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1、 第?卷第? 期20?年？月计 算 机 学 报 Vol. ? No. ? ?. 20? CHINESE JOURNAL OF COMPUTERS GSM技 术向 LTE技术演进分析XXXxxxxxxxxxxxx，xxxxxx，中国 xxxxxx摘 要 文章首先介绍了某运营商 GSM网络面临的困境，然后分析了该运 营商 GSM 技术向 LTE 术演进的必要性，接着从频率规划、覆盖和容量三个方面分析了 GSM技术向 LTE技术演进对现有 GSM网络影响。GSM；LTE；频率规划；覆盖；容量关键词An analysis of from GSM to LTE evolution xxxxxxxxxxx
2、xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxAbstract This paper introduces the dilemma of X operator，s GSM system, and then analyzes the necessity of GSM to LTE Evolution. Finally this paper analyzes the influence on the existing GSM network in frequency planning
3、, coverage and capacity. Key words GSM； LTE； Frequency Planning； Coverage； Capacity 10亿人正在使用 GSM电话。GSM标准的广泛使用1引言 使得在移动电话运营商之间签署“漫游协定”后用户的国际漫游变得很平常。GSM较之它以前的标准最大的不同是他的信令和语音信道都是数字的，因此 GSM 被看作是第二代（2G ）移动电话系统。GSM标准当前由 3GPP组织负责制定和维护。本文首先介绍了某运营商 GSM网络面临的困境和该运营商 GSM技术向 LTE技术演进的必要性。然后按照 GSM 94个频点、GSM 70个频点+
4、 LTE 5 MHz 和 GSM 46 个频点+ LTE 10 MHz 三种情况，从覆盖和容量两个方面分析了 GSM 技术向LTE技术 演进对现有 GSM网络的影响。该运营商在 GSM900频段共有 19 MHzX2 的带宽资源，文中提到的 LTE技术为 FDD LTE。从用户观点出发，GSM的主要优势在于提供更高的数字语音质量和替代调用的低成本的新选择（比如短信）。从网络运营商角度看来，其优势是能够部署来自不同厂商的设备，因为 GSM作为开放标准提供了更容易的互操作性。而且，标准就允许网络运营商提供漫游服务，用户就可以在全球使用他们的移动电话了4。GSM标 准在发展的同时（例如包数据能力在R
5、elease 97版本的标准中通过 GPRS被加入进来），保持与原始的 GSM电话向后兼容。2 GSM介绍 全球移动通讯系统（ Global System for Mobile Communications），即 GSM，是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过 200个国家和地区超过1980年代初，第一代移动电话技术开始应用，当时存在众多互不兼容的标准，仅在欧洲就有北欧的 NMT、英国的 TACS 、西德等国使用的 C-450、 2 计算机学报 20?年法国的 Radiocom 2000和意大利 RTMI等。用户的手机无法在其他标准的网络上使用，造成很大的不便。由于这个原因，西欧国家开始考
6、虑制定一个统一的下一代移动电话标准，以便能够提供更多样的功能和使用户漫游更加容易。最开始标准起草和制定的准备工作由欧洲邮电行政大会 CEPT负责管理。具体工作由 1982年起成立的一系列“移动专家组”负责。1987年 5月，GSM成员国达成一致，确定了 GSM最重要的几项关键技术5。1989年, 欧洲电信标准协会ETSI从 CEPT接手标准的制定工作。1990年，第一版 GSM标准完成。1992年 1月，芬兰的 Oy Radiolinja Ab成为第一个商业运营的 GSM 网络。亚洲最早的 GSM运营网络是香港电讯 CSL。GSM 的推出推 动了移动通信的普及，用户持续快速增长。1995年，全
7、球用户达到 1千万，1998年，达到一亿，2005年已经超过 15亿。1998年，目标为制订接替 GSM的第三代移动电话（3G）规范的 3GPP启动。3GPP也接受了维护和继续开发 GSM规范的工作。ETSI是 3GPP的成员之一。为适应各国无线电频率分配的不同情况，GSM系 统可以在多个不同的频段工作。最初的GSM标 准定义了 900MHz，1800MHz ，和 1900MHz频段。此后又补充了 850MHz和 450MHz ，以适合部分地区的需求。世界大部分地区采用 900M和1800M频段。美洲的一些运营商使用 850M和1900M频段。 400450M频段则仅局限于北欧国家的运营商。此
8、外，欧盟为铁路调度通信需要以GSM为 基础制定的 GSM-R系统，它的工作频率也在 900M频段。GSM上下行信号为频分双工，上下行信号采用不同的频率，但对于不同的频点，上下行频率之间保持固定的间隔。GSM网 络一共有四种不同的蜂窝单元尺寸：宏蜂窝，微蜂窝，微微蜂窝和伞蜂窝。覆盖面积因不同的环境而不同。宏蜂窝可以被看作那种基站天线安装在天线杆或者建筑物顶上那种。微蜂窝则是那些天线高度低于平均建筑高度的那些，一般用于市区内。微微蜂窝则是那种很小的蜂窝只覆盖几十米的范围，主要用于室内。伞蜂窝则是用于覆盖更小的蜂窝网的盲区，填补蜂窝之间的信号空白区域。蜂窝半径范围根据天线高度、增益和传播条件可以从百
9、米以下到数十公里。GSM规范设计的最大小区半径，一般情况下为 35公里。如果采用扩展蜂窝的技术，则可以达到 120公里以上，适用于一些传播条件极好的情况。在发展的过程中，GSM系统的功能不断得到丰富，从而能够提供更多样的服务。由 GSM系统首先引入的短信息服务（SMS）提供了一种新颖、便捷、廉价的通讯方式。1994年，GSM实现了基于电路交换的数据业务和传真服务。 1999年，WAP协议使得用户可以通过手机访问互联网。2000年后开始商用的通用分组无线服务（GPRS）使得 GSM系统能够以效率更高的分组方式提供数据通讯。2003年, EDGE技术开始商用，提供了接近 3G 的数据通讯能力6。G
10、SM还 支持室内覆盖，通过功率分配器可以把室外天线的功率分配到室内天线分布系统上。这是一种典型的配置方案，用于满足室内高密度通话要求，在购物中心和机场十分常见。然而这并不是必须的，因为室内覆盖也可以通过无线信号穿越建筑物来实现，只是这样可以提高信号质量减少干扰和回声。目前，3GPP组织还在发展 GSM标准，以便利用已经大量部署的 GSM基础设施，平滑地向 3G 技术演进。GSM系统在无线接口上采用时分复用技术（TDMA），语音或数据信号采用高斯最小频移键控（GMSK）方式进行调制。信道编码主要采用卷积码。每个 GSM载频的带宽为 200KHz，在时间上以 4.615ms(更准确的说是 60/1
11、3ms）为一帧，每一帧又顺序划分为 8个时隙。时隙是 GSM无线接口上资源的最小单位。一般在界定无线电接口，会以信道（Channel）来分，分为逻辑信道（Logical Channel）跟物理信道（Physical Channel ）。首先在物理信道定 义了实体网络的传输单元。2.1 第三代移动通信系统概述 作为 GSM 系统数据传输性能提升的 EDGE系统，调制方式采用了效率更高的 8进制相移键控（8PSK）。开发中的 EDGE演进技术则将采用 32 或16进制正交幅度调制（32或 16QAM），每载频的数据传输能力可接近 1Mbps。第三代移动通信系统简称 3G 系统, 它最早是国际电联(
12、 I TU- R) 于 1985 年提出的, 当时命名为未来公众陆地移动通信系统( FPLMTS) 。由于当时预期该系统在 2000 年使用, 并工作在 2000MHZ 频段, 故于 1996 年正式改名为 IMT-2000 。第三代 ?期 作者名等：论文题目 3 移动通信系统大致目标是全球化、综合化和个人 率, 为静止的终端提供 2.048Mbit/s 的速率。这种宽化。全球化就是提供全球海陆空三维的无缝隙覆盖, 带容量能够提供现在 2G 网络不能实现的新型业支持全球漫游业务; 综合化就是提供多种 话音和非话音业务, 特别是多媒体业务 ; 个人化就是有足够的系统容量、强大的多种用户管理能力、
13、高保密性能和服务质量7。务。未来也许会出现一些现在无法想像的业务7。2.3 IMT-2000 系统的组成 IMT-2000 系统构成如图所示 , 它主要由四个功能子系统构成 , 即核心网 (CN) 、无线接入网(RAN) 、移 动台(MT) 和用户识别模块 (UI M) 组成。分别对应于 GSM 系统的交换子系统(NSS) 、基站子系统(BSS) 移动台(MS) 和 SIM卡。从图中可以看出, ITU 定义了 4 个标准接口, 如下所述。2.2 IMT- 2000 的技术要求和提供的业务 2.2.1 、I MT- 2000 的要求 为实现上述目标, 对其无线传输技术提出了以下要求。( 1 )
14、高速传输以支持多媒体业务 室内环境至少 2Mbit/s ；( 1 ) 网络与网络接口(NNI ) : 由于 I TU 在网络部分采用了“家族概念”, 因而此接口是指不同家族成员之间的标准接口, 是保证互通和漫游的关键接口。 室外步行环境至少 384kbit/s ； 室外车辆运动中至少 144kbit/s 。( 2 ) 传输速率能够按需分配 ( 2 ) 无线接入网与核心网之间的接口 (RANCN), 对应于 GSM 系统的 A接口。( 3 ) 上下行连路能适应不对称需求移动通信从第二代过渡到第三代的主要特征是网络必须有足够的频率, 不仅能提供话音、低速率数据等业务 , 而且具有提供宽带数据业务的
15、能力。( 3 ) 无线接口(UNI )用户识别模块和移动台之间的接口(UI MMT)。与第二代移动通信系统相似, 第三代移动通信系统的分层方法也可用三层结构描述, 但第三代系统需要同时支持电路型业务和分组型业务 ,并允许支持不同质量、不同速率业务, 因而其具体协议组成较第二代系统要复杂7。2.2.2 、I MT- 2000 提供的业务根据 ITU 的建议, IMT- 2000 提供的业务类型分为 6 种类型( 1 ) 话音业务: 上下行链路的信息速率都是16kbi t/s , 属电路交换, 对称型业务。( 2 ) 简单消息: 是对应于短信息 SMS 的业务, 它的数据速率为 14kbit/s , 属于分组交换。( 3 ) 交换数据: 属于电路交换业务 , 上下行数据速率都是 64kbit/s 。2.4 第三代移动通信的主流制式 在标准征集的过程中, 世界各国的电信制造商都积极准备, 投入了大量的人力和物力进行开发和研究, 我国也积极探索提出第三代移动通信系统标准提案。经过一段时间的筛选, 一些国家提出的标准先后出局 , 剩下了几个影响比较大的标准草案 , 包括由欧洲和日本支持的 WCDMA 标准, 美国支持的 c dma 2000 标准, 以及由我国大唐集团提出的 TD- SCDMA 标准等。在技术上, 由于各个标准草案都是理论上的系统, 没有哪个系统占有
