GSM新技術及應用前景展望

摘要：

本文分章節(jié)介紹了未來兩年將逐步成熟進入應用的移動通信新技術——AMR-WB, BSS-IP, EDGE Evolution 和 SDR，結合國內移動運營商的最新動態(tài)和GSM/EDGE現(xiàn)網的實際情況，對這些新技術在GSM領域的應用前景進行了分析，并提出相關建議。

1  前言

GSM作為世界上最成熟的無線接入制式歷經十年發(fā)展，至今仍煥發(fā)勃勃生機，在整個成熟產業(yè)鏈的共同推動下，各種新技術的吸收和融合迅速而穩(wěn)健。AMR-WB、BSS IP、 EDGE Evolution、SDR等是近年來無線接入領域出現(xiàn)的新技術，國際標準組織ITU-T，3GPP等已經完成了大量的研究工作，部分標準已經最后定型。同時，以中國移動為代表的國內移動運營商不斷成長，成立專項課題研究，密切跟蹤新技術發(fā)展，從中國特色的移動市場需求出發(fā)，制定適當?shù)募夹g應用策略。

本文對未來兩年新技術作一個簡要介紹，同時結合國內的現(xiàn)網情況對這些新技術的應用前景作初步分析評估。

2  AMR-WB

2.1      AMR-WB的特點和優(yōu)勢

“AMR-WB”全稱為“Adaptive Multi-rate - Wideband”，即“自適應多速率寬帶編碼”，采樣頻率為16kHz，是一種同時被國際標準化組織ITU-T和3GPP采用的寬帶語音編碼標準，也稱為G722.2標準。AMR-WB提供語音帶寬范圍達到50～7000Hz，用戶可主觀感受到話音比以前更加自然、舒適和易于分辨。

與之作比較，現(xiàn)在GSM用的EFR（Enhenced Full Rate，增強型全速率編碼）采樣頻率為8kHz，語音帶寬為200～3400Hz。

AMR-WB應用于窄帶GSM（全速信道16k，GMSK）的優(yōu)勢在于其可采用從6.6kb/s, 8.85kb/s和12.65kb/s三種編碼，當網絡繁忙時C/I惡化，編碼器可以自動調整編碼模式，從而增強QoS。在這種應用中，AMR-WB抗擾度優(yōu)于AMR-NB。

3GPP的測試結果顯示，載波干擾比率C/I較低時，AMR-WB仍可提供遠高于EFR的語音質量，見圖1[1]；載波干擾比率C/I較高時，AMR-WB 12.65kb/s的編碼同其他寬帶語音編碼標準（如G722, 48k）質量相當，但明顯節(jié)省資源，從而更適用于窄帶GSM系統(tǒng)。

圖1 在GSM全速信道下AMR-WB與AMR-NB、EFR的比較

AMR-WB應用于EDGE、3G可充分體現(xiàn)其優(yōu)勢。足夠的傳輸帶寬保證AMR-WB可采用從6.6kb/s到23.85kb/s共九種編碼，語音質量超越PSTN固定電話。

2.2     現(xiàn)網AMR-WB應用分析和建議

對于以中國移動為代表的移動運營商，AMR-WB有比較大的現(xiàn)實價值：

一方面，AMR-WB是適用于窄帶GSM的高質量語音，多速率處理和自適應特性使其抗擾性強，有效提升QoS。

另一方面，GSM網絡升級至EDGE、3G后，應用AMR-WB技術上實現(xiàn)了這樣一種可能性，即移動運營商可提供比傳統(tǒng)PSTN固定電話質量更優(yōu)、種類更豐富的語音業(yè)務。

對于以中國電信為代表的固網運營商，AMR-WB同樣意味著機遇。一方面，PSTN固定電話在窄帶語音業(yè)務市場份額受移動業(yè)務的進一步擴張而繼續(xù)萎縮；另一方面，中國電信的分組軟交換網絡建設領先于移動運營商，而在分組軟交換系統(tǒng)中很容易引進AMR-WB。憑借這個優(yōu)勢，中國電信可以搶先推出基于AMR-WB的寬帶電話、視頻會議等，從而拓展、鞏固高利潤率的企業(yè)級通信解決方案的市場份額。

手機方面，目前市場的近40款主流中、高端手機已經支持AMR-WB（TRUE TONE）功能，可見支持寬帶語音編碼正成趨勢。隨著手機芯片成本的不斷降低，AMR-WB的支持將越來越普及。

接入系統(tǒng)BSS方面，結合EDGE的引入路標（Roadmap），AMR-WB的實現(xiàn)建議分為兩個階段——

第一階段：2008年初，AMR-WB基于窄帶GSM，編碼速率至12.65kb/s；

第二階段：2008年底2009年初，AMR-WB基于EDGE，編碼速率至23.85kb/s。

3   BSS IP

3.1      BSS IP的特點和優(yōu)勢

ALL-IP是指全IP網絡的傳輸技術，由3GPP R5時期正式提出。業(yè)界的共識是，全IP傳輸網絡是2G乃至3G移動通信網絡向LTE平滑演進必要組成部分，在不久的將來，以“業(yè)務IP化，傳送分組化”為趨勢的FMC網絡融合浪潮到來之際，ALL-IP將成為“Everything over IP”，“IPV6”，“網絡扁平化”等概念的現(xiàn)實基礎。

作為ALL-IP的組成部分，BSS IP與承載現(xiàn)網GSM/EDGE BSS的TDM E1傳輸相比，能夠大幅提高傳輸效率，降低傳輸成本。

BSS的傳輸IP化后網元間邏輯架構見圖2。

圖2 IP BSS網元邏輯架構

由上圖可見，實現(xiàn)BSS的IP化傳輸與否對手機終端來說是透明的，BSS網元間傳輸?shù)腎P化與否和“Gb over IP”、“Ater over IP”沒有必然關系，考慮到改造成本，兩者的IP化改造可以分階段進行。

在BSS的各網元間數(shù)據(jù)交互，將由IP/MPLS骨干專網承載，其重點在于邊際路由器到BSC、BTS的“最后一公里”的IP化改造，原先在E1線上的TDM傳輸將為“IP over E1”，“IP over Ethernet”所取代，改造后Abis口傳輸效率將得到大大改進。

Abis上應用IP over E1，對于語音業(yè)務，單根E1傳輸線可以節(jié)約40％的容量，仿真結果見圖3；對于分組業(yè)務如EDGE，單根E1可節(jié)約20％的容量，仿真結果見圖4。值得注意的是GSM/EDGE現(xiàn)網中單根E1的基站配置占了絕大多數(shù)，可見IP over E1對國內運營商有一定吸引力。當然，實際考慮到IP保證QoS、IP包頭部開銷、時延等因素，容量增益有所折減，用于解決覆蓋的單E1傳輸基站并不能充分體現(xiàn)BSS IP的效益。

如果說IP over E1是充分考慮到現(xiàn)網利舊因素的“窄帶IP”，那IP over Ethernet 就是新建基站在“最后一公里”上實現(xiàn)Abis IP化的最經濟方案，是“寬帶IP”。當數(shù)據(jù)帶寬需求增加時，以太網是一種非常普及、經濟、高效的解決方案。BTS基站上只需一個FE（Fast Ethernet）端口，即可支持相當于數(shù)十倍E1的傳輸帶寬，能夠完全滿足數(shù)據(jù)業(yè)務的不斷增長對Abis，Iub帶寬的要求，為基于SDR的網絡2G->3G->LTE的平滑演進奠定了基礎。

圖3 Abis上承載語音，IP和TDM模式下E1空余容量比較

圖4 Abis上承載EDGE， IP和TDM模式下E1空余容量比較

3.2     GSM/EDGE 網絡中的BSS IP應用分析和建議：

據(jù)有關媒體報道，中國移動運營商在較早時期就開始了對“BSS IP傳輸”專項研究。近兩年來，移動運營商在省際傳輸骨干網和省內傳輸專網的擴容建設上，有明顯IP化的趨勢。可以預計，中國移動運營商的傳輸網對IP的整體承載能力很快將不遜于傳統(tǒng)固網運營商。傳輸網的IP化改造為BSS IP做好了準備。

中國移動運營商對BSS IP的實施面臨諸多問題，至少有如下幾點：

-    BSS設備IP兼容性問題，涉及現(xiàn)網BSC、BTS替換改造

-    現(xiàn)網Abis口大量存在的E1 TDM點到點連接帶來的傳輸改造問題

-    傳輸改造期間的TDM、IP混合組網管理

-    IP網元的同步問題、性能管理問題

-    IP化以后對于網元的IP資源規(guī)劃和管理

-    IP/MPLS專網的管理，網絡安全性問題

-    后續(xù)網絡演進的策略和步驟

考慮到基站接口和承載方式的多樣性，以及改造成本，建議中國移動運營商考慮TDM和IP傳輸混合組網承載GSM/EDGE。

4   EDGE Evolution

4.1      EDGE Evolution

據(jù)有關報道，中國移動在2007年初進一步加大了對GSM的投入，投資總額超出預期。該投資的相當部分估計用于EDGE網絡的建設。這再一次表明了中國移動運營商對推動移動數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展的決心。EDGE明顯優(yōu)于傳統(tǒng)GPRS技術——路測表明，在EDGE網絡信號良好的情況下，4 timeslot EDGE的平均數(shù)據(jù)速率可達到200kb/s。

EDGE Evolution稱做EDGE演進技術或EDGE增強技術，它其實是一系列新技術的合集，這些新技術將使EDGE的單用戶理論速率達到1Mb/s（現(xiàn)8 timeslot EDGE理論速率為384kb/s）.

EDGE Evolution技術集包括：

-    手機接收分級（MSRD）；

-    雙天線除擾（DAIC）；

-    下行雙載頻捆綁（DDC）；

-    GERAN上行性能演進（HUGE）；

-    符號周期削減、更高階調制和Turbo編碼（RED HOT）

-    延遲削減

限于篇幅，本文不再對上述各技術作詳細展開。   

4.2      EDGE Evolution應用分析

目前，EDGE 的演進技術已經得到中國移動運營商的普遍關注，EDGE Evolution的應用進程將得到有效推進。

從技術集構成來看，主要實施難度體現(xiàn)在手機終端側。GSM/EDGE終端如果要支持諸如MSRD、DDC等技術，硬件設計上要做較大改動并集成支持相應新算法的芯片，這會造成終端成本的提高。因此，可以預料到的結果是在初期，終端廠商僅會在少數(shù)的高端機型上推出對EDGE Evolution的支持，配合運營商EDGE網絡演進的成熟度，謹慎地預估EDGE Evolution的市場需求。

對于BSS設備廠家來說，EDGE Evolution中諸如DDC等技術對載頻TRX的射頻功放性能提出了更高要求，所以部分廠家需要更換TRX。

5   SDR

5.1      SDR技術簡介

SDR全稱為Soft Defined Radio，即軟件定義無線電。在ITU的相應規(guī)范標準化進程由國際組織“SDR論壇”（1996年成立）大力推動。應用SDR技術，使真正的通用無線寬帶接入平臺成為整個通信產業(yè)鏈關注的熱門概念，見圖5。

圖5 SDR——實現(xiàn)通用無線寬帶接入平臺的關鍵技術

通用無線寬帶接入平臺，亦稱為“通用多標準基站”，可根據(jù)不同的需要和應用場景，僅通過軟件升級的方式，實現(xiàn)支持2G、3G、Wimax、3G LTE乃至未來更新型無線接入制式。

基于SDR的通用多標準基站邏輯架構如圖6�；�站由以下主要邏輯部件組成：

-    Mx/MB Transceiver Front-End (MBFE) 多標準多波段收發(fā)前端

MBFE是基站天線和MxBB之間的關鍵部件，集成A/D、D/A轉換，上、下變頻調制，功放，低噪放，耦合器等寬頻器件。

經ALCATEL-LUCENT測試驗證，滿足SDR標準的中頻帶MBFE原型可以在3GPP I、III、IV頻段和擴展頻段達到預期的射頻指標。[2]

-    Mx-Baseband Processing (MxBB) 多標準多波段基帶處理單元

MxBB內的SDR模塊由DSP和FPGA組成，支持GSM、GPRS、EDGE、UMTS、HSDPA、CDMA 2000和OFDM等無線接入算法庫。

MxBB的SDR模塊通過高速控制和數(shù)據(jù)總線互聯(lián)。

圖6 基于SDR的通用多標準基站架構

-    Common O&M 公共操作維護單元

公共操作維護單元由外部接口模塊和基站操作維護管理模塊構成。外部接口模塊提供基站到基站控制器的傳輸接口，至少包括E1口、GE口等，接口可擴充以支持其他傳輸；操作維護管理模塊負責基站內各組件的狀態(tài)監(jiān)控。

5.2      SDR的應用分析：

國外運營商如SFR、Vodafone等計劃2007年在部分開放900Mhz頻段WCDMA許可的國家把現(xiàn)網GSM逐步升級到UMTS。900 Mhz的多標準SDR基站十分適用于此類市場——軟件升級即可完成3G升級，無需硬件改動，大大保護了運營商投資。因此，預計08年可見到工作于900 Mhz的SDR產品。

中國移動運營商一直密切關注SDR的研究進展，但是，考慮到國內3G牌照發(fā)放、 900 Mhz頻段許可證等因素，SDR的應用缺乏現(xiàn)實動因。可以預見的是，SDR技術伴隨著通信網絡技術的演進融合必將成為業(yè)內主流。

6  具備強大演進能力的EvoliumTM BSS系統(tǒng)簡介

創(chuàng)新的EvoliumTM BSS系統(tǒng)是上海貝爾阿爾卡特依托于阿爾卡特朗訊的強大支持向國內市場推出的多標準基站通信系統(tǒng)。

面向支撐下一代移動無線接入技術的設計理念使該系統(tǒng)具備強大的演進能力�；�于EvoliumTM架構，完全可以實現(xiàn)基站同架支持GSM/GPRS、EDGE、WCDMA、802.16e乃至未來的LTE。配合新一代EvoliumTM A9130 BSC/PCU平臺，BSS系統(tǒng)提供了升級支持諸如AMR-WB、BSS IP乃至EDGE Evolution等新技術應用的最經濟方案，充分保護現(xiàn)有投資，獲得了中外各大運營商的積極評價。

值得指出的是，阿爾卡特朗訊是SDR Forum的領導者之一，在對SDR技術的實踐應用領域處于絕對的領先地位。其歷史突破性的SDR基站模塊于不久的未來必將再一次展示出EvoliumTM BSS系統(tǒng)在現(xiàn)網的強大演進能力。

7  結束語

隨著各種新技術在GSM網絡中的應用，GSM系統(tǒng)的生命周期得到了有效延續(xù)，“2G向3G的平滑演進”正在從空泛的口號變?yōu)楝F(xiàn)實，這一點已經為越來越多的業(yè)內人士所認同。通過以上篇幅，希望不僅能夠使讀者對未來兩年內將在GSM/EDGE網絡獲得應用的新技術有更多的了解，更重要的是，能令網絡建設者們能夠得到些許啟發(fā)，更加有效地進行GSM/EDGE網絡的演進管理，最大程度地保護現(xiàn)有投資，實現(xiàn)業(yè)務價值。

8  參考文獻

[1] 張韜，裘正定，“自適應多速率寬帶編碼標準AMR-WB及應用”，電聲技術，2004，（10）：31-36

[2] Koenig, Wolfgang, “Implementation of a Multiband Frontend for a Medium Range Basestation within the RMS Project: Testand Measurement Results (Wolfgang Koenig, Gerhard Luz, Siegfried Walter, Ulrich Weiss)”, SDR 04 paper, 2004 Software Defined Radio Technical Conference and Product Exposition, November 15-18, Phoenix, Arizona, 2004