Paquete general de Radio sevicio

El Servicio general de radio por paquetes (GPRS) es un estándar de datos móviles orientado a paquetes en el sistema global de comunicaciones móviles (GSM) de la red de comunicación celular 2G y 3G.). GPRS fue establecido por el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) en respuesta a las anteriores tecnologías celulares de conmutación de paquetes CDPD e i-mode. Ahora es mantenido por el Proyecto de asociación de tercera generación (3GPP).

Generalmente, GPRS se vende de acuerdo con el volumen total de datos transferidos durante el ciclo de facturación, en contraste con los datos de conmutación de circuitos, que generalmente se facturan por minuto de tiempo de conexión o, a veces, en incrementos de un tercio de minuto. El uso por encima del límite de datos agrupados de GPRS puede cobrarse por MB de datos, velocidad limitada o no permitido.

GPRS es un servicio de mejor esfuerzo, lo que implica un rendimiento y una latencia variables que dependen de la cantidad de otros usuarios que comparten el servicio al mismo tiempo, a diferencia de la conmutación de circuitos, donde se garantiza una determinada calidad de servicio (QoS) durante la conexión. En los sistemas 2G, GPRS proporciona velocidades de datos de 56 a 114 kbit/s. La tecnología celular 2G combinada con GPRS a veces se describe como 2.5G, es decir, una tecnología entre la segunda (2G) y la tercera (3G) generaciones de telefonía móvil. Proporciona una transferencia de datos de velocidad moderada mediante el uso de canales de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) no utilizados en, por ejemplo, el sistema GSM. GPRS está integrado en GSM versión 97 y versiones más recientes.

Resumen técnico

La red central GPRS permite que las redes móviles 2G, 3G y WCDMA transmitan paquetes IP a redes externas como Internet. El sistema GPRS es una parte integrada del subsistema de conmutación de red GSM.

Servicios ofrecidos

GPRS amplía las capacidades de datos conmutados por circuito de paquetes GSM y posibilita los siguientes servicios:

• Mensajería y difusión de SMS
• "Siempre en" acceso a Internet
• Servicio de mensajería multimedia (MMS)
• Empuje a hablar sobre celular (PoC)
• Mensajería y presencia instantáneas - pueblo inservible
• Aplicaciones de Internet para dispositivos inteligentes mediante protocolo de aplicación inalámbrica (WAP)
• Servicio de punto a punto (P2P): inter-networking with the Internet (IP)
• Servicio de punto a multipunto (P2M): multicast punto a punto y llamadas de grupo punto a punto

Si se utiliza SMS sobre GPRS, se puede lograr una velocidad de transmisión de SMS de aproximadamente 30 mensajes SMS por minuto. Esto es mucho más rápido que usar el SMS ordinario sobre GSM, cuya velocidad de transmisión de SMS es de aproximadamente 6 a 10 mensajes SMS por minuto.

Protocolos compatibles

GPRS admite los siguientes protocolos:

• Protocolo de Internet (IP). En la práctica, los navegadores móviles incorporados utilizan IPv4 antes de que IPv6 sea generalizado.
• El protocolo punto a punto (PPP) generalmente no es compatible con operadores de teléfonos móviles, pero si un teléfono celular se utiliza como módem para un ordenador conectado, PPP puede ser utilizado para túneles IP al teléfono. Esto permite que una dirección IP sea asignada dinámicamente (utilizando IPCP en lugar de DHCP) al equipo móvil.
• X.25 conexiones se utilizan típicamente para aplicaciones como terminales de pago inalámbrico, aunque se ha eliminado de la norma. X.25 todavía puede ser soportado sobre PPP, o incluso sobre IP, pero esto requiere un router basado en red para realizar encapsulación o software integrado en el dispositivo final/terminal; por ejemplo, equipo de usuario (UE).

Cuando se usa TCP/IP, cada teléfono puede tener una o más direcciones IP asignadas. GPRS almacenará y reenviará los paquetes IP al teléfono incluso durante la transferencia. El TCP restaura cualquier paquete perdido (por ejemplo, debido a una pausa inducida por ruido de radio).

Hardware

Los dispositivos compatibles con GPRS se agrupan en tres clases:

Clase A

Puede conectarse al servicio GPRS y al servicio GSM (voz, SMS) simultáneamente. Esos dispositivos ya están disponibles.

Clase B

Puede conectarse al servicio GPRS y al servicio GSM (voz, SMS), pero utilizando sólo uno a la vez. Durante el servicio GSM (llamada de facturación o SMS), el servicio GPRS se suspende y se reanuda automáticamente después de que el servicio GSM (llamada de facturación o SMS) haya concluido. La mayoría de los dispositivos móviles de GPRS son Clase B.

Clase C

Están conectados al servicio GPRS o al servicio GSM (voz, SMS) y deben cambiarse manualmente entre un servicio y el otro.

Debido a que un dispositivo de Clase A debe dar servicio a las redes GPRS y GSM juntas, en realidad necesita dos radios. Para evitar este requisito de hardware, un dispositivo móvil GPRS puede implementar la función de modo de transferencia dual (DTM). Un móvil con capacidad DTM puede manejar tanto paquetes GSM como paquetes GPRS con coordinación de red para garantizar que ambos tipos no se transmitan al mismo tiempo. Dichos dispositivos se consideran pseudo-Clase A, a veces denominados "clase A simple". Algunas redes admiten DTM desde 2007.

Los módems USB 3G/GPRS tienen una interfaz similar a un terminal a través de USB con formatos de datos V.42bis y RFC 1144. Algunos modelos incluyen un conector de antena externa. Se encuentran disponibles tarjetas de módem para computadoras portátiles o módems USB externos, similares en forma y tamaño a un mouse de computadora o un pendrive.

Direccionamiento

Una conexión GPRS se establece por referencia a su nombre de punto de acceso (APN). El APN define los servicios como el protocolo de aplicación inalámbrica (WAP) acceso, servicio de mensajes cortos (SMS), servicio de mensajería multimedia (MMS), y para servicios de comunicación por Internet como correo electrónico y acceso a la World Wide Web.

Para configurar una conexión GPRS para un módem inalámbrico, el usuario debe especificar un APN, opcionalmente un nombre de usuario y una contraseña, y muy rara vez una dirección IP, proporcionada por el operador de la red.

Módems y módulos GPRS

El módulo GSM o los módulos GPRS son similares a los módems, pero hay una diferencia: el módem es un equipo externo, mientras que el módulo GSM o el módulo GPRS se pueden integrar dentro de un equipo eléctrico o electrónico. Es una pieza de hardware incrustada. Un móvil GSM, por otro lado, es un sistema integrado completo en sí mismo. Viene con procesadores integrados dedicados a proporcionar una interfaz funcional entre el usuario y la red móvil.

Esquemas de codificación y velocidades

Las velocidades de carga y descarga que se pueden lograr en GPRS dependen de una serie de factores, tales como:

• el número de ranuras de tiempo BTS TDMA asignadas por el operador
• la codificación del canal utilizada.
• la capacidad máxima del dispositivo móvil expresada como una clase multi-slot GPRS

Esquemas de acceso múltiple

Los métodos de acceso múltiple utilizados en GSM con GPRS se basan en dúplex por división de frecuencia (FDD) y TDMA. Durante una sesión, se asigna a un usuario un par de canales de frecuencia de enlace ascendente y de enlace descendente. Esto se combina con la multiplexación estadística en el dominio del tiempo que hace posible que varios usuarios compartan el mismo canal de frecuencia. Los paquetes tienen una longitud constante, correspondiente a una franja horaria GSM. El enlace descendente utiliza la programación de paquetes por orden de llegada, mientras que el enlace ascendente utiliza un esquema muy similar a la reserva ALOHA (R-ALOHA). Esto significa que se utiliza ALOHA ranurado (S-ALOHA) para consultas de reservas durante una fase de contención, y luego los datos reales se transfieren mediante TDMA dinámico con orden de llegada.

Codificación de canales

El proceso de codificación de canales en GPRS consta de dos pasos: primero, se utiliza un código cíclico para agregar bits de paridad, que también se conoce como secuencia de verificación de bloques, seguido de la codificación con un código convolucional posiblemente perforado. Los esquemas de codificación CS-1 a CS-4 especifican el número de bits de paridad generados por el código cíclico y la tasa de perforación del código convolucional. En los esquemas de codificación CS-1 a CS-3, el código convolucional tiene una tasa de 1/2, es decir, cada bit de entrada se convierte en dos bits codificados. En los esquemas de codificación CS-2 y CS-3, la salida del código convolucional se perfora para lograr la tasa de código deseada. En el esquema de codificación CS-4, no se aplica codificación convolucional. La siguiente tabla resume las opciones.

GPRS Régimen de codificación	Bitrate incluyendo sobrecabezamiento RLC/MAC (kbit/s/slot)	Bitrate excluding RLC/MAC overhead (kbit/s/slot)	Modulación	Tasa de Código
CS-1	9.20	8.00	GMSK	1/2
CS-2	13.55	12.00	GMSK	■2/3
CS-3	15.75	14.40	GMSK	■3/4
CS-4	21.55	20.00	GMSK	1

El esquema de codificación menos robusto, pero más rápido (CS-4) está disponible cerca de una estación transceptora base (BTS), mientras que el esquema de codificación más robusto (CS-1) se usa cuando la estación móvil (MS) está más lejos. lejos de un BTS.

Usando el CS-4 es posible lograr una velocidad de usuario de 20,0 kbit/s por intervalo de tiempo. Sin embargo, usando este esquema la cobertura celular es del 25% de lo normal. CS-1 puede alcanzar una velocidad de usuario de solo 8,0 kbit/s por intervalo de tiempo, pero tiene el 98 % de la cobertura normal. Los equipos de red más nuevos pueden adaptar la velocidad de transferencia automáticamente dependiendo de la ubicación del móvil.

Además de GPRS, existen otras dos tecnologías GSM que brindan servicios de datos: datos de conmutación de circuitos (CSD) y datos de conmutación de circuitos de alta velocidad (HSCSD). En contraste con la naturaleza compartida de GPRS, estos establecen un circuito dedicado (generalmente facturado por minuto). Algunas aplicaciones, como las llamadas de video, pueden preferir HSCSD, especialmente cuando hay un flujo continuo de datos entre los puntos finales.

La siguiente tabla resume algunas configuraciones posibles de GPRS y servicios de datos de conmutación de circuitos.

Tecnología	Descargar (kbit/s)	Subir (kbit/s)	TDMA timeslots allocated (DL+UL)
CSD	9.6	9.6	1+1
HSCSD	28.8	14.4	2+1
HSCSD	43.2	14.4	3+1
GPRS	85,6	21.4 (clase 8, 10 y CS-4)	4+1
GPRS	64.2	42.8 (clase 10 y CS-4)	3+2
EGPRS (EDGE)	236.8	59.2 (clase 8, 10 y MCS-9)	4+1
EGPRS (EDGE)	177.6	118.4 (clase 10 y MCS-9)	3+2

Clase multiranura

La clase multiranura determina la velocidad de transferencia de datos disponible en las direcciones Uplink y Downlink. Es un valor entre 1 y 45 que la red utiliza para asignar canales de radio en la dirección de enlace ascendente y descendente. Las clases de múltiples ranuras con valores superiores a 31 se denominan clases de múltiples ranuras altas.

Una asignación de múltiples ranuras se representa, por ejemplo, como 5+2. El primer número es el número de intervalos de tiempo de enlace descendente y el segundo es el número de intervalos de tiempo de enlace ascendente asignados para su uso por la estación móvil. Un valor comúnmente utilizado es la clase 10 para muchos móviles GPRS/EGPRS que utiliza un máximo de 4 intervalos de tiempo en la dirección del enlace descendente y 2 intervalos de tiempo en la dirección del enlace ascendente. Sin embargo, simultáneamente se puede usar un número máximo de 5 intervalos de tiempo simultáneos tanto en el enlace ascendente como en el descendente. La red se configurará automáticamente para operación 3+2 o 4+1 dependiendo de la naturaleza de la transferencia de datos.

Algunos móviles de gama alta, que normalmente también admiten UMTS, también admiten GPRS/EDGE multiintervalo clase 32. De acuerdo con 3GPP TS 45.002 (Versión 12), Tabla B.1, las estaciones móviles de esta clase admiten 5 intervalos de tiempo en enlace descendente y 3 intervalos de tiempo en enlace ascendente con un número máximo de 6 intervalos de tiempo utilizados simultáneamente. Si el tráfico de datos se concentra en la dirección del enlace descendente, la red configurará la conexión para una operación 5+1. Cuando se transfieren más datos en el enlace ascendente, la red puede cambiar en cualquier momento la constelación a 4+2 o 3+3. En las mejores condiciones de recepción, es decir, cuando se puede utilizar el mejor esquema de codificación y modulación EDGE, 5 intervalos de tiempo pueden transportar un ancho de banda de 5*59,2 kbit/s = 296 kbit/s. En la dirección del enlace ascendente, 3 intervalos de tiempo pueden transportar un ancho de banda de 3*59,2 kbit/s = 177,6 kbit/s.

Clases multiranura para GPRS/EGPRS

Clase multilote	Downlink TS	Uplink TS	TS activo
1	1	1	2
2	2	1	3
3	2	2	3
4	3	1	4
5	2	2	4
6	3	2	4
7	3	3	4
8	4	1	5
9	3	2	5
10	4	2	5
11	4	3	5
12	4	4	5
30	5	1	6
31	5	2	6
32	5	3	6
33	5	4	6
34	5	5	6

Atributos de una clase multislot

Cada clase de múltiples ranuras identifica lo siguiente:

• el número máximo de Timeslots que se pueden asignar en uplink
• el número máximo de Timeslots que se pueden asignar en el enlace descendente
• el número total de timelots que pueden ser asignados por la red al móvil
• el tiempo necesario para que el MS realice la medición de nivel de señal celular adyacente y prepárese para transmitir
• el tiempo necesario para que el MS se prepare para transmitir
• el tiempo necesario para que el MS realice la medición de nivel de señal celular adyacente y prepárese para recibir
• el tiempo necesario para que el MS se prepare para recibir.

La especificación de las diferentes clases de ranuras múltiples se detalla en el Anexo B de la Especificación técnica 45.002 de 3GPP (Multiplexación y acceso múltiple en la ruta de radio)

Usabilidad

La velocidad máxima de una conexión GPRS ofrecida en 2003 era similar a la de una conexión de módem en una red telefónica analógica, alrededor de 32 a 40 kbit/s, según el teléfono utilizado. La latencia es muy alta; El tiempo de ida y vuelta (RTT) suele ser de unos 600 a 700 ms y, a menudo, alcanza 1 s. Por lo general, GPRS tiene una prioridad más baja que el habla y, por lo tanto, la calidad de la conexión varía mucho.

Los dispositivos con mejoras de latencia/RTT (mediante, por ejemplo, la función de modo TBF de UL extendido) están generalmente disponibles. Además, las actualizaciones de funciones de la red están disponibles con ciertos operadores. Con estas mejoras, se puede reducir el tiempo de ida y vuelta activo, lo que da como resultado un aumento significativo en las velocidades de rendimiento a nivel de aplicación.

Historia de GPRS

GPRS se inauguró en 2000 como un servicio de datos con conmutación de paquetes integrado en la red de radio celular GSM con conmutación de canales. GPRS amplía el alcance de la Internet fija conectando terminales móviles en todo el mundo.

El protocolo CELLPAC desarrollado entre 1991 y 1993 fue el detonante para iniciar en 1993 la especificación de GPRS estándar por parte de ETSI SMG. Especialmente, CELLPAC Voice & Las funciones de datos introducidas en una contribución del Taller ETSI de 1993 anticipan lo que más tarde se supo que serían las raíces de GPRS. La contribución de este taller se menciona en 22 patentes estadounidenses relacionadas con GPRS. Los sistemas sucesores de GSM/GPRS, como W-CDMA (UMTS) y LTE, se basan en funciones clave de GPRS para el acceso a Internet móvil tal como las presentó CELLPAC.

Según un estudio sobre la historia del desarrollo de GPRS, Bernhard Walke y su alumno Peter Decker son los inventores de GPRS, el primer sistema que proporciona acceso móvil a Internet en todo el mundo.