通过GPRS的分组业务信道传送短消息。
Gc接口,是GGSN和HLR间的接口,以支持GGSN从HLR获得MS的位置信息,从而实现网络发起的数据业务。
这个接口也是可选接口。
Gi接口,是GGSN与外部分组数据网(IP网和X.25网)间的接口,这个接口所支持的协议不是由GPRS标准制定的,根据所互通的数据网而采用相应的IP网或X.25网所适用的协议。
三、无线接口结构
GPRS网络中,无线接口Um是BSS和移动用户之间的接口。
根据分层结构,GPRS无线接口分以下几层,如图2所示。
图2GPRSMS-网络之间的参考模型
物理射频层主要规定了载波特性、调制方式以及无线射频指标。
GPRS物理射频层与GSM物理射频层相同。
物理链路层主要功能包括信道编码、帧形成、小区选择及重选、功率控制等。
数据链路层(RLC/MAC)提供物理层以上的信息传送。
它的主要功能包括采用有选择的重传进行后向纠错。
MAC使得多个MS可以共享相同的传输媒体。
RLC/MAC使用物理层的业务,而更高层的用户使用RLC/MAC层的业务。
MAC支持向MS指配无线资源以传送GPRS分组数据单元(PDU)。
网络确定采用何种MAC模式,这些模式包括:
动态分配模式、固定分配模式、扩展动态分配模式。
在动态分配模式下,上行状态标记(USF)用于多个MS在同一物理信道上复用无线数据块。
USF有3个比特可以表示8种状态,即一条上行物理信道最多可分配给8个MS使用。
四、GPRS移动台类型
GPRS的移动台分为三类:
A类、B类和C类。
GPRSA类手机:
A类手机具有同时提供GPRS和电路交换承载业务的能力。
即,在同一时间内既进行一般的GSM话音业务又可以接收GPRS数据包;
GPRSB类手机:
如果MS能同时侦听两个系统的寻呼信息(如:
通过GPRS寻呼信道),MS可以同时附着在GSM系统和GPRS系统,但是在某一时刻它只能要么使用电路交换业务,要么使用分组交换业务;
GPRSC类手机:
MS要么附着在GSM网络,要么附着在GPRS网络。
它只能通过人工的方式进行选择,没有办法同时进行两种操作。
各厂家在GPRS初期推出的终端大部分是B类终端,暂不提供A类终端。
而且,对于初期的GPRS终端,一般能力只有支持下行4个时隙,上行1个时隙,或者下行2个时隙,上行2个时隙。
五、信道编码方式
GPRS对数据传输设置有不同的服务质量参数:
优先级、可靠性、时延、数据速率。
其中对于数据速率,GPRS支持4种编码方式C1(9.06)、C2(13.4)、C3(15.6)、C4(21.4)和多时隙(最多8个时隙)合并传输,使数据速率从9kbps最高可达171kbps。
GPRS可根据应用的类型和网络资源的实际情况和网络质量,灵活选择服务质量参数等为用户提供服务。
不同GPRS信道编码方式的C/I(dB)值
编码方式
传输速率
有跳频
无跳频
CS-1
9.05Kbps
7.1
10.8
CS-2
13.4Kbps
11.5
12.8
CS-3
15.6Kbps
13.6
13.7
CS-4
21.4Kbps
20.8
17.2
六、GPRS系统的无线网络结构
GPRS系统的蜂窝网络主要由以下7个地理区域组成:
1、GPRS服务区(SA)
指MS能够获得GPRS服务的地理区域,也就是在一个GPRS网络内MS能够发送和接收数据的区域,一个SA可以由一个或多个PLMN组成。
2、公共陆地移动网(PLMN)
是由一个网络运营商提供的GPRS服务区域,一个PLMN可以由一个或多个SGSN路由区域组成。
3、SGSN服务区
是指由一个SGSN提供的网络服务区域,即终端的登记区域。
一个SGSN服务区可以由一个或多个SGSN路由区组成,可以包含一个或多个BSC控制区。
一个SGSN服务区并不需要与一个MSC/VLR服务区相同。
4、SGSN路由区(RA)
是位置更新区(LA)的一个子集,在SGSN路由区,MS移动时不需要更新SGSN。
一个SGSN能够控制处理多个路由区。
5、位置更新区(LA)
MS移动时不需要更新VLR的区域,一个LA可以包含一个或多个基站小区。
6、BSC控制区
由一个BSC控制的一个或多个小区组成的无线覆盖区域,BSC控制区的边界与LA区域的区界不需要一致。
7、基站小区
GPRS服务区中的最小单元,也是一个移动蜂窝网的基本单元,由一个BTS覆盖。
七、GPRS网络逻辑信道
在支持GPRS的GSM系统中,承载分组逻辑信道的物理信道称为分组数据信道(PacketDataChannel-PDCH),GPRS的逻辑信道都分别映射在每个PDCH上,PDCH的逻辑信道分为业务信道和控制信道两大类。
其中,分组广播控制信道(PacketBroadcastControlChannel-PBCCH)是用于广播系统消息的下行信道。
分组公共控制信道(PacketCommonControlChannel-PCCCH)包括用于公共控制信令的逻辑信道。
分组随机接入信道(PacketRandomAccessChannel-PRACH)是一个上行信道,MS用于上行话务信道的申请。
分组寻呼信道(ThePacketPagingChannel-PPCH)是在下行分组传送之前的下行寻呼信道。
分组接入允许信道(PacketAccessGrantChannel-PAGCH)是用于资源分配的下行信道。
分组通知信道(PacketNotificationChannel-PNCH)是在传送PTM-M分组之前用于PTM-M业务通知的下行信道。
分组数据业务信道(PacketDataTrafficChannel-PDTCH)则是留做数据传输用的。
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再逐步引入PBCCH,PCCCH。
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;动态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。
八、小区重选
在GPRS网络中无切换(handover)概念,只提小区重选。
A类移动台处于GPRS状态下,并同时处理电路交换业务时,此时移动台进行切换操作,电路业务释放后,移动台进行小区重选。
B类和C类移动台在处于GPRS状态下,只有小区重选。
MS在执行小区重选时,需要用到以下几个参数,目前C31、C32参数尚未用到:
C1:
路径损耗标准,用作小区重选的最小信号电平标准。
C31:
信号电平门限标准参数,在分层小区结构(HCS)中作为判断是否使用优先级分层的GPRS和LSA小区重选。
C32:
小区排队标准参数,用于在相同优先级的小区中选择小区。
从移动中GPRS手机下载数据的下载速率(throughput)变化趋势可以看到,当手机进行小区重选时必须停止传送数据,等待完成小区重选后再恢复传送,期间数据传输暂停历时约3秒钟;当手机进行路由区更新时必须停止传送数据,等待完成路由区更新后再恢复传送,期间数据传输暂停历时约15秒钟。
因此频繁的小区重选很显然会降低数据传送的平均速率,而频繁的路由区更新会更严重恶化这一指标。
根据测试统计经验,下载一个2M大的文件,在一般情况下,如果发生3次路由区更新,则平均速率会降低约12%。
九、MOTOROLAPCU设备介绍
PCU是英文PacketControlUnit的缩写,中文意思为分组控制单元。
主要负责管理数据分组分段和规划、无线信道管理、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。
(一).PCU的接口特性
在功能上,PCU存在三种功能接口:
-PCU-BTS/BSC(厂家内部接口)
-PCU-OMC-R
-PCU-SGSN
1、PCU-BTS/BSC
在这一接口上传送GPRS无线数据和信令控制消息,摩托罗拉将其分别定义为GDS和GSL。
GSL:
GPRSSignalingLinks-接口由PCU的PICP板支持,负责承载GPRS无线控制信令,位于PCU和BSC之间,使用(LAPD协议);也用于PCU从BSC下载数据。
在Abis接口上(BSC和BTS之间)仍采用RSL:
16或64Kb/s;
在Um接口(BTS和MS之间),目前GPRS和GSM共用BCCH和CCCH;
GDS:
GPRSDataStreams-接口由PCU的PRP板支持,负责承载用户的GPRS数据流,位于PCU和BSC之间,目前为16Kbps信道;在Abis接口上,目前是16Kbps信道(只支持CS1&CS2);
在GSR5.1版本中可为32Kbps信道,支持CS3&CS4;
在Um接口上,使用GPRSPDCH信道;
在物理上,这个功能接口通过PCU和BSC之间的连接实现。
2、PCU-OMC-R
可在OMC-R上对PCU做各种网管功能,BSC将进行两者之间的路由和消息翻译和传递。
3、PCU-SGSN
这一接口是标准的Gb接口,负责在BSS和GGSN之间传递用户数据(PDU)和信令控制消息(如移动性管理等)。
根据规范,这一接口采用帧中继做为传输和信令的协议平台。
摩托罗拉将Gb接口链路定义为GBL,包含信令消息和用户数据,在PCU侧由PICP板支持。
通过E1,按帧中继协议工作
GBL相当于MTL是SGSN和PCU间的信令链路。
(二).PCU机框结构
(三).数字模块组成
PCU数字模块主要由MPROC、DPROC、NIB、HSC、E1TransitionModule5部份组成
1、MPROC(MasterProcessor)
主处理器(MPROC)位于系统处理器槽位(Slot7),其功能是负责总线分配和产生CPCI时钟信号。
它管理接口和BSSGP层协议功能,被称作PCU系统处理器PSP(PCUSystemProcessor)。
每个PCU只配置一块PSP。
2、DPROC(DigitalProcessor)
数据处理器(DPROC)板是非系统处理器板(或I/O板),上有两个PMC插槽。
DPROC可以配置成分组接口控制处理器(PICP--PacketInterfaceControlProcessor)或分组资源处理器(PRP—PacketResourceProcessor),一个DPROC可以提供两个NIB接口。
3、NIB(NetworkInterfaceBoard)
网络接口板(NIB)是PCI夹层卡(PMC),它执行MSI卡的功能,用于完成PCU,BSC和SGSN的E1链路的物理层的连接。
NIB板执行与SGSN的E1接口功能。
此模块完成FrameRelaylayer2协议和将数据包传送到相关处理器。
一个NIB板可以中端两个2M。
NIB板插在DPROC板上。
4、HSC(Hotswapcontrollerbridge)
热交换控制桥板HSC又被称作PCItoPCIBridge(PPB),用于使MPROC可连接两个分开的PCI总线域。
HSC和MPROC板对称使用的,该板位于PCU背后slot10。
HSC连接MPROC和另外一个PCI总线,HSC需要与MPROC板成对出现。
HSC板和MPROC通过本地的PCI总线连接,同时对热备份进行控制。
5、E1TransitionModule
E1转换模块转换模块是插在非系统槽的后面,以使PMCE1线(T43)可以和PCU相连,该模块使用RJ45接头。
有4个E1接口
(四).GPRS统计
1、Gb链路(GBL)统计:
●GBL_UNAVAILABLE
统计GBL退服的时长。
(单位毫秒)
●GBL_LINK_INS
统计GBL链路出于服务状态的时间。
(单位毫秒)
2.接入性能统计:
●CHANNEL_REQS_REJECT
统计PCU收到的信道或资源请求消息但因为没有资源而拒绝的次数。
●CHANNEL_REQS_REC
统计PCU收到的信道或资源请求消息的次数。
●GPRS_ACCESS_PER_AGCH
●GPRS_ACCESS_PER_PCH
●GPRS_ACCESS_PER_RACH
统计收到的RACH消息。
●GPRS_CHANNELS_SWITCHED
统计GPRS信道转换为TCH或TCH转换为GPRS信道的次数。
Congestion
(五).GPRS参数
1、gprs_intraho_allwd
设置当电路业务占用了GPRS信道时是否可以执行intra_cell切换以释放信道给GPRS。
取值:
0-1(缺省1)
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- PCU 英文 PacketControlUnit 缩写 中文 意思 分组 控制 单元