中國移動(dòng)NG-GSM網(wǎng)絡(luò )關(guān)鍵技術(shù)解析

由中國移動(dòng)、英國Vodafone和Orange、日本NTTdocomo、德國T-Mobile、荷蘭KPN以及美國Sprint七大運營(yíng)商發(fā)起成立的NGMN(NextGeneration Mobile Network)組織對下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的性能、功能和整個(gè)網(wǎng)絡(luò )架構有了初步的明確，業(yè)界也在深入研究其相關(guān)規范。NGMN事實(shí)上在宏觀(guān)層面和框架層面對于未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )有所規范。全球現有最大的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )GSM朝著(zhù)NGMN發(fā)展過(guò)程中進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)以適應技術(shù)發(fā)展，具有較大的現實(shí)意義。本文闡述了下一代GSM網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)過(guò)程中相關(guān)重要技術(shù)，以期給予業(yè)界借鑒意義。

移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展到現在，GSM無(wú)論是網(wǎng)絡(luò )規模還是用戶(hù)規模，在全球的占有率都首屈一指，到目前為止，沒(méi)有一種通信技術(shù)能夠像GSM技術(shù)這樣的深入人們的生活，并對全球的經(jīng)濟和社會(huì )產(chǎn)生深遠的影響。但是，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，GSM不能停留在原來(lái)傳統2G網(wǎng)絡(luò )的概念上。移動(dòng)通信運營(yíng)商無(wú)論從技術(shù)演進(jìn)的角度，還是有效保護網(wǎng)絡(luò )設備的角度，都需要深入研究NG-GSM的相關(guān)問(wèn)題，從而為實(shí)現投資保護和盈利能力提升提供最大保障。文章從分析研究NG-GSM的必要性入手，闡述了移動(dòng)運營(yíng)商發(fā)展NG-GSM的目標和愿景，最后從多個(gè)技術(shù)維度分析了NG-GSM的關(guān)鍵技術(shù)，給目前的網(wǎng)絡(luò )建設發(fā)展策略提供一定的借鑒。

研究NG-GSM網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的必要性

研究NG-GSM是符合網(wǎng)絡(luò )發(fā)展趨勢的要求

到目前為止，已經(jīng)實(shí)現商用規模的無(wú)線(xiàn)接入系統多種多樣，按照演進(jìn)路線(xiàn)，GSM/GPRS/EDGE/WCDMA/TD-SCDMA/HSPA/LTE是一條路線(xiàn)，CDMA/cdma2000/EVDO是另一條路線(xiàn)，還包括Wi-Fi/WiMAX等無(wú)線(xiàn)寬帶接入技術(shù)等，總體而言，未來(lái)的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)系統，必將是一個(gè)多標準長(cháng)期共存，并按照各自路徑演進(jìn)且相互融合的系統。在中國，目前的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)系統以GSM為主，可以預見(jiàn)，未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)以GSM為基礎，疊加多種無(wú)線(xiàn)制式的融合的網(wǎng)絡(luò )。所以，從接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢來(lái)看，研究NG-GSM相關(guān)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò )發(fā)展和融合的趨勢要求，是認清GSM在很長(cháng)一段時(shí)間內還擁有重要地位的認知要求。

另外，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )IP化必將成為一個(gè)歷史趨勢，原有GSM接入系統是基于TDM為基礎的，研究NG-GSM相關(guān)技術(shù)，特別是IP改造技術(shù)，必將成為一種趨勢。對GSMBSS的IP化改造，對保護運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )投資也具有戰略意義，同時(shí)，通過(guò)IP化改造，能節省傳輸、進(jìn)行可靠靈活的組網(wǎng)，也能給移動(dòng)運營(yíng)商帶來(lái)現實(shí)的意義。

研究NG-GSM是合理利用網(wǎng)絡(luò )資源的要求

技術(shù)的發(fā)展意味著(zhù)效率的提高，研究NG-GSM能充分挖掘網(wǎng)絡(luò )潛力，最大程度地降低移動(dòng)通信運營(yíng)商的資本開(kāi)支（CAPEX）和運營(yíng)成本（OPEX），是運營(yíng)商合理利用網(wǎng)絡(luò )資源的要求。

信息產(chǎn)業(yè)部2007年全國通信業(yè)發(fā)展統計公報顯示，截至到2007年底，中國移動(dòng)GSM交換機容量?jì)粼?1890萬(wàn)戶(hù)，達到67614萬(wàn)戶(hù)；GSM基站凈增7.3萬(wàn)個(gè)，達到30.7萬(wàn)個(gè)；GSM載頻凈增92.8萬(wàn)個(gè)，達到300.7萬(wàn)個(gè)。中國聯(lián)通的GSM交換機容量新增2273.7萬(wàn)戶(hù)，達到1.29億戶(hù)。巨大的GSM網(wǎng)絡(luò )規模需要我們認真研究NG-GSM技術(shù)，通過(guò)多樣的技術(shù)手段保護GSM設備投資，提供更為可靠的通信服務(wù)。

研究NG-GSM是正視GSM用戶(hù)市場(chǎng)的要求

GSM從1982年開(kāi)始成為歐洲的電信標準，從1992年規?；逃?，截至2007年12月31日的16年里，GSM實(shí)現簽約用戶(hù)24億，占總體移動(dòng)用戶(hù)的83%以上，第二個(gè)10億用戶(hù)的增長(cháng)僅用2年半就得以實(shí)現?，F在，全球已有256個(gè)國家共758個(gè)GSM商用網(wǎng)在運行，每天正以152萬(wàn)用戶(hù)的速度快速增長(cháng)，預測到2010年全球GSM用戶(hù)將達30億，GSM的用戶(hù)規模在很長(cháng)一段時(shí)間內將占據移動(dòng)通信用戶(hù)市場(chǎng)的主導地位。

根據信息產(chǎn)業(yè)部2007年全國通信業(yè)發(fā)展統計公報顯示，截至到2007年底，全國移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)新增8622.8萬(wàn)戶(hù)，達到54728.6萬(wàn)戶(hù)，其中除去部分CDMA用戶(hù)和小靈通用戶(hù)，占絕大部分的為GSM用戶(hù)。中國的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )承載著(zhù)巨大的GSM用戶(hù)數量，研究NG-GSM是正視GSM用戶(hù)市場(chǎng)的客觀(guān)要求，需要用技術(shù)的不斷發(fā)展和深入來(lái)滿(mǎn)足廣大GSM用戶(hù)通信需求的要求。

NG-GSM的發(fā)展 目標和愿景

對于擁有GSM現網(wǎng)的移動(dòng)通信運營(yíng)商，發(fā)展NG-GSM的主要目標基于如下三點(diǎn)。

第一，發(fā)展NG-GSM要節省網(wǎng)絡(luò )設備的投資（降低CAPEX）。通過(guò)NG-GSM相關(guān)技術(shù)改造，運營(yíng)商要能充分利用現有的硬件設備，并通過(guò)軟件設備或部分改造支持后續的演進(jìn)技術(shù)，要能夠充分實(shí)現資源共享。

第二，發(fā)展NG-GSM要節省網(wǎng)絡(luò )的運行維護成本（降低OPEX）。要通過(guò)技術(shù)改造提高各個(gè)網(wǎng)元的運行效率，降低功耗；并通過(guò)BSSIP改造等使用高效的IP傳輸，來(lái)簡(jiǎn)化基站傳輸，降低運維成本。

第三，發(fā)展NG-GSM要提供更強的話(huà)音業(yè)務(wù)和數據業(yè)務(wù)的承載能力。通過(guò)技術(shù)改造特別是使用NG-GSM關(guān)鍵技術(shù)來(lái)提升網(wǎng)絡(luò )容量，提高網(wǎng)絡(luò )性能。

圖1 NG-GSM 網(wǎng)絡(luò )愿景圖

第一，網(wǎng)絡(luò )基本實(shí)現全IP化（含核心網(wǎng)和基站接入系統）。

第二，基站接入系統呈現分布化、共享化和多?；攸c(diǎn)，可以采用BBU+RRU、載波資源池或者多?；镜炔煌绞絹?lái)接入且各有特點(diǎn)。BBU+RRU方式具有很大靈活性，并給網(wǎng)絡(luò )建設帶來(lái)方便。載波資源池能根據不同覆蓋區域的需求，集中調度載波資源，并能使不同區域共享整個(gè)載波資源，節省載波配置。使用多?；?，能通過(guò)共柜、模塊混插、一體化設計等形式，同一基站能夠支持2G和3G/WiMAX網(wǎng)絡(luò )。

第三，網(wǎng)絡(luò )體現更強的語(yǔ)音業(yè)務(wù)、數據業(yè)務(wù)承載能力。通過(guò)去干擾技術(shù)、分集合并技術(shù)、采用高階調制編碼等等來(lái)挖掘用戶(hù)容量潛力，提升話(huà)音業(yè)務(wù)質(zhì)量和數據業(yè)務(wù)傳輸速率。

NG-GSM的關(guān)鍵技術(shù)

NG-GSM的關(guān)鍵技術(shù)包括話(huà)音業(yè)務(wù)承載能力增強技術(shù)（采用編碼技術(shù)、聯(lián)合發(fā)送和干擾抑制等多種手段增強小區覆蓋或者容量）、數據業(yè)務(wù)承載能力增強技術(shù)（包括EDGEEvolution等技術(shù)強化數據業(yè)務(wù)傳送能力），還包括多種基站組網(wǎng)技術(shù)、軟件無(wú)線(xiàn)電等。

語(yǔ)音業(yè)務(wù)承載能力增強技術(shù)

采用ARM-HR半速率增加網(wǎng)絡(luò )容量。GSM半速率技術(shù)，是指通過(guò)使用GSM06.20規范的語(yǔ)音編碼方式，將Um無(wú)線(xiàn)鏈路語(yǔ)音編碼速率由12.2kbit/s降為5.6kbit/s，使用一個(gè)GSM時(shí)隙承載兩路話(huà)音業(yè)務(wù)的技術(shù)。半速率技術(shù)可以達到提高無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )容量的目的，但對話(huà)音質(zhì)量存在一定的影響。

通過(guò)網(wǎng)絡(luò )試驗，開(kāi)通半速率功能后，半速率信道承載話(huà)務(wù)能力明顯，最多時(shí)可多承載70％的話(huà)務(wù)量，網(wǎng)絡(luò )整體承載能力顯著(zhù)增強，擁塞率下降明顯（試驗的本地網(wǎng)BSC1的擁塞率由0.45%降至0%），掉話(huà)率略有上升（上升0.1%至0.15%），但經(jīng)參數調整后有一定回落，可滿(mǎn)足全網(wǎng)掉話(huà)率優(yōu)秀指標。

總體而言，在非密集城區，開(kāi)啟半速率功能，能使網(wǎng)絡(luò )承載話(huà)務(wù)能力有明顯提高，擁塞率顯著(zhù)下降。開(kāi)啟半速率不會(huì )對GPRS等無(wú)線(xiàn)數據業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響，反而由于無(wú)線(xiàn)話(huà)務(wù)信道資源的提升，使GPRS等無(wú)線(xiàn)數據業(yè)務(wù)信道的需求得到進(jìn)一步滿(mǎn)足。

采用發(fā)信機相干聯(lián)合（DualPowerCombiningTransmission，DPCT)技術(shù)。使用DPCT能有效增強下行鏈路發(fā)射增益，通過(guò)軟件配置，將兩個(gè)發(fā)射機作為一個(gè)邏輯的發(fā)射機使用，也就是兩個(gè)發(fā)射機在同一時(shí)刻發(fā)出同樣的突發(fā)脈沖，通過(guò)合路器，構成形式上的一個(gè)載波，從而得到比單TRX多2.5～3dB的發(fā)射增益。

采用DPCT能擴大基站覆蓋半徑，特別適用于農村或者郊區初級建網(wǎng)階段，使得組網(wǎng)更加的靈活。在建網(wǎng)初期，用戶(hù)不多，采用DPCT能提高發(fā)射增益，實(shí)現覆蓋增強，在網(wǎng)絡(luò )建設中后期，容量擴大后，可將兩個(gè)DPCT載頻作為兩個(gè)獨立的載頻使用，既解決了建網(wǎng)初期的覆蓋問(wèn)題，又能夠平滑過(guò)渡解決后期的容量問(wèn)題，為運營(yíng)商動(dòng)態(tài)平衡網(wǎng)絡(luò )容量和覆蓋提供了選擇，總體降低了CAPEX。

采用下行延時(shí)分集發(fā)射（DelayDiversityTransmission，DDT)技術(shù)。下行延時(shí)分集發(fā)射，和DPCT不一樣，它基于不增大發(fā)射功率而達到改善覆蓋目的。它除了改善基站覆蓋外，還可以改善網(wǎng)絡(luò )容量。其工作原理就是使兩個(gè)發(fā)信機在短時(shí)延內發(fā)射相同信號，兩個(gè)發(fā)信機當作一個(gè)“虛擬發(fā)信機”來(lái)使用，使下行信號增強。手機端接收到兩個(gè)不同干擾情況但內容相同的有用信號，經(jīng)過(guò)合成算法獲得附加的3dB下行增益，從而提高了網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍，能夠實(shí)現20%甚至30%以上的增強覆蓋。使用該技術(shù)能有效改善服務(wù)質(zhì)量，降低網(wǎng)優(yōu)成本，且無(wú)需對終端進(jìn)行改動(dòng)。

采用上行4路分集接收（FourWayDiversityReceiving，FWDR)技術(shù)。上行4路分集接收就是對4個(gè)端口上的接收信號進(jìn)行組合處理，以獲得更好的信號。由于信號通過(guò)更多的路徑到達基站，因此可以增強上行鏈路預算，即提高基站的接收靈敏度。它相對于兩路分集有2～3dB的增益。

該技術(shù)不但可以增強上行鏈路的增益，還可以降低移動(dòng)終端的發(fā)射功率，增加其待機時(shí)間。采用4路分集接收技術(shù)可以增強覆蓋距離，改善通訊質(zhì)量，降低網(wǎng)優(yōu)成本。若4路分集和DPCT或者下行發(fā)射分集同時(shí)使用，可使基站實(shí)現超遠覆蓋。

采用上行干擾抑制合并（InterferenceRejectionCombining，IRC）技術(shù)。上行干擾抑制合并IRC可以認為是一種更高級的分集接收功能，它可以改善上行的質(zhì)量，提高上行信號的增益。國內現網(wǎng)測試表明，IRC在密集城區可提供上行C/I增益提高3到5個(gè)dB。IRC在期望信號與干擾信號同步時(shí)的作用效果最好，從技術(shù)實(shí)現上來(lái)說(shuō)，IRC基于對各分集支路上噪聲協(xié)方差矩陣的估計，這個(gè)矩陣求逆后被用來(lái)計算需要的矩陣。

IRC消除從不同天線(xiàn)上接收的相干噪聲，如果噪聲間不相干，那么IRC的性能跟普通的MRC是差不多的。由于技術(shù)特點(diǎn)，IRC技術(shù)適用于高話(huà)務(wù)密度區，密集城區因用戶(hù)眾多，話(huà)務(wù)量大而采用緊密頻率復用，導致干擾嚴重，而主要的干擾來(lái)自同頻干擾和網(wǎng)外干擾，IRC能利用技術(shù)特點(diǎn)，對這些有相關(guān)性的干擾進(jìn)行消除合并。

數據業(yè)務(wù)承載能力增強技術(shù)-EDGEEvolution

EDGEEvolution技術(shù)能夠通過(guò)對現有基礎設施的軟件進(jìn)行升級改造，從而將數據傳輸速率提高到目前的3倍，而且將顯著(zhù)改善延遲、增強覆蓋范圍并提高頻譜效率。GSM網(wǎng)絡(luò )的這一更高數據性能將作為對高速WCDMA/HSPA網(wǎng)絡(luò )的重要補充，以滿(mǎn)足對數據帶寬和移動(dòng)性日益增長(cháng)的需求。（如圖2所示，雙載波、32QAM的EDGEevolution峰值速率能達到1Mbit/s。）。

圖2 GPRS、EDGE 和不同進(jìn)程的EDGE Evolution 的峰值速率

EDGEEvolution稱(chēng)做EDGE演進(jìn)技術(shù)或EDGE增強技術(shù)，它其實(shí)是一系列新技術(shù)的合集，這些新技術(shù)將使EDGE的單用戶(hù)理論速率達到1Mbit/s(現8timeslotEDGE理論速率為384kbit/s)。這些技術(shù)集主要包括手機接收分級 (MSRD、雙天線(xiàn)除擾 (DAIC)、下行雙載頻捆綁 (DDC)、GERAN上行性能演進(jìn) (HUGE)、符號周期削減、更高階調制和Turbo編碼 (RED HOT)、延遲削減（Latency reduction）等。

BSSIP化

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，全網(wǎng)IP化將成為必然趨勢，目前，通信運營(yíng)商在交換側大部分實(shí)現了IP化，包括對匯接局和端局的IP化改造。下一步的工作是對BSS進(jìn)行IP改造。GSM在最初對接口進(jìn)行定義的時(shí)候，主要的接口協(xié)議為T(mén)DM，隨著(zhù)IP化的發(fā)展和GSM新技術(shù)的引入，有必要討論在2G引入IP承載的可行性。所謂對BSS進(jìn)行IP化，主要是利用IP作為傳輸協(xié)議，接口包括Abis接口、A接口和Gb接口，如圖3所示。

圖3 BSS IP 化網(wǎng)絡(luò )結構示意圖

對基站系統接口進(jìn)行IP化改造，對網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商帶來(lái)的好處也是顯而易見(jiàn)的，BSSIP后，能提高話(huà)音業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)質(zhì)量，并能有效降低網(wǎng)絡(luò )成本，節省傳輸資源并簡(jiǎn)化傳輸規劃?；鞠到yIP化，能簡(jiǎn)化維護管理的難度，有利于最后一公里的多種組網(wǎng)方式，便于運營(yíng)商根據業(yè)務(wù)需求采用多樣手段建立接入系統。

目前，移動(dòng)運營(yíng)商對BSSIP進(jìn)行改造，也面臨一些問(wèn)題。比如，BSS設備IP兼容性問(wèn)題，涉及現網(wǎng)BSC、BTS替換改造，現網(wǎng)Abis口大量存在的E1TDM點(diǎn)到點(diǎn)連接帶來(lái)的傳輸改造問(wèn)題，IP網(wǎng)元的同步問(wèn)題、性能管理問(wèn)題，IP化以后對于網(wǎng)元的IP資源規劃和管理，IP/MPLS專(zhuān)網(wǎng)的管理，網(wǎng)絡(luò )安全性問(wèn)題，后續網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的策略和步驟等。

多樣的基站技術(shù)

載波池技術(shù)

由于某些基站忙閑時(shí)刻話(huà)務(wù)量差異很大，諸如寫(xiě)字樓基站，白天話(huà)務(wù)很忙，晚上很空閑，住宅小區剛好相反，解決此類(lèi)問(wèn)題的較好的辦法是建立載波池。載頻池系統是在光纖直放站基礎上，增加切換、監控等單元構成，能為空閑的基站提供射頻搭載，綜合網(wǎng)管中心在網(wǎng)絡(luò )上指配信號鏈路，實(shí)時(shí)或定時(shí)調度載頻資源到高通信需求地區，以吸收該地區話(huà)務(wù)。

載波池系統起到了形成載頻儲備和共享的頻率利用模式，其動(dòng)態(tài)配置方式也突破了傳統的頻率固定配置模式，對于實(shí)際工程建設有很重要的意義。

多?；?/p>

在未來(lái)，移動(dòng)通信接入網(wǎng)必將是多制式共存的接入網(wǎng)絡(luò )，將使用多種具有不同覆蓋范圍和容量的空中接口技術(shù)，如WCDMA、GSM、EDGE、WLAN、WiMAX或TD-SCDMA等。然而，空中接口資源的稀缺是運營(yíng)商必須長(cháng)期面對的問(wèn)題。集中統一管理不同的資源，是運營(yíng)商最大效率利用這些資源的關(guān)鍵。

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的未來(lái)方向將是支持多模式接入的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。在這樣的網(wǎng)絡(luò )中，多種不同的接入技術(shù)必須無(wú)縫地整合在單一的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)中，而終端用戶(hù)無(wú)須知道當前需要用那種方式接入網(wǎng)絡(luò )。以GSM為基礎的多?；究梢詽M(mǎn)足不同的運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)和融合的需求，多?；镜膽?，能有效降低運營(yíng)商的多模組網(wǎng)成本。

智能基站

未來(lái)的基站將是一個(gè)智能化的實(shí)體，將實(shí)現即插即用，免除繁復的數據配置、網(wǎng)絡(luò )規劃和優(yōu)化。BTS將在BSC的控制下，自動(dòng)進(jìn)行數據配置，并且在運行過(guò)程中根據頻點(diǎn)的干擾情況和鄰接小區的工作情況，自動(dòng)進(jìn)行頻點(diǎn)優(yōu)化和鄰接小區的參數優(yōu)化等。智能化基站的應用，將減少人為的干預，降低對維護人員的水平和數量需求，降低運維成本。