1、前言
第二代移动通信中，GSM系统显然极为重要。现有的GSM网络可以平滑过渡到WCDMA/UMTS网络。从图1我们可以清晰地看到GSM的演进路线。在无线通信系统中，无线网络部分的数据处理能力，始终是一个瓶颈，从GSM到GPRS、EDGE，再到WCDMA、HSDPA，无线网络部分的数据传送能力随着网络的演进是大幅度增强的，从GSM的9.6kb/s，演进到后面的HSDPA的下行数据处理能力达到14Mb/s。无线网络数据传送能力的提高，也就有能力为终端用户提供越来越丰富的业务。可以想象，从GSM系统仅仅提供语音业务到HSDPA系统可以达到高达十几兆的数据下载速率将是一个多么惊人的变化，这也将会给人们的通信带来极大的便利。本文主要阐述的是GSM到HSDPA无线网络部分的关键技术变化，这种关键技术的变化事实上也是网络演进的实质所在。现有的GSM/GPRS核心网则可以逐步演进为UMTS核心网络，它可以同时连接GSM BSS和WCDMA RAN，也就是说GSM BSS和WCDMA RAN可以共享同一个核心网络。从GSM到HSDPA的演进方式能确保现有GSM运营商的利益，从技术上保证过渡的平稳性。
图1 网络系统演进图
2、GPRS
GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称。事实上，在GSM演进到HSDPA的道路上，GPRS的提出迈出了重要的第一步，GPRS允许在电路交换的基础上增加数据包交换。在构建GPRS网络的时候，GSM系统中的绝大部分的部件都不需要作硬件改动，只需要在软件方面进行升级，从GSM系统升级到GPRS+GSM系统，如图2所示，主要是在GSM系统中增加3个主要部件：SGSN(GPRS服务支持结点)、GGSN(GPRS网关支持结点)、PCU(分组控制单元)。
图2 GSM网络升级到GSM+GPRS网络
在GPRS系统中，定义了新的GPRS无线信道，并且信道的分配方式十分灵活，可以在每一个TDMA帧中分配1到8个无线时隙。在GPRS中，也提出了新的编码方案，通过表1可以看出，CS 1/CS 2/CS 3/CS 4可以支持不同的数据传送速率，这样也就能够根据不同的QoS要求提供给用户多样的服务。
表1 GPRS编码策略
GPRS提供的多编码策略能够给不同的QoS需求提供不同的业务速率，具有较大的灵活性。GPRS系统能够根据终端离基站的距离、无线链路的状况和QoS要求动态的选择编码方案，大大的优化了无线网络资源，能自动的给用户提供最优的服务。
GPRS的优点：
(1)与GSM相比，大大的提高了数据速率，若8信道全部为GPRS占用，则最大的传输速率可以达到171kb/s。
(2)GPRS能提供始终在线的服务，能够消除连接网络、推出网络所产生的等待时间，提高了网络的利用效率。
(3)GPRS网络具有较好的健壮性，其编码策略是依据无线状况而定的，当基站部分接收到的数据发生错误的时候，网络要求错误帧进行重传直到这一帧正确为止，这样能减轻核心网的压力。
(4)由于数据的传送速率增加了，GPRS也能提供较多的服务，例如E-mail、www、WAP、ftp等等。
(5)GPRS能够提供更好的安全性，除了利用原来GSM的鉴权机制以外，还能够在用户进入因特网或者其他网络以前使用类似RADIUS协议。
3、EDGE
在GSM的演进道路上，EDGE(Enhanced Data Rate for GSM Evolution)的提出又将无线端的数据传送速率提高到473kb/s，EDGE是GSM迈向WCDMA的最后一步，它是基于GSM/GPRS网络的，采用了更新的调制解调技术(8PSK)和信道编码技术。
从GPRS升级到EDGE，因为对于上下行信道要提供GMSK和8PSK的调制解调功能，在终端部分和BTS部分要进行硬件升级，在BSC部分进行软件升级；在核心网部分无需太大改动。
EDGE的编码策略跟GPRS相比，来得更加复杂，但是，采用EDGE的MCS1到MCS9的编码方案，提供的数据传送速率就大大增加了。图3表明了EDGE提供的编码方案和GPRS提供的编码方案每时隙的速率对比。
图3 GPRS/EDGE编码速率对比
EDGE相对于GPRS而言，能提供更大的数据传送速率，也能够提供更多更丰富的多媒体业务，并且在原有的GSM/GPRS网络上很容易就能升级。在链路控制层面上，EDGE相对与GPRS，也提供了更为强大的功能。
4、WCDMA
WCDMA标准是由第三代合作伙伴计划组织(3GPP)制订，现在已有R99、R4、R5三个版本定稿，现阶段正在进行R6版本的制订工作。目前在全球已经安装和试运行的WCDMA网络都是基于R99版本的，其最大的特点在于网络结构上继承了GSM/GPRS的核心网络结构，与GSM不同的是在无线接入网部分引入了另外全新的无线接口——WCDMA，并采用了分组化传输，更加有利于实现高速移动数据业务的传输。R4版本的主要特点是支持先进的核心网络，针对R99基于TDM的电路核心网进行了很大的改进，提出了控制与承载相分离的概念，R4电路域由MSCServer、GMSCServer、MGW等实体组成，各实体之间提供了标准化的接口，信令可以使用IP承载。在R5阶段引入了IP多媒体子系统IMS，朝着全网IP化的道路迈出了重要一步。R6目前还在制订中。图4表示了从GSM/GPRS网络向WCDMA R99版本演进的情况。
图4 从GPRS网络演进到WCDMA网络
对于现在运营GSM网络的运营商来讲，由于GSM和WCDMA可以共用同一个核心网，所以从GSM平滑过渡到WCDMA是最佳方式。随着人们对数据速率的要求越来越高，WCDMA和其他第三代移动通信制式的提出，具有革命性的意义。WCDMA的空中接口和原有的GSM/GPRS完全不同，高效的空中接口技术能使得WCDMA的下行速率达到2Mb/s，也能满足人们丰富的多媒体业务。WCDMA的主要空中接口参数如表2所示：
表2 WCDMA的空中接口参数
WCDMA利用先进的码分复用和扩频技术，使得其比先前的2G系统具有更高的频谱利用率。WCDMA还使用快速功控、软切换等先进技术，能较大限度的降低干扰，提高服务质量。根据不同的业务需求，WCDMA还能提供不同类型、不同速率、不同QoS要求的无线接入承载，从而支持更加丰富多彩的服务。
5、HSDPA
WCDMA向下演进的第一步就是提高下行速率，也就是演进到HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)，跟WCDMA相比，HSDPA大大提高了系统的容量，下行速率最大能达到14Mb/s，也能为用户提供更多更丰富的业务。
在WCDMA R5版本中，已经提出了一种新的传输信道HS-DSCH，利用这种信道能够增强下行速率。HSDPA对于原有的WCDMA的协议层产生的影响并不是很大，所以在原有的WCDMA上通过软件升级和少量硬件升级就能提升为HSDPA。
HSDPA相对与WCDMA，具有下面一些特性：
(1)自适应调制和编码。HSDPA中链路将根据无线链路的情况来自动调整调制方式和编码方法，在WCDMA R99中，对于下行信道的调制方式为QPSK，但是对于HSDPA，除了采用QPSK，还采用16QAM调制方式。不论终端在基站的附近还是在小区的边缘，HSDPA中链路的自适应调制总能保证用户获得最大的数据传输速率。
(2)快速调度。HSDPA中包调度是直接由基站控制的，而不像WCDMA R99中是由RNC控制的。这种调度方法更加靠近空中接口部分，从而效率更高。快速调度方法所需要的信息包括信道质量、容量、QoS等级等。
(3)混合自动重发请求。混合自动重发请求实际上是一个结合自动重发请求(ARQ)和前向错误更正(FEC)的技术，能利用原来传输失败的数据进行后续的解码。
6、结束语
现在在中国运营的最大的无线网络就是GSM网络，由于技术特点，GSM在更新技术演进的道路上，必然朝着GPRS、WCDMA、HSDPA的方向发展。本文简单阐述了演进道路上的各种制式的关键技术特点和网络实体的演进变化。随着无线通信技术的迅猛发展，人们也将从网络的演进过程中享受更多移动通信带来的便利。 (c001)
