GSM网络向第三代的演进策略

重庆邮电大学 黄意 唐红 张颜峰

　　随着科学技术，信息技术和半导体技术的高速发展，无线通信技术也在高速发展着。从第一代的模拟技术到第二代的数字技术，以及现在的第三代移动通信技术，只经历了短短的20年时间。现在，全世界的移动通信用户和市场每年以50%的速度递增。当前的蜂窝移动通信系统已从AMPS和TACS为代表的第一代模拟系统进入了以GSM与CDMA One为代表的第二代数字系统。虽然第二代系统克服了第一代系统的系统容量小，频谱利用率低等缺陷，但是业务种类主要局限于话音业务和低速数据业务，已经很难满足未来发展的需要。因此，上个世纪90年代初期，ITU提出了第三代（3G）移动通信的概念。这套系统工作在2000MHz频段，并希望于2000年后提供商用，ITU将这套系统称为IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000）。

3G系统的特点与发展

　　ITU从全球系统、新业务和新功能、演进和过渡及灵活性等方面提出了IMT-2000应具备以下主要关键特征和指标：

　　1) 具备高速和多种速率传输能力，支持从话音分组数据到多媒体业务，包括低速寻呼、话音以及与视像和文件传输有关的高速业务。最低无线传输要求是：

* 车辆通信144kb/s；

* 步行通信384kb/s；

* 室内通信2Mb/s。

　　2) 全球覆盖及全球无缝漫游。全球共用一个频段，可在世界范围内使用一个小型袖珍终端，但也可以容纳各种其他终端，虽不要求各系统在无线传输设备及网络内部技术完全一致，但要求在网络接口、互通和业务能力方面的统一与协调。

　　3) 具有较高的频谱利用率。

　　4) 高服务质量：要求各类移动通信的质量能与固定网业务质量相比美。

　　5) 高度灵活性：按需分配带宽以支持大范围、可变速率信息的传送；具有支持上行和下行速率不对称的能力，包括卫星移动通信系统。大范围的工作环境，包括海、陆、空间的通信；能与有线网互连与兼容。适合发展中国家的需求。具有从第二代系统演进、用户从第二代系统过渡以及IMT-2000内部演进的灵活性。

　　6) 进一步改善安全性。满足具有巨大需求的个人通信的安全性要求。

　　7) 个人化：用户可用唯一个人电信号码（PTN）在任何终端上获取所需要的电信业务，超越了传统的终端移动性，真正实现个人移动性。

为此各国纷纷提出了自己的3G标准提案。经过修改和融合，ITU最终确定了3G无线电传输技术（RTT）标准：它分为CDMA和TDMA两大类共五种技术，其中主流技术为三种CDMA技术：1）IMT-2000 CDMA－DS（直接扩频），即欧洲和日本共同提出的WCDMA技术；2）IMT-2000 CDMA-MC（多载波），即美国提出的CDMA2000技术；3）IMT-2000 CDMA TDD，包括我国提出的TD-SCDMA和欧洲提出的UTRA TDD。

向3G演进的选择

　　三大主流技术中，前两种工作方式为FDD，它适合于大区制的大面积覆盖系统，适合于诸如话音、交互式实时数据业务等对称业务。而后一种工作方式是TDD，与FDD相比它具有以下优势：根据目前对市场的预测，IMT-2000在投入运行后不久，数据业务将会超过话音业务。而数据业务的最主要部分将是非对称、IP型的业务，而TDD正适合高密度用户地区、城市及近郊区的局部覆盖，适合于对称及不对称的数据业务；而且TDD能使用各种频率资源，不需要成对的频率；另外 TDD上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于使用诸如智能天线等新技术，达到降低成本的目的。据估计，TDD系统设备成本比FDD系统设备成本低20%-50%。

　　在选择何种方式向第三代移动通信系统演进时，不但要考虑各种标准的特点，还要结合各国的实际国情，三大主流技术中的WCDMA和CDMA2000突出的特点是，能够提供高速率的电路和分组业务，其无线接口的最高速率可达2Mb/s，但由于WCDMA与 cdma2000是欧洲及美国的标准，每项标准均包含2000项左右的专利技术，采用这两个标准建设我国的第三代移动通信网，它需要一步到位地建立一个崭新的网络，需要花费大量的外汇从国外引进设备或购买专利，这将使投资庞大的第二代网络造成极大的浪费，而且直接建立三代网络也承担着一定的风险。

　　目前我国拥有世界上最大的GSM网络，而且需求又以世界上最快的速度在增长，但由于GSM本身体制的原因，我国900MHz频率资源已非常紧张，因此第三代移动通信系统与GSM网络的平滑过渡是最为现实和紧迫的任务，它可最大限度地保护运营商和用户的已有投资。我国在第二代移动通信领域仅有市场优势，而无技术优势，这种情况可望在第三代移动通信领域得以改观。考虑到以上的种种因素以及我国的具体情况，选用具有我国自主知识产权的第三代移动通信TD-SCDMA系统，接入GSM网络来发展我国的第三代移动通信产业将是一个行之有效的方案，它将为民族移动通信产业赢得抢先进入市场的先机，也将为民族移动通信产业的发展创造一个百年不遇的机遇。而且我们也可以用TD-SCDMA的专利来与国外公司拥有的专利交叉使用，省去巨额的专利提成费及设备购买费。也将为中国民族移动通信产业的发展创造一个宽松的环境。

向3G演进的策略

　　TD-SCDMA系统设计思想是在现有的GSM网络基础上逐步向三代系统过渡，以减少风险和首期投资。可以分两个阶段进行：

一、在现有的GSM网络中增建TD-SCDMA基站

　　在用户集中的地区的GSM基站中增建TD-SCDMA的基站，基站控制器使用GSM和TD-SCDMA共用的增强型基站控制器，不需要增建机房和配置其他设备，也不需要进行频率规划，相邻小区可以使用相同频率，每个小区内可以根据用户密度使用多个载频。用户使用TD-SCDMA/GSM双频双模终端，在TD-SCDMA基站覆盖范围内提供3G业务，在覆盖范围外使用GSM系统。由于TD-SCDMA系统的频谱利用率为GSM系统的3～5倍，建立TD-SCDMA基站，利用第三代频谱，可以解决GSM系统容量不足的问题，同时又满足了用户密集区的移动通信的需要，还可为部分用户提供第三代业务，为今后全网进入第三代打下基础，按照这样的规划，第三代移动通信的覆盖范围可逐步扩大到城市一级。

二、过渡到第三代移动通信网络

　　预计，从2004起，第三代移动通信系统将开始进入高速发展的阶段，全面建设第三代移动通信的核心网络，此时的第三代核心网络可同时支持第二代的GSM网及第三代的 TDD系统或FDD系统。网络中投资最大的BTS部分已经在第一阶段建设完毕，唯一需要投入的费用是不同系统接入第三代核心网的接口软件的升级，第二代的GSM系统仍然可以工作，只是不再发展，而第三代系统将迅速发展并最终完全取代第二代系统。

　　我国提出的TD-SCDMA标准在网络上充分考虑到与第二代GSM的兼容性，在技术上也考虑与GSM双模切换兼容向TD-SCDMA体制第三代系统演进，一开始就解决了全国覆盖的问题，对保护我国在GSM系统上的投资极为有利，可以为国家节省大量的外汇，为民族移动通信产业的崛起抢占先机，完全满足ITU对IMT-2000的全部要求。因此可以说，在我国采用TD-SCDMA技术向第三代移动通信系统的演进是个行之有效的策略。

摘自《通讯世界》2001.11