淺析WCDMA網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)和部署

摘要　文章首先簡要回顧了WCDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)R99、R4和R5等三個階段的主要特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，分析了WCDMA網(wǎng)絡(luò)部署對GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的影響；最后，給出了WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃應(yīng)該注意的幾個關(guān)鍵因素。

1、WCDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)

　　WCDMA作為3G的三大主流技術(shù)之一，是基于GSMMAP協(xié)議，通過引進(jìn)CDMA技術(shù)演變而來的。3GPP關(guān)于WCDMA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)主要分為R99、R4、R5和R6等幾個主要階段。無線網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)主要是通過采用高階調(diào)制方式和各種有效的糾錯機(jī)制等技術(shù)，不斷增強(qiáng)空中接口的數(shù)據(jù)吞吐能力；而核心網(wǎng)絡(luò)主要利用控制與承載、業(yè)務(wù)與應(yīng)用相分離的思路，逐步從傳統(tǒng)的TDM組網(wǎng)方式向全I(xiàn)P組網(wǎng)方式演進(jìn)。最終使無線網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)全部走向IP化，在整個技術(shù)演進(jìn)過程中保證了業(yè)務(wù)的連續(xù)性、完善的QoS機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)的安全性。以下對R99、R4和R5三個不同版本的主要技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了歸納：

　　1.1　R99

　　WCDMA R99在新的工作頻段上引入了基于每載頻5MHz帶寬的CDMA無線接入網(wǎng)絡(luò)，無線接入網(wǎng)絡(luò)主要由Node B(負(fù)責(zé)基帶處理、擴(kuò)頻處理)和RNC(負(fù)責(zé)接入系統(tǒng)控制與管理)組成，同時引入了適于分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議和機(jī)制，數(shù)據(jù)速率可支持144kb/s、384 kb/s，理論上可達(dá)2Mb/s。

　　WCDMA R99核心網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上與GSM保持一致，其電路域(CS)仍采用TDM技術(shù)，分組域(PS)則基于IP技術(shù)來組網(wǎng)。WCDMA R99的3G MSC/VLR與無線接入網(wǎng)絡(luò)(RAN)的接口Iu-cs采用ATM技術(shù)承載信令和話音，分組域R99 SGSN與RAN通過ATM進(jìn)行信令交互，媒體流使用AAL5承載IP分組包。另外，為滿足RNC之間的軟切換功能，RNC之間還定義了Iur接口。而GSM的A接口采用基于傳統(tǒng)E1的七號信令協(xié)議，BSC/PCU與SGSN之間的Gb接口采用幀中繼承載信令和業(yè)務(wù)。因此，R99與GSM/GPRS的主要差別體現(xiàn)在傳輸模式和軟件協(xié)議的不同。

　　在用戶的安全機(jī)制上，GSM由AuC提供鑒權(quán)三元組，采用A3/A8算法對用戶進(jìn)行鑒權(quán)及業(yè)務(wù)加密；R99由AuC提供鑒權(quán)五元組，定義了新的用戶加密算法(UEA)，并采用Authentication Token機(jī)制增強(qiáng)用戶鑒權(quán)機(jī)制的安全性。

　　1.2　R4

　　WCDMA R4與R99相比無線接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)沒有改變，其區(qū)別主要在于引入了TD-SCDMA技術(shù)，同時對一些接口協(xié)議的特性和功能進(jìn)行了增強(qiáng)。

　　在電路域核心網(wǎng)中主要引入了基于軟交換架構(gòu)的分層架構(gòu)，將呼叫控制與承載層相分離，通過MSC Server、MGW將語音和控制信令分組化，使電路交換域和分組交換域可以承載在一個公共的分組骨干網(wǎng)上。R4主要實(shí)現(xiàn)了語音、數(shù)據(jù)、信令承載統(tǒng)一，這樣可以有效降低承載網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營和維護(hù)成本；而在核心網(wǎng)中采用壓縮語音的分組傳送方式，可以節(jié)省傳輸帶寬，降低傳輸建設(shè)成本；另外，由于控制和承載分離，使得MGW和Server可以靈活放置，提高了組網(wǎng)的靈活性，集中放置的Server可以使業(yè)務(wù)的開展更快捷。當(dāng)然，由于R4網(wǎng)絡(luò)主要是基于軟交換結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，為向R5的順利演變奠定了基礎(chǔ)。

　　1.3　R5

　　WCDMA R5在無線網(wǎng)絡(luò)中主要引入基于IP的RAN和HSPDA的功能，尤其引人關(guān)注的是HSDPA支持高速下行分組數(shù)據(jù)接入，理論峰值數(shù)據(jù)速率可高達(dá)14.4Mb/s。目前HSDPA系統(tǒng)下行速率可達(dá)3.6Mb/s，預(yù)計(jì)2006年可以大規(guī)模商用。

　　在核心網(wǎng)，R5協(xié)議引入了IP多媒體子系統(tǒng)，簡稱IMS。IMS疊加在分組域網(wǎng)絡(luò)之上，由CSCF(呼叫狀態(tài)控制功能)、MGCF(媒體網(wǎng)關(guān)控制功能)、MRF(媒體資源功能)和HSS(歸屬簽約用戶服務(wù)器)等功能實(shí)體組成。IMS的引入，為開展基于IP技術(shù)的多媒體業(yè)務(wù)創(chuàng)造了條件。目前，基于SIP協(xié)議業(yè)務(wù)主要有：VoIP、PoC、即時消息、MMS、在線游戲以及多媒體郵件等。全球運(yùn)營商正在進(jìn)行基于SIP協(xié)議的系統(tǒng)和業(yè)務(wù)測試，尤其是不同運(yùn)營商的互通測試成為一個業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，它代表了未來業(yè)務(wù)的發(fā)展方向。

2、WCDMA網(wǎng)絡(luò)引入對GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的影響

　　無論WCDMA的哪個版本，其無線網(wǎng)絡(luò)對于GSM/GPRS無線網(wǎng)絡(luò)都是革命性的，設(shè)備不存在平滑升級的問題。因?yàn)镚SM/GPRS與WCDMA無線系統(tǒng)的調(diào)制方式不同，并且工作頻率也不相同，GSM/GPRS系統(tǒng)工作在900/1800MHz，WCDMA系統(tǒng)主要工作在2.1GHz頻段上，這對于無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提出了新的挑戰(zhàn)。

　　對于核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而言，R99版本盡管從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上延續(xù)了GSM/GPRS的特點(diǎn)，仍由電路域和分組域組成，但需對GSM/GPRS的電路域MSC/VLR進(jìn)行改造使之適應(yīng)Iu系列接口，并在容量上適應(yīng)3G系統(tǒng)的要求。對電路域的改造存在著一定的難度，2G MSC/VLR必須引入ATM節(jié)點(diǎn)，而對于部署3G網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域主要在城市話務(wù)密集區(qū)域，這些區(qū)域的2G MSC/VLR的負(fù)荷更重，另外必須考慮網(wǎng)絡(luò)的安全性。分組網(wǎng)絡(luò)同樣涉及到接口改造和協(xié)議軟件的升級問題。因此，2G網(wǎng)絡(luò)實(shí)際可利用的資源有限。當(dāng)然，R99的產(chǎn)品比較成熟，多廠家互通性已經(jīng)得到驗(yàn)證，可以大規(guī)模部署；由于R99主要考慮對GSM/GPRS的后向兼容，從技術(shù)發(fā)展方向來看，R99大規(guī)模部署也值得商榷。

　　R4系統(tǒng)的部署，核心網(wǎng)絡(luò)幾乎全部新建。目前，采用R4組網(wǎng)的商用系統(tǒng)很少，另外，多廠家系統(tǒng)組網(wǎng)還存在兼容性問題需要驗(yàn)證。部署R4網(wǎng)絡(luò)還需要建設(shè)全國性的IP骨干網(wǎng)絡(luò)，但R4部署對于網(wǎng)絡(luò)向全I(xiàn)P化演進(jìn)有利。

　　為了滿足WCDMA與GSM/GPRS互操作，保證2G網(wǎng)絡(luò)與3G網(wǎng)絡(luò)的無縫切換，必須對2G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級改造�？紤]到3G網(wǎng)絡(luò)的部署，為了保證2G用戶平滑升級到3G，即用戶號碼不變，考慮業(yè)務(wù)的需求，即3G用戶開機(jī)優(yōu)先選擇3G網(wǎng)絡(luò)�？臻e模式下支持3G、2G之間雙向小區(qū)重選，設(shè)置UE優(yōu)先守侯在3G網(wǎng)絡(luò)。占用模式下，電路域采用3G到2G單向語音切換，分組域采用3G與2G的雙向小區(qū)重選，分組域和電路域并發(fā)業(yè)務(wù)時，執(zhí)行3G到2G的單向語音切換等原則。

　　對于GSM/GPRS設(shè)備的改造，主要涉及到以下幾個方面：

　　首先現(xiàn)有的2G HLR應(yīng)升級支持3G用戶數(shù)據(jù)存儲，支持2G/3G鑒權(quán)功能，支持3GPPMAP協(xié)議、ODB閉鎖PS業(yè)務(wù)、可視電話回落等功能；而2G MSC/VLR應(yīng)升級支持3G/2G的單向語音切換、ARD忽略、3G終端適配接入、鑒權(quán)AC版本等功能。

　　對于分組網(wǎng)絡(luò)2G SGSN應(yīng)升級支持ARD忽略、3G終端適配接入、鑒權(quán)AC版本等功能；若3G網(wǎng)絡(luò)SGSN不進(jìn)行新建，2G SGSN還要進(jìn)一步升級改造滿足3G業(yè)務(wù)的需要，一般而言，3G網(wǎng)絡(luò)的SGSN一般采取新建的方式，避免對2G的SGSN網(wǎng)絡(luò)造成很大的沖擊。R4網(wǎng)絡(luò)的部署，還需要建設(shè)全國性的IP骨干網(wǎng)絡(luò)。

　　對于無線網(wǎng)絡(luò)，2G BSC必須升級支持3G到2G的單向語音切換、系統(tǒng)間雙向重選，3G終端適配接入等功能。

　　由于GSM運(yùn)營商受本國CDMA運(yùn)營商部署EV-DO網(wǎng)絡(luò)的競爭壓力，在部署WCDMA網(wǎng)絡(luò)的時候，更加關(guān)注HSDPA的部署和IMS系統(tǒng)的引入。因此，受運(yùn)營商開展業(yè)務(wù)的推動，許多后續(xù)版本的一些功能在網(wǎng)絡(luò)部署時提前被采用，成為當(dāng)今WCDMA網(wǎng)絡(luò)部署的一種潮流。

3、WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃必須考慮的幾個問題

　　首先，3G網(wǎng)絡(luò)的部署對于擁有2G網(wǎng)絡(luò)的移動運(yùn)營商來說，主要是增強(qiáng)系統(tǒng)無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的能力，滿足用戶中高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，而不是解決話音業(yè)務(wù)的需要。而對于新進(jìn)入移動領(lǐng)域的運(yùn)營商，3G網(wǎng)絡(luò)部署既要滿足用戶語音的需求，又要滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。因此，不同運(yùn)營商建網(wǎng)策略有很大的不同。目前全球除日本外，獲得3G牌照的新運(yùn)營商主要采取在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市開始部署WCDMA網(wǎng)絡(luò)，而在其他沒有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)通過與原有2G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商簽署漫游協(xié)議，實(shí)現(xiàn)在3G覆蓋區(qū)域以外的資源共享，這也是政府在發(fā)放3G牌照時對2G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的強(qiáng)制性規(guī)定。

　　對于擁有GSM網(wǎng)絡(luò)的移動運(yùn)營商，在確定了市場定位、業(yè)務(wù)策略以及建網(wǎng)策略后，首先要進(jìn)行2G現(xiàn)有資源的調(diào)查，調(diào)查主要包括基礎(chǔ)設(shè)施(機(jī)房面積、供電、鐵塔、傳輸?shù)?、基站城鄉(xiāng)比例、室內(nèi)分布及信號源、話務(wù)密度、話務(wù)分布，尤其是GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分布、流量分布、用戶業(yè)務(wù)類型以及不同業(yè)務(wù)的閑忙時分布，不同業(yè)務(wù)對于資源的占用情況等�；�礎(chǔ)設(shè)施的調(diào)查主要是可以充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)省投資，同時可以大大加快網(wǎng)絡(luò)的部署，在時間上爭取主動。而對于現(xiàn)網(wǎng)話務(wù)分布、話務(wù)密度以及GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量、數(shù)據(jù)用戶行為等方面的調(diào)查，是WCDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋和資源配置的主要依據(jù)。

　　其次，WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要涉及3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋目標(biāo)、容量目標(biāo)、質(zhì)量目標(biāo)等方面。覆蓋目標(biāo)：有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求為首要考慮因素，由于3G工作在2.1G頻段上，必須進(jìn)行傳播特性校正。在傳播模型校正的基礎(chǔ)上，對于目標(biāo)區(qū)域CS64、PS64、PS128以及PS384業(yè)務(wù)應(yīng)用場景以及要求明確后，為保證覆蓋區(qū)內(nèi)各業(yè)務(wù)的應(yīng)用，不同業(yè)務(wù)、不同的QoS要求，業(yè)務(wù)覆蓋規(guī)劃又是WCDMA無線規(guī)劃的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。

　　一般在WCDMA覆蓋區(qū)內(nèi)首先必須保證CS64連續(xù)覆蓋。PS32和PS64兩種業(yè)務(wù)基本保證連續(xù)覆蓋，而PS384業(yè)務(wù)主要適用于室內(nèi)覆蓋。對于更高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求或考慮競爭策略的需求，可以在重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行HSDPA的部署，網(wǎng)絡(luò)部署初期可以同WCDMA采用同一個載頻，待業(yè)務(wù)發(fā)展到一定階段，再考慮用獨(dú)立的載頻進(jìn)行HSDPA的部署。對于HSDPA網(wǎng)絡(luò)的引入，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的協(xié)調(diào)難度進(jìn)一步加大。目前，商用的WCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件還沒有HSDPA的規(guī)劃模塊。

　　第三，WCDMA無線接入技術(shù)基于CDMA技術(shù)，因此3G無線網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行覆蓋規(guī)劃和容量規(guī)劃時，要充分考慮CDMA技術(shù)的特點(diǎn)。CDMA是一個自干擾系統(tǒng)，系統(tǒng)容量為一個動態(tài)容量，系統(tǒng)在不同負(fù)荷情況下存在呼吸效應(yīng)，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中必須重視這一點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時不同的話務(wù)密度區(qū)域考慮上行負(fù)載取值不同，室內(nèi)及室外熱點(diǎn)地區(qū)一般取50%，城區(qū)和郊縣取30%-40%，其他區(qū)域小于30%。

　　第四，關(guān)于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的容量設(shè)計(jì)，語音資源配置模型可以參考2G網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行的話務(wù)模型，而對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)資源的配置，除結(jié)合2G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模型外，要根據(jù)語音業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不同特點(diǎn)，以及用戶對這兩種業(yè)務(wù)的使用忙時不同，綜合考慮進(jìn)行資源合理配置，以便節(jié)省投資。這里，特別要提到軟切換比例問題，軟切換技術(shù)對于改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，尤其是減少掉話作用比較明顯，但是以消耗資源為代價的。一般CDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，城區(qū)軟切換因子取38%左右，郊區(qū)等其他地區(qū)原則上小于20%。

　　第五，對于擁有2G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商，在規(guī)劃3G網(wǎng)絡(luò)時，2G/3G的無縫漫游與切換的配合問題非常重要。2G/3G無縫配合問題主要涉及到非常復(fù)雜的技術(shù)問題，如2G、3G獨(dú)立組網(wǎng)還是將2G網(wǎng)絡(luò)升級改造后組網(wǎng)，這部分內(nèi)容在本文第二部分已經(jīng)進(jìn)行了論述，但詳細(xì)的數(shù)據(jù)設(shè)置如位置區(qū)的劃分以及相鄰小區(qū)的關(guān)系等，不僅影響網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，而且對于今后的運(yùn)行維護(hù)與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化至關(guān)重要。

4、結(jié)束語

　　WCDMA網(wǎng)絡(luò)的部署是一個長期的過程，不同運(yùn)營商市場定位、業(yè)務(wù)策略等不同，版本選擇和組網(wǎng)的原則也不相同。由于我國目前還沒有大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，加之我們對WCDMA技術(shù)的理解和認(rèn)識有限，歡迎大家批評指正。