GSM向WCDMA演變.doc

1、GSM 向 WCDMA演變劉崾光整理（ 2009-02-20 ）回顧過(guò)去 20 多年的發(fā)展歷程，移動(dòng)通信系統(tǒng)先后經(jīng)歷了AMPS、 TACS等采用模擬技術(shù)的第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)和GSM、IS-95 CDMA等采用數(shù)字技術(shù)的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，正逐漸在向 WCDMA、CDMA2000、 TD-SCDMA等第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展。在本文中，筆者將通過(guò)對(duì)蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的跟蹤，對(duì)GSM蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)從第二代向第三代（WCDMA）演進(jìn)的方案進(jìn)行說(shuō)明，并對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)如何適應(yīng)這一變化提供解決方案。移動(dòng)通信向3G演進(jìn)IMT-2000 及其標(biāo)準(zhǔn)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展可以追溯到 1985 年成立的 FPLMT

2、S，這個(gè)組織經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在 1995 年被正式更名為國(guó)際移動(dòng)電信 2000 系 統(tǒng)（ IMT-2000 ），其所支持的網(wǎng)絡(luò)是第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。 IMT-2000 的主要目標(biāo)是要將包括衛(wèi)星通信系統(tǒng)在內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)融合為可以替代眾多網(wǎng)絡(luò) 功能的統(tǒng)一系統(tǒng)，其目的在于形成全球統(tǒng)一頻率、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)全球漫游和提供多種業(yè)務(wù)的服務(wù)。 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)最終將是一個(gè)提供全球無(wú)縫覆蓋并能實(shí)現(xiàn)全 球漫游通信的系統(tǒng)。而為了真正實(shí)現(xiàn)全球通信，衛(wèi)星通信系統(tǒng)將是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。在 2001 年的時(shí)候，國(guó)際電聯(lián)接受的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)主要有三個(gè)，即美國(guó)提出的 CDMA2000，歐洲和日本

3、提出的 WCDMA和我國(guó)提出 的 TD-SCDMA。它們除了頻譜利用率高、覆蓋范圍廣、性能好、可以適應(yīng)寬帶多媒體通信要求等共同特點(diǎn)外，還有自身的技術(shù)特點(diǎn)。2007 年 10 月，國(guó)際 電聯(lián)正式接受還處于發(fā)展階段的WiMAX成為 3G標(biāo)準(zhǔn)。由于本文只討論GSM到 WCMDA演進(jìn)時(shí)傳輸?shù)膯?wèn)題，所以下面只描述一下WCDMA。WCDMA即 寬帶 CDMA技術(shù)，其碼速率為 3.84Mchip/s，載波寬度為 5MHz，采用 FDD方式，因此需要成對(duì)規(guī)劃頻率。 WCDMA系統(tǒng)的核心網(wǎng)是基于 GSM-MAP，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展方式提供在基于ANSI-41 的核心網(wǎng)上運(yùn)行的能力，可以從第二代GSM系統(tǒng)逐步演進(jìn)；

4、支持一條連線上傳輸多條并行業(yè)務(wù)，支持高速率的分組接入； 采用更加靈活的系統(tǒng)操作，包括支持基站間的異步操作、支持自適應(yīng)天線陣技術(shù)與多用戶檢測(cè)技術(shù)、支持非平衡頻帶下采用時(shí)分雙工的模式，采用單信元頻率復(fù)用等。WCDMA標(biāo)準(zhǔn)由第三代合作伙伴計(jì)劃組織（3GPP）制訂，目前有R99、R4、R5 三個(gè)版本完成定稿，正在進(jìn)行 R6 版本的 制訂工作。 目前全球已開通的WCDMA網(wǎng)絡(luò)基本上都是基于 R99這個(gè)版本的，這主要是因?yàn)槠淇梢岳靡延械腉SM/GPRS核心網(wǎng)絡(luò)。GSM向 WCDMA演進(jìn)向移動(dòng)用戶提供高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是推動(dòng)第二代向第三代發(fā)展的重要因素。對(duì)于現(xiàn)有GSM系統(tǒng)，一般僅能夠提供9.6kb/s的電路

5、型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。如果將多個(gè)時(shí)隙復(fù)用在一起，用戶最高數(shù)據(jù)速率為57.6kb/s ，該種方式被稱為高速電路交換業(yè)務(wù)。此后出現(xiàn)的通用分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（ GPRS），在核心網(wǎng)絡(luò)首 次引入了分組交換的方式，成為 GSM向第三代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的必經(jīng)之路，通常被稱為二代半技術(shù)。由于在 GPRS無(wú)線接口采用了新的信道編碼方式，對(duì)于用戶提供的最高速率為171kb/s ，一般為 108kb/s 。考慮到保護(hù)運(yùn)營(yíng)商已有第二代網(wǎng)絡(luò)的利益，在演進(jìn)的第一階段可采用 GPRS系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，為擁護(hù)提供速率可 達(dá)到 100 多 kb/s 的數(shù)據(jù)服務(wù)，在第二階段，可以采用一種新的高電平調(diào)制方式的 EDGE來(lái)提高調(diào)制的有效性，它使得用戶數(shù)據(jù)速率可

6、達(dá)到 384kb/s 。 EDGE技術(shù)可以說(shuō)是 GSM系統(tǒng)的邊緣技術(shù)，即它能達(dá)到的最高能力此后再過(guò)渡到 WCDMA或其他 3G 系統(tǒng)。對(duì)于 3G的運(yùn)營(yíng)者來(lái)說(shuō)，雖然是網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，但其無(wú)線接入部分仍需要建全新的無(wú)線基站設(shè)備進(jìn)行無(wú)線覆蓋。在網(wǎng)絡(luò)部分則會(huì)采用演進(jìn)的方式，即在初期將針對(duì)話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分別接入到不同的交換網(wǎng)絡(luò)。電路型和分組型的交換網(wǎng)絡(luò)都是增強(qiáng)的GSM和 GPRS核心網(wǎng)絡(luò)。隨著網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展，此后會(huì)出現(xiàn)全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，即一個(gè)核心網(wǎng)絡(luò)能夠同時(shí)承載話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并采用IP 技術(shù)。WCDMA傳輸網(wǎng)絡(luò)解決方案WCDMA網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸?shù)奶厥庖?G對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的需求從結(jié)構(gòu)上與 2G 有了很大的差別。在 GS

7、M/GPRS的 2G 網(wǎng)中，傳輸網(wǎng)絡(luò)分為兩個(gè)部分：基站到中心節(jié)點(diǎn)之間的傳輸和中心節(jié)點(diǎn)之間的傳輸。基站到中心節(jié)點(diǎn)之間的傳輸： 在 GSM/GPRS系統(tǒng)中， 一般一個(gè)基站通過(guò)接入傳輸網(wǎng)絡(luò)的 155/622M 接入傳輸層， 進(jìn)入針對(duì)一定區(qū)域業(yè)務(wù)進(jìn)行匯聚的再通過(guò) 10G骨干層最終連接到安裝在中心節(jié)點(diǎn)的 BSC。1 至多個(gè) E1 電路2.5G 匯聚傳輸層，中心節(jié)點(diǎn)之間的傳輸：中心節(jié)點(diǎn)包括移動(dòng)交換局、移動(dòng)關(guān)口局、移動(dòng)長(zhǎng)途局、移動(dòng)數(shù)據(jù)中心等， 業(yè)務(wù)單位以E1 為主，也有部分?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這些機(jī)房一般都通過(guò)傳輸網(wǎng)骨干層節(jié)點(diǎn)連接在一起。在3GPP R99網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)部分，WCDMA和 GSM使用相同的核心網(wǎng)絡(luò)，與G

8、PRS的核心網(wǎng)相似，分為電路交換域（ CS）和分組交換域（ PS），但 WCDMA的 編碼解碼器和MSC在一起，而在GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)中，編碼解碼器和基站控制器在一起。此外，3GPPR99還引入了新的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò) UTRAN，其中基站 BTS改造為 Node B， BSC改造為 RNC。在 3GPP R4網(wǎng)絡(luò)中，核心網(wǎng)的 CS域被分為控制層和連接層。控制層主要控制呼叫的建立、進(jìn)程的管理、計(jì)費(fèi)等相關(guān)功能，連接層主要用來(lái)傳送用戶的數(shù)據(jù)。 PS域則和 R99 的沒有區(qū)別。由于分層結(jié)構(gòu)的引入，可以采用新的承載技術(shù)如 ATM、 IP 來(lái)傳輸電路域的語(yǔ)音和信令。 R5 則進(jìn)一步向純 IP 網(wǎng)演進(jìn)。傳輸網(wǎng)

9、絡(luò)解決方案針對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同部分，我們需要提供不同的傳輸解決方案。核心網(wǎng)（ CN）傳輸解決方案：3G傳輸核心層解決的是RNC、MSC、SGSN、 GMSC、 GGSN等之間的傳輸問(wèn)題， 需要提供電路域和分組域的傳輸， 分組域的傳輸包括IP 核心路由器之間的傳輸和SGSN/GGSN與路由器之間的傳輸兩部分。就WCDMA R99版本來(lái)看， 3G傳輸核心層的業(yè)務(wù)側(cè)接口速率有E1、 STM-1/4、 FE、 GE。隨著核心層的技術(shù)演進(jìn)，在R4版本中， MSC分離為 MSCServer 和 MGW，接口類型也由原來(lái)的TDM演進(jìn)為 TDM/IP/ATM。在 R5 版本中，由于電路域和分組域的融合，傳輸

10、節(jié)點(diǎn)數(shù)目減少，網(wǎng)絡(luò)將得到簡(jiǎn)化，容量需求將會(huì)大幅度提升。同時(shí)在核心網(wǎng)中，由于業(yè)務(wù)已經(jīng)經(jīng)過(guò)收斂和匯聚，承載網(wǎng)主要提供TDM/ATM/IP 的透?jìng)?，可以直接?over SDH/WDM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大容量業(yè)務(wù)傳輸，對(duì)部分業(yè)務(wù)也可以采用ATM VP-RING或以太共享環(huán)提高帶寬的利用率。UTRAN部分的傳輸解決方案： UTRAN業(yè)務(wù)的接口有 Iu 接口、Iur 接口和 Iub 接口三大類。其中 Iu 接口為 RNC與核心網(wǎng)之間的接口， Iur接口為 RNC與 RNC之間的接口， Iub 接口則是 RNC與 Node B 之間的接口。接口類型主要為ATM和 IMAE1。對(duì) Iu 接口和 Iur 接口而言，由于

11、 RNC已經(jīng)對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行了收斂和匯聚，所以直接對(duì)這些接口提供透?jìng)骷纯桑M網(wǎng)方式也可以參考核心網(wǎng)的傳輸組網(wǎng)方式。我們更關(guān)心的是如何對(duì)Iub 接口提供安全、 靈活、高效的傳輸解決方案。由于 Iub 可以采用將多個(gè)E1 捆綁的 IMA E1 接口或 ATM接口，不同接口的選擇對(duì)移動(dòng)傳輸組網(wǎng)的要求也不盡相同， 從而使得移動(dòng)傳輸組網(wǎng)面臨比較復(fù)雜的局面。一種簡(jiǎn)單的思路是為 UTRAN建設(shè)一套獨(dú)立的 ATM網(wǎng)絡(luò)， RNC和 Node B 全部采用ATM接口，這樣可以發(fā)揮ATM的統(tǒng)計(jì)復(fù)用、 QoS保證等優(yōu)勢(shì)。但 ATM交換設(shè)備十分昂貴，相對(duì)于 3G網(wǎng)絡(luò)前期業(yè)務(wù)少、帶寬需求低的情況是很不 經(jīng)濟(jì)的。而且作為一個(gè)基礎(chǔ)

12、網(wǎng)，實(shí)踐證明了它對(duì)其他業(yè)務(wù)并非最佳解決方案，也不是技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。另外， ATM在采用光纖組網(wǎng)時(shí)自愈方面還存在全網(wǎng)連接的自 動(dòng)配置和恢復(fù)時(shí)間問(wèn)題，無(wú)法滿足電信級(jí)服務(wù)質(zhì)量的要求。我們也可以采用傳統(tǒng)的 SDH網(wǎng)傳輸 3G無(wú)線接入業(yè)務(wù)， 主要是使用多個(gè) E1 捆綁的 IMA E1 接口或 STM-1接口，通過(guò) ATM over SDH 方式進(jìn)行透?jìng)?。其?yōu)點(diǎn)是能充分利用現(xiàn)有資源，節(jié)省投資，可快速開通 3G業(yè)務(wù)。缺點(diǎn)是靈活性差，當(dāng)利用 STM-1接口時(shí)，存在傳輸效率不高問(wèn)題，而當(dāng)采用 IMA E1 接口時(shí)，會(huì)大量耗費(fèi)RNC側(cè)的 E1 接口，對(duì) RNC側(cè)接口的壓力會(huì)很大。由于 IMA 機(jī)制的限制， 一般需

13、預(yù)留大量 E1 端口用于 Node B 擴(kuò)容， RNC投資費(fèi)用會(huì)很高，且由于多個(gè) Node B 之間帶寬無(wú)法實(shí)現(xiàn)共享，對(duì)傳輸帶寬需求也很大。若采用 RNC側(cè)提供 ATM接口而 Node B 為 IMA E1 接口的兩種接口混用的方式雖然降低了RNC的接口壓力和傳輸網(wǎng)的改造費(fèi)用，但RNC與 Node B 之間必須進(jìn)行ATM信號(hào)的處理，實(shí)現(xiàn) IMA E1 到 ATM的轉(zhuǎn)換，這樣就需要在RNC和傳輸網(wǎng)之間接入一個(gè)獨(dú)立的ATM交換機(jī)進(jìn)行信號(hào)的終結(jié)和轉(zhuǎn)換。這樣雖然降低了RNC的投資費(fèi)用，卻又增加了ATM交換機(jī)包括一套獨(dú)立的 ATM網(wǎng)管系統(tǒng)的費(fèi)用，且由于IMA E1 要求多個(gè)E1 接口在 ATM交換機(jī)上必

14、須連續(xù)，所以ATM交換機(jī)還需預(yù)留大量的E1 端口用于擴(kuò)容，成本也會(huì)很高。因此，我們可以考慮采用能夠支持 ATM的 MSTP設(shè)備。它的優(yōu)點(diǎn)是 MSTP技術(shù)代表了現(xiàn)有傳輸網(wǎng)的發(fā)展方向， 是基于 SDH的傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)， 有些 廠家的產(chǎn)品不但可以提供傳統(tǒng)的 TDM 業(yè)務(wù)傳輸，還可以提供多種業(yè)務(wù)接口和處理能力，包括完善的 ATM匯聚 / 交換，二層以太網(wǎng)的匯聚 / 交換，支持ATM業(yè)務(wù)的 VP/VC交換以及ATM VPring 等功能，通過(guò)業(yè)務(wù)匯聚實(shí)現(xiàn)對(duì)ATM帶寬的收斂從而提高傳輸網(wǎng)帶寬利用率，使用 VPring 還可以提供3G 業(yè)務(wù)的多層保護(hù)從而提高了承載網(wǎng)的安全性。WCDMA傳輸網(wǎng)絡(luò)建議方案在建設(shè)

15、3G 傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)，我們必須考慮可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、可管理性、兼容性和安全性?？蓴U(kuò)展性要求網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃具有前瞻性，使傳輸網(wǎng)快速而經(jīng)濟(jì)地?cái)U(kuò)容和升級(jí)?？删S護(hù)性要求實(shí)現(xiàn)有效的分層管理， 便于快速定位故障。 可管理性指網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有豐富的網(wǎng)絡(luò)管理功能， 能完成業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)配、 告警故障定位、 性能在線測(cè)試 等操作。 兼容性指 3G 系統(tǒng)應(yīng)兼容于已部署的大量 GSM、GPRS的 2G和 2.5G 設(shè)備，使網(wǎng)絡(luò)漫游互通和平滑演進(jìn)。安全性要求傳輸網(wǎng)對(duì)個(gè)人移動(dòng)業(yè)務(wù)的安全性提供保障。在 3G建網(wǎng)初期，業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的需求并不大，完全可以通過(guò)在現(xiàn)網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和擴(kuò)容來(lái)實(shí)現(xiàn)，但從戰(zhàn)略的角度來(lái)看，擴(kuò)容和改造還必須考慮設(shè)備的再次升級(jí)能

16、力。隨著 3G業(yè)務(wù)的不斷開展， 完全采用透?jìng)鞣绞降膫鬏斁W(wǎng)將面臨巨大的傳輸壓力，我們可以選擇將接入層安裝在 Node B 節(jié)點(diǎn)的接入節(jié)點(diǎn)升級(jí)或更新成具備IMA E1 處理能力的 MSTP設(shè)備，直接將來(lái)自 Node B 的 IMA E1 解封裝進(jìn)行處理后統(tǒng)計(jì)復(fù)用到VC-4，在 Node B 間構(gòu)成一個(gè)容量為 VC-4的 ATMVPring ，即環(huán)上的各 Node B 共享一個(gè) VC-4，在匯聚層、骨干層通過(guò)STM-1接口送給RNC。由于 Node B 的數(shù)量太大，這樣配置的成本會(huì)比較高。我們還可以將匯聚節(jié)點(diǎn)升級(jí)或替換成具備ATM交換能力的 MSTP設(shè)備，接入層 SDH設(shè)備將 IMA E1 透明傳輸

17、匯集到匯聚節(jié)點(diǎn)后由MSTP設(shè)備對(duì)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)復(fù)用匯聚成VC4再通過(guò)STM-1口送給 RNC，這樣只需通過(guò)對(duì)少量匯聚節(jié)點(diǎn)的配置就可以大大提高帶寬的利用率， 但這僅僅是適應(yīng) 3G 初期建設(shè)的過(guò)渡方案，很難充分利用MSTP網(wǎng)絡(luò)對(duì)多業(yè)務(wù)的處理優(yōu)勢(shì)， 不利于 3G業(yè)務(wù)的進(jìn)一步開展。 隨著 3G業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展， 我們?nèi)詰?yīng)采用全程全網(wǎng)的MSTP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行業(yè)務(wù)承載，并為3G將來(lái)的全 IP 化做好準(zhǔn)備。隨著 IMT-2000 無(wú)線接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確定，顯然 3G現(xiàn)在已經(jīng)不在是技術(shù)問(wèn)題，而更多的是政策或經(jīng)濟(jì)方面的因素阻擋著它的大規(guī)模應(yīng)用。隨著中國(guó)電信業(yè)重組序幕的拉開，中國(guó)的 3G時(shí)代必將很快到來(lái)，從網(wǎng)絡(luò)資源和經(jīng)濟(jì)性的

18、角度來(lái)看，我們應(yīng)該充分利用現(xiàn)有資源，將傳輸網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展成既適應(yīng) 3G發(fā)展需 要，又結(jié)合現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)， 業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量和帶寬利用率并重的傳輸網(wǎng)絡(luò)。是風(fēng)的細(xì)語(yǔ)、是雨的柔順、斑駁了一道道古老的憂傷，刻在了燈火闌珊處 ?是橋的滄桑、是石的痕跡、流年了一首首陳舊的詩(shī)韻，銘在了秋月三更天 ?海棠紅袖添香，墨跡染血蒼涼。安靜中，晨曦相伴花香，展一箋前世的千秋歌遙 ;清雨深巷幽笛，揮灑寒月銀裝。情濃處，夕陽(yáng)西落桃源，留一篇今生的婉艷霓裳。挽輕風(fēng)拂墨，潑灑一秋雨紅，撥開海棠的花事，聆聽花瓣細(xì)語(yǔ)呢喃，深情里，香醉十里桃花，溪留百畝婉藍(lán)。搖曳的風(fēng)鈴，恍惚的倩影。沉月入水禪心未改，凝霜了一夜煙波的傷夢(mèng)。靈潤(rùn)如玉的杏花黃似菊染的絲雨，陣陣飄瑩、落琴弦瑟。拂墨輕風(fēng)， 筆尖瑩繞了一圈年輪，輕輕的描出了圓圓的印跡，淡色中，雅致的輕雨，穿巷飄過(guò)，留下了一串串流香的詩(shī)花。模糊的撇捺、不清的橫豎，送走著殘血的時(shí)光。摘一支輕雨，鋪一箋墨跡，在燈火闌珊處窺探一葉欞窗，熟悉的倩影淡淡一笑，傾城了歲月的柔情，暖雨中蜜意了情侶的夢(mèng)香。一杯輕風(fēng)，半壺墨跡。捧著安靜的角落，獨(dú)飲墨