2G網絡向3G平滑演進的若干關鍵技術探討

摘要

對于移動運營商來說，3G網絡建設是一個漸進的過程，期間2G網絡和3G網絡將相互依存，互為補充。由此探討了2G網絡向3G平滑演進過程中的若干關鍵技術，以及亟待解決的主要問題；探討了如何在2G網絡的基礎上對3G網絡進行協同規劃與優化，從而最大限度地利用現有網絡中的相關設施，降低網絡改造成本的問題。為了實現2G和3G網絡的無縫接入，研究了2G和3G網絡的互操作問題。提出了異類系統切換策略與互操作參數優化方法，最終使得用戶可以在3G覆蓋區域享受到豐富多彩且快速的高質量服務，而在3G網絡覆蓋區域之外也能獲得比較滿意的2G網絡服務。

一、概述

對于移動運營商來說，3G網絡建設是一個長期的過程，期間必將是“混合”的時代，既有2G網絡，又有3G網絡，二者相互依存，互為補充。移動運營商要成功實現由2G向3G的轉型，2G網絡的支撐至關重要。從傳統2G的網絡規模角度來看，經過多年的建設，2G網絡的覆蓋優勢是3G網絡在一定時間內無法比擬的。因此，在3G網絡建設初期，2G網絡應作為一個覆蓋范圍廣闊的底層網絡為移動用戶提供基本話音業務和數據業務，而3G應憑借自身的先進技術在部分地區為 有需求的用戶提供高速的移動多媒體業務。通過在2G網絡基礎上平滑演進，提供3G業務，用2G與3G組成“一個網絡，兩種接入，無縫覆蓋，無縫業務”的模式，實現3G與2G網絡的長期協調發展，做到以最低投資提供最大容量和最大的覆蓋面，最終實現網絡的平滑演進。因此，移動運營商在建設3G網絡的初期階段應該把握如下三點原則：

（1）2G網絡穩定優先原則2G網絡是當前也是未來一段時間內移動運營商業務收入的重要來源，3G網絡建設應盡量減少對2G網絡業務質量的影響，保證當前網絡的穩定性。

（2）2G和3G網絡互相補充、均衡發展原則3G網絡應該充分依托現有2G網絡作為語音和數據業務覆蓋的補充，同時能夠充分體現3G系統在組網、容量、以及數據業務方面的優勢，并和2G網絡一道均衡發展。

（3）充分利用現有網絡資源原則3G網絡建設應該充分利用現有的2G網路資源，避免重復建設，最大限度考慮現有的信令網、匯接網、同步網、傳輸網、Boss系統等公共資源的重用。

基于上述三點建網原則，移動運營商在進行3G網絡建設時，可從無線接入網、核心網、業務網幾個層面考慮，實現2G與3G網絡的協調發展。在無線接入網層面上，可以通過2G和3G網絡之間的互操作，從而實現業務均衡和無縫漫游的目的。同時，對于3G網絡的站址、室內分布系統、機房、天饋線等基礎設施，可以共用2G網路的相關設施，充分利用2G現網的基礎設施和建網經驗，平穩快速地進行3G無線接入網路的建設。在核心網層面上，完全可以利用現有網絡中的信令網、匯接網、同步網、傳輸網、Boss系統等資源，特別是軟交換技術的網絡資源。這樣，既可以保護原有的投資，又可以節約網絡建設的成本。3G網絡的業務平臺也可以在現有2G網絡中的業務平臺基礎上進行必要的升級，以實現業務平滑演進。

縱觀2G與3G網絡之間的異同，我們引入3G網絡的關鍵問題在于無線接入網的建設，而建設無線接入網的關鍵又在于2G和3G之間的網絡互操作和網絡協同規劃，所以本文將主要討論如何實現2G和3G之間的網絡互操作，以及網絡的協同規劃和優化。

二、2G網絡向3G演進的模型

目前，中國現有移動通信網絡主要有GSM/GPRS和cdma20001X，分別可以提供速率為114kbit/s和153kbit/s的數據業務。其中，由于WCDMA和cdma2000分別基于現有GSM/GPRS和IS-95網絡上提出的3G標準，所以從2G網絡向3G最有可能的演進路線將是GSM向WCDMA過渡，以及IS-95朝cdma2000演進。當然，由于TD-SCDMA除接入網與WCDMA不同之外，其核心網基本與WCDMA一樣，因此另一條演進路線有可能由GSM向TD-SCDMA發展。具體3G網絡的演進路線如圖1所示。

圖1 中國3G網絡演進路線示意圖

圖1所示的各種無線接入技術都有各自的特點和優勢。目前，無線接入網技術沒有確定，不排除同時存在各種接入技術的可能性，同時終端用戶對3G網絡的期望比較高，潛在3G通信運營商之間的競爭也異常激烈。移動運營商在了解未來移動通信網絡主要關鍵技術的基礎上，利用和整合現有資源，從而靈活和高效地利用不同無線接入網技術來為用戶提供無縫、高質量的移動網絡，并對公共關鍵網絡節點和資源進行整合，已成為了領先的關鍵。有以下幾點需要考慮：

（1）核心網絡的建設要為未來的寬帶業務和靈活的無線接入技術提供支撐。

（2）網絡維護管理系統要為不同的無線接入網絡提供無縫的維護管理平臺。

（3）傳輸網絡的建設為未來的寬帶業務提供支撐。

（4）無線接入設備站點資源（基站和室內分布系統）的改造、整合和儲備。

三、2G和3G協同規劃及優化

目前移動運營商已擁有成熟的2G網絡，在滿足用戶語音需求上已不成問題，因此在3G發展初期應首先在數據業務需求大的發達城市或區域建設3G網絡，然后逐漸擴大覆蓋范圍。由于3G網絡采用cdma接入方式，是干擾受限系統，建網時應該按照“一步規劃，分步實施”的原則。首先做好長期的網絡規劃，然后按照移動通信普及率和業務發展需求在不同地區逐步推進。在建設過程中，對現有網絡進行優化，以降低成本，提高服務質量。

1.協同規劃2G和3G網絡

在2G和3G無線接入網絡的協同規劃中，需要考慮在滿足不同的話務和業務管理需求下，為不同層次、不同地域的用戶提供相應的業務服務。在這個原則下，考慮如何共用2G網絡的相關設施，如網絡的站址、室內分布系統、機房、傳輸、電源等基礎設施以及其他公共關鍵網絡節點和資源。

（1）業務連續性進行3G網絡規劃時首先考慮滿足長期業務發展（特別是數據業務）的需要，對業務及網絡部署等方面進行統一設計規劃，然后根據實際業務發展狀況、市場策略等在不同區域分步推進。在開始部署3G網 絡時，2G網絡也會不斷發展，所以很多業務在3G和2G網絡都會同時提供。要繼續發揮2G和2.5G網絡業務成熟的優勢，并在3G發展初期主要覆蓋高密度用戶區和數據業務集中區的前提下，實現3G與2G和2.5G網絡的平滑切換。這樣，當用戶在兩個網絡中移動時，才能夠保證業務的連續性。

（2）共站的可能性對于移動運營商來說，由于已經擁有了龐大的GSM網絡，因而同時擁有數目眾多的GSM站址。在進行3G網絡系統建設時，應該結合2G網絡合理安排網絡布局，充分利用已有的2G網絡站址來實施3G網絡。這樣不僅可以節約大量的基礎設施投資，而且可以降低尋找新站址的難度，節約大量的時間，從而加快網絡的建設速度。

2G和3G網絡的站間距的差異直接關系到兩個系統是否可以共用站址。如果兩個系統的站間距差異過大，則不能共用站址或可共用的比例極低；如果兩個系統的站間距差異較小，則完全可以共用站址。以WCDMA系統為例，理論上WCDMA的覆蓋范圍小于GSM900，但大于GSM1800。由于GSM網絡容量的增加，導致GSM的小區半徑進一步縮小，特別是在城市和城市密集地區，GSM的小區半徑更小，使得WCDMA與GSM的小區半徑非常接近，因此，WCDMA和GSM在較大范圍內可以實現共站。除了站間距，還有許多因素決定是否可以共用站址，如機房面積、塔頂面積和承重等。

（3）2G和3G網絡關鍵節點2G與3G網絡協同規劃，除了無線接入網絡，還包括共同的核心網絡、共同的網絡管理系統、共享的傳輸網絡等公共資源，如圖2所示。

圖2 2G和3G共享網絡示意圖

理論上，基站資源中除了基站主體設備外，其他公共資源都可以考慮共用，包括天線、饋線、傳輸、電源等。如GSM和WCDMA系統可以共用同一個塔架，分別安裝獨立的天線系統，但需要注意的是兩個不同系統的天線之間至少要有30dB的隔離度，以防止產生干擾。當安裝GSM天、饋線系統的塔架的承重或固定位置不允許加裝WCDMA的饋線系統時，可以考慮兩個系統共享同一饋線系統。電源方面，應綜合考慮電源設備的負荷能力和安全性，以決定是否需要新建電源系統。傳輸方面，除了電路數量外也可以利用原有資源。核心網絡及網絡管理系統等方面，在進行建設及投資規劃時，盡可能整合利用現有網絡資源，滿足不同的接入技術，為以后網絡用戶和業務的增長提供發展空間。

2.協同優化2G和3G網絡

類似2G網絡系統，3G網絡規劃的主要目的是提供良好的信號覆蓋，以及如何利用現有的2G網絡對3G網絡進行支撐。

（1）增大網絡覆蓋為了進一步擴大3G的網絡覆蓋，我們可以采用新建基站的方式，從而使得網絡結構更加合理，并且在增加信號覆蓋的同時提升網絡質量。但是，由于3G網絡采用CDMA接入方式，屬于自干擾系統，新增基站會造成同頻干擾增加，因此要按照預先規劃的網絡結構，適當增加，而不能像GSM那樣大量使用。除此之外，還可以采用升高天線，調整天線角度等措施，達到增大網絡覆蓋的目的。

（2）擴大網絡容量話務量均衡、容量參數控制以及增加功率放大器是擴大網絡容量的主要方法，當然增加基站也可以進一步擴大網絡容量，但是由于3G網絡的自身特點，對于新建基站的方式一定要慎重。

四、2G和3G的互操作問題

1.網絡互操作的功能

對于擁有2G網絡的移動運營商在3G網絡建設和運營初期，由于投資、網絡發展的限制，導致初期的3G網絡不能做到連續覆蓋或者在連續覆蓋區域內部不能做到無縫覆蓋，因此，需要2G網絡提供支持使得3G用戶能夠在3G網絡覆蓋不理想的區域下使用2G網絡的話音和數據服務。網絡互操作就是要使得用戶能夠在2G和3G網絡之間進行切換。這就是說，要使得具有多種無線接入能力的終端可以在3G網絡覆蓋區域享受到豐富多彩且快速的高質量服務，而在3G網絡覆蓋區域之外，2G網絡也能為用戶提供連續不斷的，比較滿意的服務。隨著3G移動網絡的發展，3G與2G網絡會共同覆蓋相同的地區，因此3G與2G網絡的負載分擔與平衡機制可以優化無線資源的利用與終端用戶的感受，如話音業務以及低速數據可以更多地讓2G網絡承擔，而讓3G網絡承擔高速的數據業務，以最大限度滿足用戶對移動服務的需求。

2. 2G和3G網絡互操作包含的主要內容

2G和3G網絡互操作主要包括空閑模式下的網絡互操作和連接模式下的網絡互操作兩個方面。前者主要是指空閑狀態下雙模用戶終端UE如何進行PLMN定位和重定位、小區選擇和重選、以及位置登記；后者主要是指雙模UE的3G向2G單向的CS切換和雙向的PS切換。

（1）2G和3G網絡空閑模式互操作當2G和3G網絡共存時，用戶開機后UE首先進行PLMN的選擇。一旦選擇完成，就開始搜尋屬于該PLMN的小區。終端搜尋到符合條件的小區，便可從系統廣播消息中獲取鄰小區的信息。根據這些信息，UE就可以在這些小區中選擇一個信號較好的駐留下來并進行位置更新。具體流程如圖3所示。

圖3 空閑模式下小區選擇/重選過程示意圖

雙模UE在空閑模式下如何選擇一個網絡進行登錄和被尋呼，以及建立網絡連接，其策略尤為重要。下面討論UE空閑模式下的網絡策略：

①3G網絡為先的策略該種策略的原則顯而易見，只要有3G網絡覆蓋，UE就登錄在3G小區。使用戶盡量感受到3G網絡的覆蓋，享受3G網絡帶來的新潮與快樂。這樣可以減少UE附著在2G網絡的機會，使在雙網并存的區域視頻電話總能順利建立與使用。

該種策略具體體現在如下參數設置策略：在空閑模式下只要UE測量到的CPICHEc/NO信號質量高于sRatSearch+qQualMin，就讓UE留在3G網絡。當Ec/NO信號質量低于sRatSearch+qQualMin，UE就開始對2G鄰區進行測量，與3G小區一起進行排序。

②根據用戶以往使用兩種網絡的頻率大小的策略該策略主要是根據用戶以往使用2G和3G網絡的頻率大小來決定接入到2G網絡，還是3G網絡。若用戶以往登陸使用2G網絡的次數遠多于使用3G網絡的次數，UE自動接入到2G網絡中信號最強的小區，否則，UE將接入到3G網絡中信號最強的小區。該策略考慮了用戶習慣和用戶類型，具有一定的智能性，因為高端用戶往往駐留在3G網絡上，而低端用戶則使用2G網絡更多一些。

③手機駐留在信號強度最大的小區的策略UE總是選擇登錄在信號強度最強的小區。該策略往往適應一些特殊場合，實現該種策略需要把sRatSearch設置為較大值，如8。3G網絡信號質量低于sRatSearch+qQualMin后，那么UE將基于最強信號強度對小區進行選擇。由于UE從2G網絡小區重選到3G網絡小區主要基于對Ec/NO的測量（通常FDDQOFF設置為0（負無窮）），只要Ec/NO超過一定門限，UE將馬上重選到3G系統。之后由于Ec/NO處于臨界點附近，而2G網絡小區信號較強，UE又有可能會重選到2G系統，因此可能帶來乒乓效應，這是需要避免的。

綜上所述，不論使用哪種策略，其最終目的只有兩個，即盡量減少異系統切換頻率和盡量使網絡容量最大化。

（2）2G和3G網絡連接模式互操作2G、3G網絡之間的切換包含電路域切換和分組域切換。其切換流程大致為：首先雙模終端根據當前小區導頻信號質量觸發3A事件，并上報小區信號測量結果，RNC根據收到的測量報告，向核心網發起遷移請求；之后核心網下發重定位命令，RNC再下發切換命令消息給UE，最后完成切換過程。

2G、3G網絡連接模式下的網絡互操作主要包括雙模UE的3G網絡向2G網絡單向CS切換和雙向PS切換。下面將分別討論CS業務切換策略和PS業務切換策略：

（1）2G網絡連接模式下的CS業務切換策略

①3G網絡為先原則是只要3G信號質量符合既定條件，可以把2G系統上的CS業務切換到3G系統。

把ISHOLEV設置為很大的值，如99，不管2G網絡的負荷，即IRAT算法的第一條件輕易就符合了，只要3G網絡質量好于MRSL的門限，那么IRAT切換就可以觸發。

②2G系統中的電話在2G網絡中結束基于2G網絡的成熟與穩定，而語音質量在3G與2G網絡中是大致一樣的。可以采取讓在2G系統發起的話音留在2G系統中，直到電話在2G網絡中終止。這將使2G到3G網絡的切換的發生最少化。把IS-HOLEV設置為0，在2G網絡服務小區不發生擁塞的情況下，系統將禁止IRAT切換從2G系統發生，即使3G網絡的質量高于MRSL。呼叫結束后，UE將根據空閑模式的策略進行選網或小區重選。

（2）PS業務切換策略空閑模式下的參數合理設置可以使PS連接重選3G網絡小區，一旦3G網絡質量滿足要求，就讓GPRS業務重選到3G網絡，以利用快速的3G網絡。

2G和3G網絡之間的業務切換如圖4所示。

圖4 2G和3G網絡之間的業務切換

3. 2G和3G網絡互操作中出現的問題

（1）異系統乒乓重選效應異系統的乒乓重選主要是由于雙模終端UE是根據Ec/IO的變化情況觸發2G或3G網絡小區重選。當3G網絡服務小區的導頻信號質量Ec/IO減去Qquamin小于異系統啟動門限SsearchRAT時會引起UE進行異系統測量，同時若2G網絡小區的信號質量滿足小區重選準則且其持續時間大于小區重選延遲時間Treselections時，UE則會選擇到2G網絡小區；而當3G網絡服務小區的Ec/IO值又大于FDD_Qmin門限時，UE又會重新選擇到3G網絡小區。所以若EC/IO變化比較劇烈，那么將會導致異系統的乒乓重選問題，同時如果小區重選延遲時間設置過小的話，則加大乒乓重選的概率。在實際網絡優化過程中，可以采取以下調整措施以減小乒乓重選的概率：

①拉大SsearchRAT和FDD_Qmin的間隔。按照缺省參數，Qqualimin設置為-18dB，SsearchRAT設置為4dB，FDD_Qmin設置為-12dB，因此在2G網絡中只要3G導頻信號質量Ec/IO大于-12 dB，UE則會重選到3G網絡；在3G網絡中的導頻信號質量Ec/IO只要小于-14 dB，UE就會重選到2G網絡中。可以看出，缺省參數的配置使得小區重選的頻率基本由3G CPICH Ec/IO的信號波動來決定。只要波動超過2 dB，就會發生乒乓重選。由于3G CPICH EC/IO低于-14 dB時UE很容易掉網，所以只能增大FDD_Qmin以拉大SsearchRAT和FDD_Qmin的間隔，從而減少發生乒乓重選的概率。

②增大Treselection值。缺省配置為1s，可以把Treselection設置成5s，這樣從時間上，可以減少小區重選的頻率。

（2）異系統切換掉話問題由于3G網絡使用的頻段為2000MHz，其電波的穿透能力相對于900MHz明顯變弱，所以當用戶進入未經室內覆蓋的樓宇或電梯中3G網絡信號會迅速下降15 dB左右，導致正在通話的UE來不及切換到2G網絡中就掉話了。對于這種情況，我們要提高壓縮模式契動門限，使得用戶在進入電梯之前就切換到2G網絡，避免發生掉話。

五、結束語

由于用戶需求呈現多樣化趨勢，為了吸引更多的新用戶加入，占有更大的市場分額，3G網絡的后續發展策略應要包括新業務的推出、降低服務成本和提高服務質量等。在網絡建設中，除了考慮市區室外覆蓋之外，還必須考慮人口密集地區的室內覆蓋，引入的設備類型除了標準的室內型宏蜂窩基站之外，還有超大容量室內型基站、緊湊型室外宏蜂窩基站、微蜂窩基站、大功率微蜂窩基站、射頻遠端單元等設備。為了解決熱點區域、地鐵、隧道等特殊地形的覆蓋，通常會采用分布式天線系統或射頻泄漏電纜。在網絡成熟期，3G網絡框架結構已經成形，覆蓋需求已經實現，大規模的網絡建設已經完成。為了進一步提高服務質量，網絡規劃建設的重點將從全面網絡建設變為局部網絡區域優化調整工作。根據網絡性能統計和用戶投訴反映，對網絡單元布局、參數等進行優化調整實現，其中包括基站搬遷和增加新站點等。