Servicio general de radio por paquetes

El Servicio General de Radio por Paquetes ( GPRS ), también llamado 2.5G , ^[a] es un estándar de datos móviles en el sistema global de comunicaciones móviles (GSM) de la red de comunicación celular 2G . ^[1] Las redes y dispositivos móviles con GPRS comenzaron a implementarse alrededor del año 2001. ^[2] En el momento de su introducción, ofrecía por primera vez ^[b] transmisión de datos móviles sin interrupciones utilizando datos en paquetes para una conexión "siempre activa" (eliminando la necesidad de "marcar"), ^[3] proporcionando un acceso mejorado a Internet para la web , correo electrónico , servicios WAP y Servicio de Mensajería Multimedia (MMS). ^[4]

GPRS proporciona velocidades de datos teóricas de 56–114  kbit /s - ^[5] más rápido que el antiguo CSD - y utiliza canales de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) no utilizados en el sistema GSM para lograr eficiencia. 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 simultáneamente, a diferencia de la conmutación de circuitos , donde se garantiza una cierta calidad de servicio (QoS) durante la conexión. A diferencia de los datos de conmutación de circuitos más antiguos, GPRS se vendía de acuerdo con el volumen total de datos transferidos en lugar del tiempo empleado en línea, ^[6] que ahora es estándar. GPRS fue reemplazado por EDGE (2.75G) que proporcionó un rendimiento mejorado.

El GPRS fue establecido por el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) en respuesta a las tecnologías celulares de conmutación de paquetes i-mode y CDPD anteriores y está integrado en la versión 97 de GSM y versiones posteriores. Actualmente, su mantenimiento está a cargo del Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP). ^{[7] [8]}

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 . ^{[9] [10] [11]}

GPRS amplía las capacidades de datos conmutados por circuitos de paquetes GSM y hace posibles los siguientes servicios:

• Mensajería y difusión de SMS
• Acceso a Internet "siempre activo"
• Servicio de mensajería multimedia (MMS)
• Pulsar para hablar a través de celular (PoC)
• Mensajería instantánea y presencia: una aldea inalámbrica
• Aplicaciones de Internet para dispositivos inteligentes a través del protocolo de aplicaciones inalámbricas (WAP)
• Servicio punto a punto (P2P): interconexión con Internet (IP)
• Servicio punto a multipunto (P2M): multidifusión punto a multipunto y llamadas grupales punto a multipunto

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

Como el estándar GPRS es una extensión de las capacidades GSM, el servicio opera en las frecuencias GSM de comunicación celular 2G y 3G . ^{[10] [12]} Los dispositivos GPRS pueden utilizar normalmente (una o más) de las frecuencias dentro de una de las bandas de frecuencia que admite la radio (850, 900, 1800, 1900 MHz). Dependiendo del dispositivo, la ubicación y el uso previsto, se pueden imponer regulaciones que restrinjan o especifiquen explícitamente las bandas de frecuencia autorizadas. ^{[12] [13] [14]}

GSM-850 y GSM-1900 se utilizan en Estados Unidos, Canadá y muchos otros países de América. GSM-900 y GSM-1800 se utilizan en: Europa, Oriente Medio, África y la mayor parte de Asia. En América del Sur, estas bandas se utilizan en Costa Rica (GSM-1800), Brasil (GSM-850, 900 y 1800), Guatemala (GSM-850, GSM-900 y 1900), El Salvador (GSM-850, GSM-900 y 1900). Existe un registro más completo de asignaciones de frecuencias de servicios celulares internacionales.

GPRS admite los siguientes protocolos:

• Protocolo de Internet (IP). En la práctica, los navegadores móviles integrados utilizan IPv4 antes de que se generalizara el IPv6 .
• Los operadores de telefonía móvil no suelen admitir el protocolo punto a punto (PPP) , pero si se utiliza un teléfono móvil como módem para un ordenador conectado, se puede utilizar PPP para canalizar la IP al teléfono. Esto permite asignar una dirección IP de forma dinámica (mediante IPCP en lugar de DHCP ) al equipo móvil.
• Las conexiones X.25 se utilizan normalmente para aplicaciones como terminales de pago inalámbricos, aunque se han eliminado del estándar. X.25 todavía se puede admitir a través de PPP o incluso a través de IP, pero esto requiere un enrutador basado en red para realizar la encapsulación o software integrado en el dispositivo final/terminal; por ejemplo, el equipo de usuario (UE).

Cuando se utiliza 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).

Los dispositivos que admiten GPRS se agrupan en tres clases:

Clase A

Se puede conectar al servicio GPRS y al servicio GSM (voz, SMS) simultáneamente. Estos dispositivos ya están disponibles ^{[¿ a partir de qué fecha? ]} .

Clase B

Se puede conectar al servicio GPRS y al servicio GSM (voz, SMS), pero utilizando solo uno a la vez. Durante el servicio GSM (llamada de voz o SMS), el servicio GPRS se suspende y se reanuda automáticamente una vez que finaliza el servicio GSM (llamada de voz o SMS). La mayoría de los dispositivos móviles GPRS son de 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 redes GPRS y GSM en conjunto, necesita efectivamente 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 asegurar que ambos tipos no se transmitan al mismo tiempo. Dichos dispositivos se consideran pseudo-Clase A, a veces denominados "clase A simple". Algunas redes han soportado DTM desde 2007 ^{[ cita requerida ]} .

Los módems USB 3G/GPRS tienen una interfaz tipo terminal sobre USB con formatos de datos V.42bis y RFC  1144. Algunos modelos incluyen un conector de antena externa . Existen tarjetas de módem para ordenadores portátiles o módems USB externos, similares en forma y tamaño a un ratón de ordenador o a una memoria USB .

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

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

Los módulos GSM o GPRS son similares a los módems, pero tienen una diferencia: el módem es un equipo externo, mientras que el módulo GSM o GPRS puede estar integrado en un equipo eléctrico o electrónico. Es un equipo integrado. 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.

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

• el número de franjas horarias BTS TDMA asignadas por el operador
• la codificación del canal utilizada.
• La capacidad máxima del dispositivo móvil expresada como una clase multislot GPRS

Los métodos de acceso múltiple utilizados en GSM con GPRS se basan en dúplex por división de frecuencia (FDD) y TDMA. Durante una sesión, a un usuario se le asigna un par de canales de frecuencia de enlace ascendente y descendente. Esto se combina con 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 un intervalo de tiempo GSM. El enlace descendente utiliza la programación de paquetes por orden de llegada , mientras que el enlace ascendente utiliza un esquema muy similar al ALOHA de reserva (R-ALOHA). Esto significa que se utiliza ALOHA con ranuras (S-ALOHA) para consultas de reserva durante una fase de contención y, a continuación, los datos reales se transfieren utilizando TDMA dinámico con orden de llegada.

El proceso de codificación de canal en GPRS consta de dos pasos: primero, se utiliza un código cíclico para agregar bits de paridad, que también se conocen como la secuencia de verificación de bloque, seguido de la codificación con un código convolucional posiblemente perforado . ^[15] 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. ^[15] En los esquemas de codificación CS-1 a CS-3, el código convolucional es de tasa 1/2, es decir, cada bit de entrada se convierte en dos bits codificados. ^[15] En los esquemas de codificación CS-2 y CS-3, la salida del código convolucional se perfora para lograr la tasa de código deseada. ^[15] En el esquema de codificación CS-4, no se aplica codificación convolucional. ^[15] La siguiente tabla resume las opciones.

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 utiliza cuando la estación móvil (MS) está más lejos de una BTS.

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

Además de GPRS, existen otras dos tecnologías GSM que ofrecen servicios de datos: datos conmutados por circuitos (CSD) y datos conmutados por circuitos de alta velocidad (HSCSD). A diferencia de la naturaleza compartida de GPRS, estas establecen un circuito dedicado (que normalmente se factura por minuto). Algunas aplicaciones, como las videollamadas, 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 conmutados por circuitos.

Tecnología	Descargar (kbit/s)	Subir (kbit/s)	Ranuras de tiempo TDMA asignadas (DL+UL)
CDS (Desarrollo de la Sociedad de la Información)	9.6	9.6	1+1
Escuela secundaria superior de ciencias sociales	28.8	14.4	2+1
Escuela secundaria superior de ciencias sociales	43.2	14.4	3+1
GPRS	85.6	21.4 (clases 8 y 10 y CS-4)	4+1
GPRS	64.2	42.8 (Clase 10 y CS-4)	3+2
EGPRS (borde)	236,8	59.2 (Clase 8, 10 y MCS-9)	4+1
EGPRS (borde)	177,6	118.4 (Clase 10 y MCS-9)	3+2

La clase multislot determina la velocidad de transferencia de datos disponible en las direcciones de enlace ascendente y descendente . 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 multislot con valores superiores a 31 se denominan clases multislot altas.

Una asignación de múltiples intervalos 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 dirección de enlace descendente y 2 intervalos de tiempo en dirección de enlace ascendente. Sin embargo, simultáneamente se puede utilizar un número máximo de 5 intervalos de tiempo simultáneos tanto en enlace ascendente como descendente. La red se configurará automáticamente para el funcionamiento 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 multislot clase 32. Según 3GPP TS 45.002 (versión 12), Tabla B.1, ^[18] las estaciones móviles de esta clase admiten 5 intervalos de tiempo en el enlace descendente y 3 intervalos de tiempo en el 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 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 modulación y codificación EDGE , 5 intervalos de tiempo pueden transportar un ancho de banda de 5*59,2 kbit/s = 296 kbit/s. En dirección de enlace ascendente, 3 intervalos de tiempo pueden transportar un ancho de banda de 3*59,2 kbit/s = 177,6 kbit/s. ^[19]

Clase Multislot	TS de enlace descendente	TS de enlace ascendente	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

Cada clase multislot identifica lo siguiente:

• el número máximo de intervalos de tiempo que se pueden asignar en el enlace ascendente
• el número máximo de intervalos de tiempo que se pueden asignar en el enlace descendente
• el número total de franjas horarias que la red puede asignar al móvil
• el tiempo que necesita la MS para realizar la medición del nivel de señal de la celda adyacente y prepararse para transmitir
• El tiempo que necesita el MS para prepararse para transmitir
• el tiempo que necesita la MS para realizar la medición del nivel de señal de la celda adyacente y prepararse para recibir
• el tiempo que necesita el MS para estar preparado para recibir.

Las diferentes especificaciones de clase multislot se detallan en el Anexo B de la Especificación Técnica 3GPP 45.002 (Multiplexación y acceso múltiple en la ruta de radio)

La velocidad máxima de una conexión GPRS ofrecida en 2003 era similar a la de una conexión por módem en una red telefónica analógica por cable, alrededor de 32–40 kbit/s, dependiendo del teléfono utilizado. La latencia es muy alta; el tiempo de ida y vuelta (RTT) suele ser de unos 600–700 ms y a menudo llega a 1 s. El GPRS suele tener una prioridad menor que la voz, por lo que la calidad de la conexión varía considerablemente.

Los dispositivos con mejoras de latencia/RTT (por ejemplo, mediante la función de modo UL TBF ampliado) están generalmente disponibles. Además, ciertos operadores pueden realizar actualizaciones de funciones de red. 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.

El GSM fue diseñado para voz, no para datos. No proporcionaba acceso directo a Internet y tenía una capacidad limitada de 9600 baudios por segundo. ^[20] Las limitaciones de los datos conmutados por circuitos (CSD) también incluían costos más altos. El GPRS se inauguró en 2000 ^[21] como un servicio de datos conmutados por paquetes integrado en la red de radio celular conmutada por canal GSM . El GPRS extiende el alcance de Internet fija al conectar terminales móviles en todo el mundo.

El protocolo CELLPAC ^[22] desarrollado entre 1991 y 1993 fue el punto de partida para que ETSI SMG iniciara en 1993 la especificación del estándar GPRS. En particular, las funciones de voz y datos de CELLPAC introducidas en una contribución al taller de ETSI de 1993 ^[23] anticiparon lo que más tarde se conoció como las raíces de GPRS. Esta contribución al taller se menciona en 22 patentes estadounidenses relacionadas con GPRS. ^[24] Los sistemas sucesores de GSM/GPRS como W-CDMA ( UMTS ) y LTE dependen de funciones clave de GPRS para el acceso a Internet móvil, como las introducidas por CELLPAC.

Según un estudio sobre la historia del desarrollo de GPRS, ^[25] 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.

Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE), también conocida como 2.75G, Enhanced GPRS (EGPRS), IMT Single Carrier (IMT-SC) y Enhanced Data Rates for Global Evolution, es una tecnología de telefonía móvil digital 2G para transmisión de datos. Es un subconjunto del Servicio General de Radio por Paquetes (GPRS) en la red GSM y lo mejora ofreciendo velocidades cercanas a la tecnología 3G , de ahí el nombre 2.75G.

EDGE se implementó en redes GSM a principios de 2003, inicialmente por Cingular (ahora AT&T ) en los Estados Unidos. ^[26] A través de la introducción de métodos sofisticados de codificación y transmisión de datos, EDGE ofrece mayores tasas de bits por canal de radio, lo que resulta en un aumento de tres veces en capacidad y rendimiento en comparación con una conexión GSM/GPRS común (originalmente una velocidad máxima de 384 kbit/s). ^[27] EDGE se puede utilizar para cualquier aplicación de conmutación de paquetes , como una conexión a Internet .

EDGE también está estandarizado por 3GPP como parte de la familia GSM. Se desarrolló una variante, denominada Compact-EDGE, para su uso en una parte del espectro de la red AMPS digital . ^[28] EDGE es parte de la definición 3G de la UIT . ^[29] EDGE evolucionado continúa en la versión 7 del estándar 3GPP, que proporciona una latencia reducida y un rendimiento más del doble, por ejemplo, para complementar el acceso a paquetes de alta velocidad ( HSPA ). Se pueden esperar velocidades de bits pico de hasta 1 Mbit/s y velocidades de bits típicas de 400 kbit/s.

• Acceso múltiple por división de código (CDMA)
• Red central GPRS
• Acceso a paquetes de alta velocidad (HSDPA)
• Subsistema multimedia IP
• Lista de velocidades de bits de interfaz
• Protocolo de convergencia dependiente de subred (SNDCP)
• Sistema de transmisión multifrecuencia (UMTS)

• Conjunto de comandos AT 3GPP para equipos de usuario (UE)
• Información sobre seguridad de GPRS en Wayback Machine (archivada el 9 de febrero de 2008)
• Recursos gratuitos de GPRS Archivado el 7 de junio de 2010 en Wayback Machine
• GSM World, la asociación comercial de operadores de redes GSM y GPRS.
• Centro de recursos GPRS de Palowireless
• Diagrama de secuencia de conexión GPRS y activación de contexto PDP Archivado el 1 de enero de 2010 en Wayback Machine