解析通信技術(shù)從GSM+GPRS到3G的演進(jìn)

0、前言

　　如何把世界上最大規(guī)模的GSM網(wǎng)絡(luò)（更準(zhǔn)確地說(shuō)，是GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)）順利演進(jìn)到3G技術(shù)體系系統(tǒng)非常重要。本文就GSM+GPRS演進(jìn)到3G WCDMA的策略進(jìn)行探討并給出自己的思考和心得。

　　2G到3G的發(fā)展既是業(yè)務(wù)的推動(dòng)，也是技術(shù)不斷發(fā)展的必然，當(dāng)然，這中間有著復(fù)雜的過(guò)程，首先2G系統(tǒng)因?yàn)閿?shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)需要，GSM從單一的電路交換只支持通話業(yè)務(wù)升級(jí)到2.5G，即GPRS、GSM+GPRS在核心網(wǎng)絡(luò)中分成電路域（CS）和分組交換域（PS），這樣一來(lái)，就使得形成的GSM+GPRS移動(dòng)通信系統(tǒng)不僅僅能支持話音通信，而且可以支持低速數(shù)據(jù)通信和短消息。

　　基于GSM技術(shù)發(fā)展而來(lái)的寬帶CDMA即WCDMA技術(shù)與2G移動(dòng)通信技術(shù)在結(jié)構(gòu)上有很大不同，而是和2.5G的結(jié)構(gòu)上有些相似，除了結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題外，3G采用的技術(shù)為CDMA，這也與2G采用的FDD TDMA標(biāo)準(zhǔn)制式不同。

　　TDMA時(shí)分多址，是通信中的基本多址技術(shù)之一，在2G（GSM）移動(dòng)通信系統(tǒng)中多被采用，時(shí)分多址的基本概念是把時(shí)間分割成周期性的幀，每一個(gè)幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)，在滿(mǎn)足定時(shí)和同步的條件下，進(jìn)行發(fā)送和信號(hào)的接收。

　　CDMA碼分多址，它是在數(shù)字技術(shù)的分支—擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一種嶄新而成熟的無(wú)線通信技術(shù)，CDMA技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使得原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去，接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。

　　GSM+GPRS和3G在體系架構(gòu)上基本相同，都由用戶(hù)終端、無(wú)線網(wǎng)側(cè)和核心網(wǎng)組成，其到3G的演進(jìn)主要體現(xiàn)在無(wú)線網(wǎng)側(cè)與核心網(wǎng)兩大部分。

1、無(wú)線網(wǎng)側(cè)的演進(jìn)

　　GSM+GPRS的無(wú)線網(wǎng)側(cè)與WCDMA的無(wú)線網(wǎng)側(cè)差異特別大，要完成從GSM+GPRS到3G無(wú)線網(wǎng)側(cè)的演進(jìn)需要拋棄掉原有的體系重新建設(shè)3G的無(wú)線網(wǎng)體系。

　　GSM+GPRS的無(wú)線接入網(wǎng)部分由基站BTS和基站控制器BSC組成，BSC通過(guò)A接口與核心網(wǎng)MSC/VLR相連，通過(guò)Gb接口與核心網(wǎng)分組域的SGSN相連。

　　3G WCDMA無(wú)線網(wǎng)是一個(gè)在全新的頻段上用更高頻譜效率的技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)。UTRAN的基本單元RNC和Node B與核心網(wǎng)CN通過(guò)Iu和Iub接口連接，且均采用ATM傳輸。

　　它們與GSM+GPRS的無(wú)線接口和接入方式完全不同，因此WCDMA的無(wú)線接入部分將會(huì)重新部署。WCDMA無(wú)線網(wǎng)通過(guò)空中接口與用戶(hù)終端相連，RTT可以實(shí)現(xiàn)高速144Kbps的接入速率；中速情況下可以實(shí)現(xiàn)384Kbps的接入速率；室內(nèi)情況下可以實(shí)現(xiàn)2Mbps的接入速率；根據(jù)帶寬需求實(shí)現(xiàn)的可變比特速率信息傳遞；一個(gè)連接中可以同時(shí)支持具有不同QoS要求的業(yè)務(wù)；滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)的延時(shí)要求（從實(shí)時(shí)要求的語(yǔ)音業(yè)務(wù)到盡力而為的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）。

　　無(wú)線側(cè)平滑過(guò)渡解決方案：

　　●原有GSM+GPRS設(shè)備進(jìn)行升級(jí)的組網(wǎng)方案

　　對(duì)于存在GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在原有的GSM+GPRS無(wú)線網(wǎng)基礎(chǔ)上考慮升級(jí)的解決方案存在技術(shù)上的問(wèn)題。采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（即RNC）升級(jí)的方式，作為無(wú)線側(cè)升級(jí)后的組網(wǎng)方案。

　　采用上述升級(jí)方式的主要困難在于讓BSC設(shè)備升級(jí)成具有RNC功能的設(shè)備，技術(shù)實(shí)現(xiàn)上非常困難。首先，BSC和RNC的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議差異性大，差異性是完全革命性的；其次，傳輸網(wǎng)絡(luò)層和物理層相差也非常大，一個(gè)是基于電路交換，一個(gè)是基于ATM交換；其三，用戶(hù)面的處理完全不同，BSC對(duì)于用戶(hù)面基本是透明的，而RNC對(duì)用戶(hù)面有很復(fù)雜的處理。

　　基于以上分析，BSC設(shè)備和RNC設(shè)備不存在共用設(shè)備問(wèn)題，它們兩者的結(jié)合不會(huì)有任何成本的節(jié)省，反而會(huì)增加設(shè)備的復(fù)雜度，所以現(xiàn)在主流廠家基本都不考慮采用這種升級(jí)的方式。

●在原有GSM+GPRS設(shè)備上進(jìn)行疊加的組網(wǎng)方案

　　對(duì)于無(wú)線側(cè)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，目前普遍認(rèn)同的方案是在原GSM+GPRS設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行3G網(wǎng)絡(luò)的疊加。

　　采用疊加方式后，GSM+GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間沒(méi)有直接連接。至于與核心網(wǎng)的連接，與核心網(wǎng)采用的演進(jìn)方式有關(guān)。

　　需要說(shuō)明的是，雖然GSM+GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)從組網(wǎng)結(jié)構(gòu)上看沒(méi)有直接連接，但I(xiàn)ub和Abis口共用傳輸是沒(méi)有問(wèn)題的。

2、核心網(wǎng)側(cè)演進(jìn)方案

　　2.1　核心網(wǎng)側(cè)演進(jìn)的三種解決方案

　　與WCDMA系統(tǒng)在無(wú)線側(cè)無(wú)法平滑演進(jìn)所不同的是，核心網(wǎng)側(cè)是可以演進(jìn)的。根據(jù)核心網(wǎng)側(cè)電路域和分組域的演進(jìn)方式不同，下面提出三種解決方案。

　　●核心網(wǎng)全升級(jí)過(guò)渡

　　對(duì)于現(xiàn)有的GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)，有的通信設(shè)備廠商支持從GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)向3G系統(tǒng)的演進(jìn)，并提供全面的解決方案。這些通訊設(shè)備廠商的核心網(wǎng)升級(jí)方案是在原有的GSM+GPRS核心網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)硬件的更新和軟件的升級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)向WCDMA系統(tǒng)的演進(jìn)。

　　GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)時(shí)都有一定的冗余，冗余對(duì)網(wǎng)絡(luò)起著一定的保護(hù)作用，避免網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量增加時(shí)出現(xiàn)阻塞以保持網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。這種冗余為核心網(wǎng)的升級(jí)、擴(kuò)容提供了可能，但由于近年來(lái)移動(dòng)用戶(hù)數(shù)迅猛攀升，GSM+GPRS核心網(wǎng)的冗余已經(jīng)很小，強(qiáng)行升級(jí)、擴(kuò)容勢(shì)必影響網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；而對(duì)網(wǎng)絡(luò)側(cè)而言，即使現(xiàn)在通過(guò)升級(jí)能夠暫時(shí)滿(mǎn)足組網(wǎng)的需求，在將來(lái)網(wǎng)絡(luò)向全I(xiàn)P演進(jìn)的過(guò)程中，還是需要新建3G的核心網(wǎng)，從網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的角度來(lái)看，升級(jí)并不能為運(yùn)營(yíng)商建網(wǎng)節(jié)省成本。

　　站在運(yùn)營(yíng)商的角度看，系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠和設(shè)備的性能價(jià)格比是最值得關(guān)心的。核心網(wǎng)的建設(shè)只占整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)建設(shè)成本的20%左右，核心網(wǎng)升級(jí)并不能為運(yùn)營(yíng)商節(jié)約多少成本，但卻極大地降低了網(wǎng)絡(luò)性能，使得設(shè)備的性能價(jià)格比降低。這種升級(jí)帶來(lái)的系統(tǒng)無(wú)疑是極不穩(wěn)定的，從戰(zhàn)略角度來(lái)看，運(yùn)營(yíng)商只有建設(shè)一個(gè)高質(zhì)量、高起點(diǎn)的精品網(wǎng)絡(luò)才能在未來(lái)激烈的競(jìng)爭(zhēng)中贏得用戶(hù)，而承擔(dān)如此大的風(fēng)險(xiǎn)通過(guò)升級(jí)方式來(lái)進(jìn)行WCDMA系統(tǒng)演進(jìn)，毫無(wú)疑問(wèn)不是首選和最佳方案。