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摘要各國建設(shè)第三代移動通信（3G）的序幕已經(jīng)拉開，但從第二代移動通信（2G）向3G的演進(jìn)方案不盡相同，本文主要從GSM 的核心網(wǎng)，無線接入網(wǎng)，和空中無線接口的幾個方面闡述了GSM 向第三代移動通信的演進(jìn)過程中可能采用的有關(guān)技術(shù)。
1 引言
近年來，移動通信成為IT 業(yè)發(fā)展最為迅猛的產(chǎn)業(yè)之一，新技術(shù)和新需求在互相推進(jìn)下層出不窮，正當(dāng)以GSM 為代表的第二代移動通信（2G）普及開來，在全球占主導(dǎo)地位時，以WCDMA 和CDMA2000 技術(shù)為代表的第三代移動通信（3G），已斬露頭角，并成為全球各大移動生產(chǎn)商和運營商竟相追逐的熱點。然而，2G 運營商們已擁有龐大的用戶群，對其巨大投資在世界范圍內(nèi)還在繼續(xù)，因此，他們不希望立即放棄目前這套系統(tǒng)，并各自著手制定從2G 逐步演進(jìn)到3G 的解決方案，以期望兼容和盡量利用2G 的系統(tǒng)資源。
在第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，起主導(dǎo)作用的是兩大區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn)化組織：3GPP 和3GPP2。其中3GPP 是由歐洲ETSI 發(fā)起的，主要任務(wù)是制定以GSM/MAP 為核心網(wǎng)，UTRA（FDD：WCDMA，TDD：TD-CDMA）為無線接口的第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)（統(tǒng)稱WCDMA）。3GPP2 是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會ANSI 發(fā)起的，主要任務(wù)是制定以IS-41 為核心網(wǎng)，CDMA2000 為無線接口的第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)（統(tǒng)稱CDMA2000）。
我國提出的TD-SCDMA 技術(shù)，已被3GPP 所采納成為Release 4 版本，但與歐洲的UTRA TDD 方式，即D-CDMA 技術(shù)比較相似。因此，WCDMA 和CDMA2000 將是第三代移動通信的主流技術(shù)。世界各大移動運營商在由2G 向3G 演進(jìn)時將根據(jù)自身情況在上述兩大標(biāo)準(zhǔn)中作出選擇。從而，3G 最終格局的形成將依賴于3GPP 和3GPP2 的竟?fàn)幰约癘HG（運營商融合組織）的選擇。
我國的兩大移動運營商---中國移動和中國聯(lián)通，已迅速采取行動，部署2G 到3G的過渡方案。根據(jù)二者的目前的行動，可以看出中國移動正沿著GPRSàWCDMA路線演進(jìn)，而聯(lián)通則沿IS-95àCDMA2000 路線演進(jìn)。下面將分析由GSM 向WCDMA系統(tǒng)演進(jìn)的可能方案。
2 GSM 核心網(wǎng)和無線接入網(wǎng)的演進(jìn)
2.1 通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）的引入。
GPRS 是不同于傳統(tǒng)電路交換的一種基于分組的交換方式。其引入的目的是擴(kuò)充和提速GSM 系統(tǒng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，將移動PC 全面接入到Internet。其傳輸速率可從目前的9.6kbit/s 提高到100kbit/s（用CS-4 編碼速率，理論上達(dá)171.2kbit/s）。分組交換的原則貫穿與整個GPRS 網(wǎng)絡(luò)，其骨干網(wǎng)基于IP 協(xié)議，GPRS 可以看成為對GSM 的一種擴(kuò)展，因此，引入GPRS 只需在現(xiàn)存GSM 系統(tǒng)中做較小的改變。主要是在原GSM 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上增加SGSN（GPRS 服務(wù)支持節(jié)點）和GGSN（GPRS 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點）兩個單元。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖1 所示。
圖1 GPRS 邏輯節(jié)點結(jié)構(gòu)
SGSN：視為無線接入網(wǎng)進(jìn)入GPRS 核心網(wǎng)的接入路由器，做為GPRS 骨干網(wǎng)和無線接入網(wǎng)間的接口并交換分組數(shù)據(jù)到正確的BSS，主要任務(wù)包括加密，鑒權(quán)，移動管理和到MS 的邏輯鏈路管理，分組路由和傳送，協(xié)議轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)計費等；
GGSN：視為GPRS 核心網(wǎng)到外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)間的網(wǎng)關(guān)路由器，提供到其他GPRS網(wǎng)絡(luò)及Internet 等數(shù)據(jù)網(wǎng)的接口，主要任務(wù)包括為MS 的IP 地址路由服務(wù)，ISP 選擇，也可能包括防火墻和分組—過濾機(jī)制，此外，還根據(jù)MS 的位置為MS 選擇正確的SGSN。
BSS 作為GSM 的無線接入網(wǎng)部分，仍由BTS 和BSC 兩個節(jié)點構(gòu)成。但其中BSC中要包括一個新的分組控制單元（PCU），在無線接口上提供所有與GPRS 相關(guān)的通信協(xié)議。起功能是建立，監(jiān)視，及釋放分組交換的呼叫，包括支持小區(qū)改變，無線資源配置，和信道分配。另一個節(jié)點BTS 仍然是一個無協(xié)議功能的中繼站，執(zhí)行載頻的調(diào)制和信號的解調(diào)。
MSC/VLR，HLR，SMS-Center 節(jié)點功能將由于有了和GPRS 的網(wǎng)間接口而增強(qiáng)。移動臺MS 將內(nèi)增加裝備GPRS 協(xié)議棧。
比較關(guān)注的幾個接口是：
Gd 是短消息中心和SGSN 的接口，它使短消息業(yè)務(wù)在GPRS 基礎(chǔ)上得到進(jìn)一步增強(qiáng)。
Gr 是SGSN 和HLR間的接口，它使SGSN 可以向HLR查詢用戶位置信息和與GPRS相關(guān)的簽約信息，以便使SGSN 實現(xiàn)對MS 的位置管理。這和MSC 向HLR 查詢用戶位置信息類似。
Gs 是SGSN 和MSC 間的接口。SGSN 通過它向MSC 發(fā)位置信息，接受MSC 的尋呼請求。
R 是終端設(shè)備和移動臺（MS）間的接口。它是個參考點而不是個標(biāo)準(zhǔn)接口，它可使諸如筆記本電腦等終端通過GSM 手機(jī)傳輸數(shù)據(jù)�，F(xiàn)在的“藍(lán)牙”技術(shù)熱正是為這一參考點帶來了新的標(biāo)準(zhǔn)。
GPRS 主要技術(shù)特點是：
1) 以分組方式在GSM 網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)和信令，即只在實際傳送和接收時才使用無線資源，提高了無線信道利用率。
2) 網(wǎng)絡(luò)層采用TCP/IP 和X.25 協(xié)議，通過該接口可實現(xiàn)與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的無縫連接。用戶不必?fù)芴柤纯梢钥焖兕A(yù)約的方式建立連接。
3) GPRS 終端用戶是按數(shù)據(jù)通信量付費,而非按對鏈路占用時間付費。由于分組交換是第三代移動通信采用的方式，GPRS 的引入不僅可以充分利用原有GSM 系統(tǒng)資源，而且為開展第三代移動通信寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)積累了經(jīng)驗，因此被看作是由第二代的GSM過渡到第三代的WCDMA 的必經(jīng)之路，稱為“2.5G"
2．2 GSM/GPRS 演進(jìn)到3GPP 的Release99 版本
從GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)過渡到3GPP 99 版時，對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將做以下改造引入新的WCDMA 技術(shù)和服務(wù)：（如圖-2 所示）
◇ 增加新的3G 無線接入網(wǎng)和設(shè)備（基于WCDMA的無線接口）。
◇ 原電路交換核心網(wǎng)：基于E1 和No.7 號信令協(xié)議的A 接口（MSC- BSC）將被基于ATM/STM-1 的Iu-CS 接口（3G MSC-RNC）所取代。
◇ 原分組交換核心網(wǎng)：基于幀中繼的Gb 接口將被基于ATM/STM-1 的Iu-PS 接口（3G GSN-RNC）所取代。同時，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)功能也有所變化：
◇ RNC（無線接入網(wǎng)控制器）中將集中部分移動管理和所有加密管理。
◇ 分組核心網(wǎng)將提供增強(qiáng)型IP 業(yè)務(wù)，采用IPV6 協(xié)議。
◇ 用戶業(yè)務(wù)根據(jù)3GPP 標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)。
圖-2 GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)過渡到3GPP Release99 版
2.3 3GPP 的Release99 演進(jìn)到Release00 版本
由于Internet 的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)絡(luò)越來越讓位于基于分組交換的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，后者能提供3G 所設(shè)想的寬帶多媒體通信，3GPP 提出的Release00 版本正是要構(gòu)建一個基于分組技術(shù)和IP 電話技術(shù)，可同時提供實時和非實時業(yè)務(wù)的全I(xiàn)P 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。全I(xiàn)P 網(wǎng)絡(luò)中，話音和圖文數(shù)據(jù)等各種業(yè)務(wù)可以通過單一IP 網(wǎng)絡(luò)傳送，減少網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，但事實上，有些GSM 運營商希望充分利用原有網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)平滑過渡，以節(jié)約投資成本。因此，全I(xiàn)P 網(wǎng)絡(luò)參考結(jié)構(gòu)有2 種：即采用分組技術(shù)和IP 電話技術(shù)，同時提供實時和非實時業(yè)務(wù)的全I(xiàn)P 網(wǎng)絡(luò)和基于IP 電話技術(shù)，同時支持Release00 的電路交換終端的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)。如圖3、4 所示。
圖-4 3GPP 的Release99 演進(jìn)到Release00 版本的中間步驟結(jié)構(gòu)
3 GSM 空中接口技術(shù)的演進(jìn)
GSM 空中接口（Um）技術(shù)的可供演進(jìn)步驟是：TDMA/FDMA 技術(shù)——》GPRS 無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)（新的邏輯信道，和專用協(xié)議）——》EDGE 技術(shù)——》WCDMA技術(shù)。下面簡要介紹。
3.1 GPRS 無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)
前面在介紹GSM 核心網(wǎng)的演進(jìn)時，已引入GPRS 分組交換網(wǎng)，主要從網(wǎng)絡(luò)層次講述了GPRS 要實現(xiàn)的功能。
在空中無線接口上，GPRS 仍可以看成為對GSM 的一種擴(kuò)展，它使用和GSM 相同的TMDA/FMDA 幀結(jié)構(gòu)和頻段并共享物理信道（時隙），每個時隙既可以分配給GPRS傳送分組數(shù)據(jù)，也可以分配給GSM 處理電路交換的語音呼叫。電路交換中時隙在整個通話時間里一直被占用，而在GPRS 中，無線資源僅在傳送一個或幾個IP 分組的持續(xù)時間里才被分配。因此，對于突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它能更有效利用無線資源，靈活地支持從低速短信息到高速Web 瀏覽的各種應(yīng)用，同時容許用戶在收發(fā)數(shù)據(jù)時間時接聽語音呼叫。
GPRS 采用了時隙捆綁和高效信道糾錯編碼技術(shù)（CS-1~CS-4）。被GPRS 使用的時隙TS 定義為新的GPRS 無線信道--PDCH(Package Data Channel)，一個PDCH 可以為不同的MS 攜帶幾個邏輯信道（如PDTCH，邏輯信道是通過專用的RLC\MAC 協(xié)議實現(xiàn)的）， 以達(dá)到更好的鏈路利用率。一個MS 也可以在不同的PDCH上使用幾個PDTCH
以獲得更高的傳輸速率。如果移動臺同時用8 個信道，采用CS-4 信道編碼速率，理論上可提供無線數(shù)據(jù)速率達(dá)171.2Kb/s
3.2 EDGE(增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率技術(shù))
EDGE被視為一個提供高比特率、并且因此促進(jìn)蜂窩移動系統(tǒng)向第三代功能演進(jìn)的、有效的通用無線接口技術(shù)。在保留原GSMK 調(diào)制方式基礎(chǔ)上，引入了一個能夠提供高數(shù)據(jù)率的調(diào)制方式----八進(jìn)制移相鍵控(8PSK)調(diào)制。
EDGE 的第一期規(guī)范中同時支持EGPRS（每時隙速率38.4kb/s）和ECSD(每時隙速率60kb/s)兩種服務(wù)，分別是GPRS 和HSCSD 業(yè)務(wù)加入EDGE 技術(shù)后的進(jìn)一步增強(qiáng)。EDGE 的第二期規(guī)范中使用了鏈路自適應(yīng)技術(shù)以實現(xiàn)編碼和調(diào)制方案之間的動態(tài)轉(zhuǎn)換。EDGE 技術(shù)的吸引力繼續(xù)使用GSM/GPRS 核心網(wǎng)的同時，引入一個高速無線接口，對網(wǎng)絡(luò)的影響小，不需要部署新的硬件，只修改軟件部分并可使用現(xiàn)有GSM 頻率。（但無線接入網(wǎng)中須采用新的終端和基站收發(fā)機(jī)。）因此，EDGE 技術(shù)的出現(xiàn)為GSM 過渡到3G 鋪設(shè)了一座橋梁。
3.3 WCDMA-技術(shù)
WCDMA 采用以直接序列擴(kuò)頻（DS）的技術(shù)類型，碼片速率為3.84Mchips/s，載波帶寬為5MHz，包含F(xiàn)DD 和TDD 兩種模式。FDD 上下行使用不同頻率，而TDD 上下行使用同一頻率。WCDMA 主要采用了Rake 多徑分集接收技術(shù)和發(fā)射分集技術(shù)，高效信道編碼技術(shù)和交織技術(shù)（Turbo 編碼，卷積編碼，無信道編碼），智能天線技術(shù)，多用戶檢測技術(shù)，功率控制技術(shù)，軟切換技術(shù)等。
WCDMA 最重要的一個特點是功率對用戶來說是共享資源。在下行鏈路上，基站中碼分復(fù)用的用戶分享總的功率，上行鏈路中，基站有一個最大干擾容限，這個功率在小區(qū)中產(chǎn)生干擾的移動臺之間分配。共享功率使WCDMA 能靈活地處理個有不同速率的業(yè)務(wù)。當(dāng)數(shù)據(jù)速率變化時，無須對碼字、時隙等重新分配，也即無須重新分配物理信道，只要調(diào)整功率分配即可保證業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量不受影響。WCDMA 中使用正交變擴(kuò)頻增益擴(kuò)頻碼（OVSF），這種碼字保證了下行鏈路不同用戶信道或同一用戶不同業(yè)務(wù)信道的正交性，對于不同的數(shù)據(jù)速率，這種正交性仍然存在。這一措施也保證了WCDMA 適應(yīng)多種業(yè)務(wù)的要求。
4 GSM 演進(jìn)過程中應(yīng)用的其它技術(shù)
4.1 WAP 技術(shù)（無線應(yīng)用協(xié)議）
WAP 的提出是基于實現(xiàn)在移動中接入Internet 的需求。1997 年6 月由Phone.com 與Norkia，Ericsson，Motorola 合作建立了WAP 論壇，并于9 月出版了第一個WAP 標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。WAP 實質(zhì)是一種高層通協(xié)議，提供了一種應(yīng)用開發(fā)和運行環(huán)境，還可應(yīng)用于支持諸如PalmOS，EPOC，WindowsCE，F(xiàn)LEXO，JavaOS 等操作系統(tǒng)。
正因為WAP 是高層的應(yīng)用協(xié)議，它可支持采用各種不同的底層承載技術(shù)的移動網(wǎng)絡(luò)及其終端設(shè)備(如：GSM,GPRS,CDMA 等)。方式。就目前現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，接入WAP 可以有三種方式，即GSM 撥號接入，GPRS 數(shù)據(jù)接入，及短消息接入�，F(xiàn)在的WAP 應(yīng)用是使用具有WAP功能的移動終端(內(nèi)置WML用戶代理器---能解釋W(xué)ML Page 的微型瀏覽器) 通過GSM 撥號接入網(wǎng)絡(luò)，訪問Internet。由于現(xiàn)有撥號接如采用電路交換方式，無線接口速率僅為9.6kb/s，因此WAP 應(yīng)用受到很大的局限，當(dāng)引入GPRS，EDGE 技術(shù)后WAP 應(yīng)用的速率將提升到170kb/s 和384kb/s, 當(dāng)進(jìn)入第三代移動通信WCDMA,CDMA2000 后,無線數(shù)據(jù)傳輸速率將達(dá)2Mb/s。
4.2 藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）
"藍(lán)牙"指的是一種低功率，短距離無線連接技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。用來描述各種電子產(chǎn)品相互間如何用短距離無線電進(jìn)行連接。藍(lán)牙技術(shù)可以鑲嵌于蜂窩手機(jī)，掌上電腦，筆記本電腦，個人助理PAD 等內(nèi)部, 其主要好處在于消除了千頭萬緒，令人頭痛的電纜連線。
“藍(lán)牙革命”甚至可以遍及各種網(wǎng)絡(luò)，辦公電子和家電信息產(chǎn)品等領(lǐng)域，是建立“人域網(wǎng)”（PAN）的理想手段�！八{(lán)牙”最初由Ericsson，Norkia，Intel，IBM，和東芝五家國際著名公司作為藍(lán)牙SIG 發(fā)起人，隨后，3COM，朗訊，Motorola，和微軟相繼加入，一起成為“藍(lán)牙”的“專門興趣小組”成員，這些公司共同致力于將這一標(biāo)準(zhǔn)推向市場。"藍(lán)牙"工作于2.4GHz ISM（ Industry Science Medical）頻段，收發(fā)信機(jī)采用跳頻擴(kuò)
譜技術(shù)，傳輸速率為每秒1M 符號，采用時分雙工（TDD）傳輸。調(diào)制方式為BT=0.5的GFSK，最大發(fā)射功率分為三個等級，分別是100mW(20dBm)，2.5mW(4dBm)，1mW(0dBm)，在4~20dBm范圍內(nèi)要求采用功率控制，因此“藍(lán)牙”設(shè)備有效工作范圍為10~100 米，應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)可實現(xiàn)無線連接代替?zhèn)鹘y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的電纜，靈活，方便，安全，低成本，低功耗地實現(xiàn)小范圍內(nèi)數(shù)據(jù)和話音通信。藍(lán)牙支持點對點和點對多點連接,采用星型拓?fù)浣Y(jié)，將筆記本電腦，打印機(jī)，傳真機(jī)，數(shù)碼相機(jī)移動電話等通過無線方式組成一個微網(wǎng)(Pico)。
藍(lán)牙根據(jù)無線人域網(wǎng)（ WPAN IEEE802.15）的概念向前發(fā)展，在圖-1 中的R 參考點處可以引入藍(lán)牙的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，從而把各種便攜計算機(jī)與蜂窩移動電話用無線鏈路連接起來，使計算機(jī)與通信更加緊密結(jié)合起來，彌補(bǔ)了移動終端不具有復(fù)雜的運算，處理信息的弱點。人們隨時隨地可以通過藍(lán)牙無線技術(shù)接入移動網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換與傳遞，它對未來的移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的產(chǎn)生巨大的推動作用。
5 結(jié)束語
由于GSM 制式的第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)仍是我國當(dāng)前的主流，因此向第三代移動通信技術(shù)演進(jìn)是個逐步實現(xiàn)的過程，中國移動最近引入GPRS 和建設(shè)“移動夢網(wǎng)”（Monternet）的步驟已引起相關(guān)產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注。本文正是根據(jù)當(dāng)前GSM 的發(fā)展?fàn)顩r介紹了其演進(jìn)的可能步驟，由于當(dāng)今社會信息萬變，各種復(fù)雜因素都可能影響2G 向3G 演進(jìn)的具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)，但其總的趨勢已經(jīng)明朗，即傳統(tǒng)的電路通信正向分組數(shù)據(jù)通信過渡并融合，無線和互連網(wǎng)將在可預(yù)見的未來緊密結(jié)合。
參考文獻(xiàn)
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----《移動通信在線》
