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现有GSM网络到WCDMA的演进分析
发布时间:2012-12-4

  • 移动业务发展的必然趋势
  •     随着社会生产力的发展,人类已经逐渐步入信息化社会,人们对于移动通信也提出了越来越高的要求。在这种潮流下,分组交换、ATM、IP等各种技术的融合已经成为移动通信的发展趋势,而且移动通信和互联网络的结合也越来越紧密。

        另一方面,信息技术的发展和用户的多样化、个性化需求要求移动通信系统提供更丰富、更个性化的业务,如图像、话音与数据相结合的多媒体业务和高速数据业务,但2G系统主要为用户提供语音业务和承载数据业务,而且所提供的数据承载业务速率较低,QoS能力有限,无法满足用户多媒体、电子商务、移动上网等多种新兴通信的要求。而3G能够达到高速车载环境下384kbps、低速或静止状态下2Mbps的速率,因此可提供多样化、个性化业务,并向多媒体化、个性化、智能化、分组化方向发展。

  • 运营商发展的必然趋势
  •     从更深层次来说,随着终端和话费的下调、预付费业务的开展,手机消费已从奢侈品走向普及,大量低端用户的加入,导致了运营商的ARPU逐渐下降。ARPU一直是投资者衡量运营商核心竞争力的一个重要指标,因此如何有效提高ARPU就成为亟待解决的问题。

        由于话音业务的利润空间日益缩小,要提高ARPU,还需要开展丰富的差异化竞争业务。2G因为直接将业务本身标准化,所以同一种业务就只有一种标准实现方式,不利于第三方的快速引入和业务生成,生成新业务比较困难,无法充分满足用户多样化、个性化的业务需求。而在3G中,某个特定业务可以抽象为多个业务能力特征的集合,每个业务能力特征可以根据承载网络的不同而由不同的业务能力具体实现,这表现了3G业务生成的多样化和灵活性。运营商只有充分利用3G平台来开展差异化竞争,才能在未来的激烈竞争中生存发展。

        现有GSM网络到WCDMA的平滑演进方案

        移动业务的发展是一个逐步渐进的过程,业务的发展决定网络建设的进程。第三代网络建设是逐步进行的,第二代网络还将在一定时期内扮演重要角色,所以建设第三代网络是要充分考虑到二代网络设备的有效利用。下面从无线侧和核心网侧分别对演进升级方案进行分析。

        无线侧平滑过渡解决方案

    1.原有GSM设备进行升级的组网方案

        对于存在2G网络的运营商来说,网络建设在原有的2G无线网基础上考虑升级的解决方案存在技术上的问题。采用无线网络控制器升级的方式,无线侧升级后的组网方案。

        采用上述升级方式的主要困难在于让BSC设备升级成具有RNC功能的设备,技术实现上非常困难。首先,BSC和RNC的无线网络层协议差异性大,差异性是完全革命性的;其次,传输网络层和物理层相差也非常大,一个是基于电路交换,一个是基于ATM交换;其三,用户面的处理完全不同,BSC对于用户面基本是透明的,而RNC对用户面有很复杂的处理。

        基于以上分析,BSC设备和RNC设备不存在共用设备问题,它们两者的结合不会有任何成本的节省,反而会增加设备的复杂度,所以现在主流厂家基本都不考虑采用这种升级的方式。

    2.在原有GSM设备上进行叠加的组网方案

        对于无线侧网络的演进,目前普遍认同的方案是在原2G设备的基础上进行3G网络的叠加。

        采用叠加方式后,2G无线网络和3G无线网络之间没有直接连接。至于与核心网的连接,与核心网采用的演进方式有关:如核心网采用升级的方式,则RNC采用图中点线与核心网连接;如核心网采用叠加的方式,则RNC采用图中虚线与核心网相连。

        值得说明的是,虽然2G无线网络和3G无线网络从组网结构上看没有直接连接,但Iub和Abis口共用传输是没有问题,中兴通讯3G无线网络设备就提供了这种共用传输功能。

        核心网侧平滑过渡解决方案

        与WCDMA系统在无线侧无法平滑演进所不同的是,核心网侧是可以演进的。根据核心网侧电路域和分组域的演进方式不同,下面提出三种解决方案。

    1.核心网全升级过渡

        对于现有的GSM/GPRS网络,中兴通讯支持从GSM/GPRS网络向3G系统的演进,并提供全面的解决方案。中兴通讯的核心网升级方案是在原有的GSM/GPRS核心网的基础上,通过硬件的更新和软件的升级来实现向WCDMA系统的演进。

        GSM/GPRS网络在建设时都有一定的冗余,冗余对网络起着一定的保护作用,避免网络业务量增加时出现阻塞以保持网络的稳定性。这种冗余为核心网的升级、扩容提供了可能,但由于近年来移动用户数迅猛攀升,2G核心网的冗余已经很小,强行升级、扩容势必影响网络的稳定性;而对网络侧而言,即使现在通过升级能够暂时满足组网的需求,在将来网络向全IP演进的过程中,还是需要新建3G的核心网,从网络发展的角度来看,升级并不能为运营商建网节省成本。

        站在运营商的角度看,系统的稳定可靠和设备的性能价格比是最值得关心的。核心网的建设只占整个移动网建设成本的20%左右,核心网升级并不能为运营商节约多少成本,但却极大地降低了网络性能,使得设备的性能价格比降低。这种升级带来的系统无疑是极不稳定的,从战略角度来看,运营商只有建设一个高质量、高起点的精品网络才能在未来激烈的竞争中赢得用户,而承担如此大的风险通过升级方式来进行WCDMA系统演进,毫无疑问不是首选和最佳方案。

    2.叠加、升级组合建网

        从GSM/GPRS网络到WCDMA网络演进的一种方式是叠加升级组合的建网方式,这种建网方案主要是将原有GSM/GPRS网络的电路域进行叠加、分组域进行升级的一种组网方式。

        从技术角度来看,WCDMA网络设计时充分考虑了网络的继承性,3G系统叠加在2G的核心网上不存在技术上的屏障。3G系统的UTRAN可以接入3G系统的核心网,满足3G业务需要;2G系统的BSS既可接入2G网络,也可同时接入3G网络,实现相关的业务功能。

        对于电路域而言,3G网络的底层承载采用的是ATM承载,从而使2G到3G的升级在实现上不可能,同时会带来很多问题,作者在前面已有论述。现在在热点地区,话务量已经达到800Erl/km2,随着数据业务的引入,据预测三年内话务量可达2500-3000Erl/km2,而根据GSM网络建设初期的设计,网络承载能力最多可达1000Erl/km2,所以针对话务热点地区现在急需增加网络容量。电路域由于两代网络之间底层承载完全不同,无法升级,对电路域进行叠加是一个比较明智的选择。

        对于分组域的一种演进方案是升级,从保护运营商投资的角度来看,分组域进行升级演进是一种可以参考的方案。例如,中兴通讯的GPRS和3G的PS域是采用同一硬件平台设计的,在2G到3G演进时,只需增加部分接口硬件并进行相关软件升级即可。这样既最大限度地保护了运营商的投资,又保证3G网络的稳定性,便于网络向R4/R5网络的演进。

        从投资者的角度来看,中兴通讯提供的该解决方案,由于基于GPRS系统的过渡,可以使运营商在节省信令网络、传输网络、智能网络和网管、电力系统、以及HLR等网络设备方面的投资的前提下,不会降低网络的性能。

        但需要注意的是,采用这种PS域升级的方案的前提是2G的GPRS和3G的PS域设备的硬件平台可以兼容,并有向全IP演进的能力。如现网上已有的GPRS设备的硬件平台无法升级到3G则应考虑采用下一节的方案。

        如果采用现有GPRS的SGSN和GGSN升级为PS域,首先会影响现有GPRS网络的稳定性,其次升级后设备为GPRS用户提供服务,同时又为 WCDMA用户提供服务,随着WCDMA用户的增加,系统在扩容上需要进一步投资。并且现在GPRS网上设备SGSN的交换方式有很多厂商是采用窄带电路交换方式,即使是采用宽带ATM交换的系统,由于其结构老化,处理机的处理能力、业务支持能力也无法满足3G业务的需求,从而成为WCDMA数据高速交换的瓶颈,不利于以后新业务的发展。

    3.完全叠加建网

        从GSM/GPRS网络向3G系统的演进的另一种方案是建设完全叠加网。整个网络根据现有2G组网不同区别对待:

        对于电路域本地网采用完全叠加的方案。因为长途网一般仅起到话务转接的作用,与GSM作用相同,建议WCDMA同GSM共享长途网资源,这样对现网的影响也不是很大,WCDMA R99电路域采用的是七号信令,可以与GSM共享七号信令网。

        对于分组域,WCDMA网络PS域骨干网与现有的GPRS骨干网共享,WCDMA网络PS域省网新建SGSN和GGSN,并且由于WCDMA的PS域与现网GPRS在流程以及核心网的协议非常相似,省网的CG、DNS和路由器等设备与GPRS现网共用。

        核心网叠加方案的主要优点有:

        避免了对现有2G业务的影响;易于网络规划和实施;充分保障了现有网络的稳定性;容量不受原有网络的限制。

        这种方案通过核心网的叠加来引入宽带接入、补充新的频谱和核心网资源,达到分流语音和数据业务、刺激业务增长的目的,从而促进3G系统的发展。

        值得注意的是,GSM/GPRS网络与3G系统核心网络的叠加存在,不是竞争而是相互协作、互补的关系。为了充分挖掘3G系统网络的高频谱利用率,当3G 系统网络空闲时,对语音业务也可考虑优先使用3G网络。采用叠加方式建设3G网络,不仅有利于3G网络建设的逐步推进,而且为网络向基于Rel 4/5的全IP网络演进扫清了障碍。

        演进策略建议

        总体来说,针对即将拥有3G牌照的运营商,一般会面临三种建网选择:新建、升级、叠加,当然实际情况往往会采用其中两种或三种组合策略。

        对于原本就没有建设2G移动通信网络的运营商来说,由于没有2G网络的负担,可以尽量采用较新的技术,建设全新的网络非常适宜,这样越过GSM网络,直接增加3G的网络节点构建3G的核心网络和3G 无线接入网,提供3G业务。对此,中兴通讯3G演进方案建议直接建设3G的核心网CN和接入网UTRAN,并可以提供全套WCDMA端到端的解决方案,包括所有的系统设备:Node B、RNC、MSC/VLR、SGSN、GGSN、HLR、CG、OMC、SC、MMSC以及综合业务管理平台等等。

        针对已经建设GSM网络的运营商,面临的是如何从GSM/GPRS向3G进行平稳、无缝的演进。此时运营商最为关注的是:WCDMA网络的引入应尽可能减小对现有GSM/GPRS网络运营的影响;尽可能地利用现网资源,更重要的是尽可能地保护2G到3G网络发展上新的投资,同时确保这种投资可以保障网络向全IP平滑演进而不会出现某种障碍;终端用户的业务可以从GSM平滑过渡到WCDMA。

        中兴通讯充分考虑了上述情况,完全支持从GSM/GPRS网络向WCDMA系统的平滑演进策略,网络建设根据运营商现有网络情况提供不同的解决方案。对于原来GPRS网络初建时已经考虑到了与3G PS域兼容,并且可以通过软件升级过渡到3G的运营商,采用PS域升级、CS域叠加的演进方案。

        而对于大多数现网情况,GPRS网络无法只是通过软件升级过渡到3G的PS域,因此建议采用完全叠加网的方案。即网络建设时在原有2G本地网络基础上,叠加3G核心网,可同时接入3G的无线接入网UTRAN和2G的无线接入网BSS,在提供3G丰富多彩的业务的同时,与现有2G网络实现业务互通,并为2G 业务的平滑演进提供了保证。新建的3G核心网已经从规划上充分考虑到网络向全IP演进的趋势,为全IP的演进扫除了障碍。建设完全叠加网是对现网运营影响最小的解决方案,维护和提升精品网络、高品质服务的运营形象,为新一代网络运营创造了更广阔的发展空间。

        结束语

        从现有GSM网络演进到WCDMA网络时,不论采用哪种演进策略,都可以充分考虑如何改造和利用2代已有的长途骨干网、信令网、智能网、关口局及 HLR/AUC、SC等设备。这样既最大限度地保护了运营商在GSM/GPRS等方面的已有投资,又可以使运营商根据自己地区的业务开展情况和经营状况,逐步、渐进地提供丰富的3G系统业务,从而达到优化自己的网络资源配置、简化网络结构和便于运营、管理的目的。这充分体现了WCDMA系统对 GSM/GPRS现网设施的继承性和保护。
     

    作者:风儿   来源:通信产业报