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摘要各國建設第三代移動通信（3G）的序幕已經拉開，但從第二代移動通信（2G）向3G的演進方案不盡相同，本文主要從GSM 的核心網，無線接入網，和空中無線接口的幾個方面闡述了GSM 向第三代移動通信的演進過程中可能采用的有關技術。
1 引言
近年來，移動通信成為IT 業(yè)發(fā)展最為迅猛的產業(yè)之一，新技術和新需求在互相推進下層出不窮，正當以GSM 為代表的第二代移動通信（2G）普及開來，在全球占主導地位時，以WCDMA 和CDMA2000 技術為代表的第三代移動通信（3G），已斬露頭角，并成為全球各大移動生產商和運營商竟相追逐的熱點。然而，2G 運營商們已擁有龐大的用戶群，對其巨大投資在世界范圍內還在繼續(xù)，因此，他們不希望立即放棄目前這套系統(tǒng)，并各自著手制定從2G 逐步演進到3G 的解決方案，以期望兼容和盡量利用2G 的系統(tǒng)資源。
在第三代移動通信標準的制定過程中，起主導作用的是兩大區(qū)域性標準化組織：3GPP 和3GPP2。其中3GPP 是由歐洲ETSI 發(fā)起的，主要任務是制定以GSM/MAP 為核心網，UTRA（FDD：WCDMA，TDD：TD-CDMA）為無線接口的第三代移動通信標準（統(tǒng)稱WCDMA）。3GPP2 是由美國國家標準協(xié)會ANSI 發(fā)起的，主要任務是制定以IS-41 為核心網，CDMA2000 為無線接口的第三代移動通信標準（統(tǒng)稱CDMA2000）。
我國提出的TD-SCDMA 技術，已被3GPP 所采納成為Release 4 版本，但與歐洲的UTRA TDD 方式，即D-CDMA 技術比較相似。因此，WCDMA 和CDMA2000 將是第三代移動通信的主流技術。世界各大移動運營商在由2G 向3G 演進時將根據自身情況在上述兩大標準中作出選擇。從而，3G 最終格局的形成將依賴于3GPP 和3GPP2 的竟爭以及OHG（運營商融合組織）的選擇。
我國的兩大移動運營商---中國移動和中國聯(lián)通，已迅速采取行動，部署2G 到3G的過渡方案。根據二者的目前的行動，可以看出中國移動正沿著GPRSàWCDMA路線演進，而聯(lián)通則沿IS-95àCDMA2000 路線演進。下面將分析由GSM 向WCDMA系統(tǒng)演進的可能方案。
2 GSM 核心網和無線接入網的演進
2.1 通用分組無線業(yè)務（GPRS）的引入。
GPRS 是不同于傳統(tǒng)電路交換的一種基于分組的交換方式。其引入的目的是擴充和提速GSM 系統(tǒng)現(xiàn)有數據業(yè)務，將移動PC 全面接入到Internet。其傳輸速率可從目前的9.6kbit/s 提高到100kbit/s（用CS-4 編碼速率，理論上達171.2kbit/s）。分組交換的原則貫穿與整個GPRS 網絡，其骨干網基于IP 協(xié)議，GPRS 可以看成為對GSM 的一種擴展，因此，引入GPRS 只需在現(xiàn)存GSM 系統(tǒng)中做較小的改變。主要是在原GSM 網絡結構上增加SGSN（GPRS 服務支持節(jié)點）和GGSN（GPRS 網關支持節(jié)點）兩個單元。其系統(tǒng)構成如圖1 所示。
圖1 GPRS 邏輯節(jié)點結構
SGSN：視為無線接入網進入GPRS 核心網的接入路由器，做為GPRS 骨干網和無線接入網間的接口并交換分組數據到正確的BSS，主要任務包括加密，鑒權，移動管理和到MS 的邏輯鏈路管理，分組路由和傳送，協(xié)議轉換，數據計費等；
GGSN：視為GPRS 核心網到外部分組數據網間的網關路由器，提供到其他GPRS網絡及Internet 等數據網的接口，主要任務包括為MS 的IP 地址路由服務，ISP 選擇，也可能包括防火墻和分組—過濾機制，此外，還根據MS 的位置為MS 選擇正確的SGSN。
BSS 作為GSM 的無線接入網部分，仍由BTS 和BSC 兩個節(jié)點構成。但其中BSC中要包括一個新的分組控制單元（PCU），在無線接口上提供所有與GPRS 相關的通信協(xié)議。起功能是建立，監(jiān)視，及釋放分組交換的呼叫，包括支持小區(qū)改變，無線資源配置，和信道分配。另一個節(jié)點BTS 仍然是一個無協(xié)議功能的中繼站，執(zhí)行載頻的調制和信號的解調。
MSC/VLR，HLR，SMS-Center 節(jié)點功能將由于有了和GPRS 的網間接口而增強。移動臺MS 將內增加裝備GPRS 協(xié)議棧。
比較關注的幾個接口是：
Gd 是短消息中心和SGSN 的接口，它使短消息業(yè)務在GPRS 基礎上得到進一步增強。
Gr 是SGSN 和HLR間的接口，它使SGSN 可以向HLR查詢用戶位置信息和與GPRS相關的簽約信息，以便使SGSN 實現(xiàn)對MS 的位置管理。這和MSC 向HLR 查詢用戶位置信息類似。
Gs 是SGSN 和MSC 間的接口。SGSN 通過它向MSC 發(fā)位置信息，接受MSC 的尋呼請求。
R 是終端設備和移動臺（MS）間的接口。它是個參考點而不是個標準接口，它可使諸如筆記本電腦等終端通過GSM 手機傳輸數據�，F(xiàn)在的“藍牙”技術熱正是為這一參考點帶來了新的標準。
GPRS 主要技術特點是：
1) 以分組方式在GSM 網絡上傳送數據和信令，即只在實際傳送和接收時才使用無線資源，提高了無線信道利用率。
2) 網絡層采用TCP/IP 和X.25 協(xié)議，通過該接口可實現(xiàn)與現(xiàn)有標準數據業(yè)務的無縫連接。用戶不必撥號即可以快速預約的方式建立連接。
3) GPRS 終端用戶是按數據通信量付費,而非按對鏈路占用時間付費。由于分組交換是第三代移動通信采用的方式，GPRS 的引入不僅可以充分利用原有GSM 系統(tǒng)資源，而且為開展第三代移動通信寬帶數據業(yè)務積累了經驗，因此被看作是由第二代的GSM過渡到第三代的WCDMA 的必經之路，稱為“2.5G"
2．2 GSM/GPRS 演進到3GPP 的Release99 版本
從GSM/GPRS 網絡過渡到3GPP 99 版時，對現(xiàn)有網絡結構將做以下改造引入新的WCDMA 技術和服務：（如圖-2 所示）
◇ 增加新的3G 無線接入網和設備（基于WCDMA的無線接口）。
◇ 原電路交換核心網：基于E1 和No.7 號信令協(xié)議的A 接口（MSC- BSC）將被基于ATM/STM-1 的Iu-CS 接口（3G MSC-RNC）所取代。
◇ 原分組交換核心網：基于幀中繼的Gb 接口將被基于ATM/STM-1 的Iu-PS 接口（3G GSN-RNC）所取代。同時，相應的網絡功能也有所變化：
◇ RNC（無線接入網控制器）中將集中部分移動管理和所有加密管理。
◇ 分組核心網將提供增強型IP 業(yè)務，采用IPV6 協(xié)議。
◇ 用戶業(yè)務根據3GPP 標準實現(xiàn)。
圖-2 GSM/GPRS 網絡過渡到3GPP Release99 版
2.3 3GPP 的Release99 演進到Release00 版本
由于Internet 的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)電路交換網絡越來越讓位于基于分組交換的數據網絡，后者能提供3G 所設想的寬帶多媒體通信，3GPP 提出的Release00 版本正是要構建一個基于分組技術和IP 電話技術，可同時提供實時和非實時業(yè)務的全IP 網絡結構。全IP 網絡中，話音和圖文數據等各種業(yè)務可以通過單一IP 網絡傳送，減少網絡復雜性，但事實上，有些GSM 運營商希望充分利用原有網絡實現(xiàn)平滑過渡，以節(jié)約投資成本。因此，全IP 網絡參考結構有2 種：即采用分組技術和IP 電話技術，同時提供實時和非實時業(yè)務的全IP 網絡和基于IP 電話技術，同時支持Release00 的電路交換終端的全IP網絡。如圖3、4 所示。
圖-4 3GPP 的Release99 演進到Release00 版本的中間步驟結構
3 GSM 空中接口技術的演進
GSM 空中接口（Um）技術的可供演進步驟是：TDMA/FDMA 技術——》GPRS 無線數據傳輸技術（新的邏輯信道，和專用協(xié)議）——》EDGE 技術——》WCDMA技術。下面簡要介紹。
3.1 GPRS 無線數據傳輸技術
前面在介紹GSM 核心網的演進時，已引入GPRS 分組交換網，主要從網絡層次講述了GPRS 要實現(xiàn)的功能。
在空中無線接口上，GPRS 仍可以看成為對GSM 的一種擴展，它使用和GSM 相同的TMDA/FMDA 幀結構和頻段并共享物理信道（時隙），每個時隙既可以分配給GPRS傳送分組數據，也可以分配給GSM 處理電路交換的語音呼叫。電路交換中時隙在整個通話時間里一直被占用，而在GPRS 中，無線資源僅在傳送一個或幾個IP 分組的持續(xù)時間里才被分配。因此，對于突發(fā)數據業(yè)務，它能更有效利用無線資源，靈活地支持從低速短信息到高速Web 瀏覽的各種應用，同時容許用戶在收發(fā)數據時間時接聽語音呼叫。
GPRS 采用了時隙捆綁和高效信道糾錯編碼技術（CS-1~CS-4）。被GPRS 使用的時隙TS 定義為新的GPRS 無線信道--PDCH(Package Data Channel)，一個PDCH 可以為不同的MS 攜帶幾個邏輯信道（如PDTCH，邏輯信道是通過專用的RLC\MAC 協(xié)議實現(xiàn)的）， 以達到更好的鏈路利用率。一個MS 也可以在不同的PDCH上使用幾個PDTCH
以獲得更高的傳輸速率。如果移動臺同時用8 個信道，采用CS-4 信道編碼速率，理論上可提供無線數據速率達171.2Kb/s
3.2 EDGE(增強數據速率技術)
EDGE被視為一個提供高比特率、并且因此促進蜂窩移動系統(tǒng)向第三代功能演進的、有效的通用無線接口技術。在保留原GSMK 調制方式基礎上，引入了一個能夠提供高數據率的調制方式----八進制移相鍵控(8PSK)調制。
EDGE 的第一期規(guī)范中同時支持EGPRS（每時隙速率38.4kb/s）和ECSD(每時隙速率60kb/s)兩種服務，分別是GPRS 和HSCSD 業(yè)務加入EDGE 技術后的進一步增強。EDGE 的第二期規(guī)范中使用了鏈路自適應技術以實現(xiàn)編碼和調制方案之間的動態(tài)轉換。EDGE 技術的吸引力繼續(xù)使用GSM/GPRS 核心網的同時，引入一個高速無線接口，對網絡的影響小，不需要部署新的硬件，只修改軟件部分并可使用現(xiàn)有GSM 頻率。（但無線接入網中須采用新的終端和基站收發(fā)機。）因此，EDGE 技術的出現(xiàn)為GSM 過渡到3G 鋪設了一座橋梁。
3.3 WCDMA-技術
WCDMA 采用以直接序列擴頻（DS）的技術類型，碼片速率為3.84Mchips/s，載波帶寬為5MHz，包含F(xiàn)DD 和TDD 兩種模式。FDD 上下行使用不同頻率，而TDD 上下行使用同一頻率。WCDMA 主要采用了Rake 多徑分集接收技術和發(fā)射分集技術，高效信道編碼技術和交織技術（Turbo 編碼，卷積編碼，無信道編碼），智能天線技術，多用戶檢測技術，功率控制技術，軟切換技術等。
WCDMA 最重要的一個特點是功率對用戶來說是共享資源。在下行鏈路上，基站中碼分復用的用戶分享總的功率，上行鏈路中，基站有一個最大干擾容限，這個功率在小區(qū)中產生干擾的移動臺之間分配。共享功率使WCDMA 能靈活地處理個有不同速率的業(yè)務。當數據速率變化時，無須對碼字、時隙等重新分配，也即無須重新分配物理信道，只要調整功率分配即可保證業(yè)務傳輸質量不受影響。WCDMA 中使用正交變擴頻增益擴頻碼（OVSF），這種碼字保證了下行鏈路不同用戶信道或同一用戶不同業(yè)務信道的正交性，對于不同的數據速率，這種正交性仍然存在。這一措施也保證了WCDMA 適應多種業(yè)務的要求。
4 GSM 演進過程中應用的其它技術
4.1 WAP 技術（無線應用協(xié)議）
WAP 的提出是基于實現(xiàn)在移動中接入Internet 的需求。1997 年6 月由Phone.com 與Norkia，Ericsson，Motorola 合作建立了WAP 論壇，并于9 月出版了第一個WAP 標準架構。WAP 實質是一種高層通協(xié)議，提供了一種應用開發(fā)和運行環(huán)境，還可應用于支持諸如PalmOS，EPOC，WindowsCE，F(xiàn)LEXO，JavaOS 等操作系統(tǒng)。
正因為WAP 是高層的應用協(xié)議，它可支持采用各種不同的底層承載技術的移動網絡及其終端設備(如：GSM,GPRS,CDMA 等)。方式。就目前現(xiàn)有網絡，接入WAP 可以有三種方式，即GSM 撥號接入，GPRS 數據接入，及短消息接入�，F(xiàn)在的WAP 應用是使用具有WAP功能的移動終端(內置WML用戶代理器---能解釋WML Page 的微型瀏覽器) 通過GSM 撥號接入網絡，訪問Internet。由于現(xiàn)有撥號接如采用電路交換方式，無線接口速率僅為9.6kb/s，因此WAP 應用受到很大的局限，當引入GPRS，EDGE 技術后WAP 應用的速率將提升到170kb/s 和384kb/s, 當進入第三代移動通信WCDMA,CDMA2000 后,無線數據傳輸速率將達2Mb/s。
4.2 藍牙技術（Bluetooth）
"藍牙"指的是一種低功率，短距離無線連接技術規(guī)范標準。用來描述各種電子產品相互間如何用短距離無線電進行連接。藍牙技術可以鑲嵌于蜂窩手機，掌上電腦，筆記本電腦，個人助理PAD 等內部, 其主要好處在于消除了千頭萬緒，令人頭痛的電纜連線。
“藍牙革命”甚至可以遍及各種網絡，辦公電子和家電信息產品等領域，是建立“人域網”（PAN）的理想手段�！八{牙”最初由Ericsson，Norkia，Intel，IBM，和東芝五家國際著名公司作為藍牙SIG 發(fā)起人，隨后，3COM，朗訊，Motorola，和微軟相繼加入，一起成為“藍牙”的“專門興趣小組”成員，這些公司共同致力于將這一標準推向市場。"藍牙"工作于2.4GHz ISM（ Industry Science Medical）頻段，收發(fā)信機采用跳頻擴
譜技術，傳輸速率為每秒1M 符號，采用時分雙工（TDD）傳輸。調制方式為BT=0.5的GFSK，最大發(fā)射功率分為三個等級，分別是100mW(20dBm)，2.5mW(4dBm)，1mW(0dBm)，在4~20dBm范圍內要求采用功率控制，因此“藍牙”設備有效工作范圍為10~100 米，應用藍牙技術可實現(xiàn)無線連接代替?zhèn)鹘y(tǒng)網絡中的電纜，靈活，方便，安全，低成本，低功耗地實現(xiàn)小范圍內數據和話音通信。藍牙支持點對點和點對多點連接,采用星型拓撲結，將筆記本電腦，打印機，傳真機，數碼相機移動電話等通過無線方式組成一個微網(Pico)。
藍牙根據無線人域網（ WPAN IEEE802.15）的概念向前發(fā)展，在圖-1 中的R 參考點處可以引入藍牙的協(xié)議標準，從而把各種便攜計算機與蜂窩移動電話用無線鏈路連接起來，使計算機與通信更加緊密結合起來，彌補了移動終端不具有復雜的運算，處理信息的弱點。人們隨時隨地可以通過藍牙無線技術接入移動網進行數據信息交換與傳遞，它對未來的移動數據通信業(yè)務的產生巨大的推動作用。
5 結束語
由于GSM 制式的第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)仍是我國當前的主流，因此向第三代移動通信技術演進是個逐步實現(xiàn)的過程，中國移動最近引入GPRS 和建設“移動夢網”（Monternet）的步驟已引起相關產業(yè)界的極大關注。本文正是根據當前GSM 的發(fā)展狀況介紹了其演進的可能步驟，由于當今社會信息萬變，各種復雜因素都可能影響2G 向3G 演進的具體實現(xiàn)細節(jié)，但其總的趨勢已經明朗，即傳統(tǒng)的電路通信正向分組數據通信過渡并融合，無線和互連網將在可預見的未來緊密結合。
參考文獻
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[2] Wireless Internet Access Based on GPRS Author:Roger Kalden，etc. 《IEEE PersonalCommunications 》April 2000 Vol.7 No.2
[3] RLC/MAC Design Alternatives for Supporting Integrated Service over EGPRS Author: XiaoxinQiu，Kalpil Chawla April 2000
[4] 《無線電工程》2000 年第3 期
----《移動通信在線》
