TD-SCDMA和GSM混合组网探讨

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0、前言
　　最近信息产业部发布了TD-SCDMA的行业标准，这标志着TD-SCDMA在我国的商用化进程又向前迈出了重要的一步。
　　如何组建TD-SCDMA网络是业界探讨的热点。其中，TD-SCDMA与GSM混合组网，在城区的热点地区提供3G服务(即用TD-SCDMA网络提供高速率的数据业务和大话务的承载)，同时利用现有的2G网络提供补充性的全覆盖服务，也不失为一种可行的组网方案。本文主要针对TD-SCDMA和GSM的混合组网进行初步的分析并提出一些建议。
1、TD-SCDMA和GSM发展现状
　　作为一个由我国提出的3G国际标准，在信息产业部组织的3G技术试验的推动下，以及无线接入网、核心网络、手机、终端芯片、仪表等TD-SCDMA产业链的多厂商积极参与下，TD-SCDMA已然驶入了快车道。尤其是在2005年，TD-SCDMA更是取得了更大的突破。经过一系列的技术测试，TD-SCDMA的技术性能得到了比较全面的验证，终端芯片产品也取得了突破性进展，产业链日渐完善。
　　GSM制式是第二代移动通信网络应用最广泛的制式，现已应用于全球210多个国家和地区的650多个运营商。截至目前，我国移动用户总数已达3.5亿，其中GSM用户为3.2亿，比去年同期增长了20%，很多省(市)移动用户总量已经超过了固网用户，增长势头非常迅猛。目前，我国移动电话普及率只有25.9%，相比欧美等发达国家70%以上的普及率有明显差距。虽然3G时代即将到来，但我国广阔的市场和运营商所采取的分阶段稳定发展的3G策略决定了GSM在未来一段时间内仍有充足的发展空间。也就意味着TD-SCDMA和GSM这2种不同制式的通信网络在相当长一段时间内在我国将会并存，尤其是对于将来可能同时拥有这2种制式网络的运营商而言，如何保证2张网络的协调发展和最终的融合就显得尤为重要。
2、TD-SCDMA和GSM混合组网
　　如果拥有GSM运营权的运营商获得TD-SCDMA牌照后，用户的细分和网络现状决定了GSM和TD-SCDMA在建网初期有着不同的市场定位，TD-SCDMA网络的建设必然是一个循序渐进的过程，而GSM网络所拥有的优质覆盖、充足的站址和忠实的用户群等竞争优势自然应当充分利用。这就决定了TD-SCDMA在建设初期相当长一段时间内，必然是局部覆盖城区或热点地区，而利用现有GSM网络来补充其他不足的覆盖。这种TD-SCDMA和GSM混合组网方案具有以下3大优点：
　　a)由于不需要立即实现全覆盖，意味着TD-SCDMA发展初期的网络规模相对要小得多，在一定程度上降低了对其大规模独立组网能力的考验，给TD-SCDMA将来成功的大规模组网提供了缓冲时间。同时也能够为运营商积累运营建设经验和相关人才，为将来的大规模发展做好准备。
　　b)在局部热点地区首先部署TD-SCDMA，将极大地降低运营商初期在财力方面的消耗和压力。同时借助GSM带来的丰厚利润的逐渐积累，可以为TD-SCDMA将来的大规模组网提供充足的财政缓冲时间。
　　c)在业务发展方面，采用TD-SCDMA和GSM混合组网，运营商在为最终用户提供多种网络选择的基础上。有效地避免2张全覆盖网络争夺用户所带来的负面影响，不同的网络为不同层次的用户提供服务，保证了用户平稳健康的发展。
　　总体看来，TD-SCDMA和GSM混合组网方案能够有效地保证TD-SCDMA的商用规模。为保证网络质量和稳定性，笔者认为混合组网应达到以下4个要求：
　　a)利用GSM网络弥补TD-SCDMA的覆盖，保持TD-SCDMA用户语音业务的连续性。
　　b)合理利用各系统的网络资源，尽量减少2系统间切换次数。
　　c)TD-SCDMA用户能够优先享受TD-SCDMA网络的服务。
　　d)尽量避免对现有GSM网络的改动。
3、混合组网技术解决方案
　　3.1　技术建议
　　3.1.1　无线网络部分建议
　　根据混合组网的要求，TD-SCDMA网络建设初期并不需要建立一张独立、全覆盖的新网，而应考虑在现有GSM网上按需、分阶段地实现TD-SCDMA的全覆盖。基于这个原则，TD-SCDMA无线网络的建设首先应该考虑在有大量语音业务及数据业务需求的密集市区、机场、重点交通干线和旅游景点建网并保证这些区域的连续覆盖，而郊区和乡村的覆盖则仍由原有的GSM无线网络来承载。在TD-SCDMA和GSM网络交界的边缘区必须产生切换以保证跨网络的连续覆盖，此种情况非常类似于原GSM网络的局间切换。
　　为了保证用户业务的连续性，TD-SCDMA和GSM系统间互操作功能(主要指切换和漫游)的实现和双模终端的使用就显得尤为重要。在建设TD-SCDMA网络的初期，应合理利用网络资源，避免TD-SCDMA网络资源由于被语音业务过多占用而无法满足数据业务请求情况的出现；同时考虑到网络建设初期GSM的覆盖优于TD-SCDMA覆盖这个网络现状，建议对于语音业务只要求实现TD-SCDMA到GSM的单向切换。
　　在GSM网络无法支持数据业务的情况下，TD-SCDMA的数据业务切换后将会终止。为了保持数据业务的相对连续性。可以选择升级现有的GSM无线网络、新增或与TD-SCDMA共用PS域核心网设备SGSN和GGSN，从而实现GPRS/EDGE的网络覆盖，以保证一定程度上数据业务的连续性。但相对而言此种连续性是不完整的，主要是由于GPRS/EDGE的特点与3G数据业务不尽相同，造成某些数据业务在切换后不能提供或者服务质量和速率下降等问题。
　　综合以上分析，为了合理地利用网络资源，保证3G用户的优先级，提出如下建议：
　　a)为了使TD-SCDMA用户尽可能地享受3G网络服务，TD-SCDMA和GSM双模终端开机优先选择TD-SCDMA网络。
　　b)空闲模式下支持TD-SCDMA和GSM之间双向小区重选。TD-SCDMA终端应优先驻留在TD-SCDMA网络。
　　c)在连接模式下，语音业务采用TD-SCDMA到GSM的单向切换，数据业务采用TD-SCDMA与GSM的双向小区重选(基于GPRS/EDGE业务的开通)。
　　建设初期GSM和TD-SCDMA无线网络如图1所示。

图1　建设初期GSM和TD-SCDMA无线网络

　　3.1.2　核心网络部分建议
　　分析GSM的网络状况，可以发现其具有设备供应商多、网络结构较复杂的特点。因此，从保证GSM网稳定运行和更好地开展3G业务的目的出发，建议TD-SCDMA核心网在建网初期采用3GPP R4架构独立建网(主要指电路域和分组域可以独立建设也可以在现有2.5G的基础上升级)，而保持GSM核心网架构基本不变。此方案的主要优势有以下2点：
　　a)TD-SCDMA网络直接采用面向未来的NGN架构，设备的功能定义更加清晰和明确，网络部署灵活性高，扩容更加方便，有利于系统未来采用开放的电信平台和软硬件系统，从而可以快速开发各种增值业务，同时通过采用IP传输技术又可以为大量新业务的实现提供有力的技术保障，从而充分发挥TD-SCDMA作为3G网络的优势。
　　b)通过独立建设TD-SCDMA核心网，可以保证在TD-SCDMA网络建设的初期，GSM、TD-SCDMA网络均能高效、可靠地开展相关业务。而随着TD-SCDMA网络覆盖的不断完善、用户数的持续增多，可以不断对TD-SCDMA系统进行扩容，并逐渐融合传统的GSM设备，最终通过稳定持续的投入将TD-SCDMA建设成一个成熟的3G网络。在此过程中既可充分保证GSM网的运行质量，减少2G/3G网络业务的互相影响。又可帮助运营商迅速积累3G网络运营经验。
　　3.2　互操作解决方案和终端的发展
　　TD-SCDMA和GSM混合组网理论上完全可行，但在实际组网操作中仍将面临一些技术问题。本文主要分析其中相对重要的互操作问题和终端问题。
　　3.2.1　互操作问题
　　根据混合组网的要求和建议，笔者针对TD-SCDMA和GSM无线网络的互操作提出3种解决方案，即PLMN的选择和重选、CS域业务的切换和PS域业务的切换。
　　1)PLMN的选择和重选
　　PLMN选择和重选的目的是选择一个可用的PLMN。为达到这一目的，终端会维持一个PLMN列表。这些列表将PLMN按照优先级排列，然后从高优先级向下搜索，找到具有最高优先级的PLMN接入。为了使TD-SCDMA用户充分享受3G网络服务，要求当终端处于GSM和TD-SCDMA网络共同覆盖区域时，能够自动地优选到TD-SCDMA网络，可将TD-SCDMA、GSM网络设置为不同的PLMN，并在双模终端的USIM中设置TD-SCDMA为HPLMN。同时利用PLMN重选算法实现网络间的漫游，且不需要GSM网络升级。
　　2)CS域业务的切换
　　正如混合组网建议中所提及的，目前只要求实现TD-SCDMA到GSM的单向切换。采用这种方式，GSM系统不用改动，还可避免频繁的乒乓切换，也减少了系统间的信令交互。
　　具体解决方案为：当双模终端在CS call状态，由TD-SCDMA和GSM同覆盖区移向GSM覆盖区，当到达边界时，TD-SCDMA网络将根据异系统测量报告发起TD-SCDMA到GSM的切换，GSM网络应支持TD-SCDMA到GSM的系统间切换。而当双模终端在CS call状态，由GSM覆盖区进入TD-SCDMA和GSM同覆盖区时。将不会有系统间切换的发生，而当通话结束，双模终端处于空闲状态的时候，通过PLMN重选或小区重选，驻留到TD-SCDMA网络上来。当然在切换中，GSM的设备必须要能够识别TD-SCDMA的一些网络信息，因此GSM设备需要对BSS和NSS侧设备进行升级，使它们支持3GPP R4系列协议。
　　随着未来TD-SCDMA网络覆盖范围的扩大与完善，以及GSM用户向3G转网的发展趋势，可以适时提供2G向3G的话音切换功能。一方面它可以提高用户获得3G服务的满意度，另一方面也可以降低整个GSM网络覆盖的容量压力，从而使得3G覆盖网络尽可能吸收更多的话务，平衡双网间的投资压力。
　　3)PS域业务的切换
　　双模终端在PS call状态由2.5G(GPRS)/TD-SCDMA同覆盖区移向2.5G覆盖区，当到达边界时，将会由TD-SCDMA网络或者双模终端发起小区重选，让双模终端小区重选到2.5G网络，但此时PS业务速率将可能会降低(受2.5G网络条件的限制)。而当双模终端在PS call状态由2.5G覆盖区移向2.5G/TD-SCDMA覆盖区，当到达边界时，双模终端将发起小区重选，选择驻留到TD-SCDMA网络上。
　　3.2.2　终端问题
　　很明显，没有双模终端的良好支持，所有前文讨论的技术问题都将失去意义。在一定程度上TD-SCDMA和GSM双模终端推出的成功与否，也直接关系到TD-SCDMA网络的成败。根据目前双模终端的开发情况来看还是让人充满希望的，其中天碁科技推出的TD-SCDMA/GSM双模终端商用芯片组除支持话音通信外，384k高速分组数据传输、64k实时电路数据传输、越区切换等核心功能均能实现，同时实现了与包括大唐移动、中兴、鼎桥和普天等厂商TD-SCDMA网络设备的互联互通。三星电子率先发布了最新研制的TD-SCDMA/GSM双模商用手机。同样在另外2家知名芯片厂商凯明和展讯的研究中，双模手机也都占据相当重要的地位。可以说，随着众多重量级的终端和芯片厂商的积极介入，成熟可商用化的双模终端的规模推出并不遥远，从而为TD-SCDMA和GSM混和组网提供坚实的技术保障。
4、结束语
　　GSM和TD-SCDMA在所处的频段、工作方式、物理层技术和发展目的等方面存在的巨大差距，决定了GSM向TD-SCDMA的发展是革命性的，但是从充分利用现有资源和稳定分阶段发展3G网络的目标出发，2G/3G必须在并行发展中不断地整合过渡，最终达到2个系统和业务的完全融合。从技术上来看TD-SCDMA和GSM的混合组网是完全可行的，所要做的改变也是逐步和温和的，TD-SCDMA和GSM的混合组网解决方案将有力地促进TD-SCDMA产业的发展。