基于現(xiàn)有GSM的第三代移動通信系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)的研究

基于現(xiàn)有GSM的第三代移動通信系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)的研究（段曉明）
    [摘要]本文介紹了第三代移動通信系統(tǒng)的特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，探討了基于現(xiàn)有GSM網(wǎng)
向第三代核心網(wǎng)逐步演進(jìn)的途徑與過渡方案，并論述了實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)過渡時要解決的關(guān)鍵
技術(shù)。
    [關(guān)鍵詞]3G；核心網(wǎng)；移動通信；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；ATM
1第三代移動通信系統(tǒng)的目標(biāo)和要求
    根據(jù)目前國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)資料的描述，第三代移動通信系統(tǒng)最終要達(dá)到下述的目標(biāo)：
    （1）提供室內(nèi)2MbPS；室外384kbPS／步行、144kbps／車輛、9.6kbps／衛(wèi)星的移
動多媒體通信業(yè)務(wù)。
    （2）高于現(xiàn)有移動系統(tǒng)兩倍的頻率效率。
    （3）可以與固定網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量相比擬的通信質(zhì)量。
    （4）適應(yīng)移動蜂窩，無繩，衛(wèi)星，PSTN，Internet網(wǎng)，IP／數(shù)據(jù)網(wǎng)等。
    （5）個人移動性，終端移動性的全球無縫覆蓋和漫游。
    為了達(dá)到上述目標(biāo)，同時保護(hù)第二代移動通信系統(tǒng)已有的巨大投資，在選擇第三代
移動通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案時，應(yīng)首先考慮易于與第二代移動通信系統(tǒng)的互聯(lián)和兼容，以
便在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上逐步向第三代移動通信系統(tǒng)平滑過渡。這就對第三代系統(tǒng)提出了
要求，一是能提供低價的多頻／多模移動終端，二是應(yīng)具備在多種不同特性的網(wǎng)絡(luò)之間
進(jìn)行固定／移動混合交換的功能。
2第三代移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
    ITU－T負(fù)責(zé)IMT－2000信令和協(xié)議研究的SG11／WP3作組，于1998年5月確定了IMT20
00的網(wǎng)絡(luò)框架標(biāo)準(zhǔn)（Q.1701）。Q.1701闡述了“IMT－2000家族”的概念，并明確了由
ITU標(biāo)準(zhǔn)化的一組接口。
    與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的接口為A接口和NNI，也即IMT－2000的網(wǎng)絡(luò)可分成無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）
和核心網(wǎng)絡(luò)（CN）兩部分。這種采用模塊化結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是IMT－2000的一大特點(diǎn)，它
不僅允許符合IMT－2000家族概念的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入系統(tǒng)，而且可以方便地通過一組標(biāo)準(zhǔn)化
接口將各種不同的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)與IMT－2000的組件連在一起，因此，這也為網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營者指出
了一條向IMT－2000演化過渡的途徑。
    由于ITU－T只規(guī)定了外部接口，并沒有對網(wǎng)絡(luò)采用的技術(shù)加以限制，所以，按照各
組成部分的功能劃分。
    IMT－2000的無線接入網(wǎng)還可細(xì)分為無線載體通用功能（RBCF）和無線傳輸特殊功能
（RTSF）兩部分。前者包括所有與采用的無線接入技術(shù)無關(guān)的控制與傳輸功能；后者包
括與無線技術(shù)有關(guān)的各項(xiàng)功能，它還可進(jìn)一步分為無線傳輸技術(shù)（RTT）和相關(guān)的無線
傳輸適配功能（RTAF），以便將不同的RTT與通用的RBCF連接起來。
    在核心網(wǎng)絡(luò)方面，IMT－2000的結(jié)構(gòu)還允許通過使用網(wǎng)際互連功能（IWF）來支持第
二代核心網(wǎng)絡(luò)的接入，實(shí)現(xiàn)第三代核心網(wǎng)絡(luò)與第二代核心網(wǎng)絡(luò)之間的互通互連。類似地，
通過一定的適配模塊（AF），第二代核心網(wǎng)絡(luò)也可以支持第三代的無線接入技術(shù)。因此，
這充分體現(xiàn)了IMT－2000系統(tǒng)的家族概念和從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向IMT－2000過渡的靈活性。
    按照第三代移動通信系統(tǒng)可提供全球無縫覆蓋的要求，它應(yīng)允許用戶在多種無線運(yùn)
營環(huán)境（微微小區(qū)，微小區(qū)，宏小區(qū)和全球范圍）下進(jìn)行通信，所以，CN網(wǎng)就相應(yīng)有著
不同的無線接入技術(shù)，比如GSM、CDMA、DECT、PCS、MSS和IMT－2000RTT等。另一方面，
按照第三代移動通信系統(tǒng)可提供多媒體業(yè)務(wù)的能力，它應(yīng)支持用戶到固定網(wǎng)絡(luò)的接入，
如ISDN、B－ISDN、Internet和LAN等，享受與固定網(wǎng)絡(luò)用戶～樣的服務(wù)業(yè)務(wù)。為此，第
三代移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡(luò)必需具備電路交換和分組交換的混合交換功能。由于ATM
交換擁有進(jìn)行語音、數(shù)據(jù)和圖象綜合交換的能力，并可滿足各類不同業(yè)務(wù)的質(zhì)量要求，
因而采用ATM交換技術(shù)是第三代核心網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)優(yōu)先選擇方案。
3核心網(wǎng)從第二代向第三代過渡之路
    由于第三代移動通信系統(tǒng)在許多方面都不同于第二代移動通信系統(tǒng)，因而它的引入
將會對后者造成巨大沖擊。目前，第二代移動通信系統(tǒng)已在全球110多個國家投入使用，
用戶總數(shù)約有2.5億左右；預(yù)計到2003年IMT－2000大規(guī)模商用時，第二代移動用戶的總
數(shù)可達(dá)到4－5億。為了保證第二代移動通信系統(tǒng)的巨額投資回報，繼續(xù)發(fā)揮其龐大基礎(chǔ)
設(shè)施的效益，所以，應(yīng)當(dāng)遵循從第二代平滑過渡并能支持第二代系統(tǒng)所提供業(yè)務(wù)的原則，
來選擇第三代移動通信系統(tǒng)的演進(jìn)方案。因此，第三代移動通信系統(tǒng)可分階段逐步實(shí)現(xiàn)。
首先，通過增強(qiáng)第二代核心網(wǎng)的能力，使其能提供部分第三代的移動業(yè)務(wù)；然后，允許
第三代無線接入網(wǎng)通過適配功能單元接入到增強(qiáng)的第二代核心網(wǎng)；最后經(jīng)過一定的時間，
再引入第三代核心網(wǎng)，并與第二代核心網(wǎng)進(jìn)行互通，從而逐步將第二代核心網(wǎng)淘汰掉。
    第二代核心網(wǎng)主要包括GSM／MAP，和IS－41兩大類。根據(jù)IMT－2000的家族概念，
只要它們經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)功能提升后，在公共接口上和業(yè)務(wù)能力上均滿足第三代移動通信系統(tǒng)
的要求，都可以逐步向IMT－2000過渡。但是，考慮到兩類第二代系統(tǒng)彼此采用了不同
的無線接入技術(shù)，并且又都與第三代的RTT互不兼容，因此，第三代系統(tǒng)中的移動終端
應(yīng)具備在兩代基站間進(jìn)行切換或運(yùn)用于IMT－2000不同核心網(wǎng)家族成員的雙模性能，這
樣方可保證第二代到第三代的平滑過渡。
    就我國移動通信的發(fā)展情況而言，在2000多萬移動用戶中，80％以上的用戶歸屬于
GSM網(wǎng)絡(luò)。此外，GSM的擴(kuò)容速度非常迅猛，預(yù)計到2002年左右，其容量可達(dá)到7000－8
000萬用戶。因此，我們應(yīng)著重研究如何基于GSM系統(tǒng)逐步朝第三代移動通信系統(tǒng)演進(jìn)的
問題。
    在過渡的第一階段，GSM核心網(wǎng)為第三代移動終端提供語音、數(shù)據(jù)和圖象業(yè)務(wù)，并
對其移動性進(jìn)行管理；第三代系統(tǒng)只完成呼叫控制和無線資源的分配功能；在過渡的第
二階段，第三代核心網(wǎng)不僅可獨(dú)立提供滿足IMT－2000要求的業(yè)務(wù)，而且還支持第二代
BTS的接入。因?yàn)锳TM具有適合多種業(yè)務(wù)速率、動態(tài)分配帶寬和易于同有線寬帶綜合業(yè)務(wù)
數(shù)字網(wǎng)接口的優(yōu)點(diǎn)，所以，在第三代核心網(wǎng)中采用基于信元的傳輸和交換結(jié)構(gòu)，是滿足
第三代移動用戶對多媒體業(yè)務(wù)需求的最佳選擇。
4實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)過渡的關(guān)鍵技術(shù)
4.1移動性管理及尋址技術(shù)
    為了提供全球的無縫覆蓋，第三代移動通信系統(tǒng)必需能適合工作于多種通信環(huán)境，
比如公眾電話網(wǎng)、蜂窩移動網(wǎng)、無繩電話網(wǎng)、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)和衛(wèi)星移動通信網(wǎng)等。因此，
面對這樣復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，第二代系統(tǒng)的移動性管理功能及尋址技術(shù)就難以勝任。為保
證移動終端跨網(wǎng)絡(luò)通信和在不同的地區(qū)進(jìn)行漫游，第三代移動通信除了依靠軟切換與用
戶位置跟蹤等技術(shù)外，還需要解決移動用戶的管理問題，這就必須涉及到號碼編號和尋
址技術(shù)。由于大量的用戶信息及業(yè)務(wù)信息存儲于業(yè)務(wù)控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，而且對它們的
訪問存取和查詢修改都十分頻繁，所以，開發(fā)大規(guī)模的移動性管理系統(tǒng)軟件，建立大容
量的數(shù)據(jù)庫和全球性的分布式數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)，以及研究快速有效的尋址方式，均是實(shí)現(xiàn)核
心網(wǎng)過渡必需要解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。
4.2智能網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用
    智能網(wǎng)技術(shù)與移動網(wǎng)相結(jié)合，可為終端及個人的移動性管理和多樣化業(yè)務(wù)服務(wù)提供
主體框架結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)劃分為傳輸功能和業(yè)務(wù)控制功能，使呼叫處理過程同呼叫業(yè)務(wù)種
類無關(guān)，而且同呼叫處理的具體實(shí)施細(xì)節(jié)也無關(guān)。因此，隨著核心網(wǎng)功能增強(qiáng)，智能網(wǎng)
可靈活地添加和修改所提供的業(yè)務(wù)種類，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)升級的目的。比如，先利用智能網(wǎng)技
術(shù)對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)做些修改，然后過渡到智能網(wǎng)中的數(shù)據(jù)庫和第三代移動通信網(wǎng)中的多種數(shù)
據(jù)庫實(shí)現(xiàn)有機(jī)的結(jié)合，構(gòu)成統(tǒng)一的分布式數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)，以提供多種智能業(yè)務(wù)。
4.3地面網(wǎng)與衛(wèi)星系統(tǒng)的綜合
    第三代移動通信網(wǎng)最終將是一個提供全球的無縫覆蓋并能實(shí)現(xiàn)全球漫游通信的系統(tǒng)。
實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋必然需要集衛(wèi)星移動通信、地面蜂窩移動網(wǎng)和地面固定網(wǎng)于一體，這
樣才能真正形成海、陸、空三維覆蓋的無縫網(wǎng)。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)雖然只是地面蜂窩移
動網(wǎng)和地面固定網(wǎng)的補(bǔ)充和延伸，而且用戶數(shù)量也比后兩者為少，但它卻是實(shí)現(xiàn)無通信
盲區(qū)與達(dá)到全球無縫覆蓋的關(guān)鍵手段。因此，在第三代移動通信系統(tǒng)中，地面網(wǎng)絡(luò)（移
動和固定）與衛(wèi)星系統(tǒng)的有效綜合顯得非常重要。需要研究的內(nèi)容有：移動終端在各種
環(huán)境下接入衛(wèi)星系統(tǒng)的技術(shù)；衛(wèi)星移動波束覆蓋域內(nèi)的越區(qū)切換技術(shù)；對在地面網(wǎng)和衛(wèi)
星系統(tǒng)間漫游用戶的尋呼／連接控制技術(shù)等。此外，具有星上處理和星際鏈路交換功能
的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)更是值得重點(diǎn)研究的。
4.4移動網(wǎng)和固定網(wǎng)的融合技術(shù)
    第三代移動通信系統(tǒng)眾多而又復(fù)雜的功能要求，使它幾乎集中了通信領(lǐng)域中的所有
難點(diǎn)，因此，整個系統(tǒng)不可能設(shè)想為一個單一的結(jié)構(gòu)，而應(yīng)該是由多個相關(guān)系統(tǒng)組成的
綜合網(wǎng)絡(luò)。比如，第三代系統(tǒng)的接入網(wǎng)就包括無線接入、有線接入和衛(wèi)星接人，其中無
線接入與有線接入又可細(xì)分為不同的網(wǎng)絡(luò)形式�？梢�，核心網(wǎng)既要能連接現(xiàn)有無線接入
設(shè)備和新的無線接入設(shè)備，還要能支持訪問PBTN、Internet、PSDN以及LAN的業(yè)務(wù)，所
以，它需要有融合移動網(wǎng)和固定網(wǎng)的能力。為了達(dá)到移動網(wǎng)和固定網(wǎng)有效融合的目的，
核心網(wǎng)中將有一個多功能交換平臺。該交換平臺可在不同的接入網(wǎng)與核心網(wǎng)間提供接口，
用以支持移動用戶和固定用戶的接入，實(shí)現(xiàn)寬帶無線接入網(wǎng)同電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和IP網(wǎng)的
互通。由于ATM交換機(jī)可以進(jìn)行電路和分組混合交換，并且具有通用的網(wǎng)絡(luò)接口功能，所
以，它是固定／移動混合網(wǎng)中最佳的多媒體交換平臺。一些世界著名的大公司，如Luc
ent、Ericsson和NTT等已經(jīng)進(jìn)行基于ATM協(xié)議的核心網(wǎng)研究，在基站和移動交換中心之
間，利用AAL2傳送短時延與長度可變的語音和消息，利用AAL5傳送信令和分組數(shù)據(jù)。事
實(shí)上，ITU－TSG11／WP3作組在IMT－2000有關(guān)RAN－CN接口的Q.FSA建議中，就要求第三
代移動通信系統(tǒng)的A接口信令結(jié)構(gòu)建立在ATM協(xié)議基礎(chǔ)之上。
5結(jié)束語
    第三代核心網(wǎng)包括移動交換網(wǎng)和業(yè)務(wù)服務(wù)網(wǎng)；前者完成無線網(wǎng)同固定網(wǎng)的互通互連
和終端移動性管理的功能，后者則向移動用戶提供與固定用戶所能獲得的相同業(yè)務(wù)和服
務(wù)質(zhì)量。由于固定網(wǎng)可看作業(yè)務(wù)服務(wù)網(wǎng)，如Internet、IP數(shù)據(jù)網(wǎng)、ISDN和PSTN，故而核
心網(wǎng)的演進(jìn)主要是移動交換網(wǎng)功能的提升。因此，研究如何從第二代GSM核心網(wǎng)逐步平
滑過渡到第三代IMT-2000核心網(wǎng)的途徑具有重要的意義。移動性管理及尋址技術(shù)、智能
網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用、地面網(wǎng)與衛(wèi)星系統(tǒng)的綜合以及移動網(wǎng)和固定網(wǎng)的融合技術(shù)，這些
是實(shí)現(xiàn)第三代移動通信系統(tǒng)核心網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。既然核心網(wǎng)從第二代向第三代過渡是逐
步漸進(jìn)的，所提供的業(yè)務(wù)支持和網(wǎng)絡(luò)功能也是分階段實(shí)施的，所以，根據(jù)我國移動通信
基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，我們應(yīng)該抓緊時間研究基于GSM網(wǎng)向第三代核心網(wǎng)過渡的
問題，大力培養(yǎng)第三代移動通信技術(shù)人才，以適合未來二十一世紀(jì)移動通信產(chǎn)業(yè)和市場
迅速增長的需要。