探討GSM+GPRS到3G的演進(jìn)策略

摘要　本文從無線網(wǎng)側(cè)和核心網(wǎng)兩個(gè)部分分開著手，研究了移動(dòng)通信從GSM+GPRS到3G演化的具體策略，給出了可供選擇的方案，本文對(duì)移動(dòng)通信的規(guī)劃建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義。

0、前言

目前，我國(guó)3G牌照發(fā)放的日期逐漸逼近，如何把世界上最大規(guī)模的GSM網(wǎng)絡(luò)（更準(zhǔn)確地說，是GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)）順利演進(jìn)到3G技術(shù)體系系統(tǒng)成了業(yè)內(nèi)的熱門話題。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，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)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(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，都由用戶終端、無線網(wǎng)側(cè)和核心網(wǎng)組成，其到3G的演進(jìn)主要體現(xiàn)在無線網(wǎng)側(cè)與核心網(wǎng)兩大部分。

1、無線網(wǎng)側(cè)的演進(jìn)

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

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

3G WCDMA無線網(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Iu和Iub接口連接，且均采用ATM傳輸。

它們與GSM+GPRS的無線接口和接入方式完全不同，因此WCDMA的無線接入部分將會(huì)重新部署。WCDMA無線網(wǎng)通過空中接口與用戶終端相連，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)；滿足不同業(yè)務(wù)的延時(shí)要求（從實(shí)時(shí)要求的語音業(yè)務(wù)到盡力而為的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）。

無線側(cè)平滑過渡解決方案：

●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)商來說，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在原有的GSM+GPRS無線網(wǎng)基礎(chǔ)上考慮升級(jí)的解決方案存在技術(shù)上的問題。采用無線網(wǎng)絡(luò)控制器（即RNC）升級(jí)的方式，作為無線側(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，用戶面的處理完全不同，BSC對(duì)于用戶面基本是透明的，而RNC對(duì)用戶面有很復(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無線網(wǎng)絡(luò)和3G無線網(wǎng)絡(luò)之間沒有直接連接。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)。

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

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)在無線側(cè)無法平滑演進(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，通過硬件的更新和軟件的升級(jí)來實(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，但由于近年來移動(dòng)用戶數(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)在通過升級(jí)能夠暫時(shí)滿足組網(wǎng)的需求，在將來網(wǎng)絡(luò)向全I(xiàn)P演進(jìn)的過程中，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)帶來的系統(tǒng)無疑是極不穩(wěn)定的，從戰(zhàn)略角度來看，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)才能在未來激烈的競(jìng)爭(zhēng)中贏得用戶，而承擔(dān)如此大的風(fēng)險(xiǎn)通過升級(jí)方式來進(jìn)行WCDMA系統(tǒng)演進(jìn)，毫無疑問不是首選和最佳方案。

●疊加、升級(jí)組合建網(wǎng)

從GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)到WCDMA網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的一種方式是疊加升級(jí)組合的建網(wǎng)方式，這種建網(wǎng)方案主要是將原有GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)的電路域進(jìn)行疊加、分組域進(jìn)行升級(jí)的一種組網(wǎng)方式。

從技術(shù)角度來看，WCDMA網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了網(wǎng)絡(luò)的繼承性，3G系統(tǒng)疊加在GSM+GPRS的核心網(wǎng)上不存在技術(shù)上的屏障。3G系統(tǒng)的UTRAN可以接入3G系統(tǒng)的核心網(wǎng)，滿足3G業(yè)務(wù)需要；GSM+GPRS系統(tǒng)的BSS既可接入已有的網(wǎng)絡(luò)，也可同時(shí)接入3G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的業(yè)務(wù)功能。

對(duì)于電路域而言，3G網(wǎng)絡(luò)的底層承載采用的是ATM承載，從而使GSM+GPRS到3G的升級(jí)在實(shí)現(xiàn)上不可能，同時(shí)會(huì)帶來很多問題，這些在前面已有論述�，F(xiàn)在在熱點(diǎn)地區(qū)，話務(wù)量已經(jīng)達(dá)到800Erl/Km2，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的引入，據(jù)預(yù)測(cè)三年內(nèi)話務(wù)量可達(dá)2500-3000Erl/Km2，而根據(jù)GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期的設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)承載能力最多可達(dá)1000Erl/Km2，所以針對(duì)話務(wù)熱點(diǎn)地區(qū)現(xiàn)在急需增加網(wǎng)絡(luò)容量。電路域由于兩代網(wǎng)絡(luò)之間底層承載完全不同，無法升級(jí)，對(duì)電路域進(jìn)行疊加是一個(gè)比較明智的選擇。

對(duì)于分組域的一種演進(jìn)方案是升級(jí)，從保護(hù)運(yùn)營(yíng)商投資的角度來看，分組域進(jìn)行升級(jí)演進(jìn)是一種可以參考的方案。例如，有的通訊設(shè)備制造商的GPRS和3G的PS域是采用同一硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)的，在GSM+GPRS到3G演進(jìn)時(shí)，只需增加部分接口硬件并進(jìn)行相關(guān)軟件升級(jí)即可。這樣既最大限度地保護(hù)了運(yùn)營(yíng)商的投資，又保證3G網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，便于網(wǎng)絡(luò)向R4/R5網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)。

從投資者的角度來看，本文提供的該解決方案，由于基于GPRS系統(tǒng)的過渡，可以使運(yùn)營(yíng)商在節(jié)省信令網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、智能網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)管、電力系統(tǒng)、以及HLR等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方面的投資的前提下，不會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)的性能。

但需注意的是，采用這種PS域升級(jí)的方案的前提是GSM+GPRS的GPRS和3G的PS域設(shè)備的硬件平臺(tái)可以兼容，并有向全I(xiàn)P演進(jìn)的能力。如現(xiàn)網(wǎng)上已有的GPRS設(shè)備的硬件平臺(tái)無法升級(jí)到3G則應(yīng)考慮采用下一節(jié)方案。

如果采用現(xiàn)有GPRS的SGSN和GGSN升級(jí)為PS域，首先會(huì)影響現(xiàn)有GPRS網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，其次升級(jí)后設(shè)備為GPRS用戶提供服務(wù)，同時(shí)又為WCDMA用戶提供服務(wù)，隨著WCDMA用戶的增加，系統(tǒng)在擴(kuò)容上需要進(jìn)一步投資。并且現(xiàn)在GPRS網(wǎng)上設(shè)備SGSN的交換方式有很多廠商是采用窄帶電路交換方式，即使是采用寬帶ATM交換的系統(tǒng)，由于其結(jié)構(gòu)老化，處理機(jī)的處理能力、業(yè)務(wù)支持能力也無法滿足3G業(yè)務(wù)的需求，從而成為WCDMA數(shù)據(jù)高速交換的瓶頸，不利于以后新業(yè)務(wù)的發(fā)展。

●完全疊加建網(wǎng)

從GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)向3G系統(tǒng)的演進(jìn)的另一種方案是建設(shè)完全疊加網(wǎng)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)現(xiàn)有GSM+GPRS組網(wǎng)不同區(qū)別對(duì)待：

對(duì)于GSM+GPRS電路域本地網(wǎng)采用完全疊加的方案。因?yàn)殚L(zhǎng)途網(wǎng)一般僅起到話務(wù)轉(zhuǎn)接的作用，與GSM作用相同，建議WCDMA同GSM共享長(zhǎng)途網(wǎng)資源，這樣對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的影響也不是很大，WCDMA R99電路域采用的是七號(hào)信令，可以與GSM共享七號(hào)信令網(wǎng)。

對(duì)于分組域，WCDMA網(wǎng)絡(luò)PS域骨干網(wǎng)與現(xiàn)有的GPRS骨干網(wǎng)共享，WCDMA網(wǎng)絡(luò)PS域省網(wǎng)新建SGSN和GGSN，并且由于WCDMA的PS域與現(xiàn)網(wǎng)GPRS在流程以及核心網(wǎng)的協(xié)議非常相似，省網(wǎng)的CG、DNS和路由器等設(shè)備與GPRS現(xiàn)網(wǎng)共用。

2.2　核心網(wǎng)疊加方案的主要優(yōu)點(diǎn)

避免了對(duì)現(xiàn)有GSM+GPRS業(yè)務(wù)的影響；易于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和實(shí)施；充分保障了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；容量不受原有網(wǎng)絡(luò)的限制。

這種方案通過核心網(wǎng)的疊加來引入寬帶接入、補(bǔ)充新的頻譜和核心網(wǎng)資源，達(dá)到分流語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、刺激業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的目的，從而促進(jìn)3G系統(tǒng)的發(fā)展。

值得注意的是，GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)與3G系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)的疊加存在，不是競(jìng)爭(zhēng)而是相互協(xié)作、互補(bǔ)的關(guān)系。為了充分挖掘3G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的高頻譜利用率，當(dāng)3G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)，對(duì)語音業(yè)務(wù)也可考慮優(yōu)先使用3G網(wǎng)絡(luò)。采用疊加方式建設(shè)3G網(wǎng)絡(luò)，不僅有利于3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的逐步推進(jìn)，而且為網(wǎng)絡(luò)向基于3GPP R4/R5的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)掃清了障礙。

2.3　演進(jìn)策略建議：

總體來說，針對(duì)即將擁有3G牌照的運(yùn)營(yíng)商，一般會(huì)面臨三種建網(wǎng)選擇：新建、升級(jí)、疊加，當(dāng)然實(shí)際情況往往會(huì)采用其中兩種或三種組合策略。

對(duì)于原本就沒有建設(shè)GSM+GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)商來說，由于沒有原來網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，可以盡量采用較新的技術(shù)，建設(shè)全新的網(wǎng)絡(luò)非常適宜，這樣越過GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)，直接增加3G的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建3G的核心網(wǎng)絡(luò)和3G無線接入網(wǎng)，提供3G業(yè)務(wù)。對(duì)此，本文提供的3G演進(jìn)方案建議直接建設(shè)核心網(wǎng)CN和接入網(wǎng)UTRAN，已經(jīng)有設(shè)備制造商可以提供全套WCDMA端到端的解決方案，包括所有的系統(tǒng)設(shè)備：Node B、RNC、MSC/VLR、SGSN、GGSN、HLR、CG、OMC、SC、MMSC以及綜合業(yè)務(wù)管理平臺(tái)等等。針對(duì)已經(jīng)建設(shè)GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)商，面臨的是如何從GSM+GPRS向3G進(jìn)行平穩(wěn)、無縫的演進(jìn)。此時(shí)運(yùn)營(yíng)商最為關(guān)注的是：WCDMA網(wǎng)絡(luò)的引入應(yīng)盡可能減小對(duì)現(xiàn)有GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的影響；盡可能地利用現(xiàn)網(wǎng)資源，更重要的是盡可能地保護(hù)GSM+GPRS到3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展上新的投資，同時(shí)確保這種投資可以保障網(wǎng)絡(luò)向全I(xiàn)P平滑演進(jìn)而不會(huì)出現(xiàn)某種障礙；終端用戶的業(yè)務(wù)可以從GSM+GPRS平滑過渡到WCDMA。

本文充分考慮了上述情況，完全支持從GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)向WCDMA系統(tǒng)的平滑演進(jìn)策略，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)根據(jù)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)情況提供不同的解決方案。對(duì)于原來GPRS網(wǎng)絡(luò)初建時(shí)已經(jīng)考慮到了與3G PS域兼容，并且可以通過軟件升級(jí)過渡到3G的運(yùn)營(yíng)商，采用PS域升級(jí)、CS域疊加的演進(jìn)方案。

而對(duì)于大多數(shù)現(xiàn)網(wǎng)情況，GPRS網(wǎng)絡(luò)無法只是通過軟件升級(jí)過渡到3G的PS域，因此建議采用完全疊加網(wǎng)的方案。即網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)在原有GSM+GPRS本地網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，疊加3G核心網(wǎng)，可同時(shí)接入3G的無線接入網(wǎng)UTRAN和GSM+GPRS的無線接入網(wǎng)BSS，在提供3G豐富多彩的業(yè)務(wù)的同時(shí)，與現(xiàn)有GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)互通，并為GSM+GPRS業(yè)務(wù)的平滑演進(jìn)提供了保證。新建的3G核心網(wǎng)已經(jīng)從規(guī)劃上充分考慮到網(wǎng)絡(luò)向全I(xiàn)P演進(jìn)的趨勢(shì)，為全I(xiàn)P的演進(jìn)掃除了障礙。建設(shè)完全疊加網(wǎng)是對(duì)現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)影響最小的解決方案，維護(hù)和提升精品網(wǎng)絡(luò)、高品質(zhì)服務(wù)的運(yùn)營(yíng)形象，為新一代網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造了更廣闊的發(fā)展空間。

3、結(jié)論

從現(xiàn)有GSM+GPRS網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)到WCDMA網(wǎng)絡(luò)時(shí)，不論采用哪種演進(jìn)策略，都可以充分考慮如何改造和利用當(dāng)前已有的長(zhǎng)途骨干網(wǎng)、信令網(wǎng)、智能網(wǎng)、關(guān)口局及HLR/AUC、SC等設(shè)備。這樣既最大限度地保護(hù)了運(yùn)營(yíng)商在GSM/GPRS等方面的已有投資，又可以使運(yùn)營(yíng)商根據(jù)自己地區(qū)的業(yè)務(wù)開展情況和經(jīng)營(yíng)狀況，逐步、漸進(jìn)地提供豐富的3G系統(tǒng)業(yè)務(wù)，從而達(dá)到優(yōu)化自己的網(wǎng)絡(luò)資源配置、簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和便于運(yùn)營(yíng)、管理的目的。這充分體現(xiàn)了WCDMA系統(tǒng)對(duì)GSM+GPRS現(xiàn)網(wǎng)設(shè)施的繼承性和保護(hù)。