摘　要：本文介紹了第三代移動通信系統的特點和網絡結構，探討了基于現有GSM網向第三代核心網逐步演進的途徑與過渡方案，并論述了實現核心網過渡時要解決的關鍵技術。
Study on the 3G Mobile Commonication Centre Network Based on GSM▲
1　第三代移動通信系統的目標和要求
　　根據目前國內外有關文獻資料的描述，第三代移動通信系統最終要達到下述的目標［1，2，3］：
　　(1)提供室內2Mbps；室外384kbps／步行、144kbps／車輛、9.6kbps／衛星的移動多媒體通信業務。
　　(2)高于現有移動系統兩倍的頻率效率。
　　(3)可以與固定網絡的服務質量相比擬的通信質量。
　　(4)適應移動蜂窩，無繩，衛星，PSTN，Internet網，IP／數據網等。
　　(5)個人移動性，終端移動性的全球無縫覆蓋和漫游。
　　為了達到上述目標，同時保護第二代移動通信系統已有的巨大投資，在選擇第三代移動通信系統的實現方案時，應首先考慮易于與第二代移動通信系統的互聯和兼容，以便在現有網絡的基礎上逐步向第三代移動通信系統平滑過渡。這就對第三代系統提出了要求，一是能提供低價的多頻／多模移動終端，二是應具備在多種不同特性的網絡之間進行固定／移動混合交換的功能。
2　第三代移動通信系統的網絡結構
　　ITU－T負責IMT－2000信令和協議研究的SG11／WP3工作組，于1998年5月確定了IMT－2000的網絡框架標準(Q.1701)。Q.1701闡述了“IMT－2000家族”的概念，并明確了由ITU標準化的一組接口，如圖1所示。

圖1　IMT－2000的一組接口
　　在上圖中，與網絡有關的接口為A接口和NNI，也即IMT－2000的網絡可分成無線接入網絡(RAN)和核心網絡(CN)兩部分。這種采用模塊化結構的網絡設計是IMT－2000的一大特點，它不僅允許符合IMT－2000家族概念的網絡設備接入系統，而且可以方便地通過一組標準化接口將各種不同的現有網絡與IMT－2000的組件連在一起，因此，這也為網絡經營者指出了一條向IMT－2000演化過渡的途徑。
　　由于ITU－T只規定了外部接口，并沒有對網絡采用的技術加以限制，所以，按照各組成部分的功能劃分，IMT－2000系統的網絡結構如圖2所示［4］。


圖2　IMT－2000的系統結構框圖
　　從圖2可見，IMT－2000的無線接入網還可細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無關的控制與傳輸功能；后者包括與無線技術有關的各項功能，它還可進一步分為無線傳輸技術(RTT)和相關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［5］。
　　在核心網絡方面，IMT－2000的結構還允許通過使用網際互連功能(IWF)來支持第二代核心網絡的接入，實現第三代核心網絡與第二代核心網絡之間的互通互連。類似地，通過一定的適配模塊(AF)，第二代核心網絡也可以支持第三代的無線接入技術。因此，這充分體現了IMT－2000系統的家族概念和從現有網絡向IMT－2000過渡的靈活性。
　　按照第三代移動通信系統可提供全球無縫覆蓋的要求，它應允許用戶在多種無線運營環境(微微小區，微小區，宏小區和全球范圍)下進行通信，所以，CN網就相應有著不同的無線接入技術，比如GSM、CDMA、DECT、PCS、MSS和IMT－2000 RTT等。另一方面，按照第三代移動通信系統可提供多媒體業務的能力，它應支持用戶到固定網絡的接入，如ISDN、B－ISDN、Internet和LAN等，享受與固定網絡用戶一樣的服務業務。為此，第三代移動通信系統的核心網絡必需具備電路交換和分組交換的混合交換功能［6］。由于ATM交換擁有進行語音、數據和圖象綜合交換的能力，并可滿足各類不同業務的質量要求，因而采用ATM交換技術是第三代核心網絡的一項優先選擇方案。圖3給出了一種可能的IMT－2000系統的結構。


圖3　IMT－2000系統的一種可能結構
3　核心網從第二代向第三代過渡之路

　　由于第三代移動通信系統在許多方面都不同于第二代移動通信系統，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已在全球110多個國家投入使用，用戶總數約有2.5億左右；預計到2003年IMT－2000大規模商用時，第二代移動用戶的總數可達到4～5億。為了保證第二代移動通信系統的巨額投資回報，繼續發揮其龐大基礎設施的效益，所以，應當遵循從第二代平滑過渡并能支持第二代系統所提供業務的原則，來選擇第三代移動通信系統的演進方案。因此，第三代移動通信系統可分階段逐步實現。首先，通過增強第二代核心網的能力，使其能提供部分第三代的移動業務；然后，允許第三代無線接入網通過適配功能單元接入到增強的第二代核心網；最后經過一定的時間，再引入第三代核心網，并與第二代核心網進行互通，從而逐步將第二代核心網淘汰掉。
　　第二代核心網主要包括GSM／MAP和IS－41兩大類。根據IMT－2000的家族概念，只要它們經過網絡功能提升后，在公共接口上和業務能力上均滿足第三代移動通信系統的要求，都可以逐步向IMT－2000過渡。但是，考慮到兩類第二代系統彼此采用了不同的無線接入技術，并且又都與第三代的RTT互不兼容，因此，第三代系統中的移動終端應具備在兩代基站間進行切換或運用于IMT－2000不同核心網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。圖4表明了基于現有第二代系統向第三代系統演進的網絡方案。


圖4　現有第二代系統向第三代系統演進的網絡方案
　　就我國移動通信的發展情況而言，在2000多萬移動用戶中，80%以上的用戶歸屬于GSM網絡。此外，GSM的擴容速度非常迅猛，預計到2002年左右，其容量可達到7000～8000萬用戶。因此，我們應著重研究如何基于GSM系統逐步朝第三代移動通信系統演進的問題。圖5和圖6示出了從增強型GSM到IMT－2000的兩個可能演進階段。


圖5　GSM到IMT－2000的第一階段



圖6　GSM到IMT－2000的第二階段
　　由以上兩圖可知，在過渡的第一階段，GSM核心網為第三代移動終端提供語音、數據和圖象業務，并對其移動性進行管理；第三代系統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，第三代核心網不僅可獨立提供滿足IMT－2000要求的業務，而且還支持第二代BTS的接入。因為ATM具有適合多種業務速率、動態分配帶寬和易于同有線寬帶綜合業務數字網接口的優點，所以，在第三代核心網中采用基于信元的傳輸和交換結構，是滿足第三代移動用戶對多媒體業務需求的最佳選擇［7］。
4　實現核心網過渡的關鍵技術
4.1　移動性管理及尋址技術
　　為了提供全球的無縫覆蓋，第三代移動通信系統必需能適合工作于多種通信環境，比如公眾電話網、蜂窩移動網、無繩電話網、分組數據網和衛星移動通信網等。因此，面對這樣復雜的綜合系統，第二代系統的移動性管理功能及尋址技術就難以勝任。為保證移動終端跨網絡通信和在不同的地區進行漫游，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。由于大量的用戶信息及業務信息存儲于業務控制點的數據庫內，而且對它們的訪問存取和查詢修改都十分頻繁，所以，開發大規模的移動性管理系統軟件，建立大容量的數據庫和全球性的分布式數據庫網絡，以及研究快速有效的尋址方式，均是實現核心網過渡必需要解決的關鍵技術難題。
4.2　智能網技術的研究與應用［8］
　　智能網技術與移動網相結合，可為終端及個人的移動性管理和多樣化業務服務提供主體框架結構，將網絡劃分為傳輸功能和業務控制功能，使呼叫處理過程同呼叫業務種類無關，而且同呼叫處理的具體實施細節也無關。因此，隨著核心網功能增強，智能網可靈活地添加和修改所提供的業務種類，達到網絡升級的目的。比如，先利用智能網技術對現有網絡做些修改，然后過渡到智能網中的數據庫和第三代移動通信網中的多種數據庫實現有機的結合，構成統一的分布式數據庫網絡，以提供多種智能業務。
4.3　地面網與衛星系統的綜合
　　第三代移動通信網最終將是一個提供全球的無縫覆蓋并能實現全球漫游通信的系統。實現全球無縫覆蓋必然需要集衛星移動通信、地面蜂窩移動網和地面固定網于一體，這樣才能真正形成海、陸、空三維覆蓋的無縫網。衛星移動通信系統雖然只是地面蜂窩移動網和地面固定網的補充和延伸，而且用戶數量也比后兩者為少，但它卻是實現無通信盲區與達到全球無縫覆蓋的關鍵手段。因此，在第三代移動通信系統中，地面網絡(移動和固定)與衛星系統的有效綜合顯得非常重要。需要研究的內容有：移動終端在各種環境下接入衛星系統的技術；衛星移動波束覆蓋域內的越區切換技術；對在地面網和衛星系統間漫游用戶的尋呼／連接控制技術等。此外，具有星上處理和星際鏈路交換功能的衛星移動通信系統更是值得重點研究的。
4.4　移動網和固定網的融合技術
　　第三代移動通信系統眾多而又復雜的功能要求，使它幾乎集中了通信領域中的所有難點，因此，整個系統不可能設想為一個單一的結構，而應該是由多個相關系統組成的綜合網絡。比如，第三代系統的接入網就包括無線接入、有線接入和衛星接入，其中無線接入與有線接入又可細分為不同的網絡形式。可見，核心網既要能連接現有無線接入設備和新的無線接入設備，還要能支持訪問PSTN、Internet、PSDN以及LAN的業務，所以，它需要有融合移動網和固定網的能力。為了達到移動網和固定網有效融合的目的，核心網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與核心網間提供接口，用以支持移動用戶和固定用戶的接入，實現寬帶無線接入網同電話網、數據網和IP網的互通［9，10］。由于ATM交換機可以進行電路和分組混合交換，并且具有通用的網絡接口功能，所以，它是固定／移動混合網中最佳的多媒體交換平臺。一些世界著名的大公司，如Lucent、Ericsson和NTT等已經進行基于ATM協議的核心網研究，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傳送信令和分組數據。事實上，ITU－T SG11／WP3工作組在IMT－2000有關RAN－CN接口的Q.FSA建議中，就要求第三代移動通信系統的A接口信令結構建立在ATM協議基礎之上。
5　結束語
　　第三代核心網包括移動交換網和業務服務網；前者完成無線網同固定網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務和服務質量。由于固定網可看作業務服務網，如Internet、IP數據網、ISDN和PSTN，故而核心網的演進主要是移動交換網功能的提升。因此，研究如何從第二代GSM核心網逐步平滑過渡到第三代IMT－2000核心網的途徑具有重要的意義。移動性管理及尋址技術、智能網技術的研究與應用、地面網與衛星系統的綜合以及移動網和固定網的融合技術，這些是實現第三代移動通信系統核心網的關鍵技術。既然核心網從第二代向第三代過渡是逐步漸進的，所提供的業務支持和網絡功能也是分階段實施的，所以，根據我國移動通信基礎設施的現狀和發展趨勢，我們應該抓緊時間研究基于GSM網向第三代核心網過渡的問題，大力培養第三代移動通信技術人才，以適合未來二十一世紀移動通信產業和市場迅速增長的需要。
參考文獻：
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