GSM新技術(shù)及應(yīng)用前景展望

摘要：

本文分章節(jié)介紹了未來(lái)兩年將逐步成熟進(jìn)入應(yīng)用的移動(dòng)通信新技術(shù)——AMR-WB, BSS-IP, EDGE Evolution 和 SDR，結(jié)合國(guó)內(nèi)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的最新動(dòng)態(tài)和GSM/EDGE現(xiàn)網(wǎng)的實(shí)際情況，對(duì)這些新技術(shù)在GSM領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析，并提出相關(guān)建議。

1  前言

GSM作為世界上最成熟的無(wú)線接入制式歷經(jīng)十年發(fā)展，至今仍煥發(fā)勃勃生機(jī)，在整個(gè)成熟產(chǎn)業(yè)鏈的共同推動(dòng)下，各種新技術(shù)的吸收和融合迅速而穩(wěn)健。AMR-WB、BSS IP、 EDGE Evolution、SDR等是近年來(lái)無(wú)線接入領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ITU-T，3GPP等已經(jīng)完成了大量的研究工作，部分標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)最后定型。同時(shí)，以中國(guó)移動(dòng)為代表的國(guó)內(nèi)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商不斷成長(zhǎng)，成立專(zhuān)項(xiàng)課題研究，密切跟蹤新技術(shù)發(fā)展，從中國(guó)特色的移動(dòng)市場(chǎng)需求出發(fā)，制定適當(dāng)?shù)募夹g(shù)應(yīng)用策略。

本文對(duì)未來(lái)兩年新技術(shù)作一個(gè)簡(jiǎn)要介紹，同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)的現(xiàn)網(wǎng)情況對(duì)這些新技術(shù)的應(yīng)用前景作初步分析評(píng)估。

2  AMR-WB

2.1      AMR-WB的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

“AMR-WB”全稱(chēng)為“Adaptive Multi-rate - Wideband”，即“自適應(yīng)多速率寬帶編碼”，采樣頻率為16kHz，是一種同時(shí)被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ITU-T和3GPP采用的寬帶語(yǔ)音編碼標(biāo)準(zhǔn)，也稱(chēng)為G722.2標(biāo)準(zhǔn)。AMR-WB提供語(yǔ)音帶寬范圍達(dá)到50～7000Hz，用戶可主觀感受到話音比以前更加自然、舒適和易于分辨。

與之作比較，現(xiàn)在GSM用的EFR（Enhenced Full Rate，增強(qiáng)型全速率編碼）采樣頻率為8kHz，語(yǔ)音帶寬為200～3400Hz。

AMR-WB應(yīng)用于窄帶GSM（全速信道16k，GMSK）的優(yōu)勢(shì)在于其可采用從6.6kb/s, 8.85kb/s和12.65kb/s三種編碼，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)C/I惡化，編碼器可以自動(dòng)調(diào)整編碼模式，從而增強(qiáng)QoS。在這種應(yīng)用中，AMR-WB抗擾度優(yōu)于AMR-NB。

3GPP的測(cè)試結(jié)果顯示，載波干擾比率C/I較低時(shí)，AMR-WB仍可提供遠(yuǎn)高于EFR的語(yǔ)音質(zhì)量，見(jiàn)圖1[1]；載波干擾比率C/I較高時(shí)，AMR-WB 12.65kb/s的編碼同其他寬帶語(yǔ)音編碼標(biāo)準(zhǔn)（如G722, 48k）質(zhì)量相當(dāng)，但明顯節(jié)省資源，從而更適用于窄帶GSM系統(tǒng)。

圖1 在GSM全速信道下AMR-WB與AMR-NB、EFR的比較

AMR-WB應(yīng)用于EDGE、3G可充分體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。足夠的傳輸帶寬保證AMR-WB可采用從6.6kb/s到23.85kb/s共九種編碼，語(yǔ)音質(zhì)量超越PSTN固定電話。

2.2     現(xiàn)網(wǎng)AMR-WB應(yīng)用分析和建議

對(duì)于以中國(guó)移動(dòng)為代表的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商，AMR-WB有比較大的現(xiàn)實(shí)價(jià)值：

一方面，AMR-WB是適用于窄帶GSM的高質(zhì)量語(yǔ)音，多速率處理和自適應(yīng)特性使其抗擾性強(qiáng)，有效提升QoS。

另一方面，GSM網(wǎng)絡(luò)升級(jí)至EDGE、3G后，應(yīng)用AMR-WB技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了這樣一種可能性，即移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商可提供比傳統(tǒng)PSTN固定電話質(zhì)量更優(yōu)、種類(lèi)更豐富的語(yǔ)音業(yè)務(wù)。

對(duì)于以中國(guó)電信為代表的固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商，AMR-WB同樣意味著機(jī)遇。一方面，PSTN固定電話在窄帶語(yǔ)音業(yè)務(wù)市場(chǎng)份額受移動(dòng)業(yè)務(wù)的進(jìn)一步擴(kuò)張而繼續(xù)萎縮；另一方面，中國(guó)電信的分組軟交換網(wǎng)絡(luò)建設(shè)領(lǐng)先于移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商，而在分組軟交換系統(tǒng)中很容易引進(jìn)AMR-WB。憑借這個(gè)優(yōu)勢(shì)，中國(guó)電信可以搶先推出基于AMR-WB的寬帶電話、視頻會(huì)議等，從而拓展、鞏固高利潤(rùn)率的企業(yè)級(jí)通信解決方案的市場(chǎng)份額。

手機(jī)方面，目前市場(chǎng)的近40款主流中、高端手機(jī)已經(jīng)支持AMR-WB（TRUE TONE）功能，可見(jiàn)支持寬帶語(yǔ)音編碼正成趨勢(shì)。隨著手機(jī)芯片成本的不斷降低，AMR-WB的支持將越來(lái)越普及。

接入系統(tǒng)BSS方面，結(jié)合EDGE的引入路標(biāo)（Roadmap），AMR-WB的實(shí)現(xiàn)建議分為兩個(gè)階段——

第一階段：2008年初，AMR-WB基于窄帶GSM，編碼速率至12.65kb/s；

第二階段：2008年底2009年初，AMR-WB基于EDGE，編碼速率至23.85kb/s。

3   BSS IP

3.1      BSS IP的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

ALL-IP是指全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)的傳輸技術(shù)，由3GPP R5時(shí)期正式提出。業(yè)界的共識(shí)是，全I(xiàn)P傳輸網(wǎng)絡(luò)是2G乃至3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)向LTE平滑演進(jìn)必要組成部分，在不久的將來(lái)，以“業(yè)務(wù)IP化，傳送分組化”為趨勢(shì)的FMC網(wǎng)絡(luò)融合浪潮到來(lái)之際，ALL-IP將成為“Everything over IP”，“IPV6”，“網(wǎng)絡(luò)扁平化”等概念的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

作為ALL-IP的組成部分，BSS IP與承載現(xiàn)網(wǎng)GSM/EDGE BSS的TDM E1傳輸相比，能夠大幅提高傳輸效率，降低傳輸成本。

BSS的傳輸IP化后網(wǎng)元間邏輯架構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 IP BSS網(wǎng)元邏輯架構(gòu)

由上圖可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)BSS的IP化傳輸與否對(duì)手機(jī)終端來(lái)說(shuō)是透明的，BSS網(wǎng)元間傳輸?shù)腎P化與否和“Gb over IP”、“Ater over IP”沒(méi)有必然關(guān)系，考慮到改造成本，兩者的IP化改造可以分階段進(jìn)行。

在BSS的各網(wǎng)元間數(shù)據(jù)交互，將由IP/MPLS骨干專(zhuān)網(wǎng)承載，其重點(diǎn)在于邊際路由器到BSC、BTS的“最后一公里”的IP化改造，原先在E1線上的TDM傳輸將為“IP over E1”，“IP over Ethernet”所取代，改造后Abis口傳輸效率將得到大大改進(jìn)。

Abis上應(yīng)用IP over E1，對(duì)于語(yǔ)音業(yè)務(wù)，單根E1傳輸線可以節(jié)約40％的容量，仿真結(jié)果見(jiàn)圖3；對(duì)于分組業(yè)務(wù)如EDGE，單根E1可節(jié)約20％的容量，仿真結(jié)果見(jiàn)圖4。值得注意的是GSM/EDGE現(xiàn)網(wǎng)中單根E1的基站配置占了絕大多數(shù)，可見(jiàn)IP over E1對(duì)國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商有一定吸引力。當(dāng)然，實(shí)際考慮到IP保證QoS、IP包頭部開(kāi)銷(xiāo)、時(shí)延等因素，容量增益有所折減，用于解決覆蓋的單E1傳輸基站并不能充分體現(xiàn)BSS IP的效益。

如果說(shuō)IP over E1是充分考慮到現(xiàn)網(wǎng)利舊因素的“窄帶IP”，那IP over Ethernet 就是新建基站在“最后一公里”上實(shí)現(xiàn)Abis IP化的最經(jīng)濟(jì)方案，是“寬帶IP”。當(dāng)數(shù)據(jù)帶寬需求增加時(shí)，以太網(wǎng)是一種非常普及、經(jīng)濟(jì)、高效的解決方案。BTS基站上只需一個(gè)FE（Fast Ethernet）端口，即可支持相當(dāng)于數(shù)十倍E1的傳輸帶寬，能夠完全滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)對(duì)Abis，Iub帶寬的要求，為基于SDR的網(wǎng)絡(luò)2G->3G->LTE的平滑演進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。

圖3 Abis上承載語(yǔ)音，IP和TDM模式下E1空余容量比較

圖4 Abis上承載EDGE， IP和TDM模式下E1空余容量比較

3.2     GSM/EDGE 網(wǎng)絡(luò)中的BSS IP應(yīng)用分析和建議：

據(jù)有關(guān)媒體報(bào)道，中國(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商在較早時(shí)期就開(kāi)始了對(duì)“BSS IP傳輸”專(zhuān)項(xiàng)研究。近兩年來(lái)，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商在省際傳輸骨干網(wǎng)和省內(nèi)傳輸專(zhuān)網(wǎng)的擴(kuò)容建設(shè)上，有明顯IP化的趨勢(shì)。可以預(yù)計(jì)，中國(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的傳輸網(wǎng)對(duì)IP的整體承載能力很快將不遜于傳統(tǒng)固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商。傳輸網(wǎng)的IP化改造為BSS IP做好了準(zhǔn)備。

中國(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)BSS IP的實(shí)施面臨諸多問(wèn)題，至少有如下幾點(diǎn)：

-    BSS設(shè)備IP兼容性問(wèn)題，涉及現(xiàn)網(wǎng)BSC、BTS替換改造

-    現(xiàn)網(wǎng)Abis口大量存在的E1 TDM點(diǎn)到點(diǎn)連接帶來(lái)的傳輸改造問(wèn)題

-    傳輸改造期間的TDM、IP混合組網(wǎng)管理

-    IP網(wǎng)元的同步問(wèn)題、性能管理問(wèn)題

-    IP化以后對(duì)于網(wǎng)元的IP資源規(guī)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(xù)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的策略和步驟

考慮到基站接口和承載方式的多樣性，以及改造成本，建議中國(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商考慮TDM和IP傳輸混合組網(wǎng)承載GSM/EDGE。

4   EDGE Evolution

4.1      EDGE Evolution

據(jù)有關(guān)報(bào)道，中國(guó)移動(dòng)在2007年初進(jìn)一步加大了對(duì)GSM的投入，投資總額超出預(yù)期。該投資的相當(dāng)部分估計(jì)用于EDGE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。這再一次表明了中國(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)推動(dòng)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的決心。EDGE明顯優(yōu)于傳統(tǒng)GPRS技術(shù)——路測(cè)表明，在EDGE網(wǎng)絡(luò)信號(hào)良好的情況下，4 timeslot EDGE的平均數(shù)據(jù)速率可達(dá)到200kb/s。

EDGE Evolution稱(chēng)做EDGE演進(jìn)技術(shù)或EDGE增強(qiáng)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的單用戶理論速率達(dá)到1Mb/s（現(xiàn)8 timeslot EDGE理論速率為384kb/s）.

EDGE Evolution技術(shù)集包括：

-    手機(jī)接收分級(jí)（MSRD）；

-    雙天線除擾（DAIC）；

-    下行雙載頻捆綁（DDC）；

-    GERAN上行性能演進(jìn)（HUGE）；

-    符號(hào)周期削減、更高階調(diào)制和Turbo編碼（RED HOT）

-    延遲削減

限于篇幅，本文不再對(duì)上述各技術(shù)作詳細(xì)展開(kāi)。   

4.2      EDGE Evolution應(yīng)用分析

目前，EDGE 的演進(jìn)技術(shù)已經(jīng)得到中國(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的普遍關(guān)注，EDGE Evolution的應(yīng)用進(jìn)程將得到有效推進(jìn)。

從技術(shù)集構(gòu)成來(lái)看，主要實(shí)施難度體現(xiàn)在手機(jī)終端側(cè)。GSM/EDGE終端如果要支持諸如MSRD、DDC等技術(shù)，硬件設(shè)計(jì)上要做較大改動(dòng)并集成支持相應(yīng)新算法的芯片，這會(huì)造成終端成本的提高。因此，可以預(yù)料到的結(jié)果是在初期，終端廠商僅會(huì)在少數(shù)的高端機(jī)型上推出對(duì)EDGE Evolution的支持，配合運(yùn)營(yíng)商EDGE網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的成熟度，謹(jǐn)慎地預(yù)估EDGE Evolution的市場(chǎng)需求。

對(duì)于BSS設(shè)備廠家來(lái)說(shuō)，EDGE Evolution中諸如DDC等技術(shù)對(duì)載頻TRX的射頻功放性能提出了更高要求，所以部分廠家需要更換TRX。

5   SDR

5.1      SDR技術(shù)簡(jiǎn)介

SDR全稱(chēng)為Soft Defined Radio，即軟件定義無(wú)線電。在ITU的相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程由國(guó)際組織“SDR論壇”（1996年成立）大力推動(dòng)。應(yīng)用SDR技術(shù)，使真正的通用無(wú)線寬帶接入平臺(tái)成為整個(gè)通信產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)注的熱門(mén)概念，見(jiàn)圖5。

圖5 SDR——實(shí)現(xiàn)通用無(wú)線寬帶接入平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)

通用無(wú)線寬帶接入平臺(tái)，亦稱(chēng)為“通用多標(biāo)準(zhǔn)基站”，可根據(jù)不同的需要和應(yīng)用場(chǎng)景，僅通過(guò)軟件升級(jí)的方式，實(shí)現(xiàn)支持2G、3G、Wimax、3G LTE乃至未來(lái)更新型無(wú)線接入制式。

基于SDR的通用多標(biāo)準(zhǔn)基站邏輯架構(gòu)如圖6�；�站由以下主要邏輯部件組成：

-    Mx/MB Transceiver Front-End (MBFE) 多標(biāo)準(zhǔn)多波段收發(fā)前端

MBFE是基站天線和MxBB之間的關(guān)鍵部件，集成A/D、D/A轉(zhuǎn)換，上、下變頻調(diào)制，功放，低噪放，耦合器等寬頻器件。

經(jīng)ALCATEL-LUCENT測(cè)試驗(yàn)證，滿足SDR標(biāo)準(zhǔn)的中頻帶MBFE原型可以在3GPP I、III、IV頻段和擴(kuò)展頻段達(dá)到預(yù)期的射頻指標(biāo)。[2]

-    Mx-Baseband Processing (MxBB) 多標(biāo)準(zhǔn)多波段基帶處理單元

MxBB內(nèi)的SDR模塊由DSP和FPGA組成，支持GSM、GPRS、EDGE、UMTS、HSDPA、CDMA 2000和OFDM等無(wú)線接入算法庫(kù)。

MxBB的SDR模塊通過(guò)高速控制和數(shù)據(jù)總線互聯(lián)。

圖6 基于SDR的通用多標(biāo)準(zhǔn)基站架構(gòu)

-    Common O&M 公共操作維護(hù)單元

公共操作維護(hù)單元由外部接口模塊和基站操作維護(hù)管理模塊構(gòu)成。外部接口模塊提供基站到基站控制器的傳輸接口，至少包括E1口、GE口等，接口可擴(kuò)充以支持其他傳輸；操作維護(hù)管理模塊負(fù)責(zé)基站內(nèi)各組件的狀態(tài)監(jiān)控。

5.2      SDR的應(yīng)用分析：

國(guó)外運(yùn)營(yíng)商如SFR、Vodafone等計(jì)劃2007年在部分開(kāi)放900Mhz頻段WCDMA許可的國(guó)家把現(xiàn)網(wǎng)GSM逐步升級(jí)到UMTS。900 Mhz的多標(biāo)準(zhǔn)SDR基站十分適用于此類(lèi)市場(chǎng)——軟件升級(jí)即可完成3G升級(jí)，無(wú)需硬件改動(dòng)，大大保護(hù)了運(yùn)營(yíng)商投資。因此，預(yù)計(jì)08年可見(jiàn)到工作于900 Mhz的SDR產(chǎn)品。

中國(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商一直密切關(guān)注SDR的研究進(jìn)展，但是，考慮到國(guó)內(nèi)3G牌照發(fā)放、 900 Mhz頻段許可證等因素，SDR的應(yīng)用缺乏現(xiàn)實(shí)動(dòng)因�？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，SDR技術(shù)伴隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演進(jìn)融合必將成為業(yè)內(nèi)主流。

6  具備強(qiáng)大演進(jìn)能力的EvoliumTM BSS系統(tǒng)簡(jiǎn)介

創(chuàng)新的EvoliumTM BSS系統(tǒng)是上海貝爾阿爾卡特依托于阿爾卡特朗訊的強(qiáng)大支持向國(guó)內(nèi)市場(chǎng)推出的多標(biāo)準(zhǔn)基站通信系統(tǒng)。

面向支撐下一代移動(dòng)無(wú)線接入技術(shù)的設(shè)計(jì)理念使該系統(tǒng)具備強(qiáng)大的演進(jìn)能力�；�于EvoliumTM架構(gòu)，完全可以實(shí)現(xiàn)基站同架支持GSM/GPRS、EDGE、WCDMA、802.16e乃至未來(lái)的LTE。配合新一代EvoliumTM A9130 BSC/PCU平臺(tái)，BSS系統(tǒng)提供了升級(jí)支持諸如AMR-WB、BSS IP乃至EDGE Evolution等新技術(shù)應(yīng)用的最經(jīng)濟(jì)方案，充分保護(hù)現(xiàn)有投資，獲得了中外各大運(yùn)營(yíng)商的積極評(píng)價(jià)。

值得指出的是，阿爾卡特朗訊是SDR Forum的領(lǐng)導(dǎo)者之一，在對(duì)SDR技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用領(lǐng)域處于絕對(duì)的領(lǐng)先地位。其歷史突破性的SDR基站模塊于不久的未來(lái)必將再一次展示出EvoliumTM BSS系統(tǒng)在現(xiàn)網(wǎng)的強(qiáng)大演進(jìn)能力。

7  結(jié)束語(yǔ)

隨著各種新技術(shù)在GSM網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，GSM系統(tǒng)的生命周期得到了有效延續(xù)，“2G向3G的平滑演進(jìn)”正在從空泛的口號(hào)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，這一點(diǎn)已經(jīng)為越來(lái)越多的業(yè)內(nèi)人士所認(rèn)同。通過(guò)以上篇幅，希望不僅能夠使讀者對(duì)未來(lái)兩年內(nèi)將在GSM/EDGE網(wǎng)絡(luò)獲得應(yīng)用的新技術(shù)有更多的了解，更重要的是，能令網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者們能夠得到些許啟發(fā)，更加有效地進(jìn)行GSM/EDGE網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)管理，最大程度地保護(hù)現(xiàn)有投資，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)價(jià)值。

8  參考文獻(xiàn)

[1] 張韜，裘正定，“自適應(yīng)多速率寬帶編碼標(biāo)準(zhǔn)AMR-WB及應(yīng)用”，電聲技術(shù)，2004，（10）：31-36

[2] Koenig, Wolfgang, “Implementation of a Multiband Frontend for a Medium Range Basestation within the RMS Project: Testand Measurement Results (Wolfgang Koenig, Gerhard Luz, Siegfried Walter, Ulrich Weiss)”, SDR 04 paper, 2004 Software Defined Radio Technical Conference and Product Exposition, November 15-18, Phoenix, Arizona, 2004