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3G网络建设与规划

发布时间: 2006-6-29  来源:
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2005-7-6 王志勤

摘要:首先介绍了全球3G 的发展状况,然后阐述3G及3G增强型无线技术标准的发展,重点讨论了网络建设与规划问题。指出3G网络规划和建设需要正确把握技术趋势,并充分考虑网络现状和业务市场的发展。

关键词:移动通信,3G标准,网络建设与规划

一、3G全球发展状况

  近年来,全球移动通信市场一直保持快速发展的势头。从2004年至今,WCDMA网络快速增加,cdma2000 1x 商用网络的增加数量大幅度减少,cdma2000 1x EV-DO网络建设逐渐加速。到2005年3月,WCDMA终端已达到108种 (其中NTT DoCoMo的WCDMA终端为36款)。WCDMA终端的整体价格与2G终端相比仍然较高,部分性能仍有待完善。目前WCDMA终端的市场价格为300~600美元。但随着产品规模的逐步扩大,其价格下降的速度会较快。目前共有700多种cdma2000终端,其中605种为1x终端,106种为1x EV-DO终端,多数1x EV-DO终端集中在韩国(85种左右)。

二、3G及3G增强型无线技术标准的发展

  1. WCDMA

  如图1所示,WCDMA接口技术的演进路线比较清晰,从R99接口技术演进到高速下行分组接入(HSDPA),再发展到高速上行分组接入(HSUPA)。目前3GPP正在致力于UMTS陆地无线接入(UTRAN)和通用电信无线接入(UTRA)的长期演进的研究。3GPP提出HSDPA的目的是为了增强下行分组业务的吞吐量,主要是针对非实时的分组业务(但可用于流媒体业务)。 HSDPA作为对R99无线接口的补充,与R99的信道在同一载波上,无线系统只是为HSDPA增加了专门的信道。HSDPA在空中接口上采用了自适应的编码调制、混合自动重传请求(HARQ)以及快速数据调度等技术。

图1 WCDMA的发展


  目前,各WCDMA设备提供商都计划于2005年底或2006年推出HSDPA商用化设备,NTT DoCoMo也计划于2005年下半年推出HSDPA商用网络。但是这一阶段推出的HSDPA的速率基本都在3.6 Mbit/s左右。相对于HSDPA系统的开发进度,HSDPA终端的开发进度略慢。NEC为配合NTT DoCoMo的HSDPA商用计划,将推出相应的HSDPA终端。

  HSUPA的目标是提高上行速率(理论上行峰值传输速率可达5.76 Mbit/s),其标准化工作还在制订过程中,预计于2005年6月完成。

  3G面临着多种技术的竞争,在提高数据速率、降低无线传输时延等方面仍然需要增强。关于超3G的研究工作目前刚刚开始,其目标是提高频谱效率,增加峰值速率(下行速率达到100 Mbit/s,上行速率达到50 Mbit/s),减少时延,预计其标准化工作将在2007年年中完成。

  2. cdma2000

  cdma2000接口在演进路线上存在两个方向,即1x EV-DO和1x EV-DV,如图2所示。但是,目前的国际形势更有利于cdma2000 1x EV-DO A版本的发展。由于cdma2000 1x EV-DV标准体系形成较晚,多数cdma2000运营商已转向cdma2000 1x EV-DO技术,部署并开通了商用cdma2000 1x EV-DO 0版本网络,因此在下一步的网络演进中,将更有可能采用cdma2000 1x EV-DO A版本技术,以便平滑过渡和向下兼容。目前,从芯片开发角度讲,cdma2000 1x EV-DO A版本的开发前景更为明朗。因此,在cdma2000技术路线中,1x EV-DO是目前所有运营商实际采用的技术演进路线。

图2 cdma2000的发展


   cdma2000 1x EV-DO仅提供数据业务,并且其在0版本中上下行链路速率不对称,下行数据速率高达2.4 Mbit/s,而其上行速率和cdma2000 1x基本相当。在实际应用中,cdma2000 1x EV-DO系统通常与cdma 1x相结合,向用户提供话音和数据服务。然而,cdma2000 1x EV-DO系统不兼容cdma 1x系统,需要使用单独的载波。

  针对cdma2000 1x EV-DO 0版本前反向业务能力不平衡、对QoS的支持不能满足业务多样性要求等一系列问题,3GPP2提出了cdma2000 1x EV-DO A增强版本。在A版本中,大幅度地提高了上行数据速率,并且在物理层、MAC层以及更高层都进行了改进,以更好地支持QoS。为了解决话音和数据业务的并发问题,还对A版本系统的网络侧结构进行了改动,增加了新的接口。目前cdma2000 1x EV-DO 0版本在国际上已经大规模商用,各个厂商也都计划研制A版本设备,计划在2005年底到2006年初研发出终端设备,在2006年中旬推出系统产品。

  在现有cdma2000技术的基础上,为了提供更高的数据速率和更完善的服务质量(如实时分组数据业务),支持多样的业务,提高自身的竞争力,3GPP2开始致力于下一代空中接口技术(即cdma2000 1x EV-DV E版本和cdma2000 1x EV-DO B版本)的研究工作,主要侧重于:更高的数据速率、容量和系统效率。2005年3月的技术专题会议已对下一代空中接口技术的要求和技术指标有初步的确定。

三、网络建设与规划

  在确定了技术发展和市场需求总体趋势之后,运营商需要根据其自身的网络设施和业务发展策略等因素来确定切实可行的网络建设和规划方案。

  由于3G特别是WCDMA无线网络的革命性发展,其整体网络投资十分巨大。网络建设成本主要来自设备投资。WCDMA网络有三大组成部分:无线接入网、传输网和核心网。无线接入网络的投资将占整个网络投资的70%以上。无线接入网络投资的规模取决于网络中站点的数目和站型配置,这些数据由无线网络规划所决定。

  1.无线网络规划

  从运营商的角度看,无线网络规划的目标如下:

  ·综合建网成本最小:要合理规划基站的整体布局,满足一定时间和业务的需要;

  ·有限资源容量最大化:由于CDMA系统的容量受限于干扰,因此需要合理规划,减少小区内和小区间的干扰,增大小区容量,使有限的硬件资源、频率资源容量最大化;

  ·盈利业务覆盖最佳:运营的最终目的就是赢利,所以要首先确定哪个是盈利业务(目前的赢利业务主要以话音为主),并确定它的覆盖目标;

  ·使关键业务的QoS最佳:关键业务是指可能短期不能盈利但具有发展前途的业务,如数据业务。在保证赢利业务的同时,应充分考虑潜在的关键业务的质量问题。

  下面以GSM与WCDMA为例说明由于无线技术的不同导致在无线网络规划方面所存在的差异。

  (1)容量、质量和覆盖规划

  GSM的容量与所安装设备紧密相关,支持的用户数可由载频数和时隙数推算得到,其信道质量主要受同道、邻道干扰的影响。GSM的无线网络规划采取有序的规划流程?押先覆盖、后规划容量,在很大程度上按顺序进行。增加容量可通过增加硬件资源而实现,而且不影响覆盖。WCDMA的容量不仅与安装的硬件相关,还与每载波容量、所处环境、邻区干扰等相关,是典型的“软”容量。WCDMA的覆盖和容量相互影响,需要在覆盖、容量和质量三个因素间寻求平衡。

  (2)链路分析和网络规划设计

  为了确定基站的数目和位置,需要根据外围环境进行上、下行链路分析。

  2G系统主要以提供话音业务为主。由于话音业务是上下行对称的业务,其上下行链路的负载是平衡的。

  3G系统同时提供话音和数据业务,数据业务是上下行不对称的业务,因此可能会导致上、下行链路负载的不平衡。覆盖和容量可能会受限于上行或下行方向的速率而需要进行传播损耗的计算。

  (3)干扰分析

  3G、2G系统都存在干扰。由于GSM是时分多址的系统,所以频率规划对于2G系统非常重要。3G需要对负荷和接收机的灵敏度进行分析?熏 WCDMA的网络规划不能把覆盖和容量分开来处理。

  2.核心网络规划

  核心网络的规划原则是:易于引入业务,支撑多种业务的开展;便于网络和业务的演进与融合;结合现有网络状况,降低网络建设和网络维护的费用。

  R99的整体网络结构仍采用传统方式分为电路域和分组域,整个标准是人们熟知的GSM和GPRS的网络演进。 在电路域中支持所有GSM的电信业务和承载业务及其上的补充业务,只是在话音编码上采用了自应适多速率(AMR)的话音编码方式,其电路型数据业务更加丰富,如可提供基于电路交换的64 kbit/s多媒体可视电话业务。此外,还定义了相关程序来保证GSM与UMTS之间的切换。

  在R4的网络结构中将电路域的移动交换中心(MSC)分离为MSC服务器和媒体网关(MGW),这也就是我们通常所说的软交换概念。引入R4的优势如下:

  ·采用以IP为主的分组传输方式,节省了传输链路;

  ·控制和承载分离,控制部分更加集中,易于新业务的综合实施;

  ·在网络演进方面,MSC服务器的硬件设备以后可转变为R5阶段的呼叫状态控制功能(CSCF)设备,MGW可以在R5架构下继续使用。但我认为全面实现全IP网络架构至少还需要3~5年,因此在很长一段时间内R4网络将会与R5和R6网络并存。

  目前,MSC服务器与MGW之间的接口(即Mc接口)尚不开放导致在网络建设中多厂家共用MSC服务器的情况受限。大规模组网的经验在逐步积累过程中,特别是在信令网的承载和组网方面仍需加强。目前北美绝大部分运营商采用了软交换系统,欧洲的主要运营商也将在近期内部署软交换设备。

  随着R4设备的不断成熟,为了很好地解决业务质量问题,可采取基于IP承载的路由器通过区分服务(DiffServ)、多协议标记交换(MPLS)、带宽保证以及接入控制等方式来提高端到端的业务质量。

  3GPP IP多媒体子系统(IMS)采用了分层结构:

  ·业务网:通过CAMEL、OSA/Parlay和SIP技术提供多媒体业务的应用平台。

  ·IP 多媒体核心网 (IM CN):由3GPP定义,与3GPP2 多媒体域(MMD)基本相同,能提供多媒体业务环境,全部基于Internet协议以便与Internet融合。

  ·IP可连接的接入网络(IP CAN):包括3GPP GPRS、WLAN等,提供接入、移动性管理。

  IMS由GPRS等IP网络承载,它的提出为多媒体业务提供了一种解决方案,同时满足了多媒体业务在安全、计费、漫游以及QoS上的需求。IMS可看作提供各种移动多媒体业务的平台。IMS协议基于IETF的已有标准,并增加了支持移动性的扩展功能,包括SIP、 Diameter、 COPS等协议。

  IMS的主要技术原理包括:

  ·SIP:基于SIP的会话控制;

  ·IPv6:IMS网络采用IPv6地址,目前也在研究采用IPv4地址的IMS网络;

  ·归属控制:用户业务接入全部由归属网络控制;

  ·独立于接入:IMS与下层IP接入网络相独立;

  ·绑定机制:通过Go接口建立SIP对话和GPRS会话之间的关联,实现QoS和计费管理;

  ·IMS作为业务应用平台被OMA组织作为提供业务支持能力的技术引擎。IMS在多业务协调和组合方面将会发挥很重要的作用;

  ·IMS目前也作为固定网络与移动网络的融合提供多媒体业务的理想平台,为宽带业务发展提供良好的网络支撑平台。

四、结语

  我国移动通信发展势头良好:相对于固定网络,其技术路线相对清晰,已经形成良好的商业模式;从2004年以来,全球3G商用网络和用户数量明显增加,继续稳步提速,TD-SCDMA产业化进程加快。我国的3G技术试验进展顺利,为运营企业积累经验、推动和加速制造业发展起到了良好作用。3G的网络规划和建设需要正确把握技术趋势,并充分考虑网络现状和业务市场的发展。

摘自<<泰尔网>>

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