EGPRS原理概述和摩托罗拉的实现.ppt

1、EGPRS 系统概述,EGPRS网络在中国的发展进程,第一代：模拟系统 （中国移动通信公司运营）退服 第二代：数字系统 方向1. GSM移动通信系统(2G) （中国移动通信公司运营） 方向2. CDMA移动通信系统 （中国联合通信公司运营） 方向1. GPRS移动通信系统(2.5G) （中国移动通信公司运营） 方向2. CDMA 1X移动通信系统 （中国联合通信公司运营） 方向1. EGPRS移动通信系统(2.75G) （中国移动通信公司运营） 第三代： 方向1. WCDMA 系统 方向2. CDMA2000 EVDO EVDV系统 （中国联合通信公司运营） 方向3. TD-SCDMA 系统

2、（中国移动通信公司运营） 方向4. WiMAX系统 下一代：,应该已经掌握的基本概念,(1) GSM 系统基本知识 了解GSM系统的网络结构； 电路交换的概念； 熟悉MOTOROLA GSM 无线接入部分RAN(BSS)的设备及基本配置方法； (2) GPRS 系统基本知识 了解GPRS系统的网络结构； 分组交换的概念； 熟悉MOTOROLA GPRS 核心网部分(CN-PS) 工作原理； (3)了解基于GSM/GPRS网络所能承载的业务种类； (4)了解GSM/GPRS网络中各个网元功能； (5) 在这次介绍中不对全部网元功能进行介绍，主要对摩托无线侧接入网元做较详细地说明； (6) 对信令

3、流程不做讲解，有兴趣可参见R99规范及ETSI相关手册；,EGPRS系统与EDGE系统的关系,EDGE (Enhanced Data Rates For GSM Evolution) 增强数据速率GSM业务，1997年爱立信公司提出。 EDGE 包括EGPRS和ECSD，其中EGPRS系统是基于分组交换概念提出的，而ECSD是基于电路交换概念来提出的。 通常我们说的EDGE在该讲义特指EGPRS EGPRS (Enhanced GPRS)是对GPRS的增强。,EGPRS网络的发展,为什么要使用EDGE系统？ (1) 随着互联网络的飞速发展，基于TCP/IP协议的分组交换应用越来越多，而基于GS

4、M移动通讯电路交换架构不能满足互联网上的新型业务的QoS需要，因此就需要能满足服务质量的架构体系，自然GPRS/EDGE产生便有了这样的先决条件； (2) 现今在中国，传统GSM网络无论从网络侧还是从终端侧都已经非常成熟，现在中国移动通讯运营商的GSM/GPRS网络还远远未到寿终正寝的和被淘汰的地步，因此即要达到互联网及PDN所提供的服务上的要求，又不用进行太多投资的情况下与互联网衔接的话，GPRS/EDGE系统当然成为一个首选；因为GPRS/EGPRS可从GSM网络及平滑地过渡。 (3) GPRS与EGPRS同出一门，但是由于EGPRS在无线部分采用了新的调制技术，使得EGPRS理论上吞吐速

5、率将是GPRS的3倍，当然由于实际实现上的问题，实际速率小于3倍。,典型EGPRS系统应用,On-line E-mail Web Enhanced short messages Wireless imaging with instant pictures Video services Document and information sharing Surveillance Voice over Internet Broadcasting,什么是EGPRS系统,1、GSM系统数据传输说明 GSM系统数据业务支持是基于电路交换方式，因此数据传输速率低，信息流量小，信道资源浪费严重，不能保证互联网

6、上所提供业务的服务质量要求， FR （16K）12.2KBits/S/TS；TS/USER 8TS/USER 2、GPRS 系统数据传输说明 GPRS系统通用分组无限接入系统，实际上是为了满足GSM网络上采用分组交换方式来传送数据业务的需求而产生的一项技术，数据传输速度明显优于GSM电路交换方式，但是相对现代的移动通讯发展速度来说，已经是一个比较落后的技术，当然对于对于中国移动通讯运营商来说，现在还是在运行着。 CS4 (32K) 21.4KBits/S/TS 2-4/USER 8TS/USER 3、EGPRS 系统数据传输说明 EDGE系统实际上增强型的GPRS系统，相对于网络结构来说，该系

7、统与GPRS系统完全一样，没有任何的变化，仅在空中接口（Um）部分略有差异，在无线接入子系统对网络资源的占用略有差异，这个我们将在后面说明。 MCS9 (64K) 59.2KBits/S/TS 2-4/USER 8TS/USER,什么是EGPRS系统,数据速率,电路域数据业务,分组域数据业务,GSM Data (9.6kbps),GSM Data (14.4kbps),HSCSD (56kbps),GPRS (172kbps),EGPRS (472kbps),UMTS (2M/14Mbps),EDGE 分组数据业务,GSM/GPRS/EGPRS/UMTS网络结构,EGPRS网络结构,空中接口（

8、Um）是关键点,EGPRS网络协议栈,GSM/RF,MS,BTS/BSS/PCU,BSSGP,FRAM RELAY,RLC,SGSN,GTP,FRAM RELAY,SNDCP,GGSN,FRAM RELAY,IP,PDN/Internet,MAC,RLC,LLC,SNDCP,IP / X.25,App,MAC,GSM/RF,Network Service,L1 bis,BSSGP,Network Service,L1 bis,LLC,UDP/TCP,IP,L1,L1,L1,L1,IP,UDP/TCP,GTP,L2,L2,L2,L2,App,IP,IP,IP,IP,IP,IP,IP,IP,Um,

9、Gb,Gn,Gi,GSM/RF,MS,BTS/BSS/PCU,BSSGP,SGSN,GTP,FRAM RELAY,SNDCP,GGSN,FRAM RELAY,IP,MAC,RLC,LLC,SNDCP,IP / X.25,App,MAC,GSM/RF,Network Service,L1 bis,BSSGP,Network Service,L1 bis,LLC,UDP/TCP,IP,L1,L1,L1,L1,IP,UDP/TCP,GTP,L2,L2,L2,L2,App,IP,IP,IP,IP,IP,IP,IP,IP,Um,Gb,Gn,Gi,BSSGP,RLC,GPRS/EGPRS 网络协议概述传输

10、平面,GPRS/EGPRS 异同,信令流程方面相同，主要包括下面: Information broadcast by the network Attach/Detach procedure Circuit Switch connection handling Mobility Management GPRS Session Management (PDP context activation) 在TBF (Temporary Block Flow)处理， GPRS与EGPRS略有差异. If the MS and the NW are both EDGE capable, EGPRS TBF

11、will be used allowing highest data rate. Establishment procedure is almost the same.,GPRS/EGPRS TBF建立过程的信令流程-1,GPRS与E-GPRS在TBF建立过程中有较大区别，GPRS采用一步接入的方法，在上行的Channel Request消息中，明确携带一步接入信息“Establishment cause：(31)One phase packet access with request for single timeslot uplink transmission;one PDCH is ne

12、eded”，信令流程较短。而E-GPRS采用两步接入，在收到下行的Immediate Assignment消息后，MS发出资源申请消息：“Packet Resource Request”，相比GPRS，E-GPRS的信令流程较长。在现网进行GPRS与E-GPRS对比测试时，使用CDS 4.0测试仪表，在仪表的Layer 3和GPRS RLC/MAC消息框中，对GPRS与E-GPRS的TBF建立过程进行对比，参考以下测试记录。,GPRS/EGPRS TBF建立过程的信令流程-2,GPRS EGPRS,一步接入过程,PBCCH,BCCH,两步接入过程,PBCCH,BCCH,上下行数据传送,GPRS

13、/EGPRS无线接入部分区别,Internet,GGSN,SGSN,PCU,BTS,GPRS,MS,GPRS,GPRS Protocol,MS,SGSN,Internet,EGPRS在GPRS系统上采用了新的编码方式和调制技术; 并且不能脱离GPRS而工作; GPRS与EDGE的最大区别在于无线侧的变化;,EGPRS空中接口调制技术,GMSK GPRS/EGPRS 均采用,8PSK 仅EGPRS 采用,避免硬件实现上的问题 1、过零检测 2、功率控制,GMSK/8PSK突发脉冲携带信息位数,TDMA帧中的一个时隙所具有的信息格式被称为突发脉冲序列(Burst)；根据突发脉冲序列的信息格式不同分

14、为5中突发脉冲序列： GMSK调制 1、普通突发脉冲序列 Normal Burst 携带TCH、FACCH、SACCH、SDCCH、BCCH、PCH、AGCH、PDTCH(CS1-4,MSC1-4) 3TB+57SIB+1STB+26IB+1STB+57SIB+3TB+8.25GP=156.25Bits 2、接入突发脉冲序列 Access Burst携带RACH 6TB+41SYB+36SIB+3TB+68.25GP=156.25Bits 3、频率校正突发脉冲序列 Frequency Correction Burst 携带FCCH 3TB+142IB+3TB+8.25GP=156.25Bits

15、 4、同步突发麦种序列 Synchronization Burst 携带SCH 3TB+39SIB+64IB+39SIB+3TB+8.25GP=156.25Bits 5、空闲突发脉冲序列 Dummy Burst 3TB+142IB+3TB+8.25GP=156.25Bits 8PSK 1、普通突发脉冲序列 Normal Burst 携带PDTCH(MCS5-6) 9TB+156Data+12H+5U+1SB+78TS+1SB+4U+13H+156Data+9TB+8.25GP=444+8.25Bits2、普通突发脉冲序列 Normal Burst 携带PDTCH(MCS7-9) 9TB+156

16、Data+12H+5U+1SB+78TS+1SB+4U+16H+153Data+9TB+82.5GP=444Bits 每种突发脉冲序列都包含下列内容： 1、尾比特 TB 2、信息比特 IB或SIB(加密信息比特)或STB(偷帧标志信息比特)或SYB(同步信息比特) 3、训练序列 TS 4、保护间隔 GP 说明：无论是哪一类突发脉冲序列，如果采用GMSK调制均包含156.25比特 占用时长15/26ms=0.577ms,EGPRS空中接口使用的频率范围,注： 上行：移动台发，基站收。 下行：移动台收，基站发。 相邻频点间隔: 200KHZ,GPRS编码 VS EGPRS编码,为什么在GPRS和E

17、GPRS系统中采用各自独立的编码方案： 原因 1、由于空中接口调制技术的改变； GMSK 调制时每个突发发送148Bits，每突发时长15/26ms 8PSK调制时每个突发 发送444Bits,每突发时长15/26ms 原因 2、空中接口对编码使用的判决条件的改变； GPRS : 链路适配技术，采用的是BLER和CIR算法； 空闲突发干扰测量，240ms 两次测量。 EGPRS: 快速链路是配技术，采用BEP（比特错误概率）估计算法 终端中的均衡对每一个突发进行一次测量。也说明MCS1-MCS4 比 CS1-CS4略慢的原因。,EGPRS编码吞吐速率对比,GPRS/EGPRS编码速率对比,无线

18、块 GPRS vs EGPRS,In MCS7-9, an EGPRS radio block includes two RLC data blocks not linked with each other,RLC/MAC层数据块信源只是说明,Uplink State Flag (USF) EGPRS Supplementary/Polling Field (ES/P) Relative Reserved Block Period Field (RRBP) Temporary Flow Identity Field (TFI) Power Reduction Field (PR) Block

19、Sequence Number Fields (BSN 1 and BSN 2) Coding and Puncturing Scheme Field (CPS) Split Block Indicator Field (SPB-field),Final Block Indicator Bit (FBI-bit) Stall Indicator Bit (SI-bit) Countdown Value Field (CV) Resent Block Bit (RSB-bit) Packet Flow Identifier Indicator Bit (PI-bit) TLLI Indicato

20、r Bit (TI-bit) Extension Bit (E-bit) Length Identifier Field (LI-field) Packet Flow Identifier Field (PFI-field) Spare Bits,Field Header 详细说明,逻辑业务信道的编码祥解 1,GSM全速率(FR)语音编码：,逻辑业务信道的编码祥解 2,GSM增强型全速率(EFR)语音编码：,逻辑业务信道的编码祥解 3,GSM半速率(HR)语音编码：,逻辑业务信道的编码祥解 4,GSM自适应全速率(AMR-FR)语音编码：,逻辑业务信道的编码祥解 5,GSM自适应半速率(AMR

21、-HR)语音编码：,逻辑控制信道的编码祥解 6,GSM控制信道编码,逻辑业务信道的编码祥解 7,GSM电路交换数据信道编码,GPRS逻辑业务信道的编码祥解 8,GPRS CS1 信道编码(1 Burst=148bits) Rate=160bits/20ms=8kbits/S,GPRS逻辑业务信道的编码祥解 9,GPRS CS2 信道编码 (1 Burst=148bits) Rate=240bits/20ms=12kbits/S,GPRS逻辑业务信道的编码祥解 10,GPRS CS3 信道编码 (1 Burst=148bits) Rate=288bits/20ms=14.4kbits/S,GPR

22、S逻辑业务信道的编码祥解 11,GPRS CS4 信道编码 (1 Burst=148bits) Rate=400bits/20ms=20kbits/S,EGPRS逻辑业务信道的编码祥解 12,EGPRS MCS1 信道编码(1 Burst=148bits) Rate=176bits/20ms=8.8kbits/S,EGPRS逻辑业务信道的编码祥解 13,EGPRS MCS2 信道编码 (1 Burst=148bits) Rate=224bits/20ms=11.2kbits/S,EGPRS逻辑业务信道的编码祥解 14,EGPRS MCS3 信道编码(1 Burst=148bits) Rate=

23、296bits/20ms=14.8kbits/S,EGPRS逻辑业务信道的编码祥解 15,EGPRS MCS4 信道编码(1 Burst=148bits) Rate=352bits/20ms=17.6kbits/S,EGPRS逻辑业务信道的编码祥解 16,EGPRS MCS5 信道编码(8PSK 1Burst=444) Rate=448bits/20ms=22.4kbits/S,EGPRS逻辑业务信道的编码祥解 17,EGPRS MCS6 信道编码 (8PSK 1Burst=444) Rate=592bits/20ms=29.6kbits/S,EGPRS逻辑业务信道的编码祥解 18,EGPRS

24、 MCS7 信道编码 Rate=(448+448)bits/20ms=44.8kbits/S,EGPRS逻辑业务信道的编码祥解 19,EGPRS MCS8 信道编码 Rate=(544+544)bits/20ms=54.4kbits/S,EGPRS逻辑业务信道的编码祥解 20,EGPRS MCS9 信道编码 Rate=(592+592)bits/20ms=59.2kbits/S,编码家族分类方法,EDGE族,根据使用的基本有效载荷单元(Payload)数目的不同，MCS可以分为A、B和C三个家族。 它们所使用的有效载荷单元分别为37(和34)、28和22字节。 各家族中的无线块通过传送不同数目

25、的有效载荷单元获得不同编码速率。 A和B家族中无线块可以传送1、2或者4个有效载荷单元。 C家族中无线块则只传送1个或者2个有效载荷单元。,回顾GPRS/EGPRS编码速率对比,链路自适应(LA，Link Adaption),在EGPRS网络中，系统会根据当前链路的性能特点，选择最合适的MCS编码方式，在GPRS中不支持LA功能。通过使用LA，选择适合当前无线环境的 MCS编码方式，从而提高当前信道的吞吐量。LA的依据是链路的BEP(误码概率)，通过得到的BEP值查表获得本次LA将要使用的MCS。LA只能在开 始第一个块传送或者在进行块传送的时候发生，系统通过不同的方式获取上行和下行BEP。下

26、行：基于BEP测量数据，上行：基于包含在上行PCU帧中的独立 BEP测量值，上下行的LA独立进行但是使用同样的算法。,Link Adaptation (LA): In LA mode the packets are re-transmitted until received correctly (through ARQ). The code for the re-transmitted or new packets is changed according to the prevailing radio condition (adapting to the link quality). As

27、far as the physical layer is concerned new and re-transmitted packets are sent with puncturing scheme P1. Corrupted packets are discarded.,EDGE链路质量控制机制-LA-MCS选择原则,EDGE链路质量控制机制-LA,Link Adaptation (LA) 根据链路质量进行UL/DL编码方式的选择,EDGE链路质量控制机制-LA,LA没有明确的标准。一般采用质量标准。 BLER EGPRS中引入三个新的质量测试项(GMSK和8PSK分别报告)。目的是为了

28、提高BLER估算的准确性。 MEAN_BEP： 每个Block(4个突发)上的Bit Error Probability。为MS所在时隙上的无线块的平均值。发送周期由BEP_Period参数设定。32个值。 CV_BEP BEP的coefficient variation 。CV-BEP = std(BEP)/MEAN_BEP 3比特，8个值。 MEAN_BEP per TS 单个时隙上的BEP值。16个值，由网络决定是否需要进行报告。 数据库中可以设定BEP测量周期参数。BEP_Period和BEP_Period2.,EDGE链路质量控制机制-LA-Mean_BEP,EDGE链路质量控制机制

29、-LA-CV_BEP,根据BEP进行的MCS选择,BEP_Period和BEP_Period2,BEP_PERIOD2=15,则采用e1;如果BEP_PERIOD2 15, 则采用e2.,编码选择,编码选择与无线环境的关系,吞吐速率与无线环境的关系,吞吐速率与PATH_LOSS关系,递增冗余(IR，Incremental Redundancy)重传,IR 重传是为了增强链路性能，在物理层采用的一种技术。IR重传使用到3种关键技术：Puncture，Store，Soft-combine。IR重传基于 自动重传请求(ARQ)实现，ARQ决定是否传送使用不同Puncture的数据包，通过在需要的时候

30、重传采用不同Puncturing的相同数据，使数 据能够在接收端被正确还原。IR重传功能在MS中是被强制使用的。不同设备厂商的BTS侧也基本实现了IR重传功能。LA主要用于克服信号的慢衰落，而 IR重传则用于快衰落，在每次执行IR重传的时候都可以根据链路特点进行LA。,Incremental Redundancy (IR): A corrupted packet (transmitted in P1) is stored and combined by its re-transmitted version (P2). This process is repeated until a packe

31、t is successfully decoded. In theory, a single code can be used across the system, I.e. no LA In practice, IR is combined with LA.,EDGE链路质量控制机制-IR(一),IR状态示意图,EDGE链路质量控制机制-IR(二),接收到无线块,在数据库中对接收到的 数据块进行检查,将接收到的块与IR数 据库中数据进行合并,执行信道解码,存在 (重传),不存在 (1st传送),执行合并信道解码,1. 发送错误指示到MAC层 2. 更新IR数据库,发送接收块到MAC层,1.

32、发送错误指示到MAC层 2. 更新IR数据库,发送接收块到MAC层,成功,错误,成功,错误,执行盲检测,1. 使用偷比特(SB)来检测编码格式 2. 检查包头和CPS域来确认EGPRS MCS和PI模式,8PSK调制方式: 每个符号传送3比特 多种编码机制(Multiple Coding Scheme-MCS)： 网络可以根据无线环境调整编码方式 链路自适应(LA，Link Adaption) 增量冗余(Incremental redundancy-IR): 如果数据块接收错误，则通过重传增量冗余信息来提高数据解码成功率,上面几项项关键技术带来EGPRS速率的提升,摩托罗拉EGPRS 系统实现

33、,摩托罗拉EGPRS 系统在PS域和RAN无线子系统侧实现方案,1、PS 域侧由于采用GPRS系统的核心网部分，由于Motorola在PS域的核心网络已经遵从3GPP Release99 规范，因此核心网络的网元在硬件和软件无需做任何改动直接可以使用； 2、在CS域由于Motorola 没有核心设备也就不用多提，仅提及一个问题，即用户鉴权和服务类型是要在CS域内的鉴权设备进行设置，自然只要设备遵从3GPP Release 99规范即可； 3、RAN侧由于采用EGPRS使得空口、系统容量等方面均有变化，这些因素使得Motorola无线设备在硬件上和软件上有了新的要求，因此如果采用EGPRS技术，

34、基站控制器（BSC）要进行软件升级，基站(BTS)则需根据所采用的类型进行改造或替换，摩托载频也需要进行更换； 4、在终端侧，毫无疑问要采用EGPRS功能的终端，如EGPRS手机、数据卡、具有EGPRS功能的PDA、等各类EGPRS调制解调器；,摩托罗拉EGPRS 系统在无线侧在硬件和软件方面需要更改的地方,H1 - Horizon 1 基站机柜 H2 - Horizon 2 基站机柜 MCELL+ H1/H2机柜扩展,目的：就是为了使用载频CTU2，CTU2-D,以适应8PSK的调制方式。,BSC软件应包含的功能,EGPRS新功能特性选项： 40 General Packet Radio S

35、ervice 47 Coding Scheme 3&4 enabled 53 PBCCH/PCCCH 59 Enhanced General Packet Radio Service,摩托罗拉EGPRS系统在BSS侧初始参数配置,摩托罗拉EGPRS系统在BSS侧初始参数配置,GSM/GPRS/EGPRS 系统一个载频空口与陆地接口电路上的映射,上行,下行,RTF,64K*2=128K 128K/16K= 8 USER 2048K/128K=16*8=128,16K,Abits E1,64K,32K,每信道占用陆地资源逐渐变大,RSL-无线连路信令,8个TCH 4个PDTCH 2个EPDTCH,

36、摩托罗拉EGPRS开通手册/及PCU DEBUG参考手册,摩托罗拉EGPRS开通手册,PCU DEBUG参考手册,摩托罗拉EGPRS系统在BSS侧初始参数配置,equip 5 RTF Enter type of carrier: BCCH Enter the 1st and 2nd RTF id: 0 0 Enter primary Unique PATH id: 0 Enter the optional secondary Unique PATH id: Enter the GSM cell to which this carrier is assigned: 4 6 0 0 0 4182

37、2821 Enter carrier absolute radio freq. channel: 37 Enter the 8 carrier frequency hopping indicators: 255 255 255 255 255 255 255 255 Enter the 8 carrier training sequence codes: 5 5 5 5 5 5 5 5 Enter the number of extended range timeslots allowed: 0 Enter SDCCH load: 2 Enter SDCCH placement priority: 1 Enter channel allocation priority: 0 Enter the packet radio capability (NONE/16K/32K/64K)?: 13 Enter the value for Half Rate enabled: 0,摩托罗拉EGPRS系统在BSS侧初始参数配置,equip