8.1 GPRS系统容量的规划

GPRS系统是通过有效利用GSM网络中暂时没占用的话音信道来实现分组数据的传输。方式有两种：

第一种利用专用的PDCH，这些PDCH仅用于GPRS，不再承载GSM话音信号，对GSM的容量减少有着直接的影响；

第二种是动态的PDCH，只在有需要时临时分配空闲的话音时隙用于GPRS的数据传输。如图8-1所示了两种不同的情况。

图8-1 话音与分组数据占用信道的情况

(a) 专用PDCH； (b) 动态PDCH

P－PDCCH；T－TCH；B－BCCH

GPRS系统的容量，与数据用户类型、时延、速率、系统带宽有关。

在分组数据业务中，用户使用并不是时时刻刻在占用信道。例如因特网浏览，用户点击一个站点，因特网以一定的速率下载数据至用户浏览器，下载完毕后用户可以看到完整的页面并需要花一定的阅读，在此段时间内，本地与因特网之间几乎不存在其他的数据交换，共享信道将分配给另外用户使用。而对于占系统的总带宽可以取平均带宽，设用户下载数据时间为t1,下载速率为v,用户阅读时间为t2,则平均带宽为：

vA = (v x t1)/(t1+t2)

表8-1所示了各种应用的用户数据模型，表中的等效带宽是按照上式公式计算出来的。

表8-1 各种应用的用户数据模型

项目	速率(kb/s)	使用次数/忙时	使用时长(s)	等效带宽(kb/s)
浏览	33.6	1	600	5.6
Email	14.4	1	120	0.5
FTP	56	1	600	9.3
移动大户室	1	10	60	0.2
POS	1	10	30	0.1

在一个实际的系统中，各种应用的用户所占的比率是不一样的，表8-2所示了各种应用的用户所占的比率。

表8-2 各种应用的用户所占的比率

类型	百分比
浏览	30%
Email	60%
FTP	6%
其他	5%

用以上用户模型可以计算出总的等效速率带宽为：

5.6 x 0.3 + 0.5 x 0.6 ＋ 9.3 x 0.05 + 0.2 x 0.05 = 2.455kb/s

再根据系统总带宽数据率，粗略估算出系统能支持的用户。

8.2 SGSN的规划

在GPRS系统规划中，可根据组网结构和SGSN的性能指标，来确定SGSN的数量。

SGSN通过PCU单元与BSC相连，根据SGSN与BSS相连的不同情况，可以将SGSN组网划分为以下三种结构，三种结构均假设采用点对点连接。

第一种结构如图8-2所示。在同一MSC内的所有BSS连到同一个SGSN，不同的MSC的BSC连到各自独立的SGSN。这种结构较清晰，管理方便，对SGSN的容量要求较低，但投资成本较高。

图8-2 SGSN组网的第一种结构

第二种结构如图8-3所示。与同一个SGSN连接的BSC可以归属于不同的MSC。这种结构比较适合大城市，因为这些地方的MSC配置较多，要求SGSN的容量较大；若容量较小，只能用于GPRS业务需求较少但又要实现业务覆盖的地区。

图8-3 SGSN组网的第二种结构

第三种结构如图8-4所示。是在同一个MSC内设置多个SGSN。这种情况适用于GPRS业务需求量很大的地区，为满足分组用户的需求，甚至可能单个BSC连到独立的一个SGSN节点上。

图8-4 SGSN组网的第三种结构

在GPRS建网初期，为节省投资及降低网络节点的风险，对于数据业务较少的地区，可以采用第二种方式，即只在BSS系统中增加PCU单元并提供传输电路，连到一个公共的SGSN即可为用户提供服务。待用户数业务量增加后，再进行扩容，扩容方式就是减少接入一个SGSN的BSC数量，并增加SGSN的数量。

在网络建设过程中，如果SGSN数量不多，建议BSC和SGSN之间采用点到点的方式连接，等到SGSN增加到一定数量后采用帧中继方式连接，使系统的可靠性和效率更高，组网更加灵活。

对于不同PLMN网之间，如果SGSN需要连接，则需增加BG边界网关来实现，两个BG之间采用Gp接口。

典型的SGSN的性能指标：

Nokia系统：

● 数据处理能力48Mb/s，容量步进12Mb/s；

● 用户容量120,000，容量步进30,000；

● 96条SS7信令处理能力；

● 1024×64kb/s帧中继连接；

● 240Mbit GTP缓存；

● 240Mbit BSSGP缓存。

Erisson系统：

● SGSN25：同时连接最大用户数2.5万，流量24Mb/s；

● SGSN100：同时连接最大用户数为10万，流量为120Mb/s。

8.3 GGSN的规划

GGSN是GPRS系统中增加的另一类节点，它提供与SGSN的接口、与外部PDN/外部PLMN的接口、路由选择与转发、流量管理、移动性管理和接入服务器等功能。从外部IP网来看，GGSN是一个拥有GPRS网络所有用户的IP地址信息的主机，并提供到达正确SGSN的路由和协议转换的功能。

GGSN根据所连接的网络不同分为两种情况：一种是与另一个PLMN网连接，一种是与PDN连接。两种方式所采用的接口均为Gi接口。在建网初期主要是与PDN连接，并且也可以把SGSN合设成为混合的GSN节点。

GGSN连接方式如图8-5所示。

图8-5 非透明接入

典型的GGSN性能：

Nokia系统：

● 提供80Mb/s的数据处理能力；

● 50,000条PDP分组记录。

Erisson系统：

● GGSN25：同时连接最大用户数为2.5万，流量为24Mb/s。

● GGSN100：同时连接最大用户数为10万，流量为120Mb/s。

8.4 PCU的规划

GPRS在无线子系统中，新增了PCU单元(Packet Control Unit)。该单元主要功能是在BSC与SGSN两个节点之间提供基于帧中继的Gb接口，速率为2Mb/s。

PCU在GPRS中的配置方式主要有两种，如图8-6所示。

图8-6 PCU的配置方式

(a) PCU放在BSC一侧；(b) PCU放在GSN一侧

第一种配置 把PCU放在BSC一侧，物理上和BSC共址，PCU与BSC之间的传输很容易实现。对BSC容量较大的系统来说较合适；而对于BSC容量较小的系统，由于BSC数量相对较多，这种配置将因网元过多而导致成本升高。

第二种配置 把PCU放置在GSN一侧，物理上和GSN同址。可以实现多个BSC共用同一个PCU，但是各BSC到PCU之间的传输费用增加，只适用于BSC容量较小的系统，而且PCU要求有较大的容量和处理能力。

典型的PCU处理能力：

Nokia系统：

一个PCU板可连接64个小区、共256个时隙信道；带宽为2Mb/s。

8.5 IP地址的规划

在GPRS骨干网中，在网络层使用IP协议，每个SGSN和GGSN都有一个内部IP地址，用于骨干网内的通信。每一个GPRS终端在与外部数据网连接时，如IP网，则需要相应的IP地址，因此，IP地址是GPRS网络的重要资源，用于网络设备和用户的标识，良好的地址规划对于网络的发展和维护是非常重要的。

GPRS网络的IP地址可分为两种情况：内部GPRS骨干网的地址和与Internet相连所需要的地址。

第一种用于SGSN、GGSN、BG、DNS、DHCP、CG、网管设备、所用的所有路由器设备以及WAP网关等设备，可以采用RFCl597文件中规定的保留地址。

保留地址分为三段：

10.0.0.0 ---10.255.255.255(1个A类地址);

172.16.0.0 --- 172.31.255.255 (16个相连的B类地址);

192.168.0.0 --- 192.168.255.255(256个相连的C类地址)。

第二类地址为公用IP地址。这些地址是为了和Internet互联所需的地址。若运营商把GPRS网络只作为承载网络与Internet相连，则公用IP由IAP提供；若运营商同时作为ISP提供服务，则需要向CNNICC申请公用的IP地址。

一般地址分配原则如下：

a. 所分配的地址尽量一次满足需要，使地址尽量连续以减少路由表的规模。

b. 地址需要统一管理，按需分配并确保有效利用。分配地址数量按应用系统IP地址的利用率初期达到25％、一年内达到50％以上的原则分配。

c. 网络设备(路由器和GGSN)必须支持无类别域间路由技术(CIDR,Class Inter Domain Routing)和可变子网掩码(VLSM, Variable Length Subnet Mask)技术，对网络主机数少于127的一般采用子网地址进行分配，并根据应用系统实际的主机数量确定子网掩码。

8.6 GPRS网络建设时需考虑的问题

由于GPRS系统采用的是分组交换，传输的内容主要是数据，而现有GSM网络采用电路交换技术，

传输是以话音为主，因此GPRS网络建设时应考虑以下一些问题。

1. 跳频问题

GSM系统中使用跳频技术来减少频率干扰和衰落，从而在保证一定的通信质量的前提下，可以使用更紧凑的频率复用，增加系统容量。跳频方式一般有基带跳频和射频跳频，跳频对系统带来一定的增益(跳频增益)。一般情况跳频增益在3dB左右。换而言之，由于存在跳频增益，系统的载干比(C/I)要求相对要降低。如原有系统要求载干比为12dB，采用跳频后，C/I要求可降为9dB。采用跳频的系统可以按C/I＞9dB来设计(对于TCH来说)。

但对于GPRS系统，由于和话音相比，其交织深度小，冗余比特较少，特别是CS3和CS4两种编码方式，跳频增益不如电路型业务，甚至会出现负的增益，因此在GPRS系统建网初期可根据电路型业务和分组业务的重叠状况来决定是否采用跳领技术。在信道配置上，可把GPRS信道优先设置在BCCH的TRX上，业务量增大后可放置在不参与跳频的TRX上，因为BCCH一般不参与跳频，分配给BCCH的频率一般能保证一定的数量，能获得较好的C/I。对于采用多层频率复用MRP技术的网络，业务量大时可考虑把GPRS赐信道设置在频率复用较为宽松的频点上。

2. 数据对话音的影响

在GSM网络中，若系统仅传插话音，系统会采取一些新技术，如不连续发射等，尽量让系统的总体信号电乎降低，从而使系统干扰下降。

但是，对于GPRS系统来说，原来的"空闲"信道不再空闲，而且因为在这些信道中传输的是数据，不像话音有

激活与静音之分。信道会时时刻刻被占用，这样的结果就会导致干扰比纯话音业务时大，从而相应影响了原来纯话音业务的网络质量和容量。

3. 用户速率和QoS控制

GPRS系统共有四种编码方式，不同的编码方式有不同的速率，同时对系统也有不同的载干比要求。因此，由于各种编码方式对无线环境要求不同，对于每个用户数据速率将会在动态的调整之中，用户的感觉会表现在速率与时延上。速率下降，时延就会增长，就是说分组业务系统中常用QoS来表现系统的质量。

4. 移动IP话音

GPRS是在GSM的基础上，引入了无线分组接入，实现多个用户共享同一无线信道，提高了无线资源利用率，并可随时接入和发送分组数据，实现"永远在线"；在网络侧，建立相对分开的分组交换网络，通过隧道技术(GTP)对数据分组进行封装，直接与Intertnet相连，可提供高达171.2kb/s的数据服务。GPRS在一定程度上实现了移动1P业务，但此时的话音业务和数据业务是分开交换的。

由于GPRS系统能提供中、高速分组数据传输能力，利用GPRS网络实现移动话音IP化(即移动IP电话)是可行的。GPRS系统采用动态信道分配方式，只有传送分组数据时(说话时)才占用信道，不传送分组数据时(不说话

时)则释放信道给其他用户。这样，移动话音IP化后，无线信道利用率比电路交换型电话的信道利用率大大提高，整个移动电话网的容量也将大大提高，能有效地解决无线资源日趋紧张的状况。

当然，实现移动话音IP化后，如何保证移动IP电话的话音质量是首先需要解决的问题。高话音质量所依赖的三点要素是：带宽、延时和抖动。

在GPRS网络的空中接口上，分配给用户的带宽是可变的，当GPRS与GSM共存一网时，如何有效协调GSM与GPRS的带宽是一个重要的问题。GPRS的带宽有保证时，话音分组在空中接口的延时和延时抖动都可以减少。另外，在GPRS上实现移动话音IP化，对GSM网络会造成什么样的影响，还需要进一步试验。

如图9-1所示了Nokia(诺基亚) GPRS系统核心部分的解决方案。

图9-1 Nokia GPRS核心部分解决方案

1. 主要部件

a. Nokia GGSN

基于Inter技术(Pentium II 450MHz);

Inter NX440LX主板---最好的性能/价格比；

易于维护---网络接口板和电源单元热更换；

软件基于FreeBSD;

支持OSPF、RIPv2.0和BGP4.0路由协议；

软件上使用外部冗余协议。

b. Nokia DX200 SGSN

采用Pentium II处理器和兼容PCI总线技术；

可靠的平台：分布式处理、模块化结构、容错度(2N,N+1);

操作方便：好的在线操作性、O&M功能的OSI协议模式、用户界面友好的MML接口(ITU-T);

灵活的配置，模块化扩展：分组交换容量、用户容量、接口容量;

c. PCU

PC安装于BSC中，每个BSC可满装9个PCU(8+1冗余)；

一个PCU支持64个小区；

一个PCU支持256个无线信道。

2. Nokia GPRS版本1的功能

a. 提供GPRS点到点IP服务(IPv4)；

--- 每个用户能同时激活2个PDP上下文；

--- 支持动态和静态IP地址。

b. 短消息通过SGSN与GMSC之间的Gd接口在GPRS上传送；

c. 支持漫游；

d. 提供SGSN与MSC/VLR之间的Gs接口；

e. 小区重选由MS执行；

f. 计费基于：

--- 数据传输量(上行和下行)；

--- MS的位置(小区、路由区域、位置区域)；

--- 外部网络的接入点。

g. QoS功能---提供最好的效果；

h. 支持企业接入方案；

--- 多接入点；

--- RADIUS/DHCP服务器接入。

i. 支持CS-1和CS-2两种编码方案，支持最多8个平等时隙。

3. 资源共享

a. BCCH与GPRS

--- 现有的BCCH修改为含有用于GPRS的新参数；

* 引入GPRS后不会减少小区话务量；

* 信令容量由GPRS和电路交换共享。

b. GPRS MS之间

--- 多个MS可以共享一个时隙；

--- MS排队最大值：上行7个，下行9个；

--- USF(上行状态标志)用于标识那个MS转向发送状态；

--- 时隙选择以获得最大吞吐量为原则；

--- 每个MS获得信道容量的1/n, n为队列中MS的数量。

4. 网络配置

Nokia GPRS系统网络配置灵活，可以随着用户和话务的增长方便地扩大网络配置。如图9-2所示了Nokia建议的一个网络扩容例子。

图9-2 Nokia GPRS网络演变示例