中國移動(dòng)NG-GSM網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)解析

由中國移動(dòng)、英國Vodafone和Orange、日本NTTdocomo、德國T-Mobile、荷蘭KPN以及美國Sprint七大運(yùn)營商發(fā)起成立的NGMN(NextGeneration Mobile Network)組織對下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的性能、功能和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有了初步的明確，業(yè)界也在深入研究其相關(guān)規(guī)范。NGMN事實(shí)上在宏觀層面和框架層面對于未來的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)有所規(guī)范。全球現(xiàn)有最大的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)GSM朝著NGMN發(fā)展過程中進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)以適應(yīng)技術(shù)發(fā)展，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。本文闡述了下一代GSM網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)過程中相關(guān)重要技術(shù)，以期給予業(yè)界借鑒意義。

移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，GSM無論是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模還是用戶規(guī)模，在全球的占有率都首屈一指，到目前為止，沒有一種通信技術(shù)能夠像GSM技術(shù)這樣的深入人們的生活，并對全球的經(jīng)濟(jì)和社會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展，GSM不能停留在原來傳統(tǒng)2G網(wǎng)絡(luò)的概念上。移動(dòng)通信運(yùn)營商無論從技術(shù)演進(jìn)的角度，還是有效保護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的角度，都需要深入研究NG-GSM的相關(guān)問題，從而為實(shí)現(xiàn)投資保護(hù)和盈利能力提升提供最大保障。文章從分析研究NG-GSM的必要性入手，闡述了移動(dòng)運(yùn)營商發(fā)展NG-GSM的目標(biāo)和愿景，最后從多個(gè)技術(shù)維度分析了NG-GSM的關(guān)鍵技術(shù)，給目前的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展策略提供一定的借鑒。

研究NG-GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的必要性

研究NG-GSM是符合網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢的要求

到目前為止，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用規(guī)模的無線接入系統(tǒng)多種多樣，按照演進(jìn)路線，GSM/GPRS/EDGE/WCDMA/TD-SCDMA/HSPA/LTE是一條路線，CDMA/cdma2000/EVDO是另一條路線，還包括Wi-Fi/WiMAX等無線寬帶接入技術(shù)等，總體而言，未來的無線接入網(wǎng)系統(tǒng)，必將是一個(gè)多標(biāo)準(zhǔn)長期共存，并按照各自路徑演進(jìn)且相互融合的系統(tǒng)。在中國，目前的無線接入網(wǎng)系統(tǒng)以GSM為主，可以預(yù)見，未來的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)以GSM為基礎(chǔ)，疊加多種無線制式的融合的網(wǎng)絡(luò)。所以，從接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢來看，研究NG-GSM相關(guān)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和融合的趨勢要求，是認(rèn)清GSM在很長一段時(shí)間內(nèi)還擁有重要地位的認(rèn)知要求。

另外，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)IP化必將成為一個(gè)歷史趨勢，原有GSM接入系統(tǒng)是基于TDM為基礎(chǔ)的，研究NG-GSM相關(guān)技術(shù)，特別是IP改造技術(shù)，必將成為一種趨勢。對GSMBSS的IP化改造，對保護(hù)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)投資也具有戰(zhàn)略意義，同時(shí)，通過IP化改造，能節(jié)省傳輸、進(jìn)行可靠靈活的組網(wǎng)，也能給移動(dòng)運(yùn)營商帶來現(xiàn)實(shí)的意義。

研究NG-GSM是合理利用網(wǎng)絡(luò)資源的要求

技術(shù)的發(fā)展意味著效率的提高，研究NG-GSM能充分挖掘網(wǎng)絡(luò)潛力，最大程度地降低移動(dòng)通信運(yùn)營商的資本開支（CAPEX）和運(yùn)營成本（OPEX），是運(yùn)營商合理利用網(wǎng)絡(luò)資源的要求。

信息產(chǎn)業(yè)部2007年全國通信業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，截至到2007年底，中國移動(dòng)GSM交換機(jī)容量凈增21890萬戶，達(dá)到67614萬戶；GSM基站凈增7.3萬個(gè)，達(dá)到30.7萬個(gè)；GSM載頻凈增92.8萬個(gè)，達(dá)到300.7萬個(gè)。中國聯(lián)通的GSM交換機(jī)容量新增2273.7萬戶，達(dá)到1.29億戶。巨大的GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)模需要我們認(rèn)真研究NG-GSM技術(shù)，通過多樣的技術(shù)手段保護(hù)GSM設(shè)備投資，提供更為可靠的通信服務(wù)。

研究NG-GSM是正視GSM用戶市場的要求

GSM從1982年開始成為歐洲的電信標(biāo)準(zhǔn)，從1992年規(guī)?；逃茫刂?007年12月31日的16年里，GSM實(shí)現(xiàn)簽約用戶24億，占總體移動(dòng)用戶的83%以上，第二個(gè)10億用戶的增長僅用2年半就得以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在，全球已有256個(gè)國家共758個(gè)GSM商用網(wǎng)在運(yùn)行，每天正以152萬用戶的速度快速增長，預(yù)測到2010年全球GSM用戶將達(dá)30億，GSM的用戶規(guī)模在很長一段時(shí)間內(nèi)將占據(jù)移動(dòng)通信用戶市場的主導(dǎo)地位。

根據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部2007年全國通信業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，截至到2007年底，全國移動(dòng)電話用戶新增8622.8萬戶，達(dá)到54728.6萬戶，其中除去部分CDMA用戶和小靈通用戶，占絕大部分的為GSM用戶。中國的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)承載著巨大的GSM用戶數(shù)量，研究NG-GSM是正視GSM用戶市場的客觀要求，需要用技術(shù)的不斷發(fā)展和深入來滿足廣大GSM用戶通信需求的要求。

NG-GSM的發(fā)展 目標(biāo)和愿景

對于擁有GSM現(xiàn)網(wǎng)的移動(dòng)通信運(yùn)營商，發(fā)展NG-GSM的主要目標(biāo)基于如下三點(diǎn)。

第一，發(fā)展NG-GSM要節(jié)省網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投資（降低CAPEX）。通過NG-GSM相關(guān)技術(shù)改造，運(yùn)營商要能充分利用現(xiàn)有的硬件設(shè)備，并通過軟件設(shè)備或部分改造支持后續(xù)的演進(jìn)技術(shù)，要能夠充分實(shí)現(xiàn)資源共享。

第二，發(fā)展NG-GSM要節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)成本（降低OPEX）。要通過技術(shù)改造提高各個(gè)網(wǎng)元的運(yùn)行效率，降低功耗；并通過BSSIP改造等使用高效的IP傳輸，來簡化基站傳輸，降低運(yùn)維成本。

第三，發(fā)展NG-GSM要提供更強(qiáng)的話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載能力。通過技術(shù)改造特別是使用NG-GSM關(guān)鍵技術(shù)來提升網(wǎng)絡(luò)容量，提高網(wǎng)絡(luò)性能。

圖1 NG-GSM 網(wǎng)絡(luò)愿景圖

第一，網(wǎng)絡(luò)基本實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P化（含核心網(wǎng)和基站接入系統(tǒng)）。

第二，基站接入系統(tǒng)呈現(xiàn)分布化、共享化和多?；攸c(diǎn)，可以采用BBU+RRU、載波資源池或者多模基站等不同方式來接入且各有特點(diǎn)。BBU+RRU方式具有很大靈活性，并給網(wǎng)絡(luò)建設(shè)帶來方便。載波資源池能根據(jù)不同覆蓋區(qū)域的需求，集中調(diào)度載波資源，并能使不同區(qū)域共享整個(gè)載波資源，節(jié)省載波配置。使用多?；?，能通過共柜、模塊混插、一體化設(shè)計(jì)等形式，同一基站能夠支持2G和3G/WiMAX網(wǎng)絡(luò)。

第三，網(wǎng)絡(luò)體現(xiàn)更強(qiáng)的語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載能力。通過去干擾技術(shù)、分集合并技術(shù)、采用高階調(diào)制編碼等等來挖掘用戶容量潛力，提升話音業(yè)務(wù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率。

NG-GSM的關(guān)鍵技術(shù)

NG-GSM的關(guān)鍵技術(shù)包括話音業(yè)務(wù)承載能力增強(qiáng)技術(shù)（采用編碼技術(shù)、聯(lián)合發(fā)送和干擾抑制等多種手段增強(qiáng)小區(qū)覆蓋或者容量）、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載能力增強(qiáng)技術(shù)（包括EDGEEvolution等技術(shù)強(qiáng)化數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送能力），還包括多種基站組網(wǎng)技術(shù)、軟件無線電等。

語音業(yè)務(wù)承載能力增強(qiáng)技術(shù)

采用ARM-HR半速率增加網(wǎng)絡(luò)容量。GSM半速率技術(shù)，是指通過使用GSM06.20規(guī)范的語音編碼方式，將Um無線鏈路語音編碼速率由12.2kbit/s降為5.6kbit/s，使用一個(gè)GSM時(shí)隙承載兩路話音業(yè)務(wù)的技術(shù)。半速率技術(shù)可以達(dá)到提高無線網(wǎng)絡(luò)容量的目的，但對話音質(zhì)量存在一定的影響。

通過網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)，開通半速率功能后，半速率信道承載話務(wù)能力明顯，最多時(shí)可多承載70％的話務(wù)量，網(wǎng)絡(luò)整體承載能力顯著增強(qiáng)，擁塞率下降明顯（試驗(yàn)的本地網(wǎng)BSC1的擁塞率由0.45%降至0%），掉話率略有上升（上升0.1%至0.15%），但經(jīng)參數(shù)調(diào)整后有一定回落，可滿足全網(wǎng)掉話率優(yōu)秀指標(biāo)。

總體而言，在非密集城區(qū)，開啟半速率功能，能使網(wǎng)絡(luò)承載話務(wù)能力有明顯提高，擁塞率顯著下降。開啟半速率不會對GPRS等無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響，反而由于無線話務(wù)信道資源的提升，使GPRS等無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道的需求得到進(jìn)一步滿足。

采用發(fā)信機(jī)相干聯(lián)合（DualPowerCombiningTransmission，DPCT)技術(shù)。使用DPCT能有效增強(qiáng)下行鏈路發(fā)射增益，通過軟件配置，將兩個(gè)發(fā)射機(jī)作為一個(gè)邏輯的發(fā)射機(jī)使用，也就是兩個(gè)發(fā)射機(jī)在同一時(shí)刻發(fā)出同樣的突發(fā)脈沖，通過合路器，構(gòu)成形式上的一個(gè)載波，從而得到比單TRX多2.5～3dB的發(fā)射增益。

采用DPCT能擴(kuò)大基站覆蓋半徑，特別適用于農(nóng)村或者郊區(qū)初級建網(wǎng)階段，使得組網(wǎng)更加的靈活。在建網(wǎng)初期，用戶不多，采用DPCT能提高發(fā)射增益，實(shí)現(xiàn)覆蓋增強(qiáng)，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中后期，容量擴(kuò)大后，可將兩個(gè)DPCT載頻作為兩個(gè)獨(dú)立的載頻使用，既解決了建網(wǎng)初期的覆蓋問題，又能夠平滑過渡解決后期的容量問題，為運(yùn)營商動(dòng)態(tài)平衡網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋提供了選擇，總體降低了CAPEX。

采用下行延時(shí)分集發(fā)射（DelayDiversityTransmission，DDT)技術(shù)。下行延時(shí)分集發(fā)射，和DPCT不一樣，它基于不增大發(fā)射功率而達(dá)到改善覆蓋目的。它除了改善基站覆蓋外，還可以改善網(wǎng)絡(luò)容量。其工作原理就是使兩個(gè)發(fā)信機(jī)在短時(shí)延內(nèi)發(fā)射相同信號，兩個(gè)發(fā)信機(jī)當(dāng)作一個(gè)“虛擬發(fā)信機(jī)”來使用，使下行信號增強(qiáng)。手機(jī)端接收到兩個(gè)不同干擾情況但內(nèi)容相同的有用信號，經(jīng)過合成算法獲得附加的3dB下行增益，從而提高了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)20%甚至30%以上的增強(qiáng)覆蓋。使用該技術(shù)能有效改善服務(wù)質(zhì)量，降低網(wǎng)優(yōu)成本，且無需對終端進(jìn)行改動(dòng)。

采用上行4路分集接收（FourWayDiversityReceiving，F(xiàn)WDR)技術(shù)。上行4路分集接收就是對4個(gè)端口上的接收信號進(jìn)行組合處理，以獲得更好的信號。由于信號通過更多的路徑到達(dá)基站，因此可以增強(qiáng)上行鏈路預(yù)算，即提高基站的接收靈敏度。它相對于兩路分集有2～3dB的增益。

該技術(shù)不但可以增強(qiáng)上行鏈路的增益，還可以降低移動(dòng)終端的發(fā)射功率，增加其待機(jī)時(shí)間。采用4路分集接收技術(shù)可以增強(qiáng)覆蓋距離，改善通訊質(zhì)量，降低網(wǎng)優(yōu)成本。若4路分集和DPCT或者下行發(fā)射分集同時(shí)使用，可使基站實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)覆蓋。

采用上行干擾抑制合并（InterferenceRejectionCombining，IRC）技術(shù)。上行干擾抑制合并IRC可以認(rèn)為是一種更高級的分集接收功能，它可以改善上行的質(zhì)量，提高上行信號的增益。國內(nèi)現(xiàn)網(wǎng)測試表明，IRC在密集城區(qū)可提供上行C/I增益提高3到5個(gè)dB。IRC在期望信號與干擾信號同步時(shí)的作用效果最好，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上來說，IRC基于對各分集支路上噪聲協(xié)方差矩陣的估計(jì)，這個(gè)矩陣求逆后被用來計(jì)算需要的矩陣。

IRC消除從不同天線上接收的相干噪聲，如果噪聲間不相干，那么IRC的性能跟普通的MRC是差不多的。由于技術(shù)特點(diǎn)，IRC技術(shù)適用于高話務(wù)密度區(qū)，密集城區(qū)因用戶眾多，話務(wù)量大而采用緊密頻率復(fù)用，導(dǎo)致干擾嚴(yán)重，而主要的干擾來自同頻干擾和網(wǎng)外干擾，IRC能利用技術(shù)特點(diǎn)，對這些有相關(guān)性的干擾進(jìn)行消除合并。

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載能力增強(qiáng)技術(shù)-EDGEEvolution

EDGEEvolution技術(shù)能夠通過對現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的軟件進(jìn)行升級改造，從而將數(shù)據(jù)傳輸速率提高到目前的3倍，而且將顯著改善延遲、增強(qiáng)覆蓋范圍并提高頻譜效率。GSM網(wǎng)絡(luò)的這一更高數(shù)據(jù)性能將作為對高速WCDMA/HSPA網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充，以滿足對數(shù)據(jù)帶寬和移動(dòng)性日益增長的需求。（如圖2所示，雙載波、32QAM的EDGEevolution峰值速率能達(dá)到1Mbit/s。）。

圖2 GPRS、EDGE 和不同進(jìn)程的EDGE Evolution 的峰值速率

EDGEEvolution稱做EDGE演進(jìn)技術(shù)或EDGE增強(qiáng)技術(shù)，它其實(shí)是一系列新技術(shù)的合集，這些新技術(shù)將使EDGE的單用戶理論速率達(dá)到1Mbit/s(現(xiàn)8timeslotEDGE理論速率為384kbit/s)。這些技術(shù)集主要包括手機(jī)接收分級 (MSRD、雙天線除擾 (DAIC)、下行雙載頻捆綁 (DDC)、GERAN上行性能演進(jìn) (HUGE)、符號周期削減、更高階調(diào)制和Turbo編碼 (RED HOT)、延遲削減（Latency reduction）等。

BSSIP化

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，全網(wǎng)IP化將成為必然趨勢，目前，通信運(yùn)營商在交換側(cè)大部分實(shí)現(xiàn)了IP化，包括對匯接局和端局的IP化改造。下一步的工作是對BSS進(jìn)行IP改造。GSM在最初對接口進(jìn)行定義的時(shí)候，主要的接口協(xié)議為TDM，隨著IP化的發(fā)展和GSM新技術(shù)的引入，有必要討論在2G引入IP承載的可行性。所謂對BSS進(jìn)行IP化，主要是利用IP作為傳輸協(xié)議，接口包括Abis接口、A接口和Gb接口，如圖3所示。

圖3 BSS IP 化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

對基站系統(tǒng)接口進(jìn)行IP化改造，對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商帶來的好處也是顯而易見的，BSSIP后，能提高話音業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)質(zhì)量，并能有效降低網(wǎng)絡(luò)成本，節(jié)省傳輸資源并簡化傳輸規(guī)劃。基站系統(tǒng)IP化，能簡化維護(hù)管理的難度，有利于最后一公里的多種組網(wǎng)方式，便于運(yùn)營商根據(jù)業(yè)務(wù)需求采用多樣手段建立接入系統(tǒng)。

目前，移動(dòng)運(yùn)營商對BSSIP進(jìn)行改造，也面臨一些問題。比如，BSS設(shè)備IP兼容性問題，涉及現(xiàn)網(wǎng)BSC、BTS替換改造，現(xiàn)網(wǎng)Abis口大量存在的E1TDM點(diǎn)到點(diǎn)連接帶來的傳輸改造問題，IP網(wǎng)元的同步問題、性能管理問題，IP化以后對于網(wǎng)元的IP資源規(guī)劃和管理，IP/MPLS專網(wǎng)的管理，網(wǎng)絡(luò)安全性問題，后續(xù)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的策略和步驟等。

多樣的基站技術(shù)

載波池技術(shù)

由于某些基站忙閑時(shí)刻話務(wù)量差異很大，諸如寫字樓基站，白天話務(wù)很忙，晚上很空閑，住宅小區(qū)剛好相反，解決此類問題的較好的辦法是建立載波池。載頻池系統(tǒng)是在光纖直放站基礎(chǔ)上，增加切換、監(jiān)控等單元構(gòu)成，能為空閑的基站提供射頻搭載，綜合網(wǎng)管中心在網(wǎng)絡(luò)上指配信號鏈路，實(shí)時(shí)或定時(shí)調(diào)度載頻資源到高通信需求地區(qū)，以吸收該地區(qū)話務(wù)。

載波池系統(tǒng)起到了形成載頻儲備和共享的頻率利用模式，其動(dòng)態(tài)配置方式也突破了傳統(tǒng)的頻率固定配置模式，對于實(shí)際工程建設(shè)有很重要的意義。

多?；?/p>

在未來，移動(dòng)通信接入網(wǎng)必將是多制式共存的接入網(wǎng)絡(luò)，將使用多種具有不同覆蓋范圍和容量的空中接口技術(shù)，如WCDMA、GSM、EDGE、WLAN、WiMAX或TD-SCDMA等。然而，空中接口資源的稀缺是運(yùn)營商必須長期面對的問題。集中統(tǒng)一管理不同的資源，是運(yùn)營商最大效率利用這些資源的關(guān)鍵。

無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的未來方向?qū)⑹侵С侄嗄Ｊ浇尤氲臒o線網(wǎng)絡(luò)。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，多種不同的接入技術(shù)必須無縫地整合在單一的無線接入網(wǎng)中，而終端用戶無須知道當(dāng)前需要用那種方式接入網(wǎng)絡(luò)。以GSM為基礎(chǔ)的多?；究梢詽M足不同的運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)和融合的需求，多?；镜膽?yīng)用，能有效降低運(yùn)營商的多模組網(wǎng)成本。

智能基站

未來的基站將是一個(gè)智能化的實(shí)體，將實(shí)現(xiàn)即插即用，免除繁復(fù)的數(shù)據(jù)配置、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化。BTS將在BSC的控制下，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)配置，并且在運(yùn)行過程中根據(jù)頻點(diǎn)的干擾情況和鄰接小區(qū)的工作情況，自動(dòng)進(jìn)行頻點(diǎn)優(yōu)化和鄰接小區(qū)的參數(shù)優(yōu)化等。智能化基站的應(yīng)用，將減少人為的干預(yù)，降低對維護(hù)人員的水平和數(shù)量需求，降低運(yùn)維成本。