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

由中國(guó)移動(dòng)、英國(guó)Vodafone和Orange、日本NTTdocomo、德國(guó)T-Mobile、荷蘭KPN以及美國(guó)Sprint七大運(yùn)營(yíng)商發(fā)起成立的NGMN(NextGeneration Mobile Network)組織對(duì)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(gòu)有了初步的明確，業(yè)界也在深入研究其相關(guān)規(guī)范。NGMN事實(shí)上在宏觀層面和框架層面對(duì)于未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)有所規(guī)范。全球現(xiàn)有最大的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)GSM朝著NGMN發(fā)展過(guò)程中進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)以適應(yīng)技術(shù)發(fā)展，具有較大的現(xiàn)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(xiàn)在，GSM無(wú)論是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模還是用戶(hù)規(guī)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(duì)全球的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展，GSM不能停留在原來(lái)傳統(tǒng)2G網(wǎng)絡(luò)的概念上。移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商無(wú)論從技術(shù)演進(jìn)的角度，還是有效保護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(xiàn)投資保護(hù)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(yùn)營(yíng)商發(fā)展NG-GSM的目標(biāo)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(shè)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(shì)的要求

到目前為止，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用規(guī)模的無(wú)線接入系統(tǒng)多種多樣，按照演進(jìn)路線，GSM/GPRS/EDGE/WCDMA/TD-SCDMA/HSPA/LTE是一條路線，CDMA/cdma2000/EVDO是另一條路線，還包括Wi-Fi/WiMAX等無(wú)線寬帶接入技術(shù)等，總體而言，未來(lái)的無(wú)線接入網(wǎng)系統(tǒng)，必將是一個(gè)多標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)期共存，并按照各自路徑演進(jìn)且相互融合的系統(tǒng)。在中國(guó)，目前的無(wú)線接入網(wǎng)系統(tǒng)以GSM為主，可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)以GSM為基礎(chǔ)，疊加多種無(wú)線制式的融合的網(wǎng)絡(luò)。所以，從接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)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(shì)要求，是認(rèn)清GSM在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)還擁有重要地位的認(rèn)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(shì)，原有GSM接入系統(tǒng)是基于TDM為基礎(chǔ)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(shì)。對(duì)GSMBSS的IP化改造，對(duì)保護(hù)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)投資也具有戰(zhàn)略意義，同時(shí)，通過(guò)IP化改造，能節(jié)省傳輸、進(jìn)行可靠靈活的組網(wǎng)，也能給移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)現(xiàn)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(yùn)營(yíng)商的資本開(kāi)支（CAPEX）和運(yùn)營(yíng)成本（OPEX），是運(yùn)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(guó)通信業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，截至到2007年底，中國(guó)移動(dòng)GSM交換機(jī)容量?jī)粼?1890萬(wàn)戶(hù)，達(dá)到67614萬(wàn)戶(hù)；GSM基站凈增7.3萬(wàn)個(gè)，達(dá)到30.7萬(wàn)個(gè)；GSM載頻凈增92.8萬(wàn)個(gè)，達(dá)到300.7萬(wàn)個(gè)。中國(guó)聯(lián)通的GSM交換機(jī)容量新增2273.7萬(wàn)戶(hù)，達(dá)到1.29億戶(hù)。巨大的GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)模需要我們認(rèn)真研究NG-GSM技術(shù)，通過(guò)多樣的技術(shù)手段保護(hù)GSM設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，從1992年規(guī)�；�商用，截至2007年12月31日的16年里，GSM實(shí)現(xiàn)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(zhǎng)僅用2年半就得以實(shí)現(xiàn)�，F(xiàn)在，全球已有256個(gè)國(guó)家共758個(gè)GSM商用網(wǎng)在運(yùn)行，每天正以152萬(wàn)用戶(hù)的速度快速增長(zhǎng)，預(yù)測(cè)到2010年全球GSM用戶(hù)將達(dá)30億，GSM的用戶(hù)規(guī)模在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將占據(jù)移動(dòng)通信用戶(hù)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。

根據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部2007年全國(guó)通信業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，截至到2007年底，全國(guó)移動(dòng)電話用戶(hù)新增8622.8萬(wàn)戶(hù)，達(dá)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(guó)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)承載著巨大的GSM用戶(hù)數(shù)量，研究NG-GSM是正視GSM用戶(hù)市場(chǎng)的客觀要求，需要用技術(shù)的不斷發(fā)展和深入來(lái)滿足廣大GSM用戶(hù)通信需求的要求。

NG-GSM的發(fā)展 目標(biāo)和愿景

對(duì)于擁有GSM現(xiàn)網(wǎng)的移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商，發(fā)展NG-GSM的主要目標(biāo)基于如下三點(diǎn)。

第一，發(fā)展NG-GSM要節(jié)省網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投資（降低CAPEX）。通過(guò)NG-GSM相關(guān)技術(shù)改造，運(yùn)營(yíng)商要能充分利用現(xiàn)有的硬件設(shè)備，并通過(guò)軟件設(shè)備或部分改造支持后續(xù)的演進(jìn)技術(shù)，要能夠充分實(shí)現(xiàn)資源共享。

第二，發(fā)展NG-GSM要節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)成本（降低OPEX）。要通過(guò)技術(shù)改造提高各個(gè)網(wǎng)元的運(yùn)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(yùn)維成本。

第三，發(fā)展NG-GSM要提供更強(qiáng)的話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)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。

通過(guò)NG-GSM相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，最后達(dá)到的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖（NG-GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展愿景），如圖1所示。愿景圖給我們展現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和技術(shù)有如下幾個(gè)特點(diǎn)。

圖1  NG-GSM 網(wǎng)絡(luò)愿景圖

第一，網(wǎng)絡(luò)基本實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P化（含核心網(wǎng)和基站接入系統(tǒng)）。

第二，基站接入系統(tǒng)呈現(xiàn)分布化、共享化和多�；�特點(diǎn)，可以采用BBU+RRU、載波資源池或者多模基站等不同方式來(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(shè)帶來(lái)方便。載波資源池能根據(jù)不同覆蓋區(qū)域的需求，集中調(diào)度載波資源，并能使不同區(qū)域共享整個(gè)載波資源，節(jié)省載波配置。使用多�；�站，能通過(guò)共柜、模塊混插、一體化設(shè)計(jì)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(xiàn)更強(qiáng)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)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(diào)制編碼等等來(lái)挖掘用戶(hù)容量潛力，提升話音業(yè)務(wù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)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)包括話音業(yè)務(wù)承載能力增強(qiáng)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(qiáng)小區(qū)覆蓋或者容量）、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載能力增強(qiáng)技術(shù)（包括EDGEEvolution等技術(shù)強(qiáng)化數(shù)據(jù)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)線電等。

語(yǔ)音業(yè)務(wù)承載能力增強(qiáng)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(guī)范的語(yǔ)音編碼方式，將Um無(wú)線鏈路語(yǔ)音編碼速率由12.2kbit/s降為5.6kbit/s，使用一個(gè)GSM時(shí)隙承載兩路話音業(yè)務(wù)的技術(shù)。半速率技術(shù)可以達(dá)到提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量的目的，但對(duì)話音質(zhì)量存在一定的影響。

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

總體而言，在非密集城區(qū)，開(kāi)啟半速率功能，能使網(wǎng)絡(luò)承載話務(wù)能力有明顯提高，擁塞率顯著下降。開(kāi)啟半速率不會(huì)對(duì)GPRS等無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響，反而由于無(wú)線話務(wù)信道資源的提升，使GPRS等無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道的需求得到進(jìn)一步滿足。

采用發(fā)信機(jī)相干聯(lián)合（DualPowerCombiningTransmission，DPCT)技術(shù)。使用DPCT能有效增強(qiáng)下行鏈路發(fā)射增益，通過(guò)軟件配置，將兩個(gè)發(fā)射機(jī)作為一個(gè)邏輯的發(fā)射機(jī)使用，也就是兩個(gè)發(fā)射機(jī)在同一時(shí)刻發(fā)出同樣的突發(fā)脈沖，通過(guò)合路器，構(gòu)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(kuò)大基站覆蓋半徑，特別適用于農(nóng)村或者郊區(qū)初級(jí)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(xiàn)覆蓋增強(qiáng)，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中后期，容量擴(kuò)大后，可將兩個(gè)DPCT載頻作為兩個(gè)獨(dú)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(yùn)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(dá)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(jī)在短時(shí)延內(nèi)發(fā)射相同信號(hào)，兩個(gè)發(fā)信機(jī)當(dāng)作一個(gè)“虛擬發(fā)信機(jī)”來(lái)使用，使下行信號(hào)增強(qiáng)。手機(jī)端接收到兩個(gè)不同干擾情況但內(nèi)容相同的有用信號(hào)，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?qū)崿F(xiàn)20%甚至30%以上的增強(qiáng)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(duì)終端進(jìn)行改動(dòng)。