向第三代移动通信系统的演进策略 移动通信, 系统, 演进

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简单说，由GSM网的传输速率9.6Kbit/s—利用GPRS技术将使GSM网络的传输速率达115Kbit/s—利用EDGE技术的应用将再次提升GSM网络传输速率达到384Kbit/s—3G时代的真正来临，WCDMA和MPEG-4技术结合达到2Mbit/s传输速率，带来真实的动态图像。在过渡中第一步的GPRS技术是一种极其经济高效的分组数据技术。它在普通GSM网络的传统电路交换中增加了分组交换数据功能，数据被分割成数据包而不是以稳定的数据流进行传输。EDGE（改进数据率GSM服务）是一种有效提高了GPRS信道编码效率的高速移动数据标准，它允许高达384Kbit/s的数据传输速率，可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求，EDGE提供了一个从GPRS到第三代移动通信的过渡性方案，从而使现有的网络运营商可以最大限度地利用现有的无线网络设备，在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信业务。

1、GSM网向WCDMA网络的演进

　　考虑到保护二代网络的已有投资，GSM向WCDMA演进时需考虑尽量利旧使用2G的基础网络设施。由于WCDMA的空中接口与GSM相较有本质的区别，因此对于基站而言，只能再新建全新的无线基站设备进行无线覆盖以提供话务、数据承载能力，对于RNC和核心网络通常采用如下两个方案：

　　（1）GSM网络BSC升级

　　此种方案采用升级现有GSM网络BSC，支持WCDMA的相关协议及接口，以支持WCDMA的NODE B。由于升级现网GSM的BSC需GSM厂家设备的支持，另外两者协议差别比较大，改造起来会增加原有设备的复杂度，且原有的BSC的结构、处理能力也可能满足不了3G业务的需求，因此基本可以不予考虑。

　　（2）在原有GSM设备上进行叠加的组网方案

　　对于无线侧网络的演进，目前普遍认同的方案是在原2G设备的基础上进行3G网络的叠加。从GSM／GPRS网络到WCDMA网络演进的一种方式是叠加升级组合的建网方式，这种建网方案主要是将原有GSM／GPRS网络的电路域进行叠加、分组域进行升级的一种组网方式。

　　从技术角度来看，WCDMA网络设计时充分考虑了网络的继承性，3G系统叠加在2G的核心网上不存在技术上的屏障。3G系统的UTRAN可以接入3G系统的核心网，满足3G业务需要；2G系统的BSS既可接入2G网络，也可同时接入3G网络，实现相关的业务功能。

　　对于电路域建议进行叠加，对于分组域的一种演进方案是升级，从保护运营商投资的角度来看，分组域进行升级演进是一种可以参考的方案。但需要注意的是，采用这种PS域升级的方案的前提是2G的GPRS和3G的PS域设备的硬件平台可以兼容，并有向全IP演进的能力。如现网上已有的GPRS设备的硬件平台无法升级到3G则应考虑采用下一节的方案。

　　如果采用现有GPRS的SGSN和GGSN升级为PS域，首先会影响现有GPRS网络的稳定性，其次升级后设备为GPRS用户提供服务，同时又为WCDMA用户提供服务，随着WCDMA用户的增加，系统在扩容上需要进一步投资。

　　GSM／WCDMA网络演进形态，如图1所示。它建立在已有的GSM／MAP和正在发展中的GSM通用分组无线业务（GPRS）网的基础上。对于IMT-2000所需的基本话音业务及速率较高的电路型数据业务，由传统的GSM MSC／VLR支撑；对于分组型数据业务则由GPRS网关支持节点（GSN）所支撑。为了支持第三代移动通信所需的越区软切换，基站控制器之间还需增加GSM系统所不具备的RAN-RAN接口。对于HLR／AC功能则可借用第二代系统已有设备。  



图1　GSM／WCDMA网络演进形态

2、从GSM演进到TD-SCDMA

　　由于TD-SCDMA第三代移动通信系统具有频谱利用率高，仅需单一1.6M的频带就可提供速率达2M的3G业务需求，而且非常适合非对称业务的传输。在TD-SCDMA的终端及基站子系统的设计中，均考虑了GSM／TD-SCDMA双频双模的使用，完全符合前面所述的依托900M GSM网，以孤岛形式逐步建设3G网的要求。因TD-SCDMA同时满足Iub、A、Gb、Iu、Iur多种接口的要求，所以TD-SCDMA的基站子系统既可作用2G和2.5G GSM基站的扩容，又可作为3G网中的基站子系统，能同时兼顾现在的需求和长远的发展。也就是说TD-SCDMA3G系统能同时满足前面所述的两条演进策略。

　　TD-SCDMA为TDD模式，在应用范围内有其自身的特点，一是终端的移动速度受现有DSP运算速度的限制只能做到240km/h；二是基站覆盖半径在15km以内时频谱利用率和系统容量可达最佳。

　　（1）第一阶段：在第二代网络中提供第三代移动通信业务

　　现有GSM网络，在它扩容时，使用扩展的BSC（BSC+），同时在用户集中地区，在现有GSM基站的站址增加TD-SCDMA基站，如图2所示。  



图2　GSM网络中使用TD-SCDMA系统时的3G业务示意图

　　在图2中，使用TD-SCDMA／GSM双频双模用户终端，这些初期的3G用户在TD-SCDMA基站覆盖区内，可以享受3G服务。在覆盖区域以外，则使用GSM工作。显然，此初期系统用户在享受3G服务时，只能在同一BSC+的TD-SCDMA基站之间实现越区切换，而GSM网络的功能将不受影响。

　　用此方式，可以用比简单地对GSM系统网络扩容更低的投入（平均每用户承担的BTS和BSC设备价格将比GSM系统低20%至30%），不仅扩大了容量，在用户密集的地区为用户提供了移动通信服务，解决了频谱资源不足造成的容量问题。而且，还为最急需的地区提供了第三代移动通信的业务。同时，也为以后向第三代过渡打下了基础。

　　到这一步，第三代移动通信的覆盖范围可能逐步达到城市一级，在大城市将有几十到上百个第三代的BTS，系统将支持不同BSC+之间的自动越区切换。当然，还没有达到全国和全球覆盖，自动漫游还依靠GSM系统。

　　必须说明的是，上述建议不仅可以使用于GSM系统，同样可以使用于IS-95标准的第二代CDMA系统。在使用于CDMA系统中时，其主要目的是在用户密集地区，解决高密度用户的话音和数据业务需求；在提供数据业务方面，特别是对各种Internet接入业务，TD-SCDMA将是一种更经济和灵活的方式。这是北美运营商关心TD-SCDMA的原因。

　　（2）第二阶段：过渡到第三代移动通信网络

　　当第三代移动通信进入高速成长期时，各国、各营运商均将开始建设，如图3所示。  

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比较图2和图3，可见唯一需要更换的设备就是将E-BSC更换为3G的RNC，再加上第三代的MSC，而网络中投资最大的部分：BTS已经在第一阶段建设了，只有对其接口进行软件升级，不增加硬件的投入。此时，网中不仅有TDD的基站，也将有FDD的基站，此3G网将是一个全国覆盖、国际漫游的完整的网络。从第二代到第三代的演进或过渡的过程将在上述基本上不大量增加新投资的过程中完成了。

　　采用TD-SCDMA技术向第三代的平滑过渡，具体分两步实现：

　　●将现在的BSC换为EBSC，EBSC可接GSM的BTS，也可接第三代的NODE-B，NODE-B为TD-SCDMA设备；在E-BSC接入IP接口，就可提供宽带数据业务，GSM用户在E-BSC覆盖范围内可享受三代业务。

　　●仍保持GSM的MSC，增加一个三代的MSC，采用ATM交换机。A接口不变，完全保留GSM网络的完整性，RNC是新设备，而NODE-B不需改变。

3、凭借IS-95CDMA网络，演进至cdma2000

　　（1）cdma IS-95升级至cdma2000 1X

　　CDMA经过第一期建设，容量已达到1500万户，完成了对全国300多个主要城市的覆盖。在此基础上发展cdma2000-1x，既要考虑对原有网络影响，又要最大体现cdma2000-1x的优势，使网络平滑过渡到1x阶段。

　　对于CDMA已覆盖地区存在两种组网方案：

　　1）IS-95B网络升级到cdma2000-1X。其指导思想是在IS-95B网络基础上，将热点地区升级为cdma2000-1X来满足新业务需求，并进行系统扩容。此方案要对原有设备进行较大的改造，有些设备必须替换。

　　a）BTS设备　更换信道板、升级软件、升级BTS和BSC间的接口板。

　　b）BSC设备　增加与PCF接口以及BSC间接口。BSC平台升级以适应处理分组数据业务。

　　c）MSC／HLR／AC设备　软件升级。

　　同时要增加PDSN和PCF设备。

　　2）建设cdma2000-1X叠加网络。指导思想是保持原有IS-95B网络不变，同时新建一个cdma2000-1x网络，它可有三种方案：

　　a）独立组网方案　新建MSC、BSC，增加PDSN和PCF，新业务与原有系统完全独立。

　　b）共MSC组网　新建BSC，新增PDSN和PCF，升级MSC软件。

　　c）共MSC、BSC组网　新增PDSN和PCF，升级BSC软件或BSC平台升级。

　　以上三种方案中，第一种方案对原有IS-95网络影响最小。

　　IS-95／cdma2000网络演进形态，如图4所示。它建立在已有IS-41核心网及正在完善之中的IS-634A RAN-CN接口标准上。由于北美在制定与IS-41相关的核心网络标准IS-634A、IS-707时，已考虑到分组数据的应用，因而可通过对现有核心网络的改造，完善对第三代移动通信所需的并发多业务的支撑。



图4　IS-95/cdma2000网络演进形态

　　（2）cdma2000 1X后的演进

　　cdma2000 1X之后是cdma2000增强型1XEV。由于cdma2000 1x的迅速发展，它事实上已经在一个载波之内，实现了甚至超过3X在3个载波或WCDMA在5M内才能实现的功能，因此有取代3X而成为3G cdma2000最终演进状态的趋势。

　　cdma2000 1XEV又可分为两个阶段：高速分组数据服务HRPD以及数据加语音1XEV-DV。

　　cdma2000 HRPD，又称高速分组数据HDR、1xEV数据优化1xEV-DO，是一种专为移动数据应用而进行了优化的无线传输技术。它能在1.25M的带宽内提供高达2.4M的峰值速率，具有非常高的频谱利用率。2002年，韩国开通了首个CDMA2000 1xEV-DO商用网。现已具备大规模商用的条件。

　　cdma2000 1xEV-DV则是cdma2000 1X的另一种扩展，其相对于HRPD的主要特点在于在一个载频同时支持语音和高速分组数据业务，而且其数据速率更高。与cdma2000家族标准的其它成员一样，1xEV-DV是前、后向完全兼容的。目前，关于cdma2000 1xEV-DV的标准化工作正在完善之中。

　　在所有3G标准中，cdma2000 1xEV是在相同无线带宽内支持数据速率最高的一种。

4、结束语

　　总体来说，针对即将拥有3G牌照的运营商，一般会面临三种建网选择：新建、升级、叠加。而实际情况往往会采用其中两种或三种组合策略。

　　对于原本就未建设2G移动通信网络的运营商来说，由于没有2G网络的负担，可越过GSM和cdma网络，直接增加3G的网络节点构建3G的核心网络和3G无线接入网，提供3G业务。

　　针对已建设GSM网络的运营商，面临的是如何从GSM／GPRS向3G进行平稳、无缝的演进。此时运营商最为关注的是：WCDMA网络的引入应尽可能减小对现有GSM／G『GR』网络运营的影响；针对已建设cdma网络的运营商，面临的则是如何从cdma IS-95向1x、3x演进。由于这种所采用的基本技术始终为CDMA，单个载波信道占用的带宽始终为1.25MHz，无论移动终端还是基站均能够前、后向兼容，IS-95的终端可漫游到CDMA20001X及1XEV系统，CDMA2000的终端在IS-95的系统中也可正常使用，CDMA2000清晰的演进路线使之成为从第二代向第三代移动通信过渡最平滑的选择。

　　总之，尽可能地利用现网资源，更重要的是尽可能地保护2G到3G网络发展上新的投资，同时确保这种投资可保障网络向全IP平滑演进而不会出现某种障碍；终端用户的业务可从GSM平滑过渡到WCDMA或从cdma IS-95过渡到cdma2000。