Serviço de Rádio de Pacote Geral

Sony Ericsson K310a mostrando homepage da Wikipédia via GPRS internet.

General Packet Radio Service (GPRS) é um padrão de dados móveis orientado a pacotes no sistema global da rede de comunicação celular 2G e 3G para comunicações móveis (GSM). O GPRS foi estabelecido pelo Instituto Europeu de Padrões de Telecomunicações (ETSI) em resposta às tecnologias celulares de comutação de pacotes anteriores CDPD e i-mode. Agora é mantido pelo Projeto de Parceria de 3ª Geração (3GPP).

O GPRS é normalmente vendido de acordo com o volume total de dados transferidos durante o ciclo de cobrança, em contraste com os dados comutados por circuito, que geralmente são cobrados por minuto de tempo de conexão ou, às vezes, por incrementos de um terço de minuto. O uso acima do limite de dados agrupados GPRS pode ser cobrado por MB de dados, velocidade limitada ou não permitida.

O GPRS é um serviço de melhor esforço, implicando throughput e latência variáveis que dependem do número de outros usuários compartilhando o serviço simultaneamente, ao contrário da comutação de circuitos, onde uma certa qualidade de serviço (QoS) é garantida durante a conexão. Em sistemas 2G, o GPRS fornece taxas de dados de 56 a 114 kbit/s. A tecnologia celular 2G combinada com GPRS às vezes é descrita como 2.5G, ou seja, uma tecnologia entre a segunda (2G) e a terceira (3G) gerações de telefonia móvel. Ele fornece transferência de dados em velocidade moderada, usando canais de acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA) não utilizados, por exemplo, no sistema GSM. O GPRS está integrado no GSM Release 97 e versões mais recentes.

Visão geral técnica

A rede básica GPRS permite que as redes móveis 2G, 3G e WCDMA transmitam pacotes IP para redes externas, como a Internet. O sistema GPRS é parte integrante do subsistema de comutação da rede GSM.

Serviços oferecidos

O GPRS amplia as capacidades de dados comutados por circuitos de pacotes GSM e possibilita os seguintes serviços:

• SMS mensagens e transmissão
• "Sempre no" acesso à internet
• Serviço de mensagens multimídia (MMS)
• Push-to-talk sobre celular (PoC)
• Mensagens instantâneas e presença - aldeia sem fio
• Aplicações de Internet para dispositivos inteligentes através de protocolo de aplicação sem fio (WAP)
• Serviço ponto a ponto (P2P): inter-rede com a Internet (IP)
• Serviço de ponto a ponto (P2M): multicast ponto a ponto e chamadas de grupo ponto a multiponto

Se SMS sobre GPRS for usado, uma velocidade de transmissão de SMS de cerca de 30 mensagens SMS por minuto pode ser alcançada. Isso é muito mais rápido do que usar o SMS comum sobre GSM, cuja velocidade de transmissão de SMS é de cerca de 6 a 10 mensagens SMS por minuto.

Protocolos suportados

GPRS suporta os seguintes protocolos:

• Protocolo Internet (IP). Na prática, navegadores móveis embutidos usam IPv4 antes que IPv6 seja difundido.
• Protocolo Point-to-Point (PPP) normalmente não é suportado por operadores de telefonia móvel, mas se um telefone celular é usado como modem para um computador conectado, PPP pode ser usado para túnel IP para o telefone. Isso permite que um endereço IP seja atribuído dinamicamente (usando IPCP em vez de DHCP) ao equipamento móvel.
• As conexões X.25 são normalmente utilizadas para aplicações como terminais de pagamento sem fio, embora tenha sido removida do padrão. X.25 ainda pode ser suportado sobre PPP, ou mesmo sobre IP, mas isso requer um roteador baseado em rede para executar encapsulação ou software construído no terminal / terminal; por exemplo, equipamentos de usuário (UE).

Quando o TCP/IP é usado, cada telefone pode ter um ou mais endereços IP alocados. O GPRS armazenará e encaminhará os pacotes IP para o telefone mesmo durante o handover. O TCP restaura quaisquer pacotes perdidos (por exemplo, devido a uma pausa induzida por ruído de rádio).

Hardware

Os dispositivos que suportam GPRS são agrupados em três classes:

Classe A

Pode ser conectado ao serviço GPRS e serviço GSM (voz, SMS) simultaneamente. Esses dispositivos estão agora disponíveis.

Classe B

Pode ser conectado ao serviço GPRS e serviço GSM (voz, SMS), mas usando apenas um de cada vez. Durante o serviço GSM (chamada de voz ou SMS), o serviço GPRS é suspenso e retomado automaticamente após o serviço GSM (chamada de voz ou SMS) ter concluído. A maioria dos dispositivos móveis GPRS são Classe B.

Classe C

Estão conectados a qualquer serviço GPRS ou serviço GSM (voz, SMS) e devem ser trocados manualmente entre um serviço e o outro.

Como um dispositivo Classe A deve atender redes GPRS e GSM juntas, ele precisa efetivamente de dois rádios. Para evitar esse requisito de hardware, um dispositivo móvel GPRS pode implementar o recurso de modo de transferência dupla (DTM). Um celular compatível com DTM pode lidar com pacotes GSM e pacotes GPRS com coordenação de rede para garantir que ambos os tipos não sejam transmitidos ao mesmo tempo. Esses dispositivos são considerados pseudo-Classe A, às vezes chamados de "classe A simples". Algumas redes suportam DTM desde 2007.

Huawei E220 3G/GPRS Modem

Os modems USB 3G/GPRS têm uma interface semelhante a um terminal por USB com formatos de dados V.42bis e RFC 1144. Alguns modelos incluem um conector de antena externa. Placas de modem para laptops ou modems USB externos estão disponíveis, semelhantes em forma e tamanho a um mouse de computador ou pendrive.

Endereçamento

Uma conexão GPRS é estabelecida por referência ao seu nome de ponto de acesso (APN). O APN define os serviços como protocolo de aplicativo sem fio (WAP) acesso, serviço de mensagens curtas (SMS), serviço de mensagens multimídia (MMS) e para serviços de comunicação pela Internet, como e-mail e acesso à World Wide Web.

Para configurar uma conexão GPRS para um modem sem fio, o usuário deve especificar um APN, opcionalmente um nome de usuário e senha e, muito raramente, um endereço IP, fornecido pela operadora de rede.

Modems e módulos GPRS

Os módulos GSM ou GPRS são semelhantes aos modems, mas com uma diferença: o modem é um equipamento externo, enquanto o módulo GSM ou GPRS pode ser integrado a um equipamento elétrico ou eletrônico. É uma peça de hardware embutida. Um celular GSM, por outro lado, é um sistema integrado completo em si. Ele vem com processadores embarcados dedicados a fornecer uma interface funcional entre o usuário e a rede móvel.

Esquemas de codificação e velocidades

As velocidades de upload e download que podem ser alcançadas no GPRS dependem de vários fatores, como:

• o número de slots de tempo BTS TDMA atribuídos pelo operador
• a codificação de canal usado.
• a capacidade máxima do dispositivo móvel expresso como uma classe multislot GPRS

Esquemas de acesso múltiplo

Os métodos de acesso múltiplo usados em GSM com GPRS são baseados em duplex por divisão de frequência (FDD) e TDMA. Durante uma sessão, um usuário é atribuído a um par de canais de frequência de link ascendente e de link descendente. Isso é combinado com a multiplexação estatística no domínio do tempo, o que possibilita que vários usuários compartilhem o mesmo canal de frequência. Os pacotes têm comprimento constante, correspondendo a um intervalo de tempo GSM. O down-link usa o agendamento de pacotes por ordem de chegada, enquanto o up-link usa um esquema muito semelhante ao ALOHA de reserva (R-ALOHA). Isso significa que o slot ALOHA (S-ALOHA) é usado para consultas de reserva durante uma fase de contenção e, em seguida, os dados reais são transferidos usando TDMA dinâmico com ordem de chegada.

Codificação de canal

O processo de codificação de canal em GPRS consiste em duas etapas: primeiro, um código cíclico é usado para adicionar bits de paridade, também chamados de Seqüência de verificação de bloco, seguido pela codificação com um código convolucional possivelmente perfurado. Os Esquemas de Codificação CS-1 a CS-4 especificam o número de bits de paridade gerados pelo código cíclico e a taxa de perfuração do código convolucional. Nos Esquemas de Codificação CS-1 a CS-3, o código convolucional é de taxa 1/2, isto é, cada bit de entrada é convertido em dois bits codificados. Nos Esquemas de Codificação CS-2 e CS-3, a saída do código convolucional é perfurada para atingir a taxa de código desejada. No Esquema de Codificação CS-4, nenhuma codificação convolucional é aplicada. A tabela a seguir resume as opções.

O esquema de codificação menos robusto, mas mais rápido (CS-4) está disponível perto de uma estação base transceptora (BTS), enquanto o esquema de codificação mais robusto (CS-1) é usado quando a estação móvel (MS) está mais longe longe de um BTS.

Usando o CS-4 é possível atingir uma velocidade de usuário de 20,0 kbit/s por intervalo de tempo. No entanto, usando este esquema, a cobertura celular é de 25% do normal. O CS-1 pode atingir uma velocidade de usuário de apenas 8,0 kbit/s por slot de tempo, mas tem 98% de cobertura normal. Equipamentos de rede mais recentes podem adaptar a velocidade de transferência automaticamente, dependendo da localização móvel.

Além do GPRS, existem duas outras tecnologias GSM que fornecem serviços de dados: dados comutados por circuitos (CSD) e dados comutados por circuitos de alta velocidade (HSCSD). Em contraste com a natureza compartilhada do GPRS, eles estabelecem um circuito dedicado (geralmente cobrado por minuto). Alguns aplicativos, como chamadas de vídeo, podem preferir HSCSD, especialmente quando há um fluxo contínuo de dados entre os terminais.

A tabela a seguir resume algumas configurações possíveis de GPRS e serviços de dados comutados por circuito.

Tecnologia	Baixar (kbit/s)	Carregar (kbit/s)	TDMA timeslots alocados (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 (Classe 8 & 10 e CS-4)	4+1
GPRS	64.2	42.8 (Classe 10 e CS-4)	3+2
EGPRS (EDGE)	236.	59.2 (Class 8, 10 e MCS-9)	4+1
EGPRS (EDGE)	176	118.4 (Class 10 e MCS-9)	3+2

Classe Multislot

A classe multislot determina a velocidade de transferência de dados disponível nas direções Uplink e Downlink. É um valor entre 1 e 45 que a rede usa para alocar canais de rádio na direção de uplink e downlink. Classes multislot com valores maiores que 31 são referidas como classes multislot altas.

Uma alocação multislot é representada como, por exemplo, 5+2. O primeiro número é o número de timeslots de downlink e o segundo é o número de timeslots de uplink alocados para uso pela estação móvel. Um valor comumente usado é a classe 10 para muitos celulares GPRS/EGPRS que usam um máximo de 4 timeslots na direção de downlink e 2 timeslots na direção de uplink. No entanto, simultaneamente, um número máximo de 5 intervalos de tempo simultâneos pode ser usado tanto no uplink quanto no downlink. A rede será configurada automaticamente para operação 3+2 ou 4+1, dependendo da natureza da transferência de dados.

Alguns celulares de ponta, geralmente também suportando UMTS, também suportam GPRS/EDGE multislot classe 32. De acordo com 3GPP TS 45.002 (Release 12), Tabela B.1, as estações móveis desta classe suportam 5 timeslots no downlink e 3 timeslots em uplink com um número máximo de 6 timeslots usados simultaneamente. Se o tráfego de dados estiver concentrado na direção downlink, a rede configurará a conexão para operação 5+1. Quando mais dados são transferidos no uplink, a rede pode a qualquer momento alterar a constelação para 4+2 ou 3+3. Sob as melhores condições de recepção, ou seja, quando a melhor modulação EDGE e esquema de codificação podem ser usados, 5 intervalos de tempo podem transportar uma largura de banda de 5*59,2 kbit/s = 296 kbit/s. Na direção de uplink, 3 intervalos de tempo podem transportar uma largura de banda de 3*59,2 kbit/s = 177,6 kbit/s.

Classes Multislot para GPRS/EGPRS

Classe Multislot	Downlink TS	Uplink TS	TS ativo
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 uma classe multislot

Cada classe multislot identifica o seguinte:

• o número máximo de Timeslots que podem ser alocados no uplink
• o número máximo de Timeslots que podem ser alocados no downlink
• o número total de prazos que podem ser atribuídos pela rede para o móvel
• o tempo necessário para o MS executar a medição de nível de sinal de célula adjacente e prepare-se para transmitir
• o tempo necessário para o MS para se preparar para transmitir
• o tempo necessário para o MS executar a medição de nível de sinal de célula adjacente e prepare-se para receber
• o tempo necessário para o MS para se preparar para receber.

As diferentes especificações de classe multislot são detalhadas no Anexo B da Especificação Técnica 3GPP 45.002 (Multiplexação e acesso múltiplo no caminho de rádio)

Usabilidade

A velocidade máxima de uma conexão GPRS oferecida em 2003 era semelhante a uma conexão de modem em uma rede telefônica analógica com fio, cerca de 32–40 kbit/s, dependendo do telefone usado. A latência é muito alta; O tempo de ida e volta (RTT) é normalmente de cerca de 600–700 ms e geralmente atinge 1s. O GPRS normalmente é priorizado abaixo da fala e, portanto, a qualidade da conexão varia muito.

Dispositivos com melhorias de latência/RTT (através, por exemplo, do recurso de modo UL TBF estendido) geralmente estão disponíveis. Além disso, atualizações de recursos de rede estão disponíveis com determinadas operadoras. Com esses aprimoramentos, o tempo de ida e volta ativo pode ser reduzido, resultando em um aumento significativo nas velocidades de processamento no nível do aplicativo.

História do GPRS

O GPRS foi inaugurado em 2000 como um serviço de dados com comutação de pacotes embutido na rede de rádio celular com comutação de canais GSM. O GPRS amplia o alcance da Internet fixa conectando terminais móveis em todo o mundo.

O protocolo CELLPAC desenvolvido entre 1991 e 1993 foi o ponto de partida para iniciar em 1993 a especificação do padrão GPRS pelo ETSI SMG. Especialmente, o CELLPAC Voice & As funções de dados introduzidas em uma contribuição do ETSI Workshop de 1993 antecipam o que mais tarde foi conhecido como as raízes do GPRS. Esta contribuição do workshop é referenciada em 22 patentes americanas relacionadas a GPRS. Os sistemas sucessores de GSM/GPRS, como W-CDMA (UMTS) e LTE, contam com as principais funções GPRS para acesso móvel à Internet, conforme apresentado pelo CELLPAC.

De acordo com um estudo sobre a história do desenvolvimento do GPRS, Bernhard Walke e seu aluno Peter Decker são os inventores do GPRS — o primeiro sistema que fornece acesso à Internet móvel em todo o mundo.