再論向第三代移動(dòng)通信演進(jìn)的策略資料

1、信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院 李世鶴：再論向第三代移動(dòng)通信演進(jìn)的策略擇要 我國(guó)現(xiàn)有世界上最大的 GSM 網(wǎng)，又在以世界上最快的速度 在發(fā)展。 這個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)面臨第三代移動(dòng)通信的挑戰(zhàn)。 本文分析 了第三代移動(dòng)通信的發(fā)展， 提出用在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上提供第三代 移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的方案。 在使用以我國(guó)建議為主融合形成的 CDMA TDD 模式的技術(shù)和設(shè)備的前提下，用本文建議方案實(shí)現(xiàn)過渡， 在順利演進(jìn)到 IMT2000 ，建成包括 TDD 和 FDD 方式之內(nèi)的第三 代系統(tǒng)時(shí)，至2005年所需投入比直接用GSM系統(tǒng)擴(kuò)容還低。而 且，還避免了背上沉重的第二代設(shè)備包袱的風(fēng)險(xiǎn)。I 前言我國(guó)有世界上最大的 GSM 移

2、動(dòng)通信網(wǎng)，目前仍然以每月超過 200 萬用戶的速度在增加，到 2001 年， GSM 網(wǎng)的用戶數(shù)將可能超 過 1 億，在我國(guó)主要大城市， 900MHz 的頻率資源將全部用完。 此外，還有一個(gè)比較小的使用 IS-95 標(biāo)準(zhǔn)的 CDMA 網(wǎng)。另一方 面，第三代移動(dòng)通信也日益逼近。 如何考慮現(xiàn)有第二代移動(dòng)通信 網(wǎng)向第三代移動(dòng)通信演進(jìn)的策略， 已經(jīng)是十分緊迫的問題。 在本 文中提出作者的看法，供我國(guó)通信主管和移動(dòng)網(wǎng)的營(yíng)運(yùn)部門參考。在本文中，將僅僅考慮我國(guó) GSM 網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)問題。II 現(xiàn)在 3G 標(biāo)準(zhǔn)的情況簡(jiǎn)介3G 的標(biāo)準(zhǔn)主要分兩大部分： 核心網(wǎng)和無線接入網(wǎng)。 它們由兩個(gè) 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織來制定：由3GP

3、P制定基于GSM MAP的核心網(wǎng)及 基于 DS-CDMA（ 即 WCDMA FDD 模式）和 CDMA TDD 的無線接 入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；由 3GPP2 制定基于美國(guó)的 IS-41 的核心網(wǎng)和 MC-CDMA（ 即 CDMA2000 ，F(xiàn)DD 模式） 的無線接入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。我 國(guó)無線通信標(biāo)準(zhǔn)組（CWTS）是國(guó)際電聯(lián)承認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)化組織，也是 上述兩個(gè)國(guó)際組織的成員。 由于我國(guó)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)， 主要是積極地 參見了 3GPP的活動(dòng)。到2000年3月，3GPP已經(jīng)提供Release99, 有了一個(gè)基本文件， 但迄今為止都還在修改和完善中 （3 個(gè)月來共 通過了超過700條修改）。R99的主要點(diǎn)如下：- 核心網(wǎng)方面：

4、基于 ATM 的技術(shù)。-無線接入網(wǎng)方面：完成了 WCDMA FDD和TDD的空間接口標(biāo) 準(zhǔn)。但并未完成 ITU 要求的將我國(guó) TD-SCDMA 建議包涵在內(nèi)。 現(xiàn)在3GPP正在進(jìn)行Release2000的工作。據(jù)7月在北京召開的 3GPP OP會(huì)議（最高層的會(huì)議）的情況，R00將可能到明年6月才 能夠基本定型。 R00 的主要內(nèi)容為：- 在核心網(wǎng)方面：完成全 IP 的核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)- 在無線接入網(wǎng)方面，完成兩種 TDD 方式的整合 （Integration） 。 即在同一套標(biāo)準(zhǔn)文件中，包括了高速率 （ 碼片速率 3.84Mcps, 5MHz 帶寬）和低速率（碼片速率 1.28Mcps, 1.6MH

5、z 帶寬）的 TDD 模式的整合。 各國(guó)際大公司都普遍認(rèn)為，作為商用產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn) 依據(jù)將是ROO。也就是說，至U 2001年，核心網(wǎng)和無線接入網(wǎng)的 標(biāo)準(zhǔn)將完全確定。以后，雖然標(biāo)準(zhǔn)工作還要繼續(xù)繼續(xù)和完善，但 開發(fā)的產(chǎn)品就有了比較可靠的依據(jù)。換句話說，至少要至2002年，按3GPP的標(biāo)準(zhǔn)（WCDMA 和CDMA TDD）開發(fā)出來的產(chǎn)品才 能夠說是完全滿足商用要求的產(chǎn)品。III 日本的策略不合乎我國(guó)國(guó)情日本是國(guó)際上準(zhǔn)備最早商用第三代移動(dòng)通信的國(guó)家。 其原因是其 第二代JDC）在國(guó)際上孤立，即不能滿足用戶國(guó)際漫游的要求， 又妨礙了設(shè)備制造廠家進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。 為此，日本在 ITU 和 3GPP 都是第三代

6、移動(dòng)通信最積極的推動(dòng)者。由于日本沒有GSM，其IS-41 網(wǎng)絡(luò)也非常小，故在建設(shè)第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)沒有演進(jìn) 的問題，而是重新建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。日本迫切地要在 2001 年下半 年將 WCDMA 商用，因而，必然只有 R99 的標(biāo)準(zhǔn)可以使用。此 網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單描述見圖 1，其核心網(wǎng)是在 GSM 核心網(wǎng)的基礎(chǔ)上， 增加一些硬件和軟件的擴(kuò)充， 以解決 ATM 方式的 Iu 接口和支持 3G 空間接口的高層信令。 為了解決 R99 標(biāo)準(zhǔn)的不完善和難以進(jìn) 行一致性測(cè)試的困難， NTT ToCoMo 自己開發(fā)了一整套的高層軟 件供設(shè)備制造商使用， 以保證不同廠家設(shè)備的互通。 這種方法在 全世界沒有第二個(gè)國(guó)家會(huì)采

7、用，也不適合我國(guó)的國(guó)情。IV 什么時(shí)間建設(shè)第三代核心網(wǎng)目前在國(guó)際上，只有日本提出要從 2001 年起建設(shè)第三代移動(dòng)通 信網(wǎng)絡(luò)， 但各發(fā)達(dá)國(guó)家的運(yùn)營(yíng)商， 都在認(rèn)真研究和考慮其建設(shè)第 三代網(wǎng)的問題。 顯然， 第三代核心網(wǎng)是不可能從第二代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn) 的(即不可能簡(jiǎn)單地通過軟件升級(jí)來實(shí)現(xiàn)的 )，它必然是一個(gè)全新 的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)我國(guó)，必需考慮如下的國(guó)情：1 我國(guó)已有了一個(gè)巨大，而且還在不斷擴(kuò)大的 GSM 網(wǎng)。我國(guó) 多數(shù)移動(dòng)通信 (GSM) 用戶已可以實(shí)現(xiàn)全國(guó)及幾十個(gè)國(guó)家之間的 漫游。但是，對(duì) GSM 網(wǎng)的投資還只完成了一半左右，今后 3 年 內(nèi)還將增加上千億人民幣的投資，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有回收；2 第三代移動(dòng)通信核心

8、網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)還不清楚，雖然方向是全I(xiàn)P，但標(biāo)準(zhǔn)要到 2001 年下半年才有第一個(gè)版本；3 我國(guó)企業(yè)還沒有可能在第三代核心網(wǎng)技術(shù)方面作好準(zhǔn)備。以上情況說明， 如果立即考慮建設(shè)第三代核心網(wǎng)， 必然冒巨大風(fēng) 險(xiǎn)，并將我國(guó)第三代核心網(wǎng)成為某外國(guó)公司的試驗(yàn)網(wǎng)。 故建議將 建設(shè)第三代核心網(wǎng)的問題，放到 2 年后，待標(biāo)準(zhǔn)成熟，國(guó)際上有 了成熟技術(shù)，且我國(guó)對(duì)此技術(shù)有了準(zhǔn)備后再考慮。在此前提下， 為了滿足移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的要求， 就必需考慮在 2002至 2004年期間，如何在第二代核心網(wǎng)中提供部分第三代移 動(dòng)通信業(yè)務(wù)（例如，各國(guó)都在考慮提供速率為384kbps的業(yè)務(wù)）的問題。V 基本考慮1 TDD 和 FDD 無

9、線雙工技術(shù)的比較在第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，國(guó)際上對(duì)TDD 方式的CDMA 系統(tǒng)日益關(guān)注。特別是 TD-SCDMA ，它在同樣滿足 IMT2000 要求的前提下，具有如下特點(diǎn)：- TDD 能使用各種頻率資源，不需要成對(duì)的頻率；- TDD 適用于不對(duì)稱的上下行數(shù)據(jù)傳輸速率，特別適用于 IP 型 的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；- TDD 上下行工作于同一頻率， 對(duì)稱的電波傳播特性使之便于使 用諸如智能天線等新技術(shù)，達(dá)到提高性能、降低成本的目的；- TDD 系統(tǒng)設(shè)備成本較低，將可能比 FDD 系統(tǒng)低 20%-50% 。TDD 系統(tǒng)的主要問題是在如下兩個(gè)方面：終端的移動(dòng)速度等方面，目前ITU要求TDD系統(tǒng)達(dá)到120

10、km/h，而FDD系統(tǒng)則要求達(dá)到 500km/h。 小區(qū)半徑方面， FDD 的小區(qū)半徑完全由發(fā)射功率和傳播條件 確定，沒有限制；而TDD系統(tǒng)則要考慮上下行時(shí)隙的保護(hù)時(shí)間， 也就規(guī)定了最大小區(qū)半徑。在 TD-SCDMA 系統(tǒng)中，此最大小區(qū) 半徑為 10km 左右。以上情況說明，移動(dòng)通信一定是以 FDD 為主流的傳統(tǒng)論點(diǎn)已受 到挑戰(zhàn)， TDD 系統(tǒng)在第三代移動(dòng)通信中的位置已不可動(dòng)搖。目 前，多數(shù)人預(yù)測(cè)第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的前景是一個(gè)共同的網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)DD 技術(shù)的無線基站用來完成全國(guó)和國(guó)際覆蓋， TDD 技術(shù)的基 站用來在城市人口集中地區(qū)提供高密度和容量的話音、 數(shù)據(jù)及多 媒體業(yè)務(wù)。在此應(yīng)用環(huán)境下， TD

11、D 系統(tǒng)能夠揚(yáng)長(zhǎng)去短，充分發(fā) 揮其優(yōu)勢(shì)。2 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析按我國(guó)在未來 10 年內(nèi)，用 3GPP 的第三代移動(dòng)通信技術(shù)提供 2 億用戶所需來考慮。 并考慮到移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展， 將數(shù)據(jù)和話 音業(yè)務(wù)相加，折算為每用戶平均話務(wù)量為0.05Erl 。每個(gè)占用5MHz 的 FDD 基站和 TD-SCDMA 基站的容量基本相同， 即大約 120Erl,或供2-3,000用戶（留20%供越區(qū)切換使用）。再考慮到我 國(guó)用戶的 80-90%集中在大中城市，或 95%以上的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)集中 在大中城市的情況。顯然，為實(shí)現(xiàn)全國(guó)的無縫覆蓋， 此網(wǎng)絡(luò)將使用 8,000至10,000個(gè) FDD 基站（每個(gè)基站的覆蓋半徑為

12、5至30公里）。這些基站的業(yè) 務(wù)量將比較低。另外，還需要大約 40,000至50,000個(gè)基站（FDD 或 TD-SCDMA 基站 ）來解決城市及郊區(qū)高用戶密度的業(yè)務(wù)要求。從價(jià)格考慮， 核心網(wǎng)是必需要建設(shè)的， 其價(jià)格和無線接入網(wǎng)所使 用的技術(shù)無關(guān)。目前，我們還沒有 WCDMA 基站設(shè)備價(jià)格的資 料，估計(jì)其每個(gè)用戶的價(jià)格不可能比 GSM 低。另一方面，我們 有把握說 TD-SCDMA 基站價(jià)格將比 GSM 基站低 20%。這樣， 按相同容量比較， TD-SCDMA 基站的價(jià)格至少比 FDD 基站低 30%至 50%。在上述考慮下，我們?nèi)绻耆褂?FDD（ 即 50,000 個(gè)基站 ），較之用

13、FDD 作全國(guó)覆蓋而用 TDD 來提供城市的話務(wù) 量（10,000個(gè)FDD基站和40,000個(gè)TD-SCDMA 基站），則至少將 增加 50 至 100 億美元的設(shè)備投資。 而且，使用 TDD 系統(tǒng)， 占用 頻率資源比使用 FDD 設(shè)備少一半，可為運(yùn)營(yíng)商和用戶節(jié)省一半 的頻率占用費(fèi)。此外，對(duì)不對(duì)稱的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)， TDD 系統(tǒng)的效率 更高，必將為運(yùn)營(yíng)商和用戶帶來更大的利益。 更不用說由于使用 TD-SCDMA 系統(tǒng)，為我國(guó)民族移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了機(jī)遇。3 市場(chǎng)發(fā)展預(yù)測(cè)根據(jù)國(guó)內(nèi)外多數(shù)預(yù)測(cè)， 在21 世紀(jì)前 1 0年，第三代移動(dòng)通信的市 場(chǎng)發(fā)展可能至少分為如下兩個(gè)階段：初期， 2001 2005

14、年。其特點(diǎn)為：第二代移動(dòng)通信繼續(xù)發(fā)展和 擴(kuò)大，在第二代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，在局部地區(qū)（城市等用戶集中地區(qū) ）提供第三代移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率限制在 384kbps 及以下，地區(qū)或國(guó)際漫游依賴于第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)。在此時(shí)期，移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將逐漸上升，到 2006 年左右，數(shù)據(jù)業(yè) 務(wù)將可能超過話音業(yè)務(wù) （有的國(guó)家和地區(qū)將在 2002 年達(dá)到此情 況）；中期， 2004 2010 年。它是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的高速成長(zhǎng)期， 其特點(diǎn)為： 第二代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)停止發(fā)展， 建設(shè)成功全國(guó) 或全球覆蓋的第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)， 移動(dòng)通信以數(shù)據(jù)為主， 全面 達(dá)到 IMT2000 的各項(xiàng)要求。此市場(chǎng)發(fā)展預(yù)測(cè)應(yīng)當(dāng)

15、考慮是移動(dòng)通信從第二代到第三代的演進(jìn) 策略的出發(fā)點(diǎn)。VI 建議的演進(jìn)方案此演進(jìn)過程必須分兩個(gè)階段：- 第一階段：在局部地區(qū)提供 3G 業(yè)務(wù)，用雙頻雙模終端；- 第二階段：建設(shè)成功全國(guó)覆蓋的 3G 網(wǎng)絡(luò)。在上述第一階段中，我們建議的演進(jìn)方案是：在 GSM 網(wǎng)絡(luò)中提供第三代移動(dòng)通信業(yè)務(wù)。 如圖2所示的現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)，在它擴(kuò)容時(shí)，使用過渡的BSS（基 站分系統(tǒng) ），而保持 GSM 的核心網(wǎng)絡(luò)。它繼續(xù)使用 A 接口和 Gb 接口來分別提供話音 （包括電路交換型數(shù)據(jù) ）和分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，繼 續(xù)使用 GSM 的 SIM 卡、鑒權(quán)中心、短消息中心和網(wǎng)絡(luò)管理。這 樣，在任何有 GSM MSC 的地方都可能使用此

16、方式來擴(kuò)大容量并 提供第三代移動(dòng)通信業(yè)務(wù)。在上述第二階段中，將建設(shè)全 IP 的第三代移動(dòng)通信核心網(wǎng)。如前所述，全 IP 的核心網(wǎng)至今還沒有成熟的標(biāo)準(zhǔn)，但已經(jīng)是各 大通信公司所開發(fā)的重點(diǎn)： 如 Cisco, Motorola, Nortel 等公司已作 了大量工作， Nokia 甚至在今年 6 月底宣布已經(jīng)開發(fā)成功第一套 全I(xiàn)P的核心網(wǎng)，3GIP（由很多網(wǎng)絡(luò)公司和電信制造商組成的論壇）已申請(qǐng)作為 3GPP 的市場(chǎng)代理等等。完成全 IP 核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，已 經(jīng)是 R00 的主要工作。以上動(dòng)態(tài)說明，未來的第三代移動(dòng)通信 核心網(wǎng)必然是一個(gè)全 IP 的網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)已經(jīng)知道的情況，此全 IP 的核心網(wǎng)也將有一個(gè)

17、發(fā)展的過程。如圖 3 所示，它將首先通過 RNC進(jìn)入IP網(wǎng)絡(luò)；然后是將無線基站（Node B）直接接入IP網(wǎng)絡(luò)； 最后可能使用戶終端直接接入 IP 網(wǎng)絡(luò)。顯然，對(duì)我國(guó)早日使用 3G 頻率資源提供 3G 業(yè)務(wù)，我們提出的， 在 GSM 核心網(wǎng)接入 TDD 的 BSS 方案 （圖 2）是有明顯優(yōu)勢(shì)的， 它 可以在我國(guó) GSM 網(wǎng)絡(luò)中使用又不對(duì) GSM 網(wǎng)絡(luò)提出任何修改要 求。只要要求產(chǎn)品提供廠家提供向 3G 演進(jìn)中免費(fèi)軟件升級(jí)的保 證，運(yùn)營(yíng)商將不存在任何后顧之憂。更重要的是，由于我國(guó)基本 上沒有參與 3G 核心網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)制定，在 3G 核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)確定前， 產(chǎn)品開發(fā)工作缺乏基礎(chǔ)。如果使用日本的方案 （圖 1），則對(duì)我國(guó) 產(chǎn)業(yè)在 3G 的市場(chǎng)份額有巨大影響。 當(dāng)然最終必然都要走到全 IP 的核心網(wǎng) （圖 3）。VII 小結(jié)根據(jù)以上分析，我們不難得到如下結(jié)論：1 我國(guó) GSM 網(wǎng)還有相當(dāng)大的發(fā)展空間，容量再增加一倍甚至 更多 都 是 可 能 的,解 決 GSM 網(wǎng) 容量 的 方 法 不 能完 全 依 賴 DCS1800 或 IS95CDMA ，它們都是第二代的技術(shù)和系統(tǒng)，幾 年以后將是落后技術(shù)的包袱；2. 在初期(2002- 2004年)，在GSM網(wǎng)中用戶密集地區(qū)或要求數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的地區(qū) (大中城市主要地區(qū) )，依托