GSM向WCDMA演變.doc

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

2、S，這個組織經(jīng)過多年的發(fā)展，在 1995 年被正式更名為國際移動電信 2000 系 統(tǒng)（ IMT-2000 ），其所支持的網(wǎng)絡是第三代移動通信網(wǎng)絡。 IMT-2000 的主要目標是要將包括衛(wèi)星通信系統(tǒng)在內(nèi)的所有網(wǎng)絡融合為可以替代眾多網(wǎng)絡 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)一標準、實現(xiàn)全球漫游和提供多種業(yè)務的服務。 第三代移動通信系統(tǒng)最終將是一個提供全球無縫覆蓋并能實現(xiàn)全 球漫游通信的系統(tǒng)。而為了真正實現(xiàn)全球通信，衛(wèi)星通信系統(tǒng)將是第三代移動通信系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。在 2001 年的時候，國際電聯(lián)接受的第三代移動通信系統(tǒng)標準主要有三個，即美國提出的 CDMA2000，歐洲和日本

3、提出的 WCDMA和我國提出 的 TD-SCDMA。它們除了頻譜利用率高、覆蓋范圍廣、性能好、可以適應寬帶多媒體通信要求等共同特點外，還有自身的技術特點。2007 年 10 月，國際 電聯(lián)正式接受還處于發(fā)展階段的WiMAX成為 3G標準。由于本文只討論GSM到 WCMDA演進時傳輸?shù)膯栴}，所以下面只描述一下WCDMA。WCDMA即 寬帶 CDMA技術，其碼速率為 3.84Mchip/s，載波寬度為 5MHz，采用 FDD方式，因此需要成對規(guī)劃頻率。 WCDMA系統(tǒng)的核心網(wǎng)是基于 GSM-MAP，同時通過網(wǎng)絡擴展方式提供在基于ANSI-41 的核心網(wǎng)上運行的能力，可以從第二代GSM系統(tǒng)逐步演進；

4、支持一條連線上傳輸多條并行業(yè)務，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、支持自適應天線陣技術與多用戶檢測技術、支持非平衡頻帶下采用時分雙工的模式，采用單信元頻率復用等。WCDMA標準由第三代合作伙伴計劃組織（3GPP）制訂，目前有R99、R4、R5 三個版本完成定稿，正在進行 R6 版本的 制訂工作。 目前全球已開通的WCDMA網(wǎng)絡基本上都是基于 R99這個版本的，這主要是因為其可以利用已有的GSM/GPRS核心網(wǎng)絡。GSM向 WCDMA演進向移動用戶提供高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務是推動第二代向第三代發(fā)展的重要因素。對于現(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。如果將多個時隙復用在一起，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。此后出現(xiàn)的通用分組數(shù)據(jù)業(yè)務（ GPRS），在核心網(wǎng)絡首 次引入了分組交換的方式，成為 GSM向第三代網(wǎng)絡演進的必經(jīng)之路，通常被稱為二代半技術。由于在 GPRS無線接口采用了新的信道編碼方式，對于用戶提供的最高速率為171kb/s ，一般為 108kb/s 。考慮到保護運營商已有第二代網(wǎng)絡的利益，在演進的第一階段可采用 GPRS系統(tǒng)來實現(xiàn)，為擁護提供速率可 達到 100 多 kb/s 的數(shù)據(jù)服務，在第二階段，可以采用一種新的高電平調(diào)制方式的 EDGE來提高調(diào)制的有效性，它使得用戶數(shù)據(jù)速率可

6、達到 384kb/s 。 EDGE技術可以說是 GSM系統(tǒng)的邊緣技術，即它能達到的最高能力此后再過渡到 WCDMA或其他 3G 系統(tǒng)。對于 3G的運營者來說，雖然是網(wǎng)絡的演進，但其無線接入部分仍需要建全新的無線基站設備進行無線覆蓋。在網(wǎng)絡部分則會采用演進的方式，即在初期將針對話音和數(shù)據(jù)業(yè)務分別接入到不同的交換網(wǎng)絡。電路型和分組型的交換網(wǎng)絡都是增強的GSM和 GPRS核心網(wǎng)絡。隨著網(wǎng)絡的進一步發(fā)展，此后會出現(xiàn)全IP網(wǎng)絡，即一個核心網(wǎng)絡能夠同時承載話音和數(shù)據(jù)業(yè)務，并采用IP 技術。WCDMA傳輸網(wǎng)絡解決方案WCDMA網(wǎng)絡對傳輸?shù)奶厥庖?G對傳輸網(wǎng)絡的需求從結構上與 2G 有了很大的差別。在 GS

7、M/GPRS的 2G 網(wǎng)中，傳輸網(wǎng)絡分為兩個部分：基站到中心節(jié)點之間的傳輸和中心節(jié)點之間的傳輸。基站到中心節(jié)點之間的傳輸： 在 GSM/GPRS系統(tǒng)中， 一般一個基站通過接入傳輸網(wǎng)絡的 155/622M 接入傳輸層， 進入針對一定區(qū)域業(yè)務進行匯聚的再通過 10G骨干層最終連接到安裝在中心節(jié)點的 BSC。1 至多個 E1 電路2.5G 匯聚傳輸層，中心節(jié)點之間的傳輸：中心節(jié)點包括移動交換局、移動關口局、移動長途局、移動數(shù)據(jù)中心等， 業(yè)務單位以E1 為主，也有部分數(shù)據(jù)業(yè)務。這些機房一般都通過傳輸網(wǎng)骨干層節(jié)點連接在一起。在3GPP R99網(wǎng)絡的核心網(wǎng)部分，WCDMA和 GSM使用相同的核心網(wǎng)絡，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還引入了新的無線接入網(wǎng)絡 UTRAN，其中基站 BTS改造為 Node B， BSC改造為 RNC。在 3GPP R4網(wǎng)絡中，核心網(wǎng)的 CS域被分為控制層和連接層?？刂茖又饕刂坪艚械慕ⅰ⑦M程的管理、計費等相關功能，連接層主要用來傳送用戶的數(shù)據(jù)。 PS域則和 R99 的沒有區(qū)別。由于分層結構的引入，可以采用新的承載技術如 ATM、 IP 來傳輸電路域的語音和信令。 R5 則進一步向純 IP 網(wǎng)演進。傳輸網(wǎng)

9、絡解決方案針對3G網(wǎng)絡結構的不同部分，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版本來看， 3G傳輸核心層的業(yè)務側接口速率有E1、 STM-1/4、 FE、 GE。隨著核心層的技術演進，在R4版本中， MSC分離為 MSCServer 和 MGW，接口類型也由原來的TDM演進為 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)點數(shù)目減少，網(wǎng)絡將得到簡化，容量需求將會大幅度提升。同時在核心網(wǎng)中，由于業(yè)務已經(jīng)經(jīng)過收斂和匯聚，承載網(wǎng)主要提供TDM/ATM/IP 的透傳，可以直接在 over SDH/WDM網(wǎng)絡進行大容量業(yè)務傳輸，對部分業(yè)務也可以采用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 Iu 接口和 Iur 接口而言，由于

11、 RNC已經(jīng)對業(yè)務進行了收斂和匯聚，所以直接對這些接口提供透傳即可，組網(wǎng)方式也可以參考核心網(wǎng)的傳輸組網(wǎng)方式。我們更關心的是如何對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E1 捆綁的 IMA E1 接口或 ATM接口，不同接口的選擇對移動傳輸組網(wǎng)的要求也不盡相同， 從而使得移動傳輸組網(wǎng)面臨比較復雜的局面。一種簡單的思路是為 UTRAN建設一套獨立的 ATM網(wǎng)絡， RNC和 Node B 全部采用ATM接口，這樣可以發(fā)揮ATM的統(tǒng)計復用、 QoS保證等優(yōu)勢。但 ATM交換設備十分昂貴，相對于 3G網(wǎng)絡前期業(yè)務少、帶寬需求低的情況是很不 經(jīng)濟的。而且作為一個基礎

12、網(wǎng)，實踐證明了它對其他業(yè)務并非最佳解決方案，也不是技術的發(fā)展趨勢。另外， ATM在采用光纖組網(wǎng)時自愈方面還存在全網(wǎng)連接的自 動配置和恢復時間問題，無法滿足電信級服務質(zhì)量的要求。我們也可以采用傳統(tǒng)的 SDH網(wǎng)傳輸 3G無線接入業(yè)務， 主要是使用多個 E1 捆綁的 IMA E1 接口或 STM-1接口，通過 ATM over SDH 方式進行透傳。其優(yōu)點是能充分利用現(xiàn)有資源，節(jié)省投資，可快速開通 3G業(yè)務。缺點是靈活性差，當利用 STM-1接口時，存在傳輸效率不高問題，而當采用 IMA E1 接口時，會大量耗費RNC側的 E1 接口，對 RNC側接口的壓力會很大。由于 IMA 機制的限制， 一般需

13、預留大量 E1 端口用于 Node B 擴容， RNC投資費用會很高，且由于多個 Node B 之間帶寬無法實現(xiàn)共享，對傳輸帶寬需求也很大。若采用 RNC側提供 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)的改造費用，但RNC與 Node B 之間必須進行ATM信號的處理，實現(xiàn) IMA E1 到 ATM的轉(zhuǎn)換，這樣就需要在RNC和傳輸網(wǎng)之間接入一個獨立的ATM交換機進行信號的終結和轉(zhuǎn)換。這樣雖然降低了RNC的投資費用，卻又增加了ATM交換機包括一套獨立的 ATM網(wǎng)管系統(tǒng)的費用，且由于IMA E1 要求多個E1 接口在 ATM交換機上必

14、須連續(xù)，所以ATM交換機還需預留大量的E1 端口用于擴容，成本也會很高。因此，我們可以考慮采用能夠支持 ATM的 MSTP設備。它的優(yōu)點是 MSTP技術代表了現(xiàn)有傳輸網(wǎng)的發(fā)展方向， 是基于 SDH的傳輸網(wǎng)絡平臺， 有些 廠家的產(chǎn)品不但可以提供傳統(tǒng)的 TDM 業(yè)務傳輸，還可以提供多種業(yè)務接口和處理能力，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)務的 VP/VC交換以及ATM VPring 等功能，通過業(yè)務匯聚實現(xiàn)對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)務的多層保護從而提高了承載網(wǎng)的安全性。WCDMA傳輸網(wǎng)絡建議方案在建設

15、3G 傳輸網(wǎng)絡時，我們必須考慮可擴展性、可維護性、可管理性、兼容性和安全性?？蓴U展性要求網(wǎng)絡規(guī)劃具有前瞻性，使傳輸網(wǎng)快速而經(jīng)濟地擴容和升級?？删S護性要求實現(xiàn)有效的分層管理， 便于快速定位故障。 可管理性指網(wǎng)絡應有豐富的網(wǎng)絡管理功能， 能完成業(yè)務實時調(diào)配、 告警故障定位、 性能在線測試 等操作。 兼容性指 3G 系統(tǒng)應兼容于已部署的大量 GSM、GPRS的 2G和 2.5G 設備，使網(wǎng)絡漫游互通和平滑演進。安全性要求傳輸網(wǎng)對個人移動業(yè)務的安全性提供保障。在 3G建網(wǎng)初期，業(yè)務對帶寬的需求并不大，完全可以通過在現(xiàn)網(wǎng)基礎上進行改造和擴容來實現(xiàn)，但從戰(zhàn)略的角度來看，擴容和改造還必須考慮設備的再次升級能

16、力。隨著 3G業(yè)務的不斷開展， 完全采用透傳方式的傳輸網(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)點的接入節(jié)點升級或更新成具備IMA E1 處理能力的 MSTP設備，直接將來自 Node B 的 IMA E1 解封裝進行處理后統(tǒng)計復用到VC-4，在 Node B 間構成一個容量為 VC-4的 ATMVPring ，即環(huán)上的各 Node B 共享一個 VC-4，在匯聚層、骨干層通過STM-1接口送給RNC。由于 Node B 的數(shù)量太大，這樣配置的成本會比較高。我們還可以將匯聚節(jié)點升級或替換成具備ATM交換能力的 MSTP設備，接入層 SDH設備將 IMA E1 透明傳輸

17、匯集到匯聚節(jié)點后由MSTP設備對信號進行統(tǒng)計復用匯聚成VC4再通過STM-1口送給 RNC，這樣只需通過對少量匯聚節(jié)點的配置就可以大大提高帶寬的利用率， 但這僅僅是適應 3G 初期建設的過渡方案，很難充分利用MSTP網(wǎng)絡對多業(yè)務的處理優(yōu)勢， 不利于 3G業(yè)務的進一步開展。 隨著 3G業(yè)務的迅猛發(fā)展， 我們?nèi)詰捎萌倘W(wǎng)的MSTP網(wǎng)絡進行業(yè)務承載，并為3G將來的全 IP 化做好準備。隨著 IMT-2000 無線接口技術標準的確定，顯然 3G現(xiàn)在已經(jīng)不在是技術問題，而更多的是政策或經(jīng)濟方面的因素阻擋著它的大規(guī)模應用。隨著中國電信業(yè)重組序幕的拉開，中國的 3G時代必將很快到來，從網(wǎng)絡資源和經(jīng)濟性的

18、角度來看，我們應該充分利用現(xiàn)有資源，將傳輸網(wǎng)建設和發(fā)展成既適應 3G發(fā)展需 要，又結合現(xiàn)有網(wǎng)絡基礎， 業(yè)務傳輸質(zhì)量和帶寬利用率并重的傳輸網(wǎng)絡。是風的細語、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，夕陽西落桃源，留一篇今生的婉艷霓裳。挽輕風拂墨，潑灑一秋雨紅，撥開海棠的花事，聆聽花瓣細語呢喃，深情里，香醉十里桃花，溪留百畝婉藍。搖曳的風鈴，恍惚的倩影。沉月入水禪心未改，凝霜了一夜煙波的傷夢。靈潤如玉的杏花黃似菊染的絲雨，陣陣飄瑩、落琴弦瑟。拂墨輕風， 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，留下了一串串流香的詩花。模糊的撇捺、不清的橫豎，送走著殘血的時光。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香。一杯輕風，半壺墨跡。捧著安靜的角落，獨飲墨