对运营商选择WCDMA版本的建议

编者按
尽管目前中国的3G牌照并未发放，但运营商3G技术的试验实际上早已在进行。3G三大标准之一的WCDMA标准有很多种版本，开放3G后，运营商如选择WCDMA，将采用那种WCDMA版本值得关注。

  国际电联批准的3G标准是WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。由于GSM在全球应用最普及，加上WCDMA自身的一些优良特性，WCDMA得到了最广泛的支持和应用。WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA这3种标准的差别主要体现在无线接入部分，核心网部分的区别不是很明显，特别是WCDMA和TD-SCDMA可以共用一个核心网。CDMA2000的组网方式为模块方式，每个模块可按照自身技术的发展水平进行演进，单个模块的升级能够尽量不影响其他模块，因此CDMA2000和其他3G标准的演进方式不同。
  鉴于WCDMA得到了最广泛的认同，所以研究中国采用WCDMA标准的版本特别是核心网的版本具有典型意义。WCDMA标准的突出特点是版本多、更新快。目前正式形成的WCDMA标准版本有4个：Release99(R99)、Release4(R4)、Release5(R5)和Release6(R6)，其中R99是目前最成熟、最稳定的版本。第1个商用的WCDMA标准版本是2001年3月通过的，其后更新的版本均与之兼容。R4的技术基本成熟，已有部分厂商开发出了产品，但离在中国商用还有一段距离；R5的标准还在制定中，R6则刚刚开始起步。由于中国还未确定未来开放3G业务的时间，所以中国是采用已经成熟的R99还是采用比R99更新的版本，已成为中国未来3G诸多问题中必须解决的最重要的一个问题。

1 各版本核心网的特点
  目前3GPP提出的R99、R4、R5和R6版本都还在不断更新中，每一个新版本比前一个版本在采用技术、网络配置以及提供业务方面都有新的提高。当然在成熟性方面会相对弱些。
  R99的特点是采用基于GSM/GPRS的核心网络，引入WCDMA和CDMA的无线接入网络(RAN)。
  R4的主要特征是在无线网络引入TD-SCDMA，在核心网电路域(CS)移动交换中心(MSC)被分解为MSC服务器(软交换机)和媒体网关。前者提供呼叫控制功能，后者提供媒体交换功能。通常采用IP/ATM承载技术。
  R5是全IP的第1个版本。在无线接入网和核心网中均采用全IP承载以及引入IP多媒体子系统(IMS)。
  R6版本刚刚开始研究，其网络架构与R5相同，主要进行业务研究以及与其他网络互通研究。
  上述4个版本都不是最终版本，由于3G是下一代网络(NGN)的一个组成部分，随着今后NGN的发展，3G还有可能出现新的版本。从3G各个版本可提供的业务来看，R99和R4提供的基本业务仍然是语音业务，具有语音、数据、视频等特征的多媒体业务采用R5版本才有可能实现。因此，从业务的角度看，真正实现R5或比R5更新的版本才能发挥出3G的特点和优势。

2 可供选择的方案分析
  对如何建设WCDMA网络，特别是WCDMA核心网，目前各个设备制造商和运营商都在积极探讨和研究。由于中国政府发放3G牌照的时间主要根据中国3G试验的结果，需要证明3G技术成熟可靠和提供的业务能带来经济效益。由于目前的情况是大部分设备制造商在已经能提供R99版本设备的同时，又开发了R4版本，并提供了可以进行R4版本试验的条件，因此，实际上可以选择的方案是R99和R4两个版本，加上在R4版本中，运营商又可选择不同的承载方案，所以到目前为止可供选择的方案基本有以下3种：R99、采用IP/ATM承载的R4、采用TDM承载的R4。

2.1 R99版本
  R99版本是目前最成熟和稳定的版本。采用的核心网技术基本停留在GSM和GPRS的阶段，其电路域核心网结构如图1所示。

  R99版本由于在国外已经有实际网络运营和不同厂家设备互通的经验，中国也在进行R99的各项试验，因此，采用该版本具有安全可靠性高、风险小的优点。但由于R99采用的是传统GSM和GPRS结构，MSC是一个独立的整体设备，在业务功能升级或媒体交换能力升级时，MSC都要升级。特别是将来3G向R4或R5的版本演进时，由于在核心网结构上将发生根本性的变化，因此当硬件需要更换时，一方面可能需要增加较大的投资。同时网络的升级也会影响网络和业务的安全，而且网络的规模越大，升级的代价也越大。值得注意的是，现在许多厂家在符合R99接口协议和支持TDM组网的条件下，考虑到未来的演进，提供了用MSC服务器和媒体网关实现R99组网的方案(如图2所示)。这样，在向R4或R5演进时，原有的硬件不用更换，只要软件升级就可以了，减少了采用R99的负面影响。因此在R4版本基本成熟的实际情况下，应当尽量避免使用R99版本。如果将来确定采用R99版本时，应采用图2的MSC服务器和媒体网关组网的方案。由于R4与R99版本提供的业务区别不大，同时为了减少版本的频繁升级，R99应尽量不再向R4版本演进，可根据将来的实际情况由R99升级为R5或更新的版本。

2.2 采用IP/ATM承载的R4版本
  R4版本是在R99版本的基础上发展起来的，其核心网的结构发生了革命性的变化。传统的MSC分解为MSC服务器和媒体网关。前者提供传统的MSC呼叫控制功能，后者提供MSC的媒体交换功能(如图3所示)。

  在这种由软交换机构建的开放体系架构中，通过呼叫控制和媒体交换/承载的分离实现了开放的分层结构，各层次网络单元之间通过标准的协议互通，可以各自独立演进以适应未来技术的发展。采用软交换技术的R4版本，在组网上由于可将媒体网关和软交换分开布局，比R99采用传统的整体MSC组网投资要少。同时因业务的升级多于媒体网关的升级，在采用软交换后媒体网关的数量通常多于业务服务器的数量，减少了软件版本升级工作量，提高了网络的可靠性。R4可采用不同的承载技术，其最佳方案应是采用IP承载的方案。IP网络在网络资源复用能力、组网灵活性和扩展性等方面都具有巨大的优势，能承载多业务(包括话音、数据和视频业务)，以后向全IP承载网发展和引入3G多媒体系统时最为简单。但是，采用IP承载传送这种连续的媒体流时要满足电信级的性能和可靠性要求，目前的3G R4版本对保证提供IP的服务质量(QoS)的机制还不完善，而且目前中国电信业的主要运营商目前已建成的IP网络还是“尽力而为”的网络，无法保证实时的多媒体业务的服务质量。此外，在R4版本中还没引入多媒体子系统，业务也主要是语音和数据业务，还没发挥出由软交换控制和IP结合带来的优点，因此，采用R4版本的IP承载方案还不能发挥其固有的优势。在这种情况下，如果已经具有丰富的ATM资源，可以考虑采用ATM的承载方案。

2.3 R4版本的TDM承载方案
  R4 TDM承载方案的特点是在核心网络结构上具备采用控制和业务、控制和承载分离的优点，承载网采用传统的TDM方式。
  R4 TDM承载方案与采用MSC服务器和媒体网关实现R99组网结构的区别在于接口协议不同。无线网络接口采用R4标准的协议，核心网中的Nc和Mc接口分别采用R4标准的BICC和H.248协议，将来在向IP/ATM承载的R4和直接向R5版本演进时工作量少，更为方便。中兴通讯股份有限公司已经开发了这种产品，为使用由TDM承载的R4方案提供了条件。R4 TDM承载方案的特点是一方面具有R4版本的先进性，同时还可以充分利用现有的大量的TDM的设备，核心网的可靠性和安全性也能得到保证。由于目前3G第一阶段还不能提供IP多媒体业务，因此，暂时使用TDM作为承载网不会明显影响提供业务。

3 建议使用R4版本
  目前还不能确切知道中国政府何时颁布3G业务牌照，但从中国进行3G试验的进度来看，估计最快也要在2004年末才能颁发。考虑到进行网络和业务的规划以及设备的选型招标等工作，最早实际开始投入使用的时间是2005年。从3G技术、业务的成熟性和能提供良好的性能价格比考虑，开放3G业务的时间还有可能推后。现在R4版本已经基本稳定，国内外的主要设备厂家已开发了R4版本，已经可以提供符合R4协议结构的全套WCDMA网元产品，包括提供从无线基站系统、核心网到移动智能网和3G的移动数据业务等在内的端到端的解决方案。根据估计的3G时间表和业界的实际情况考虑，从尽量采用最先进技术的角度出发，考虑到国外已有固网运营商在商用中大规模采用软交换的技术以及更多的固网/移动网运营商正在试验软交换技术，加上中国也在固网进行多个厂家软交换的现场试验(提供设备的厂商除了国外知名厂商外，也有中国自己的设备厂商，其中中兴通讯的设备已经达到国际先进水平)，可以说中国2004年已经具备了进行Ｒ4版本试验的条件。
目前需要做的主要工作是要按照中国移动软交换设备和3G的R4版本的规范制定测试方案和计划，抓紧时间进行试验。建议中国准备采用WCDMA标准的3G运营商应当从现在开始做使用R4版本的准备工作，着手进行R4版本的试验工作，建立包括核心网采用IP/ATM和TDM不同承载方案在内的试验网，进行各种性能和接口协议测试。
  如果2004年或2005年能够顺利完成R4版本的试验，则在3G中可以直接采用R4版本。如果在未来2～3年内中国的IP网络很难由“尽力而为”的网络改为QoS可控的网络，IP也仍采用IPv4而存在IP地址不足的问题，可以考虑充分利用中国已有的丰富TDM资源。第1步建议先采用R4的TDM承载的方案(在具备采用ATM作为承载网条件的网络，也可以采用R4的ATM承载方案)。根据上述判断，在中国开放3G业务的第1阶段，应优先采用R4版本，不得已时采用准R4方案，避免使用整体的R99方案；第2阶段再向R5版本演进，这要等具备开放IMS的条件(IP承载网安全可靠和采用IPv6地址)。在向R5版本演进的过程中，R4和R5两个版本将同时并存，随着时间的推移，R4逐渐被R5的IMS所取代，最后实现全IP的网络。

收稿日期：2004-01-09

[摘要] 文章介绍了3G　WCDMA 4个版本的特点和现状，对可供中国选择的WCDMA版本：R99、R4进行了分析，给出了运营商选择WCDMA版本的建议。

[关键词] 第3代移动通信；标准；演进；核心网