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從 GSM 到 UMTS

2019-11-03 09:42:07
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供稿：網友
　　在 世 界 各 地 旅 行 時 需 要 語 音 通 信 已 被 普 遍 接 受； 語 音 通 信 將 很 快 應 用 于 Internet 接 入 也 將 被 認 可。 解 決 這 兩 個 問 題 最 容 易 的 辦 法 就 是 采 用 移 動 通 信。 盡 管 現 在 移 動 語 音 業 務 已 很 好 地 開 展 起 來 了，在 全 球 大 部 分 地 區 的 漫 游 也 已 成 為 可 能，但 對 于 移 動 Internet 接 入 而 言，移 動 語 音 還 未 成 為 現 實。
　　電 路 交 換 的 數 據 通 信 是 最 初 選 定 的 方 法， 這 就 類 似 于 用 調 制 解 調 器 接 入 PSTN， 而 且 目 前 在 GSM 中 就 是 用 了 這 種 技 術。 但 電 路 交 換 連 接 的 缺 點 就 在 于 無 線 資 源 被 占 用 了， 即 使 在 沒 有 數 據 傳 送 時， 也 不 能 作 任 何 其 它 用 途： 因 此 在 無 線 資 源 總 是 有 限 的 地 方， 對 于 移 動 通 信 來 說 是 嚴 重 限 制。
　　分 組 交 換 是 一 種 較 好 的 解 決 辦 法。 對 于 GSM， 已 經 開 發 了 分 組 交 換 數 據 技 術， 并 且 這 種 技 術 將 發 展 成 為 第 三 代 (3G) 系 統 的 標 準 技 術。
通 用 的 分 組 無 線 業 務 (GPRS)
　　GPRS 對 GSM 來 說 是 一 種 利 用 了 懝?道?原 理 的， 以 分 組 為 基 礎 的 傳 輸 系 統； 它 能 提 供 的 原 始 數 據 速 率 高 達 160 kbit/s， 相 比 之 下， 電 路 交 換 的 GSM 只 能 提 供 9.6 kbit/s。 每 一 個 用 戶 能 夠 有 多 個 無 線 信 道， 而 同 一 信 道 又 可 以 由 幾 個 用 戶 共 享： 這 就 使 無 線 資 源 有 更 好 的 利 用 率。
　　由 于 用 戶 的 數 據 通 信 費 用 是 希 望 以 數 據 為 基 礎， 即 用 戶 是 根 據 其 接 收 或 發 送 數 據 的 字 節 數 來 計 費， 而 不 考 慮 通 信 時 長， 所 以 對 于 ip 業 務 的 接 入 將 更 為 用 戶 所 樂 于 接 受。
　　GPRS 采 用 與 GSM 同 樣 的 無 線 調 制 標 準、 同 樣 的 頻 帶、 同 樣 的 突 發 結 構、 同 樣 的 跳 頻 規 則 以 及 同 樣 的 TDMA 幀 結 構。 這 種 新 的 分 組 數 據 信 道 與 當 前 的 電 路 交 換 的 話 音 業 務 信 道 極 其 相 似， 因 此 現 有 的 基 站 子 系 統 (BSS) 從 一 開 始 就 能 提 供 全 面 的 GPRS 覆 蓋。
　　然 而， 在 一 個 新 功 能 的 網 絡 實 體 中， 分 組 控 制 單 元 (PCU) 要 求 能 管 理 分 組 的 分 割、 無 線 信 道 的 傳 輸 接 入、 誤 差 及 發 射 功 率 的 控 制。 GPRS 布 局 的 第 二 個 主 要 方 面 就 是 要 采 用 一 種 新 型 的 疊 加 網 絡 子 系 統 (NSS)。
　　其 中 包 括 兩 個 主 要 新 網 絡 單 元， 即 SGSN (Serving GPRS Support Node) 和 GGSN (Gateway GPRS Support Node)， 它 們 是 分 布 于 GPRS 骨 干 網 的 周 圍。 與 MSC 和 VLR 在 同 一 層 上 的 SGSN 保 持 跟 蹤 個 別 移 動 站 的 位 置， 實 現 安 全 功 能 及 訪 問 控 制。 它 通 過 幀 中 繼 (FR) 與 BSS 相 連。 GGSN 與 MSC 網 關 差 不 多， 負 責 與 外 部 IP 網 絡 的 互 聯。 GGSN 采 用 GPRS 的 懝?道?協 議， 壓 縮 從 外 部 IP 網 絡 接 收 來 的 分 組 并 把 它 們 轉 發 給 SGSN。
高 速 的 電 路 交 換 數 據 (HSCSD)
　　利 用 當 前 GSM 技 術 并 稍 加 改 變 的 HSCSD， 是 代 替 GPRS 的 另 一 種 選 擇。 當 現 有 的 電 路 交 換 數 據 傳 輸 采 用 單 個 無 線 信 道 傳 送 數 據 的 時 候， HSCSD 可 以 把 一 個 數 據 流 復 用 到 4 個 無 線 信 道 上 去 使 原 始 數 據 速 率 提 高 到 57.6 kbit/s。 然 而 HSCSD 基 本 上 也 有 與 目 前 GSM 數 據 業 務 相 同 的 缺 點 (這 是 因 為 電 路 交 換 的 固 有 性 質)。 它 唯 一 的 優 勢 就 在 于 它 適 度 提 高 了 數 據 傳 輸 速 率。 隨 著 GPRS 不 斷 的 實 用 化， 我 們 就 不 必 把 HSCSD 用 于 現 在 的 網 絡 里 了， 盡 管 最 初 大 家 認 為 它 便 宜 一 些。 HSCSD 對 無 線 資 源 的 非 有 效 利 用 將 會 要 求 以 高 成 本 擴 展 BSS 基 礎 網 絡 來 保 證 服 務 質 量。
GSM 提 高 數 據 傳 輸 速 率 的 改 善 (EDGE)
　　EDGE 在 空 中 接 口 上 采 用 一 種 新 的 調 制 方 法， 以 改 善 頻 率 的 利 用 率。 基 于 快 速 分 組 交 換 數 據 的 GPRS， EDGE 可 以 采 用 懺?強 型 的 GPRS 模 式?(E-GPRS) 來 為 每 一 個 無 線 信 道 提 供 高 達 48 kbit/s 的 傳 輸 速 率。 應 用 8 個 信 道， 一 個 收 發 機 就 能 支 持 高 達 384 kbit/s 的 傳 輸 速 率。 EDGE 也 可 以 應 用 于 電 路 交 換， 即 在 懺?強 型 電 路 交 換 數 據 模 式? 中， 每 一 個 無 線 信 道 的 傳 輸 速 率 有 可 能 為 28.8 kbit/s。 但 考 慮 到 市 場 的 趨 勢， E-GPRS 將 有 可 能 是 EDGE 的 唯 一 應 用。
　　現 有 的 BSS 基 礎 結 構 能 用 來 提 供 EDGE。 但 是， 一 旦 有 了 新 的 調 制 技 術 必 定 要 求 有 新 一 代 的 收 發 機， 而 且 每 一 個 蜂 窩 需 要 一 個 單 個 的 EDGE 收 發 機。 不 過， 這 很 有 可 能 只 在 那 些 對 高 速 數 據 業 務 需 求 最 大 的 地 區 設 置 EDGE 時 是 一 種 明 智 的 事 業 模 式。
　　EDGE 對 無 線 設 計 也 有 著 影 響。 EDGE 要 求 C/I 的 比 率 為 7 至 10 個 dB， 比 現 在 所 用 的 高 達 2 bit/s/Hz的 傳 送 好 些； 而 通 常 GSM 速 率 是 0.4 bit/s/Hz。 目 前 對 這 種 影 響 無 線 電 規 劃 的 研 究 仍 在 進 行 中。 然 而 所 面 臨 的 主 要 挑 戰 將 是 在 Abis 接 口 上 處 理 由 EDGE 收 發 機 產 生 的 可 變 傳 輸 速 率 的 管 理 (每 個 無 線 信 道 的 速 率 變 化 從 7 kbit/s 到 48 kbit/s)。
第 三 代 系 統
　　UMTS 第 三 代 系 統 由 兩 部 分 組 成 (這 兩 部 分 是 用 一 個 Iu 接 口 鏈 接 起 來 的)：
　　UMTS 陸 地 無 線 接 入 網 絡 (UTRAN)： 由 節 點 B (相 當 于 GSM 的 BTS) 和 無 線 網 絡 控 制 器 (RNC) 組 成 核 心 網 絡： 相 當 于 GSM 的 NSS。
　　在 UTRAN 中， 有 兩 個 不 同 但 又 關 聯 的 模 式。 頻 分 復 用 (FDD) 往 往 用 于 對 稱 業 務 量 和 大 蜂 窩， 而 時 分 復 用 (TDD) 更 適 合 于 非 對 稱 業 務 量 (如 Internet 接 入)、 微 蜂 窩， 還 有 專 用 以 及 其 它 室 內 環 境。 無 論 工 作 條 件 如 何， 這 兩 種 復 用 模 式 都 能 在 同 一 個 系 統 里 發 揮 最 佳 效 用。
　　所 有 UMTS 運 營 商 將 面 臨 待 解 決 的 問 題 有： 開 發 一 個 移 動 通 信 網 絡 需 要 投 入 時 間 和 相 當 高 的 成 本 移 動 通 信 用 戶 目 前 往 往 需 要 在 國 內 和 國 際 漫 游； 他 們 不 會 放 棄 從 GSM 獲 得 多 媒 體 通 信 服 務 所 帶 來 的 好 處。
　　解 決 以 上 問 題 的 方 法 就 是 提 供 GSM 和 UMTS 之 間 漫 游 和 切 換 的 互 操 作 性。 這 將 直 接 影 響 到 未 來 UMTS 終 端， 因 為 這 些 終 端 必 須 同 時 支 持 GSM 和 UMTS 的 兩 種 技 術。
　　目 前 已 經 設 計 出 了 廣 泛 用 于 數 據 通 信 的 UMTS。 從 移 動 數 據 的 發 展 狀 況 來 看， 先 把 GPRS 投 入 市 場 試 探 一 下 行 情， 然 后 引 入 UMTS 以 提 供 更 好 的 服 務。 只 有 UMTS 才 能 提 供 真 正 的 多 媒 體 業 務， 尤 其 是 視 頻 業 務。 然 而 GSM 也 可 以 提 供 大 多 數 業 務， 只 是 沒 有 那 么 好 的 性 能 而 已。
　　為 了 確 保 提 供 成 功 的 應 用， 引 入 懶?擬 家 庭 環 境?(VHE) 將 可 以 在 任 何 地 方 提 供 相 同 的 服 務。 當 用 戶 在 一 個 虛 擬 家 庭 網 絡 中 漫 游 時， 通 過 VHE 就 可 以 看 到 同 樣 的 環 境 (如 各 種 服 務 和 語 言)。 不 管 終 端 是 什 么 類 型， 這 些 業 務 都 可 以 有 一 定 的 延 伸。
從 GSM 向 UMTS 的 轉 移： 無 線 接 入 網
　　根 據 本 地 情 況， 網 絡 有 以 下 幾 種 可 能 的 組 合： UMTS 提 供 多 媒 體 服 務， EDGE 提 供 區 域 覆 蓋： 這 種 服 務 組 合 只 在 大 城 市 里 采 用 UMTS。 由 于 采 用 UMTS 而 需 要 一 個 高 成 本 的 無 線 通 信 基 礎 網， 所 以 只 能 在 有 足 夠 需 求 的 大 城 市 里 采 用 這 種 辦 法， 而 其 它 地 區 使 用 EDGE。 這 些 情 況 對 GSM 運 營 商 最 為 合 適 先 用 EDGE， 然 后 用 UMTS 擴 容： 在 業 務 量 密 度 大 的 地 區， 增 加 EDGE 收 發 機 來 升 級 現 有 的 GSM 網， 再 用 UMTS 增 大 容 量。 但 是 僅 為 擴 容 而 采 用 UMTS 的 可 能 極 小
　　UMTS 僅 為 提 供 多 媒 體 服 務 (新 建 一 個 UMTS 網)： 這 種 辦 法 能 很 快 的 將 服 務 覆 蓋 至 全 國 或 地 區。 GSM 運 營 商 與 國 家 達 成 漫 游 協 議 可 以 按 規 章 的 規 定， 為 用 戶 提 供 滿 意 服 務。 持 有 UMTS 經 營 許 可 證 的 新 的 運 營 商 將 選 定 這 種 方 式； 這 些 運 營 商 有 可 能 成 為 第 一 批 提 供 真 正 的 多 媒 體 業 務 的 運 營 商
　　EDGE 提 供 多 媒 體 服 務： 這 需 要 通 過 在 大 多 數 地 區 增 加 EDGE 收 發 機 來 增 強 現 有 的 GSM 網， 如 果 是 由 規 章 許 可， 可 以 在 為 UMTS 預 留 頻 帶 中 用 EDGE。 這 種 方 式 適 合 于 沒 有 UMTS 經 營 許 可 證 的 GSM 運 營 商， 但 是 EDGE 具 有 的 低 比 特 率 將 是 沒 有 競 爭 優 勢 的 嚴 重 缺 點。
　　隨 著 數 據 業 務 量 的 增 長， 核 心 網 絡 將 是 一 個 優 化 的 IP 網 絡。 但 這 個 核 心 網 絡 必 須 要 能 提 供 與 目 前 服 務 質 量 相 同 的 選 通 話 音 呼 叫。 通 常 要 考 慮 兩 種 選 擇：
　　分 組 交 換 或 電 路 交 換： 一 種 考 慮 是 采 用 分 組 交 換 業 務 (用 GSM 的 吉 比 特 接 口 和 UMTS 的 Iu-PS 接 口)， 另 一 種 考 慮 是 采 用 電 路 交 換 業 務 (用 GSM 的 A 接 口 和 UMTS 的 Iu-CS 接 口)。 這 樣 考 慮 的 好 處 在 于 它 可 以 使 GSM 和 UMTS 之 間 的 可 移 植 性 和 互 操 作 性 盡 可 能 的 簡 單 只 有 分 組 交 換： 采 用 VoIP 技 術 把 全 部 業 務 引 向 一 個 分 組 交 換 網 絡。 這 種 方 法 在 UMTS 和 EDGE 中 都 可 采 用， 但 仍 在 標 準 化 的 探 討 之 中。 這 種 設 想 是 從 GPRS 的 分 組 概 念 的 進 展 來 搭 建 一 個 采 用 新 節 點 的 IP 核 心 網。 這 個 核 心 網 包 括 一 個 呼 叫 和 移 動 性 服 務 器 (用 于 呼 叫 控 制)， 一 個 媒 體 網 關 和 信 令 網 關 (進 行 電 路 交 換 與 UMTS 編 碼 之 間 的 轉 換) 以 及 一 個 H.323 多 媒 體 網 閘。 仍 待 解 決 的 問 題 是 關 于 在 只 有 分 組 交 換 的 網 絡 與 有 分 組 交 換 和 / 或 電 路 交 換 的 網 絡 之 間 的 互 聯 問 題， 以 及 能 獲 得 通 過 IP 傳 送 的 語 音 或 視 頻 的 QoS 問 題。 這 種 方 法 的 優 點 是 再 次 利 用 為 GPRS 而 設 置 的 核 心 網 絡 基 礎 結 構。
結 論
　　GPRS 是 第 一 個 在 GSM 中 推 進 分 組 交 換 技 術 和 低 成 本 Internet 接 入 的 技 術。 預 計 今 年 年 底 GPRS 將 不 僅 可 以 提 供 一 個 向 UMTS的 轉 移 路 徑， 而 且 最 終 用 戶 還 有 機 會 獲 得 移 動 數 據 的 應 用， GSM 運 營 商 也 有 某 種 機 會 進 入 分 組 交 換 的 數 據 領 域。 這 也 是 提 供 了 一 條 通 往 UMTS 的 正 常 轉 移 途 徑。
（亞太電信發展）

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