移动核心网的发展历程和演进趋势

文/马为贞 董雪娥 邓彩利

1 前言

移动通信从1G模拟系统到2G数字、再到3G、4G以及正在建设的5G，经过5代的发展历程，业务从最初的简单通话到高清语音，再到高速数据和5G时代业务的泛在化，移动通信技术逐渐走向更广泛的应用。

2 我国移动通信发展历史

（1）1987年11月18日，第一个模拟蜂窝移动电话系统在广东省邮电局建成并投入商用。

（2）1995年，原邮电局正式开通GSM网络，2000年中国移动剥离后由中国移动经营。

（3）1995年7月19日，中国联通GSM数码移动电话网络正式开通。

（4）1998年，CDMA（IS95）网络由中国联通承建，2008年由中国电信经营。

（5）2002年5月17日，中国移动率先在全国范围内正式推出GPRS业务。

（6）2008年4月，中国移动3G TDSCDMA试商用放号。

（7）2009年5月17日，中国联通3G WCDMA试商用放号。

（8）2009年3月，中国电信推出CDMA2000网络并投入商用。

（9）2013年7月，中国联通开放4G网络，2015年12月8日，正式发布4G+网络。

（10）2013年12月18日，中国移动开放4G网络。

（11）2014年2月3日，电信4G正式在全国开放运行。

3 2G核心网技术

2G（含2.5G）核心网技术包括GSM、GPRS、CDMA（IS95）。GSM、CDMA（IS95）技术分别是由欧洲和北美的标准组织提出的，仅提供语音和短信业务，GPRS是基于GSM体系下演进的分组数据承载技术，存在兼容性差、安全性不高、数据速率低等问题。

图1：3G/4G融合组网图

图2：4G全IP组网架构

图3：5G核心网组网架构

GSM建网初期，采用大区制组网，关口局和端局合设,局间采用比较成熟的SS7 TUP、MAP信令。GSM建网中期，设立独立关口局，移网端局开始软交换改造，但仍为TDM承载，局间信令改造为SS7 ISUP信令，采取N+1容灾方式组网。GPRS（2.5G）在原GSM网络基础上叠加了支持高速分组数据的网络，传输速率提高到100 kbit/s以上，后又升级到EDGE(2.75G)，最高速率达 384kbit/s。2019年，中国联通GSM网络陆续推出服务。

4 3G核心网技术

3G技 术 包 括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三种制式，分别由欧洲、北美、中国提出。WCDMA基于GSM/GPRS网络的升级，CDMA2000基于CDMA（IS95）网络演进，TD-SCDMA核心网采用WCDMA技术标准。3G系统容量更大、语音质量和安全性能更高，可提供高速数据、电视图像等。

图4：4G/5G融合组网演进思路

4.1 电路域软交换组网

3G时代，随着用户规模剧增，大区制组网改造为各地市独立组网，仍采用N+1容灾方式，逐步实现Mc口、Nc口、Nb口、Iu-CS口IP化改造。同期关口局改造成两双平面软交换设备。

4.2 电路域MSC POOL组网

为提升网络容灾能力，各地市端局优化改造为MSC POOL，组网架构见图5。RNC部署NNSF功能，实现MGW媒体面容灾，但BSC版本不支持暂无法实现。

4.3 分组域组网

3G分组域沿用GPRS体系结构。WCDMA网络HSDPA理论下行速率可达7.2Mbit/s，HSPA+下行速率可达14.4Mbps。

5 4G核心网技术

4G核心网采用基于全IP的EPC架构，支持2G/3G/4G异构网络的融合组网，兼容PLMN，结构见图1。传输速率最高可达100 Mbit/s。

EPC系统设计之初不支持语音业务，在VoLTE技术尚不成熟阶段，目前语音业务通过CSFB技术实现。中国联通回落至3G网络，具有语音和数据同时在线的优势。

6 核心网的演进趋势

6.1 电路域发展方向

考虑到IMS+EPC+LTE架构设备建设周期和网络成熟期，电路域仍将保留较长时间，直到语音业务在4G/5G稳定实现。

为推进IP化进展，固移网间TDM电路有待IP化。联通建设有承载A/B两张IP网。移网接入承载B网，固网核心IMS网同时接入承载网A/B两张网。目前固移网间话务通过融合关口局和固网汇接局间TDM电路进行疏通，拟定融合关口局到固网IMS网开通SIP电路，疏通固移网间话务。

受网络演进和投资回收期不确定等因素影响，部分TDM电路将不会进行IP化改造。第一，核心网SERVER到省内HSTP的2M高速信令链路仍采用TDM承载，疏通C/D/E口信令。目前河南省一对HSTP为新替换设备，信令网运行稳定且满足业务需求，短期内没有IP化改造的规划。第二，目前互联互通电路全部为TDM承载，三家运营商均已实现固移网关口局融合，采用双平面网状网架构，各家运营商在短期内不会提出互联互通电路IP化改造需求。

IP化改造后，IP化方向业务运行稳定，端局和关口局备用TDM电路可以拆除，并实施TDM电口板下电退网，光口板作为备用端口保留，拆除占用面积大的DDF架，释放机房空间资源和传输资源。

6.2 组建全IP网IMS+EPC+LTE架构

VoLTE技术通过VoIMS+SRVCC方案实现LTE网络下的语音业务，组建IMS+EPC+LTE全IP网络架构，见图2。全部业务承载于4G网络上，实现数据与语音业务在同一网络下的统一，电路域语音业务逐渐向LTE网络迁移，核心网进入分组域为主、电路域为辅阶段。

6.3 5G网络演进

6.3.1 5G技术特点和标准发布

5G核心网引入软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）、网络切片等新兴技术，具有高速率（最高达20Gbps）、大容量、低时延（低至几毫秒）等特点，可提供车联网、远程医疗等全新体验。目前3GPP 5G R15NSA（非独立组网）和SA（独立组网）两种组网标准均已冻结，各运营商已进入5G网络建设冲刺阶段。

6.3.2 5G组网结构

5G核心网采用控制转发分离架构，实现移动性管理和会话管理的独立进行，组网见图3。用户面上去除承载概念，QoS参数直接作用于会话中的不同流。通过不同的用户面可同时建立多个不同的会话并由多个控制面网元同时管理，实现本地分流和远端流量的并行操作：

6.3.3 5G NSA分析

GSMA预测，从全球范围来看，4G还将有多年的高速发展期，从承载网络流量占比角度来说，其重要性在一段时间内将持续超过5G。目前业界倾向采取5GNSA循序渐进组网方式,见图4。第一阶段是升级EPC网，对接LTE和NR，完成eMBB大流量业务。第二阶段在vEPC基础上平滑升级支持NGC,新建5G AMF网元与MME对接，承载部分专网业务。第三阶段扩建5G核心网并接入所有4G和5G基站，实现mMTC大连接、URLLC低时延等业务。

6.3.4 5G SA分析

从核心网稳定性、发展趋势等角度分析，更适于采取5G SA组网方式。

目前VoLTE已全国商用，新建IMS核心设备，同时电路域、分组域所有设备均升级改造。随着5G网络全面建成，不超5年，4G高速数据传输的优势又将被5G替代，相当于投入时间和资金建设的VoLTE网络仅仅实现了语音业务，再一次面临网络资源利用率持续下降的局面，建设投资回收率较低。因此，直接全面铺设5G网络更具有前景和优势。

7 3G/4G/5G融合组网分析

中国联通3G/4G/5G混合组网，出现部分用户语音业务不能实现的诉求，原因在于3G网覆盖不全和用户终端不支持4G，目前3G的高速数据传输优势已被4G替代，为实现传统语音业务无缝覆盖,一方面需要加强3G无线网络覆盖，同时加快VoLTE的演进，将是5G网络全面建成之前所要面临的问题。

在5G新技术革新的挑战下3G/4G/5G网络如何融合演进，将是一项严峻而有历史意义的重大决策。移动通信网络融合演进既要降低建设成本，还要符合网络发展方向，同时还要保证网络运行的高效稳定。统筹考虑各种因素，多部门联动制定切实可行的融合演进方案是一项复杂的工程，需考虑的因素主要包括：

（1）演进新技术及新建设备成熟度

（2）网络建设投资成本、建设周期、回收周期

（3）网络现状、运维成本、现网改造带来的网络不稳定性

（4）网络演进带来的用户感知和诉求调查

（5）目前3G/4G用户数量、无线网络覆盖比率

（6）用户使用各类终端的比例

（7）新技术终端的价格、接受人群的区域和比例

（8）社会发展进步带来潜在客户的数量

8 结束语

总结通信技术发展规律，掌握科技前沿动向，实施网络建设和网络优化的最佳策略，才能在市场竞争中占据主导地位。