中国移动NG-GSM网络关键技术解析

由中国移动、英国Vodafone和Orange、日本NTTdocomo、德国T-Mobile、荷兰KPN以及美国Sprint七大运营商发起成立的NGMN(NextGeneration Mobile Network)组织对下一代移动通信网络的性能、功能和整个网络架构有了初步的明确，业界也在深入研究其相关规范。NGMN事实上在宏观层面和框架层面对于未来的移动通信网络有所规范。全球现有最大的移动通信网络GSM朝着NGMN发展过程中进行技术改进以适应技术发展，具有较大的现实意义。本文阐述了下一代GSM网络的演进过程中相关重要技术，以期给予业界借鉴意义。

移动通信技术发展到现在，GSM无论是网络规模还是用户规模，在全球的占有率都首屈一指，到目前为止，没有一种通信技术能够像GSM技术这样的深入人们的生活，并对全球的经济和社会产生深远的影响。但是，随着技术的发展，GSM不能停留在原来传统2G网络的概念上。移动通信运营商无论从技术演进的角度，还是有效保护网络设备的角度，都需要深入研究NG-GSM的相关问题，从而为实现投资保护和盈利能力提升提供最大保障。文章从分析研究NG-GSM的必要性入手，阐述了移动运营商发展NG-GSM的目标和愿景，最后从多个技术维度分析了NG-GSM的关键技术，给目前的网络建设发展策略提供一定的借鉴。

研究NG-GSM网络技术的必要性

研究NG-GSM是符合网络发展趋势的要求

到目前为止，已经实现商用规模的无线接入系统多种多样，按照演进路线，GSM/GPRS/EDGE/WCDMA/TD-SCDMA/HSPA/LTE是一条路线，CDMA/cdma2000/EVDO是另一条路线，还包括Wi-Fi/WiMAX等无线宽带接入技术等，总体而言，未来的无线接入网系统，必将是一个多标准长期共存，并按照各自路径演进且相互融合的系统。在中国，目前的无线接入网系统以GSM为主，可以预见，未来的移动通信网络是一个以GSM为基础，叠加多种无线制式的融合的网络。所以，从接入网的发展趋势来看，研究NG-GSM相关技术是网络发展和融合的趋势要求，是认清GSM在很长一段时间内还拥有重要地位的认知要求。

另外，移动通信网络IP化必将成为一个历史趋势，原有GSM接入系统是基于TDM为基础的，研究NG-GSM相关技术，特别是IP改造技术，必将成为一种趋势。对GSMBSS的IP化改造，对保护运营商的网络投资也具有战略意义，同时，通过IP化改造，能节省传输、进行可靠灵活的组网，也能给移动运营商带来现实的意义。

研究NG-GSM是合理利用网络资源的要求

技术的发展意味着效率的提高，研究NG-GSM能充分挖掘网络潜力，最大程度地降低移动通信运营商的资本开支（CAPEX）和运营成本（OPEX），是运营商合理利用网络资源的要求。

信息产业部2007年全国通信业发展统计公报显示，截至到2007年底，中国移动GSM交换机容量净增21890万户，达到67614万户；GSM基站净增7.3万个，达到30.7万个；GSM载频净增92.8万个，达到300.7万个。中国联通的GSM交换机容量新增2273.7万户，达到1.29亿户。巨大的GSM网络规模需要我们认真研究NG-GSM技术，通过多样的技术手段保护GSM设备投资，提供更为可靠的通信服务。

研究NG-GSM是正视GSM用户市场的要求

GSM从1982年开始成为欧洲的电信标准，从1992年规模化商用，截至2007年12月31日的16年里，GSM实现签约用户24亿，占总体移动用户的83%以上，第二个10亿用户的增长仅用2年半就得以实现。现在，全球已有256个国家共758个GSM商用网在运行，每天正以152万用户的速度快速增长，预测到2010年全球GSM用户将达30亿，GSM的用户规模在很长一段时间内将占据移动通信用户市场的主导地位。

根据信息产业部2007年全国通信业发展统计公报显示，截至到2007年底，全国移动电话用户新增8622.8万户，达到54728.6万户，其中除去部分CDMA用户和小灵通用户，占绝大部分的为GSM用户。中国的移动通信网络承载着巨大的GSM用户数量，研究NG-GSM是正视GSM用户市场的客观要求，需要用技术的不断发展和深入来满足广大GSM用户通信需求的要求。

NG-GSM的发展 目标和愿景

对于拥有GSM现网的移动通信运营商，发展NG-GSM的主要目标基于如下三点。

第一，发展NG-GSM要节省网络设备的投资（降低CAPEX）。通过NG-GSM相关技术改造，运营商要能充分利用现有的硬件设备，并通过软件设备或部分改造支持后续的演进技术，要能够充分实现资源共享。

第二，发展NG-GSM要节省网络的运行维护成本（降低OPEX）。要通过技术改造提高各个网元的运行效率，降低功耗；并通过BSSIP改造等使用高效的IP传输，来简化基站传输，降低运维成本。

第三，发展NG-GSM要提供更强的话音业务和数据业务的承载能力。通过技术改造特别是使用NG-GSM关键技术来提升网络容量，提高网络性能。

图1 NG-GSM 网络愿景图

第一，网络基本实现全IP化（含核心网和基站接入系统）。

第二，基站接入系统呈现分布化、共享化和多模化特点，可以采用BBU+RRU、载波资源池或者多模基站等不同方式来接入且各有特点。BBU+RRU方式具有很大灵活性，并给网络建设带来方便。载波资源池能根据不同覆盖区域的需求，集中调度载波资源，并能使不同区域共享整个载波资源，节省载波配置。使用多模基站，能通过共柜、模块混插、一体化设计等形式，同一基站能够支持2G和3G/WiMAX网络。

第三，网络体现更强的语音业务、数据业务承载能力。通过去干扰技术、分集合并技术、采用高阶调制编码等等来挖掘用户容量潜力，提升话音业务质量和数据业务传输速率。

NG-GSM的关键技术

NG-GSM的关键技术包括话音业务承载能力增强技术（采用编码技术、联合发送和干扰抑制等多种手段增强小区覆盖或者容量）、数据业务承载能力增强技术（包括EDGEEvolution等技术强化数据业务传送能力），还包括多种基站组网技术、软件无线电等。

语音业务承载能力增强技术

采用ARM-HR半速率增加网络容量。GSM半速率技术，是指通过使用GSM06.20规范的语音编码方式，将Um无线链路语音编码速率由12.2kbit/s降为5.6kbit/s，使用一个GSM时隙承载两路话音业务的技术。半速率技术可以达到提高无线网络容量的目的，但对话音质量存在一定的影响。

通过网络试验，开通半速率功能后，半速率信道承载话务能力明显，最多时可多承载70％的话务量，网络整体承载能力显著增强，拥塞率下降明显（试验的本地网BSC1的拥塞率由0.45%降至0%），掉话率略有上升（上升0.1%至0.15%），但经参数调整后有一定回落，可满足全网掉话率优秀指标。

总体而言，在非密集城区，开启半速率功能，能使网络承载话务能力有明显提高，拥塞率显著下降。开启半速率不会对GPRS等无线数据业务产生影响，反而由于无线话务信道资源的提升，使GPRS等无线数据业务信道的需求得到进一步满足。

采用发信机相干联合（DualPowerCombiningTransmission，DPCT)技术。使用DPCT能有效增强下行链路发射增益，通过软件配置，将两个发射机作为一个逻辑的发射机使用，也就是两个发射机在同一时刻发出同样的突发脉冲，通过合路器，构成形式上的一个载波，从而得到比单TRX多2.5～3dB的发射增益。

采用DPCT能扩大基站覆盖半径，特别适用于农村或者郊区初级建网阶段，使得组网更加的灵活。在建网初期，用户不多，采用DPCT能提高发射增益，实现覆盖增强，在网络建设中后期，容量扩大后，可将两个DPCT载频作为两个独立的载频使用，既解决了建网初期的覆盖问题，又能够平滑过渡解决后期的容量问题，为运营商动态平衡网络容量和覆盖提供了选择，总体降低了CAPEX。

采用下行延时分集发射（DelayDiversityTransmission，DDT)技术。下行延时分集发射，和DPCT不一样，它基于不增大发射功率而达到改善覆盖目的。它除了改善基站覆盖外，还可以改善网络容量。其工作原理就是使两个发信机在短时延内发射相同信号，两个发信机当作一个“虚拟发信机”来使用，使下行信号增强。手机端接收到两个不同干扰情况但内容相同的有用信号，经过合成算法获得附加的3dB下行增益，从而提高了网络覆盖范围，能够实现20%甚至30%以上的增强覆盖。使用该技术能有效改善服务质量，降低网优成本，且无需对终端进行改动。

采用上行4路分集接收（FourWayDiversityReceiving，FWDR)技术。上行4路分集接收就是对4个端口上的接收信号进行组合处理，以获得更好的信号。由于信号通过更多的路径到达基站，因此可以增强上行链路预算，即提高基站的接收灵敏度。它相对于两路分集有2～3dB的增益。

该技术不但可以增强上行链路的增益，还可以降低移动终端的发射功率，增加其待机时间。采用4路分集接收技术可以增强覆盖距离，改善通讯质量，降低网优成本。若4路分集和DPCT或者下行发射分集同时使用，可使基站实现超远覆盖。

采用上行干扰抑制合并（InterferenceRejectionCombining，IRC）技术。上行干扰抑制合并IRC可以认为是一种更高级的分集接收功能，它可以改善上行的质量，提高上行信号的增益。国内现网测试表明，IRC在密集城区可提供上行C/I增益提高3到5个dB。IRC在期望信号与干扰信号同步时的作用效果最好，从技术实现上来说，IRC基于对各分集支路上噪声协方差矩阵的估计，这个矩阵求逆后被用来计算需要的矩阵。

IRC消除从不同天线上接收的相干噪声，如果噪声间不相干，那么IRC的性能跟普通的MRC是差不多的。由于技术特点，IRC技术适用于高话务密度区，密集城区因用户众多，话务量大而采用紧密频率复用，导致干扰严重，而主要的干扰来自同频干扰和网外干扰，IRC能利用技术特点，对这些有相关性的干扰进行消除合并。

数据业务承载能力增强技术-EDGEEvolution

EDGEEvolution技术能够通过对现有基础设施的软件进行升级改造，从而将数据传输速率提高到目前的3倍，而且将显著改善延迟、增强覆盖范围并提高频谱效率。GSM网络的这一更高数据性能将作为对高速WCDMA/HSPA网络的重要补充，以满足对数据带宽和移动性日益增长的需求。（如图2所示，双载波、32QAM的EDGEevolution峰值速率能达到1Mbit/s。）。

图2 GPRS、EDGE 和不同进程的EDGE Evolution 的峰值速率

EDGEEvolution称做EDGE演进技术或EDGE增强技术，它其实是一系列新技术的合集，这些新技术将使EDGE的单用户理论速率达到1Mbit/s(现8timeslotEDGE理论速率为384kbit/s)。这些技术集主要包括手机接收分级 (MSRD、双天线除扰 (DAIC)、下行双载频捆绑 (DDC)、GERAN上行性能演进 (HUGE)、符号周期削减、更高阶调制和Turbo编码 (RED HOT)、延迟削减（Latency reduction）等。

BSSIP化

随着网络技术的发展，全网IP化将成为必然趋势，目前，通信运营商在交换侧大部分实现了IP化，包括对汇接局和端局的IP化改造。下一步的工作是对BSS进行IP改造。GSM在最初对接口进行定义的时候，主要的接口协议为TDM，随着IP化的发展和GSM新技术的引入，有必要讨论在2G引入IP承载的可行性。所谓对BSS进行IP化，主要是利用IP作为传输协议，接口包括Abis接口、A接口和Gb接口，如图3所示。

图3 BSS IP 化网络结构示意图

对基站系统接口进行IP化改造，对网络运营商带来的好处也是显而易见的，BSSIP后，能提高话音业务的业务质量，并能有效降低网络成本，节省传输资源并简化传输规划。基站系统IP化，能简化维护管理的难度，有利于最后一公里的多种组网方式，便于运营商根据业务需求采用多样手段建立接入系统。

目前，移动运营商对BSSIP进行改造，也面临一些问题。比如，BSS设备IP兼容性问题，涉及现网BSC、BTS替换改造，现网Abis口大量存在的E1TDM点到点连接带来的传输改造问题，IP网元的同步问题、性能管理问题，IP化以后对于网元的IP资源规划和管理，IP/MPLS专网的管理，网络安全性问题，后续网络演进的策略和步骤等。

多样的基站技术

载波池技术

由于某些基站忙闲时刻话务量差异很大，诸如写字楼基站，白天话务很忙，晚上很空闲，住宅小区刚好相反，解决此类问题的较好的办法是建立载波池。载频池系统是在光纤直放站基础上，增加切换、监控等单元构成，能为空闲的基站提供射频搭载，综合网管中心在网络上指配信号链路，实时或定时调度载频资源到高通信需求地区，以吸收该地区话务。

载波池系统起到了形成载频储备和共享的频率利用模式，其动态配置方式也突破了传统的频率固定配置模式，对于实际工程建设有很重要的意义。

多模基站

在未来，移动通信接入网必将是多制式共存的接入网络，将使用多种具有不同覆盖范围和容量的空中接口技术，如WCDMA、GSM、EDGE、WLAN、WiMAX或TD-SCDMA等。然而，空中接口资源的稀缺是运营商必须长期面对的问题。集中统一管理不同的资源，是运营商最大效率利用这些资源的关键。

无线网络发展的未来方向将是支持多模式接入的无线网络。在这样的网络中，多种不同的接入技术必须无缝地整合在单一的无线接入网中，而终端用户无须知道当前需要用那种方式接入网络。以GSM为基础的多模基站可以满足不同的运营商的网络演进和融合的需求，多模基站的应用，能有效降低运营商的多模组网成本。

智能基站

未来的基站将是一个智能化的实体，将实现即插即用，免除繁复的数据配置、网络规划和优化。BTS将在BSC的控制下，自动进行数据配置，并且在运行过程中根据频点的干扰情况和邻接小区的工作情况，自动进行频点优化和邻接小区的参数优化等。智能化基站的应用，将减少人为的干预，降低对维护人员的水平和数量需求，降低运维成本。