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GSM 向 WCDMA 演变刘崾光整理（ 2009-02-20 ）回顾过去 20 多年的发展历程， 移动通信系统先后经历了 AMPS、 TACS等采用模拟技术的第一代移动通信系统和 GSM、IS-95 CDMA等采用数字技术的第二代移动通信系统，正逐渐在向 WCDMA、CDMA2000、 TD-SCDMA等第三代移动通信系统发展在本文中，笔者将通 过对蜂窝移动通信技术发展的跟踪，对 GSM蜂窝移动通信系统从第二代向第三代（ WCDMA）演进的方案进行说明，并对传输网络如何适应这一变化提供解决方案移动通信向 3G演进IMT-2000 及其标准第三代移动通信系统的发展可以追溯到 1985 年成立的 FPLMTS，这个组织经过多年的发展，在 1995 年被正式更名为国际移动电信 2000 系 统（ IMT-2000 ），其所支持的网络是第三代移动通信网络 IMT-2000 的主要目标是要将包括卫星通信系统在内的所有网络融合为可以替代众多网络 功能的统一系统，其目的在于形成全球统一频率、统一标准、实现全球漫游和提供多种业务的服务 第三代移动通信系统最终将是一个提供全球无缝覆盖并能实现全 球漫游通信的系统。

而为了真正实现全球通信，卫星通信系统将是第三代移动通信系统不可缺少的重要组成部分在 2001 年的时候，国际电联接受的第三代移动通信系统标准主要有三个，即美国提出的 CDMA2000，欧洲和日本提出的 WCDMA和我国提出 的 TD-SCDMA它们除了频谱利用率高、覆盖范围广、性能好、可以适应宽带多媒体通信要求等共同特点外，还有自身的技术特点2007 年 10 月，国际 电联正式接受还处于发展阶段的WiMAX成为 3G标准由于本文只讨论GSM到 WCMDA演进时传输的问题，所以下面只描述一下WCDMAWCDMA即 宽带 CDMA技术，其码速率为 3.84Mchip/s，载波宽度为 5MHz，采用 FDD方式，因此需要成对规划频率 WCDMA系统的核心网是基于 GSM-MAP，同时通过网络扩展方式提供在基于ANSI-41 的核心网上运行的能力，可以从第二代GSM系统逐步演进；支持一条连线上传输多条并行业务，支持高速率的分组接入； 采用更加灵活的系统操作，包括支持基站间的异步操作、支持自适应天线阵技术与多用户检测技术、支持非平衡频带下采用时分双工的模式，采用单信元频率复用等WCDMA标准由第三代合作伙伴计划组织（3GPP）制订，目前有R99、R4、R5 三个版本完成定稿，正在进行 R6 版本的 制订工作。

目前全球已开通的WCDMA网络基本上都是基于 R99这个版本的，这主要是因为其可以利用已有的GSM/GPRS核心网络GSM向 WCDMA演进向移动用户提供高速率的数据业务是推动第二代向第三代发展的重要因素对于现有GSM系统，一般仅能够提供 9.6kb/s 的电路型数据业务如 果将多个时隙复用在一起，用户最高数据速率为 57.6kb/s ，该种方式被称为高速电路交换业务此后出现的通用分组数据业务（ GPRS），在核心网络首 次引入了分组交换的方式，成为 GSM向第三代网络演进的必经之路，通常被称为二代半技术由于在 GPRS无线接口采用了新的信道编码方式，对于用户提供的 最高速率为 171kb/s ，一般为 108kb/s 考虑到保护运营商已有第二代网络的利益，在演进的第一阶段可采用 GPRS系统来实现，为拥护提供速率可 达到 100 多 kb/s 的数据服务，在第二阶段，可以采用一种新的高电平调制方式的 EDGE来提高调制的有效性，它使得用户数据速率可达到 384kb/s EDGE技术可以说是 GSM系统的边缘技术，即它能达到的最高能力此后再过渡到 WCDMA或其他 3G 系统。

对于 3G的运营者来说，虽然是网络的演进，但其无线接入部分仍需要建全新的无线基站设备进行无线覆盖在网络部分则会采用演进的方式，即在初期 将针对话音和数据业务分别接入到不同的交换网络 电路型和分组型的交换网络都是增强的 GSM和 GPRS核心网络随着网络的进一步发展，此后会出现全 IP 网络，即一个核心网络能够同时承载话音和数据业务，并采用 IP 技术WCDMA传输网络解决方案WCDMA网络对传输的特殊要求3G对传输网络的需求从结构上与 2G 有了很大的差别在 GSM/GPRS的 2G 网中，传输网络分为两个部分：基站到中心节点之间的传输和中心节点之间的传输基站到中心节点之间的传输： 在 GSM/GPRS系统中， 一般一个基站通过接入传输网络的 155/622M 接入传输层， 进入针对一定区域业务进行汇聚的再通过 10G骨干层最终连接到安装在中心节点的 BSC1 至多个 E1 电路2.5G 汇聚传输层，中心节点之间的传输：中心节点包括移动交换局、移动关口局、移动长途局、 移动数据中心等， 业务单位以 E1 为主，也有部分数据业务 这些机房一般 都通过传输网骨干层节点连接在一起在 3GPP R99网络的核心网部分， WCDMA和 GSM使用相同的核心网络，与 GPRS的核心网相似，分为电路交换域 （ CS）和分组交换域（ PS），但 WCDMA的 编码解码器和 MSC在一起，而在 GSM/GPRS网络中，编码解码器和基站控制器在一起。

此外， 3GPPR99还引入了新的无线接入网络 UTRAN，其中基站 BTS改造为 Node B， BSC改造为 RNC在 3GPP R4网络中，核心网的 CS域被分为控制层和连接层控制层主要控制呼叫的建立、进程的管理、计费等相关功能，连接层主要用来传送用户的数据 PS域则和 R99 的没有区别由于分层结构的引入，可以采用新的承载技术如 ATM、 IP 来传输电路域的语音和信令 R5 则进一步向纯 IP 网演进传输网络解决方案针对3G网络结构的不同部分，我们需要提供不同的传输解决方案核心网（ CN）传输解决方案： 3G传输核心层解决的是 RNC、MSC、SGSN、 GMSC、 GGSN等之间的传输问题， 需要提供电路域和分组域 的传输， 分组域的传输包括 IP 核心路由器之间的传输和 SGSN/GGSN与路由器之间的传输两部分就 WCDMA R99版本来看， 3G传输核心层的业务侧接口速率有 E1、 STM-1/4、 FE、 GE随着核心层的技术演进，在 R4版本中， MSC分离为 MSCServer 和 MGW，接口类型也由原来的 TDM演进为 TDM/IP/ATM在 R5 版本中，由于电路域和分组域的融合，传输节点数目减少，网络将得到简 化，容量需求将会大幅度提升。

同时在核心网中， 由于业务已经经过收敛和汇聚， 承载网主要提供 TDM/ATM/IP 的透传，可以直接在 over SDH/WDM网络进行大容量业务传输，对部分业务也可以采用ATM VP-RING或以太共享环提高带宽的利用率UTRAN部分的传输解决方案： UTRAN业务的接口有 Iu 接口、Iur 接口和 Iub 接口三大类其中 Iu 接口为 RNC与核心网之间的接口， Iur接口为 RNC与 RNC之间的接口， Iub 接口则是 RNC与 Node B 之间的接口接口类型主要为ATM和 IMAE1对 Iu 接口和 Iur 接口而言，由于 RNC已经对业务进行了收敛和汇聚，所以直接对这些接口提供透传即可，组网方式也可以参考核心网的传输组网方式我们更关心的是如何对Iub 接口提供安全、 灵活、高效的传输解决方案由于 Iub 可以采用将多个E1 捆绑的 IMA E1 接口或 ATM接口，不同接口的选择对移动传输组网的要求也不尽相同， 从而使得移动传输组网面临比较复杂的局面一种简单的思路是为 UTRAN建设一套 独立的 ATM网络， RNC和 Node B 全部采用 ATM接口，这样可以发挥 ATM的统计复用、 QoS保证等优势。

但 ATM交换设备十分昂贵，相对于 3G网络前期业务少、带宽需求低的情况是很不 经济的而且作为一个基础网，实践证明了它对其他业务并非最佳解决方案，也不是技术的发展趋势另外， ATM在采用光纤组网时自愈方面还存在全网连接的自 动配置和恢复时间问题，无法满足电信级服务质量的要求我们也可以采用传统的 SDH网传输 3G无线接入业务， 主要是使用多个 E1 捆绑的 IMA E1 接口或 STM-1接口，通过 ATM over SDH 方式进行透传其优点是能充分利用现有资源，节省投资，可快速开通 3G业务缺点是灵活性差，当利用 STM-1接口时，存在传输效率不高问题，而当 采用 IMA E1 接口时，会大量耗费 RNC侧的 E1 接口，对 RNC侧接口的压力会很大由于 IMA 机制的限制， 一般需预留大量 E1 端口用于 Node B 扩容， RNC投资费用会很高，且由于多个 Node B 之间带宽无法实现共享，对传输带宽需求也很大若采用 RNC侧提供 ATM接口而 Node B 为 IMA E1 接口的两种接口混用的方式虽然降低了RNC的接口压力和传输网的改造费用，但 RNC与 Node B 之间必须进行 ATM信号的处理，实现 IMA E1 到 ATM的转换，这样就需要在 RNC和传输网之间接入一个独立的 ATM交换机进行信号的终结和转换。

这样虽然降低了 RNC的投资费用，却又增加了 ATM交换机包括一套独立的 ATM网管系统的费用，且由于 IMA E1 要求多个 E1 接口在 ATM交换机上必须连续，所以ATM交换机还需预留大量的 E1 端口用于扩容，成本也会很高因此，我们可以考虑采用能够支持 ATM的 MSTP设备它的优点是 MSTP技术代表了现有传输网的发展方向， 是基于 SDH的传输网络平台， 有些 厂家的产品不但可以提供传统的 TDM 业务传输，还可以提供多种业务接口和处理能力，包括完善的 ATM汇聚 / 交换，二层以太网的汇聚 / 交换，支持 ATM业务 的 VP/VC交换以及 ATM VPring 等功能，通过业务汇聚实现对ATM带宽的收敛从而提高传输网带宽利用率， 使用 VPring 还可以提供 3G 业务的多层保护从而提高了承载网的安 全性WCDMA传输网络建议方案在建设 3G 传输网络时，我们必须考虑可扩展性、可维护性、可管理性、兼容性和安全性可扩展性要求网络规划具有前瞻性，使传输网快速而经济地扩 容和升级可维护性要求实现有效的分层管理， 便于快速定位故障 可管理性指网络应有丰富的网络管理功能， 能完成业务实时调配、 告警故障定位、 性能测试 等操作。

兼容性指 3G 系统应兼容于已部。