〖摘要〗本文通过对中国GSM移动通信发展现状的分析，导出了中国发展第三代移动通信的必要性。并叙述了国际上第三代移动通信标准的制定情况，着重介绍了中国提交的第三代移动通信提案TD-SCDMA。最后重点阐述了中国GSM网向第三代移动通信网演进时应采取的策略。

　　一、中国GSM移动通信发展现状

　　近几年来，中国GSM移动通信网发展势头强劲，移动用户数已超过6000万用户，且中国的GSM移动用户仍以每月近200万用户的速度高速增长。随着不同运营者之间的激烈竞争，手机入网费将不断下调，加之各种资费政策的进一步向下调整，将更加刺激GSM移动用户的大幅增加。

　　随着近十家国内自主开发、生产的GSM手机的相继问世，手机生产厂商间的竞争日趋激烈，手机的销售价也将被越来越多的用户所接受，普通百姓已开始把移动通信作为一种便利的个人通信手段。尽管这几年，我国移动电话发展迅猛，但我国的移动电话的人口普及率现在只达到4.5%，而北欧有些国家的移动电话的人口普及率已达70%以上，相比之下，我国GSM移动通信的发展潜力还十分巨大。

　　GSM网继续高速发展，面临的第一个问题是频率资源问题，中国人口众多，大城市人口密集，因此频率资源是制约我国移动通信高速发展的重要因素之一。在我国许多城市，900M的频率资源十分紧张，已开始用900M/1800M双频组网的方式来解决频率资源不足的问题。而1800M频率的穿透力比900M差，因此，在城区1800M GSM的覆盖半径很小，不能完全与900M GSM基站同址建设，建设成本将增加。随着部分城区用户对高速移动数据业务需求的增长，单一用户所占频带宽度增加；中国加入WTO后，势必增加新的电信服务运营者，要将有限的频率资源分配给更多的运营者，这些都将进一步加剧我国移动通信频率资源紧张的矛盾。

　　GSM网高速发展面临的另一个问题是数据业务传输速率的问题。随着因特网的高速发展，手机上网也越来越成为一种时尚需求。日本NTT DoCoMo公司I-mode业务的高速发展就充分说明了这一点，DoCoMo公司的I-mode业务仅开展1年零六个月，就已拥有1000多万I-mode用户。因此，在GSM网上发展WAP业务，实现手机上网已成为趋势。而现在GSM网的用户数据传输速率只有9.6Kb/s，将成为手机上网业务发展的瓶颈，拓宽GSM网的数据业务传输速率的迫切性已成为急待解决的现实问题。在GSM网上实现GPRS的功能，是当前提升GSM数据速率的一种有效的方法。实现GPRS功能也是一项巨大的工程，除了要改造全网的基站、基站控制器外，还要新增GPRS手机及SGSN、GGSN网络关口设备。

　　GPRS功能的引入，可以将GSM的用户数据传输速率提升到115Kb/s，可极大地缓解手机上网的瓶颈。但GPRS仍是GSM方式，其频谱利用率与CDMA、第三代移动通信(3G)各种制式相比是比较差的，仍不能解决频谱资源紧张的问题。除此之外，进一步提高用户的数据传输速率，仍是需要等待解决的问题。

　　因此第三代移动通信(3G)的发展，已成为世界移动通信领域里的一个热点话题。

　　二、第三代移动通信国际标准的确定为了能统一全球移动通信标准，为了能统一全球移动通信的频段，为了达到3G全球漫游的目的，为了能够提高移动通信的频谱利用率，为了能够提高移动通信的数据业务传输速率，满足多媒体业务的需求，国际电联ITU-R在14年前，就开始研究第三代移动通信的技术和标准。到1998年6月30日，即第三代移动通信无线传输技术(RTT)标准征集截止日，ITU-R共收到16种3G RTT标准提案，其中有6种是卫星移动的RTT标准提案，其余10种是地面移动的3G RTT标准提案，这些提案分别来自于美、欧、中、日、韩等国家和地区。中国提交的TD-SCDMA标准提案是10种地面移动3G RTT提案中的一个。

　　ITU-R提出了对第三代移动通信的基本要求：

　　――地面高速移动

　　FDD模式下：终端在500km/h的移动速度下，提供144kb/s的数据传送速率。

　　TDD模式下：终端在120km/h的移动速度下，提供144kb/s的数据传送速率。

　　――地面中、低速移动

　　FDD、TDD模式下：终端在中、低速的移动速度下，提供384kb/s的数据传送速率。

　　――地面步行、室内固定用户：

　　FDD、TDD模式下：终端在步行的移动速度或固定不移动的情况下，提供2Mb/s

　　的数据传送速率。根据对3G标准的要求，ITU-R对10个地面移动的3G标准提案进行了长达近两年的评估、仿真、融合、关键参数确定的工作，最终在2000年5月5日，在土耳其举行的ITU-R全会上，通过了包括中国提案在内的五个无线传输技术的技术规范，这五个无线传输技术中有三个是基于CDMA技术的，有二个是基于TDMA技术的：

　　――基于CDMA技术的技术规范：

　　IMT-2000 CDMA DS

　　(WCDMA、cdma2000 DS)

　　IMT-2000 CDMA MC(cdma2000 MC)

　　IMT-2000 CDMA TDD(TD-SCDMA、TD-CDMA)

　　――基于TDMA技术的技术规范：

　　IMT-2000 TDMA SC(uwc 136)

　　IMT-2000 TDMA MC(DECT)

　　由于TDMA技术不是第三代移动通信的主流技术，因此TDMA SC和TDMA MC只会作为区域性标准分别用于IS-136和DECT系统的升级。基于CDMA技术的三个RTT技术规范成为第三代移动通信的主流技术，也称为一个家族，三个成员。CDMA DS和CDMA MC都是频分双工模式(FDD)，CDMA TDD是时分双工模式(TDD)，ITU-R分别为3G的FDD模式和TDD模式划分了独立的频段，因此，在3G中FDD和TDD是互存、相互补充的关系。

　　三、TD-SCDMA的技术特点TD-SCDMA是采用时分双工模式(TDD)的第三代移动通信系统，其主要的技术特点为：

　　――采用智能天线技术

　　――采用上行同步方式

　　――采用接力切换方式

　　――采用低码片速率

　　TD-SCDMA是目前世界上唯一采用智能天线的第三代移动通信系统。在TD-SCDMA系统中，由于采用了TDD模式，上、下行链路采用同一频率，在同一时刻上下行链路的空间物理特性是完全相同的，因此，只要在基站端依据上行数据进行空间参数的估值，再根据这些估值对下行链路的数据进行数字赋形，就可以达到自适应波束赋形的目的，充分发挥智能天线的作用。

　　CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的，接收时需要把各个用户的信号分离开来。理想情况下，利用扩频码的正交特性可以保证解调时能无偏差的解调出户数据。而实际系统中由于同步的不准确，空间信道的多径特性等造成的影响，导致各用户信号之间不能维持理想的正交特性。这时对某一特定用户而言，所有工作在同频段的其他用户的信号都是干扰信号，随着用户数目的增多，干扰逐渐增大，系统用户数增加到一定数量时，干扰增大到无法将有用信号提取出来，因此，CDMA系统是个干扰受限的系统，对于CDMA系统而言提高系统的容量是一个很重要的指标。

　　采用智能天线和上行同步技术后，可极大的降低多址干扰，只有来自主瓣方向和较大副瓣方向的多径才对有用信号带来干扰。因此，可有效地提高系统容量，从而明显提高了频谱利用率。

　　智能天线的采用，也可有效的提高天线的增益。同时，由于智能天线可以采用多个小功率的线性功率放大器来代替单一的大功率线性放大器，而单一大功率线性放大器的价格远高于多个小功率线性放大器的价格，所以智能天线可大大降低基站的成本。智能天线带来的另一好处是提高了设备的冗余度，因智能天线系统中8台收发信机共同工作，任何一台收发信机的损坏并不影响系统的基本工作特性。

　　智能无线的采用可大致定位用户的方位和距离，因此，基站和基站控制器可采用接力切换方式，根据用户的方位、距离信息来判断手机用户现在是否移动到了应该切换给另一基站的临近区域，如果进入切换区，便可通过基站控制器通知另一基站做好切换的准备，达到接力切换的目的。接力切换可提高切换的成功率，降低切换时对邻近基站信道资源的占用。

　　TD-SCDMA系统仅采用1.28Mb/s的码片速率，只需占用单一的1.6M频带宽度，就可传送2Mb/s的数据业务，而其它的3G FDD的方案，要传送2Mb/s的数据业务，均需要2×5M的带宽，即需两个对称的5M带宽，分别作为上、下行频段，且上下行频段间需要有几十M的频率间隔作为保护。在目前频谱资源十分紧张的情况下，要找到符合要求的对称频段非常困难，而TD-SCDMA系统可以“见缝插针”，只要有满足一个载波的频段(1.6M)就可使用，可以灵活有效地利用现有的频率资源。

　　TD-SCDMA是TDD工作模式，上下行数据的传输通过控制上、下行的发送时间来决定，发送时段内不接收，接收时段内不发送，而且可以灵活控制和改变发送和接收的时段长短比例，对于因特网等非对称业务的数据传输，下行数据量是远大于上行数据量的，这时可控制增加下行的时段时间，缩短上行的时段时间，以达到高效率传送非对称业务的目的。

　　根据上述特点，TD-SCDMA系统适合用于大中城市及城乡结合部。在这些地区人口密度高，频率资源紧张，移动速度不要很高(200Km/h以内)，但需要大量小半径、高容量的小区覆盖；同时在这些地区数据业务，特别是因特网等非对称数据业务的需求比较大，能充分发挥TD-SCDMA的技术优势。

　　四、适合中国国情的3G演进策略

　　中国选择什么样的3G演进策略，应充分考虑中国现在的国情。中国移动[微博]通信的国情特点是：现在移动电话的人口普及率才4.5%，在第三代移动通信网开始建设时(预计2002年)，移动电话的人口普及率还不到10%，仍然面临着高速增长的、以话音业务为主的用户需求；到2002年时，中国的GSM网将拥有1亿多的移动用户，因此，新建的3G网必需与GSM网有很好的后向兼容性，充分利用已有的GSM网；中国人口众多，大城市人口密度高，选择频谱利用率高的制式，是我国第三代移动通信建设考虑的重点；中国受经济条件的限制，难以象建设GSM网一样，在短时间内用大规模全覆盖的方式，再重建一个完整的第三代移动通信网；中国有宽带数据需求的用户比例较低，但会逐年增加；手机上网的用户将会迅猛增加，因此，中国的3G网要适应于因特网等非对称业务的高效传输。

　　为适应中国的国情，中国第三代移动通信的演进策略如下(因CDMA网尚未建成，本文仅以GSM网为例)：

　　1、依托900M GSM网，采用双频双模终端

　　鉴于我国有移动高速数据业务需求的用户主要集中在大城市及经济发达的中、小城市；同时考虑到中国幅员辽阔，经济条件有限，因此，中国第三代移动通信网的建设，只可能是先在一些有需求的大、中城市建孤岛式的第三代移动通信覆盖区，而不是一开始就建设全覆盖的全国大网。

　　又鉴于我国现在移动电话用户的普及率很低，因此，我国第三代移动通信网的业务，在初期几年，仍是以话音业务为主。但话音业务是要求全国覆盖、漫游的，这与孤岛式的3G覆盖是矛盾的。为了解决这个矛盾，初期应考虑依托900M GSM网建孤岛式的第三代移动通信网，3G的终端为GSM/3G双频双模终端。在3G的覆盖区内，用户的双频双模终端可得到3G的高速数据业务的服务，也可得到话音业务的服务。在某一3G孤岛内注册的用户终端，到达另一3G覆盖的孤岛时，仍可得到3G高速数据业务及话音业务的服务。而3G的双频双模终端到达无3G覆盖、而只有900M GSM网覆盖的区域时，3G的双频双模用户终端仍可得到900M GSM话音业务的支持，并可享有漫游、切换功能。采用这种方式建3G网，既可充分利用已建好的全国900M GSM大网，又可用较少的代价为用户提供3G业务。待3G的业务需要不断增加，3G覆盖的孤岛不断增多、扩大，逐步形成局部区域或城市全覆盖，最终形成全国覆盖的3G网。

　　2、采用3G基站子系统进行GSM网的扩容

　　中国正处于移动通信发展的高峰期，且这个高峰期将持续很多年。现许多大城市900M的频率资源已无法满足用户高速发展的需求，现已开始用1800M的频段进行GSM的双频组网，由于1800M GSM的设备特性和1800M频段的原因，1800M GSM在城市内的覆盖特性不如900M GSM，使得1800M GSM与900M GSM难以同站址建设，造成组网建设成本增加。

　　除此之外，由于3G的基站与2G或2.5G的基站相比，是革命性的变化，即2G或2.5G的终端不能在3G网中得到前向兼容的支持，因此，在3G网开始大规模建设后，在中国将形成GSM 2G(或2.5G)与3G的两大独立的无线网络(基站子系统)并存的局面。由于3G的业务速率、频谱利用率远远高于GSM，且单位成本(每用户、每赫兹)低于GSM，所以，随着时间的推移，3G网络的用户数将越来越多，最终将远远超过GSM的用户数。到那时，由于GSM 2G和2.5G的用户不能在3G网中使用，其处境与现在模拟网的用户不能在GSM网中使用的情景很相似，处于被淘汰的境地。

　　因此，在3G的基站子系统及终端成熟后，应尽早先用于GSM网，来取代GSM基站子系统的扩容。而不用等待第三代的核心网建成后，才开始使用3G的基站子系统设备，这样，既可满足高速增长的移动话音及数据用户的需求，又可在3G规模建设的前期，避免与3G不前向兼容的2G和2.5G基站子系统的大量建设投入，尽可能减少2G向3G演进中带来的损失。

　　3、充分利用TD-SCDMA的特点，与WCDMA混合组网

　　由于TD-SCDMA第三代移动通信系统具有频谱利用率高，仅需单一1.6M的频带就可提供速率达2M的3G业务需求，而且非常适合非对称业务的传输。在TD-SCDMA的终端及基站子系统的设计中，均考虑了GSM/TD-SCDMA双频双模的使用，完全符合前面所述的依托900M GSM网，以孤岛形式逐步建设3G网的要求。因TD-SCDMA同时满足Iub、A、Gb、Iu、IuR多种接口的要求，所以TD-SCDMA的基站子系统既可作为2G和2.5G GSM基站的扩容，又可作为3G网中的基站子系统，能同时兼顾现在的需求和长远未来的发展。也就是说TD-SCDMA 3G系统能同时满足前面所述的两条演进策略。

　　TD-SCDMA为TDD模式，在应用范围内有其自身的特点：一是终端的移动速度受现有DSP运算速度的限制只能做到240km/h；二是基站覆盖半径在15km以内时频谱利用率和系统容量可达最佳，在用户容量不是很大的区域，基站最大覆盖可达30-4km。所以，TD-SCDMA适合在城市和城郊使用，在城市和城郊这两个不足均不影响实际使用。因在城市和城郊，车速一般都小于200km/h，城市和城郊人口密度高，因容量的原因，小区半径一般都在15km以内。而在农村及大区全覆盖时，用WCDMA FDD方式也是合适的，因此，TDD和FDD模式是互为补充的。

　　4、3G核心网的演进策略

　　原900M、1800M GSM的核心网是电路交换型的，数据传送速率只有9.6kb/s，为满足高速率数据业务的传输，先要经过GPRS升级，每个基站控制器BSC要升级成具有GPRS功能的E-BSC，除话音业务和电路型数据业务继续通过A接口到MSC外，分组型数据业务可通过Gb接口到SGSN，在GPRS网中最高数据业务速率可达115kb/s，进一步提高数据业务速率的限制在物理层的基带处理。而Gb接口和SGSN的能力可支持384Kb/s甚至2Mb/s的数据业务速率。

　　因此，通过GPRS升级后，核心网的数据承载能力已大幅提高，这时可用TD-SCDMA基站子系统来扩容GSM网的基站子系统，直接接入GPRS网的A接口和Gb接口，分别提供话音业务和2Mb/s以内的数据业务。这时的基站控制器已称为RNC，除支持A接口和Gb接口外，还支持Iub、Iu、IuR等3G网的接口，由于Iub、Iu、IuR接口的标准还在不断完善。待3GPP的标准R99和R00完善后，RNC可用Iub、Iu、IuR接口与3G核心网互联，从而演进成完整的第三代核心网。

　　国际标准化组织3GPP虽在2000年3月，完成了第三代移动通信核心网的标准R99，但3GPP马上又紧锣密鼓的开始制订新的第三代移动通信核心网的标准R00，而R00不同于R99标准，是基于全IP核心网的标准，将于2001年6月完成，而未来第三代移动通信核心网的发展趋势将是全IP网。因此，R99标准事实上将成为第三代移动通信核心网的过渡性标准，且过渡期很短。鉴于上述情况，中国建设第三代移动通信商用网时，可越过R99标准阶段，直接上R00全IP核心网，避免全网在短时间内大规模改造两次，带来全网运行的风险。在R00标准成熟之前，利用GPRS核心网和第三代移动通信基站提供3G业务。

　　总之，第三代移动通信网无论是基站子系统，还是核心网，都是通过逐步演进而实现的，其演进过程要充分考虑我国的实际国情现状，都要充分依托已有的、宠大的GSM网络，使得在演进过程，最大限度的保持已有的投资，尽可能减少演进过程中的损失，在3G网的建设中合理的减少不必要的投资，保证用户业务的连续性。

　　作者简介：杨毅刚，信息产业部电信科学技术研究院副院长，教授级高工。