PCU是英文PacketControlUnit的缩写中文意思为分组控制单元

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2024年7月19日发(作者：)

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

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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

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图1 GPRS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。

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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。

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图2 GPRS MS－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

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GPRS的移动台分为三类：A类、B类和C类。

GPRS A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；

GPRS B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；

GPRS C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

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编码方传输速

式 率

9.05

CS-1 Kbps

13.4

CS-2 Kbps

15.6

CS-3 Kbps

21.4

CS-4

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

Kbps 20.8 17.2

13.6 13.7

11.5 12.8

7.1 10.8

有跳频 无跳频

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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（Packet Data Channel-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（Packet Broadcast Control Channel

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－PBCCH）是用于广播系统消息的下行信道。分组公共控制信道

（Packet Common Control Channel－PCCCH）包括用于公共控制信

令的逻辑信道。分组随机接入信道（Packet Random Access Channel

－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（The Packet Paging Channel－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（Packet Access Grant Channel

－PAGCH）是用于资源分配的下行信道。分组通知信道（Packet

Notification Channel－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（Packet Data Traffic

Channel－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

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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、 MOTOROLA PCU设备介绍

PCU是英文Packet Control Unit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

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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：GPRS Signaling Links －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：GPRS Data Streams －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GPRS PDCH信道；

PCU

Signalling

Data

GSL

64Kbps TS

LAPD

BSC

Signalling

Data

RSL

16/64Kbps TS

LAPD

BTS

Signalling

16kbps

TRAU

Data

Um

BCCH

CCCH

MS

Signalling

Data

Um

PDCH

CS1 or CS2

GDS

16Kbps TS

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

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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。

PCUwillbemanagedbyMo-MIP

OMC-R

OML

X.25

BSC

GSL

PCU

64Kbps

E1

OML-OperationsandMaintinanceLink

GSL-GPRSSignalingLink

Mo-MIP-ObjectorientedmanagementprotocolbasedonCMIP

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

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(三). 数字模块组成

PCU数字模块主要由MPROC、DPROC、NIB、HSC、E1 Transition

Module5部份组成

1、MPROC(Master Processor)

主处理器(MPROC)位于系统处理器槽位(Slot 7), 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(PCU System Processor)。

每个PCU只配置一块PSP。

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2、DPROC(Digital Processor)

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--Packet Interface Control Processor)或分组资源处理

器（PRP—Packet Resource Processor），一个DPROC可以提供

两个NIB接口。

3、NIB(Network Interface Board)

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Frame Relay layer 2

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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( Hot s bridge)

热交换控制桥板HSC又被称作PCI to PCI Bridge(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。

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5、E1 Transition Module

E1转换模块转换模块是插在非系统槽的后面，以使PMC E1

线(T43)可以和PCU相连，该模块使用RJ45接头。有4个E1接

口

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(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）

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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。

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 GPRS_CHANNELS_SWITCHED

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统计GPRS信道转换为TCH或TCH转换为GPRS信道的次数。

Congestion

_reqs_reject

channel_reject_rate

channel

channel_reqs_rec

(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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