通信技术从GSM+GPRS到3G的演进分析

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1、通信技术从通信技术从 GSM+GPRSGSM+GPRS 到到 3G3G 的演进分析的演进分析如何把世界上最大规模的 GSM 网络（更准确地说，是 GSM+GPRS网络）顺利演进到 3G 技术体系系统非常重要。本文就 GSM+GPRS 演进到 3GWCDMA 的策略进行探讨并给出自己的思考和心得。 2G 到 3G 的发展既是业务的推动，也是技术不断发展的必然，当然，这中间有着复杂的过程，首先 2G 系统因为数据通信业务需要，GSM 从单一的电路交换只支持通话业务升级到 2.5G，即GPRS、GSM+GPRS 在核心网络中分成电路域（CS）和分组交换域（PS），这样一来，就使得形成的 GSM+GP

2、RS 移动通信系统不仅仅能支持话音通信，而且可以支持低速数据通信和短消息。 基于 GSM 技术发展而来的宽带 CDMA 即 WCDMA 技术与 2G 移动通信技术在结构上有很大不同，而是和 2.5G 的结构上有些相似，除了结构上的问题外，3G 采用的技术为 CDMA，这也与 2G 采用的FDDTDMA 标准制式不同。 TDMA 时分多址，是通信中的基本多址技术之一，在 2G（GSM）移动通信系统中多被采用，时分多址的基本概念是把时间分割成周期性的帧，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，进行发送和信号的接收。 CDMA 码分多址，它是在数字技术的分支扩频通信技术上

3、发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术，CDMA 技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使得原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去，接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。 GSM+GPRS 和 3G 在体系架构上基本相同，都由用户终端、无线网侧和核心网组成，其到 3G 的演进主要体现在无线网侧与核心网两大部分。 1、无线网侧的演进 GSM+GPRS 的无线网侧与 WCDMA 的无线网侧差异

4、特别大，要完成从 GSM+GPRS 到 3G 无线网侧的演进需要抛弃掉原有的体系重新建设3G 的无线网体系。 GSM+GPRS 的无线接入网部分由基站 BTS 和基站控制器 BSC 组成，BSC 通过 A 接口与核心网 MSC/VLR 相连，通过 Gb 接口与核心网分组域的 SGSN 相连。 3GWCDMA 无线网是一个在全新的频段上用更高频谱效率的技术构建的网络。UTRAN 的基本单元 RNC 和 NodeB 与核心网 CN 通过 Iu和 Iub 接口连接，且均采用 ATM 传输。 它们与 GSM+GPRS 的无线接口和接入方式完全不同，因此 WCDMA的无线接入部分将会重新部署。WCDMA

5、 无线网通过空中接口与用户终端相连，RTT 可以实现高速 144Kbps 的接入速率；中速情况下可以实现 384Kbps 的接入速率；室内情况下可以实现 2Mbps 的接入速率；根据带宽需求实现的可变比特速率信息传递；一个连接中可以同时支持具有不同 QoS 要求的业务；满足不同业务的延时要求（从实时要求的语音业务到尽力而为的数据业务）。 无线侧平滑过渡解决方案： 原有 GSM+GPRS 设备进行升级的组网方案 对于存在 GSM+GPRS 网络的运营商来说，网络建设在原有的GSM+GPRS 无线网基础上考虑升级的解决方案存在技术上的问题。采用无线网络控制器（即 RNC）升级的方式，作为无线侧升级

6、后的组网方案。 采用上述升级方式的主要困难在于让 BSC 设备升级成具有 RNC功能的设备，技术实现上非常困难。首先，BSC 和 RNC 的无线网络层协议差异性大，差异性是完全革命性的；其次，传输网络层和物理层相差也非常大，一个是基于电路交换，一个是基于 ATM 交换；其三，用户面的处理完全不同，BSC 对于用户面基本是透明的，而RNC 对用户面有很复杂的处理。 基于以上分析，BSC 设备和 RNC 设备不存在共用设备问题，它们两者的结合不会有任何成本的节省，反而会增加设备的复杂度，所以现在主流厂家基本都不考虑采用这种升级的方式。 在原有 GSM+GPRS 设备上进行叠加的组网方案 对于无线侧

7、网络的演进，目前普遍认同的方案是在原 GSM+GPRS设备的基础上进行 3G 网络的叠加。 采用叠加方式后，GSM+GPRS 无线网络和 3G 无线网络之间没有直接连接。至于与核心网的连接，与核心网采用的演进方式有关。 需要说明的是，虽然 GSM+GPRS 无线网络和 3G 无线网络从组网结构上看没有直接连接，但 Iub 和 Abis 口共用传输是没有问题的。 2、核心网侧演进方案 2.1 核心网侧演进的三种解决方案 与 WCDMA 系统在无线侧无法平滑演进所不同的是，核心网侧是可以演进的。根据核心网侧电路域和分组域的演进方式不同，下面提出三种解决方案。 核心网全升级过渡 对于现有的 GSM+

8、GPRS 网络，有的通信设备厂商支持从GSM+GPRS 网络向 3G 系统的演进，并提供全面的解决方案。这些通讯设备厂商的核心网升级方案是在原有的 GSM+GPRS 核心网的基础上，通过硬件的更新和软件的升级来实现向 WCDMA 系统的演进。 GSM+GPRS 网络在建设时都有一定的冗余，冗余对网络起着一定的保护作用，避免网络业务量增加时出现阻塞以保持网络的稳定性。这种冗余为核心网的升级、扩容提供了可能，但由于近年来移动用户数迅猛攀升，GSM+GPRS 核心网的冗余已经很小，强行升级、扩容势必影响网络的稳定性；而对网络侧而言，即使现在通过升级能够暂时满足组网的需求，在将来网络向全 IP 演进的

9、过程中，还是需要新建 3G 的核心网，从网络发展的角度来看，升级并不能为运营商建网节省成本。 站在运营商的角度看，系统的稳定可靠和设备的性能价格比是最值得关心的。核心网的建设只占整个移动网建设成本的 20%左右，核心网升级并不能为运营商节约多少成本，但却极大地降低了网络性能，使得设备的性能价格比降低。 这种升级带来的系统无疑是极不稳定的，从战略角度来看，运营商只有建设一个高质量、高起点的精品网络才能在未来激烈的竞争中赢得用户，而承担如此大的风险通过升级方式来进行 WCDMA 系统演进，毫无疑问不是首选和最佳方案。 叠加、升级组合建网 从 GSM+GPRS 网络到 WCDMA 网络演进的一种方式

10、是叠加升级组合的建网方式，这种建网方案主要是将原有 GSM+GPRS 网络的电路域进行叠加、分组域进行升级的一种组网方式。 从技术角度来看，WCDMA 网络设计时充分考虑了网络的继承性，3G 系统叠加在 GSM+GPRS 的核心网上不存在技术上的屏障。3G 系统的 UTRAN 可以接入 3G 系统的核心网，满足 3G 业务需要；GSM+GPRS系统的 BSS 既可接入已有的网络，也可同时接入 3G 网络，实现相关的业务功能。 对于电路域而言，3G 网络的底层承载采用的是 ATM 承载，从而使 GSM+GPRS 到 3G 的升级在实现上不可能，同时会带来很多问题，这些在前面已有论述。现在在热点地

11、区，话务量已经达到800Erl/Km2，随着数据业务的引入，据预测三年内话务量可达2500-3000Erl/Km2，而根据 GSM+GPRS 网络建设初期的设计，网络承载能力最多可达 1000Erl/Km2，所以针对话务热点地区现在急需增加网络容量。电路域由于两代网络之间底层承载完全不同，无法升级，对电路域进行叠加是一个比较明智的选择。 对于分组域的一种演进方案是升级，从保护运营商投资的角度来看，分组域进行升级演进是一种可以参考的方案。例如，有的通讯设备制造商的 GPRS 和 3G 的 PS 域是采用同一硬件平台设计的，在GSM+GPRS 到 3G 演进时，只需增加部分接口硬件并进行相关软件升

12、级即可。这样既最大限度地保护了运营商的投资，又保证 3G 网络的稳定性，便于网络向 R4/R5 网络的演进。 从投资者的角度来看，本文提供的该解决方案，由于基于 GPRS系统的过渡，可以使运营商在节省信令网络、传输网络、智能网络和网管、电力系统、以及 HLR 等网络设备方面的投资的前提下，不会降低网络的性能。 但需注意的是，采用这种 PS 域升级的方案的前提是 GSM+GPRS的 GPRS 和 3G 的 PS 域设备的硬件平台可以兼容，并有向全 IP 演进的能力。如现网上已有的 GPRS 设备的硬件平台无法升级到 3G 则应考虑采用下一节方案。 如果采用现有 GPRS 的 SGSN 和 GGS

13、N 升级为 PS 域，首先会影响现有 GPRS 网络的稳定性，其次升级后设备为 GPRS 用户提供服务，同时又为 WCDMA 用户提供服务，随着 WCDMA 用户的增加，系统在扩容上需要进一步投资。并且现在 GPRS 网上设备 SGSN 的交换方式有很多厂商是采用窄带电路交换方式，即使是采用宽带 ATM 交换的系统，由于其结构老化，处理机的处理能力、业务支持能力也无法满足 3G 业务的需求，从而成为 WCDMA 数据高速交换的瓶颈，不利于以后新业务的发展。 完全叠加建网 从 GSM+GPRS 网络向 3G 系统的演进的另一种方案是建设完全叠加网。 整个网络根据现有 GSM+GPRS 组网不同区

14、别对待： 对于 GSM+GPRS 电路域本地网采用完全叠加的方案。因为长途网一般仅起到话务转接的作用，与 GSM 作用相同，建议 WCDMA 同 GSM共享长途网资源，这样对现网的影响也不是很大，WCDMAR99 电路域采用的是七号信令，可以与 GSM 共享七号信令网。 对于分组域，WCDMA 网络 PS 域骨干网与现有的 GPRS 骨干网共享，WCDMA 网络 PS 域省网新建 SGSN 和 GGSN，并且由于 WCDMA 的 PS域与现网 GPRS 在流程以及核心网的协议非常相似，省网的 CG、DNS和路由器等设备与 GPRS 现网共用。 2.2 核心网叠加方案的主要优点 避免了对现有 G

15、SM+GPRS 业务的影响；易于网络规划和实施；充分保障了现有网络的稳定性；容量不受原有网络的限制。 这种方案通过核心网的叠加来引入宽带接入、补充新的频谱和核心网资源，达到分流语音和数据业务、刺激业务增长的目的，从而促进 3G 系统的发展。 值得注意的是，GSM+GPRS 网络与 3G 系统核心网络的叠加存在，不是竞争而是相互协作、互补的关系。为了充分挖掘 3G 系统网络的高频谱利用率，当 3G 系统网络空闲时，对语音业务也可考虑优先使用 3G 网络。采用叠加方式建设 3G 网络，不仅有利于 3G 网络建设的逐步推进，而且为网络向基于 3GPPR4/R5 的全 IP 网络演进扫清了障碍。 2.3 演进策略建议： 总体来说，针对即将拥有 3G 牌照的运营商，一般会面临三种建网选择：新建、升级、叠加，当然实际情况往往会采用其中两种或三种组合策略。 对于原本就没有建设 GSM+GPRS 移动通信网络的运营商来说，由于没有原来网络的负担，可以尽量采用较新的技术，建设全新的网络非常适宜，这样越过 GSM+GPRS 网络，直接增加 3G 的网络节点构建 3G 的核心网络和 3G 无线接入网，提供 3G 业务。对此，本文提供的 3G 演进方案建议