5. Физические и логические каналы в GPRS

Для передачи абонентских пакетов и пакетов различной сигнальной информации через радиоинтерфейс организуют логические каналы, отличные от каналов классической GSM. Эти логические каналы размещают в физических каналах, выделенных для GPRS из общего частотно-временного ресурса.

Напомним, что физический канал представляет собой временное окно TS на соответствующем частотном канале. В GSM на одном частотном канале размещают 8 физических каналов. Если в некоторой соте используют N частотных каналов, то общее число физических каналов в этой соте составляет 8ЧNЧК. Эти физические каналы распределяют между GPRS и услугами на основе коммутации каналов, причем, как уже отмечалось, это распределение может быть как статическим, так и динамическим (рис. 3.2).

Физические каналы, выделенные для GPRS (постоянно или временно), называют каналами передачи пакетированных данных (Packet Data Channel - PDCH).

Структура логических GPRS каналов в определенной степени сходна со структурой логических каналов классической GSM, хотя и имеются существенные различия.

В GPRS используют следующие логические каналы:

Канал трафика пакетированных данных (Packet Data Traffic Channel - PDTCH). Его выделяют MS для передачи абонентских данных. В мультислотовом режиме одна MS может параллельно использовать до восьми PDTCH на одном частотном канале. Все PDTCH однонаправленные: для исходящей передачи данных (вверх) используют PDTCH/U (uplink), для входящей (вниз) - PDTCH/D (downlink). В отличие от классической GSM при GPRS канал трафика PDTCH используют и для передачи сигнальной информации, относящейся к управлению мобильностью и сеансом связи (GMM/SM). В классической GSM для передачи соответствующей информацией используют логический канал SDCCH.

Вещательный канал управления GPRS (Packet Broadcast Control Channel - PBCCH). Однонаправленный канал вниз. Действует по принципу точка - многоточие. Передает системную информацию, сходную с информацией, передаваемой вклассической GSM. PBCCH может быть не выделен. В этом случае GPRS MS получает необходимую системную информацию, принимая BCCH.

Общие каналы управления GPRS (Packet Common Control Channel -PCCCH). Под этим наименованием объединена группа однонаправленных логических каналов, передающих сигнальную информацию. Каналы РСССН могут отсутствовать в соте. В этом случае GPRS MS получает необходимую сигнальную информацию по обычным общим каналам управления (разд. 1).

Следующие логические каналы относят к РСССН:

Канал случайного доступа GPRS (Packet Random Access Channel - PRACH). Используя этот канал, MS производит первое обращение к сети при необходимости передачи абонентских данных или сигнальной информации. Канал в направлении вверх.

Канал пейджинга GPRS (Packet Paging Channel - PPCH). PPCHиспользуют для вызова MS перед передачей пакетов на линии вниз, когда MS находится в состоянии ожидания (STANDBY). С целью экономии энергопотребления мобильных станций, каждый абонент отнесен к одной из пейджинговых групп. MS включает свой приемник только для приема пейджинговой информации своей группы. Такой режим работы принято называть режимом прерывистого приема (Discontinuous Reception - DRX mode). PPCH может быть использован для передачи пейджинга как при GPRS, так и при услугах, основанных на коммутации каналов (в случае MS классов А или В).

Канал разрешения доступа GPRS (Packet Access Grant Channel - PAGCH). Канал в направлении вниз. Используя этот канал, сеть, в ответ на обращение MS по каналу PRACH, выделяет MS ресурсы для передачи пакетов.

Канал нотификации GPRS (Packet Notification Channel - PNCH). Канал в направлении вниз. Предназначен для предупреждения (нотификации) группы MS перед началом передачи пакетов в режиме точка -многоточие. Для наблюдения PNCH может быть использован режим прерывистого приема DRX. Более того, соответствующие мобильные станции могут быть проинформированы о необходимости слушать PNCH по индивидуальным пейджинговым каналам.

Группа выделенных каналов управления (Packet Dedicated Control Channels) объединяет группу из следующих логических каналов.

Ассоциированный канал управления GPRS (Packet Associated Control Channel - PACCH). PACCH передает сигнальную информацию, предназначенную конкретной MS. Эта информация включает, например, сообщение об изменении мощности и соответствующие подтверждения. РАССН используют также для передачи сообщений о назначении и переназначении ресурса, включая назначение ресурсов для каналов трафика PDTCH. РАССН разделяет ресурсы с каналами PDTCH, которые выделены в настоящее время данной MS. В отличие от классической GSM при GPRS одной MS могут быть выделены несколько каналов трафика, но их поддержку осуществляет один общий канал РАССН. Особенность канала РАССН в том. что он двунаправ­ленный, хотя каналы трафика, с которыми ассоциирован РАССН, однона­правленные. Канал РАССН не является жестко фиксированным. Его сообще­ния идут по мере необходимости.

Канал управления временем упреждения GPRS на линии вверх (Packet Timing advance Control Channel, Uplink - PTCCH/U). PTCCH/U используют во время передачи пакетов, для того чтобы сеть могла оценитъ необходимое время упреждения для данной MS независимо от передачи трафика. PTCCH/U реализуют посредством передачи короткой пачки случайного доступа (Random Access Burst).

Канал управления временем упреждения GPRS на линии вниз (Packet Timing advance Control Channel, Downlink - PTCCH/D). Используя РТССН/D, сеть передает команды на изменение времени упреждения сразу нескольким MS. Таким образом, один канал PTCCH/U связан с несколькими каналами PTCCH/D.

Для передачи всех логических каналов GPRS, кроме PRACH и PTCCH/U, используют нормальные пачки (normal burst), состоящие из 148 бит. Для передачи каналов PRACH и PTCCH/U используют короткие пачки (access burst) из 88 бит. Структура обоих типов пачек совпадает со структурой соответствующих пачек классической GSM (рис. 1.2).

Для передачи логических каналов в GSM/GPRS сетях организуют 52-кадровый мультикадр (в отличие от 26-ти и 51-го кадровых мультикадров классической GSM). Структура мультикадра для GPRS приведена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. 52-кадровый мультикадр, используемый в GPRS

Мультикадр состоит из 12 блоков (В0 - В11) по 4 кадра каждый и 4 кадров вне блоков. Каждый блок используют для передачи сообщения одного из логических каналов трафика или управления (за исключением сообщений каналов РТССН).

13-й и 39-й кадры мультикадра предназначены для передачи сообщений каналов PTCCH/U и PTCCH/D. В направлении вверх конкретная MS разделяет канал PTCCH/U с 15 другими MS, поэтому фактически MS передает короткий пакет доступа (access burst) один раз за 8 мультикадров (т.е. один раз каждые 1,92 с). Соответствующие номера мультикадра и кадра вего составе (13-й или 39-й) MS определяет на основании параметра (Timing Advance Index -TAI), передаваемого сетью в сообщении о выделении ресурса. Одно сообщение канала PTCCH/D занимает 4 кадра, поэтому его передают в течение 2 мультикадров (0,48 с). Это сообщение содержит информацию для нескольких MS.

26-й и 52-й кадры мультикадра свободны (Idle Frames), поэтому их, а также 13-й и 39-й кадры, занятые РТССН, MS использует для:

В целом размещение логических каналов при GPRS характеризуется значительно большей гибкостью и изменчивостью по сравнению с классической GSM. От мультикадра к мультикадру возможно варьирование логических каналов, передаваемых в блоках В0-В11. Каждый блок отводят для передачи одного логического канала. Информация о том, какой конкретно канал передают в блоке, приводят в заголовке блока. Кроме того, конфигурацию частично фиксируют посредством параметров, передаваемых PBCCH.

В одном физическом канале PDCH возможна передача следующих сочетаний логических каналов:

- PBCCH+PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH;
- PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH;
- PDTCH+PACCH+PTCCH,

где РСССН - совокупность РРСН, PAGCH, PNCH на линии вниз или PRACH на линии вверх.

Видно, что передача каналов PDTCH, РАССН и РТССН возможна в каждом физическом канале, выделенном для GPRS. Кроме этих каналов возможна дополнительно передача совокупности каналов РСССН и, наконец, каналов РСССН и вещательного канала РВССН (только в направлении вниз).

Информацию о том, какой физический канал PDCH выделен MS для передачи каналов (или одного канала) трафика PDTCH и ассоциированного с ними канала РАССН сеть сообщает MS в сообщении о выделении ресурса по каналу PAGCH. Для передачи PDTCH и РАССН в обоих направлениях можно использовать любые блоки (В0-B11), не занятые каналами РВССН и РСССН и не используемые другими MS. При передаче вниз каждый блок содержит в заголовке временный идентификатор потока (TFI -Temporary Flow Identifier), присваиваемый определенной MS. По этому идентификатору MS отбирает передаваемые ей блоки.

На линии вверх необходимо предотвратить наложение пакетов различных MS. В GPRS используют 2 метода выделения канального ресурса. При фиксированном выделении ресурса MS получает список TS и блоков, выделенных ей персонально. При динамическом выделении каналов в направлении вверх MS в сообщении по каналу PAGCH (AGCH) получает список PDCH, включая номера TS, и параметр USF (User State Flag) для каждого физического канала. Длина USF составляет 3 бита, поэтому один TS могут использовать до 8 MS. В каждом предшествующем блоке на линии вниз передают USF той MS, которая может передавать свое сообщение в следующем блоке. Например, чтобы MS могла использовать на линии вверх блок В(х) (при 1≤ х ≤11), в заголовке блока В(х-1) на линии вниз должен быть указан присвоенный ей USF. Выделение блока В(0) осуществляют в заголовке блока В11 предыдущего мультикадра.

Как уже отмечалось, канал РАССН является двунаправленным, хотя каналы трафика, с которыми он ассоциирован, однонаправленные. В частности, при организации канала трафика на линии вверх PDTCH/U (или нескольких каналов PDTCH/U на одном физическом канале) создают двунаправленный канал PACCN. MS должна контролировать соответствующий TS на линии вниз для приема сообщений сети по каналу РАССН (например команд на изменение мощности MS). В направлении вверх MS отправляет собственные сообщения с результатами измерений.

При организации каналов PDTCH/U возможность передачи РАССН сообщения от MS к сети определяется USF, передаваемым в предыдущем блоке. В направлении вниз сообщения РАССН передают обычным образом в блоках, выделенных для PDTCH/D.

Передачу вещательного канала РВССН проводят лишь в одном физическом канале PDCH соты. Информация о PDCH, используемом для передачи РВССН, передают на основном вещательном канале ВССН. В отличие от канала BCСH для передачи РВССН не обязательно использовать несущую СО (несущую маяка).

Сообщение канала РВССН обязательно занимает блок В0. Кроме блока В0 для передачи канала РВССН могут быть дополнительно выделены до 3 блоков на этом же физическом канале (блоки ВЗ, В6, В9). Число блоков, отведенных для передачи РВССН, указывает параметр BS_PBCCH_BLKS (1 - 4), передаваемый в блоке В0.

Подключенная к GPRS MS может не принимать канал ВССН, если существует канал РВССН, поскольку всю системную информацию, необходимую для GPRS, передают на РВССН. Для того чтобы облегчить работу MS, сеть по мере необходимости передает системные сообщения соответствующих типов (Packet System Information - PSI) в определенных мультикадрах и определенных блоках внутри мультикадра.
Как уже отмечалось, канал РВССН не обязательно существует в соте. При его отсутствии GPRS MS получает необходимую системную информацию, слушая канал ВССН.

Подобная ситуация существует и с каналами РСССН. Ресурсы для РСССН могут быть не выделены постоянно. В этом случае инициализация передачи пакетов происходит с использованием СССН (более конкретно RACH и РСН).

В отличие от РВССН передачу каналов РСССН можно организовать в нескольких физических каналах PDCH, но конкретная MS может использовать канал РСССН только на одном физическом канале. Информация о существовании и местоположении каналов РСССН передают в составе системной информации на РВССН посредством параметра BS_PCC_CHANS.

Важно, однако, что РСССН на линии вниз можно передавать не ранее, чем по прошествии 4 TS после передачи РВССН, для того, чтобы предоставить MS время для переключения с РВССН на РСССН.

Передаваемый на РВССН параметр BS__PAG_BLKS__RES определяет номера блоков, в которых возможна передача на линии вниз каналов PAGCH, а также PNCH, PDTCH и РАССН. Канал пейджинга РРСН в этих блоках не может быть размещен. В оставшихся блоках на линии вниз можно размещать канал пейджинга, а также каналы PAGCH, PNCH, PDTCH и РАССН. Канал РРСН никогда не передают в боке В0. Рис. 5.2 поясняет, какие блоки могут быть заняты каналом пейджинга при известных значениях параметров BS_PBCCH_BLKS и BS_PAG_BLKS_RES. Фактическое использование блока определяется типом сообщения.

Рис. 5.2. Блоки 52-кадровоза мультикадра, доступные для канала РРСН

На линии вверх все 12 блоков физического канала, используемого для передачи РСССН, могут использоваться каналом случайного доступа PRACH, а также PDTCH и РАССН. Для определения того, может ли MS использовать блок для передачи PRACH, существуют два способа. Во-первых, аналогично каналам PDTCH и РАССН, MS может использовать флаг USF. Если этот флаг имеет значение FREE, то блок не занят другими MS и может быть использован для передачи PRACH.

Другая возможность состоит в использовании предварительно определенных блоков мультикадра на данном физическом канале исключительно для PRACH. Если такие блоки выделены, то информацию о них передают на РВССН, посредством параметра BS_PRACH_BLKS (0 - 11), указывающего номера блоков, используемых для PRACH. Для этих временных периодов MS может не контролировать USF, передаваемые на линии вниз, полагая их FREE. Сообщение канала PRACH короткое и занимает только один из 4 кадров блока, однако MS может для повышения вероятности успешной доставки сообщения повторить его передачу во всех 4 кадрах блока.

Как уже отмечалось, MS может использовать режим прерывистого приема DRX. При этом она слушает канал РРСН только в тех мультикадрах и в тех блоках внутри мультикадра, которые соответствуют ее пейджинговой группе. Для обращения к сети по каналу PRACH MS также должна использовать мультикадры и блоки, выделенные ее пейджинговой группе. Порядок вычисления пейджинговой группы определен в деталях в спецификации GSM 05.02. Номер пейджинговой группы зависит от IMSI, от числа РСССН в соте (BS_PCC_CHANS), числа блоков внутри мультикадра, доступных для пейджинга (BS_PBCCH_BLKS и BS_PAG_BLKS_RES), от того используется ли канал РСССН или СССН, и, наконец, от параметра SPLIT_PG_CYCLE, определяющего какому числу мультикадров соответствует период повторения пейджинговой группы (максимальное значение - 64 мультикадра). Сеть сообщает MS значение SPLIT__PG_CYCLE в процессе выполнения процедуры GPRS attach.