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发文心情 GSM退网: 策略与准备
这是为《移动通信》杂志写的一篇综述。

一、 昔日霸主
GSM是有史以来最成功的移动通信制式,自从1991年商用以来,逐步成为移动通信市场的霸主。据参考文献1的统计数据,在巅峰时期,全球的GSM用户总数超过45亿,全球移动用户的占有率达80%。
即使是2017年,全球仍然有大量的用户采用GSM技术,另外还有大量的M2M(Machine to Machine)业务基于GSM/GPRS技术,GSM仍然拥有最多的用户。
中国也不例外,根据工信部发布的参考文献2,表1列出了基站与移动电话用户的数量。
表1  基站与移动电话用户的数量
项目 类型 2G 3G 4G 合计
基站数量 2015年(万) 146.2 143.7 176.9 466.8
 2016年(万) 154.8  141.6 263 559.4
用户数量 2015年(亿) 5.6 2.8 4.3 12.7
 2016年(亿) 3.8 1.7 7.7 13.2
从表1看到,到2016年底,中国的4G用户取代了2G用户,成为移动电话用户的主流,实现了历史性的跨越。表中的4G用户,就是LTE用户,而2G用户就是GSM用户。
不过,尽管LTE用户已经成为中国移动电话用户的主流,但我国仍有3.8亿GSM用户。另外,在我国的3G、4G用户中,很多用户的终端是支持GSM技术的,换句话说,日常使用GSM网络的用户远远超过了4亿。
为什么GSM有如此之强的影响力?这与GSM的工作频段以及采用的FDD-TDMA的技术体制密切相关。GSM网络还采用了频率规划技术,大幅降低了邻区的干扰,使得通信质量更加稳定。这方面参考文献5进行了阐述,这里就不引用了。
总之,目前GSM网络仍然在两个方面发挥着巨大的作用:
 服务于人
GSM网络承担了移动用户大量的话音业务,并且是LTE用户话音业务回落的主要承担者。另外,GSM网络还承担了大量的短信业务。
 服务于装置
由于GPRS的通信装置价格低廉、成熟稳定,GSRS网络是各种遥测、遥控M2M装置的首选网络。

二、 英雄迟暮
不过,由于GSM属于2G的技术范畴,与IS-95以及PHS属于同一代技术。因此,在技术更新异常迅猛的通信行业,在3G、4G乃至5G等后一代、下一代技术层出不穷的今天,尽管GSM仍然老当益壮,但已经是英雄迟暮了,规划GSM的未来,还是很有必要的。
为什么要将GSM请下通信的舞台,主要有两大原因。
首先是GSM技术在安全性上有明显的漏洞。
大家知道,GSM技术是20世纪80年代制定的,设计之初对网络安全要求并不高,只考虑了通信加密,因此GSM系统采用了单向鉴权的方式,只实施网络对终端鉴权。
单向鉴权为伪基站之流大开方便之门,而伪基站发送的垃圾短信是诱发通信诈骗的常用手段,成为近年来高发的通信诈骗的一大助推者。
从WCDMA技术开始,采用了双向鉴权,不但网络对终端鉴权,而且终端也对网络鉴权,避免了伪基站的肆虐。但是考虑到回落的需要,目前的3G/4G终端普遍支持GSM网络,还是有可能回落到同样发送GSM信号的伪基站上。
尽管参考文献6中提出对GSM网络的短消息发送机制进行修改,也能弥补相当大的漏洞。但是由于涉及对现网设备的改造,运营商普遍对此不积极,工信部也没有采用有力的措施来推动,导致GSM网络的漏洞始终存在。
除了安全上弱点外,与WCDMA网络相比,GSM网络的话音业务频谱效率不高,这也是GSM网络的一大弱点。 
根据参考文献7的分析,单载波的WCDMA小区话音业务的极限容量为60个用户,相当于一个8载频的GSM小区。也就是说,一个WCDMA单载波基站所支持的话音信道数与1个采用8/8/8配置的GSM基站相当。
假定GSM网络采用最高复用效率的3*3频率复用,为了实现8/8/8配置,GSM网络在频率规划时需要准备72个频点,相当于14.4MHz的带宽,是WCDMA的5MHz带宽的3倍。由此可见,WCDMA网络的话音容量密度更大,更适合在高话务密度区域部署。
基于以上两点原因,尽管GSM网络还能发挥作用,更新换代必须摆上议事日程了。

三、 未雨绸缪
前面列举了GSM网络更新换代的必要性,参考文献8给出了世界移动用户数量按制式的预测,可见从2017年起,GSM网络的用户数量将会日渐萎缩,退出通信舞台的大局已定。
 
图1 全球移动电话用户预测
至于GSM在国内的退网,最早提出的时间点是2017年,但是通信业内也有观点是在2020年,参考文献9中还提出可能要到2025年。
不管退网的时间点在哪里,作为一种极有影响力的移动通信制式,GSM的退网还是要早做准备,未雨绸缪的。
事实上本人在2012年就考虑了GSM退网的问题,在参考文献10中针对国内最大的GSM运营商中国移动,提出了如何应对GSM退网的策略。
我的看法是考虑到GSM的用户数量以及业务覆盖的范围,GSM的退网应该是个渐进的过程,分为准备期以及实施期两个阶段,目前是准备期,主要是为GSM的退网制定相应的策略以及时间表。
制定GSM的退网策略应该重点考虑以下问题:
 GSM网络承载的语音业务何处去?
 GSM网络的频段如何处理?
 只支持GSM技术的终端如何处理?
大家普遍关心第2个问题,就是GSM网络使用的频段如何Refarming(重耕)?但我认为,如果不考虑第1个问题,直接谈第2个问题是没有意义的。关于第1个问题,由于涉及面广,将会有专门的文章来阐述,这里就略过了。
至于第3个问题,GSM终端主要分为用户终端以及数据装置,用户终端本身就有更新换代的过程,运营商甚至可以用新手机与只支持GSM的老旧手机进行一对一更换,处理起来比较简单。
数据装置很多都是安装在监测场地,进行一对一更换难度很大。考虑到这些装置不受垃圾短信的影响,业务量也不大。因此可以考虑为这些设备单独提供GPRS网络的服务,直到数据装置老化、淘汰或者达到了GPRS网络最后的服务期限。
当然,如果是新增的数据装置,运营商将会要求不能只支持GPRS,必须支持3G或者4G甚至NB-IOT(Narrow Band Internet of Things,窄带物联网)。
另外,GSM退网的时间表也必须明确,不能只在运营商内部讨论,而应该在通信业界甚至全社会公诸于众。

四、 结束语
GSM是当下硕果仅存的2G技术,由于安全以及频谱利用率的缺陷,不可避免地面临被后起之秀取代的命运。GSM退网不再是悬而未决,而是摆上了议事日程。
不过,作为有着巨大影响力的移动通信制式,GSM技术值得为其安排一个体面的退出方案,这个退出方案分为准备期以及实施期,在准备期需要为GSM的退网制定相应的策略以及时间表。

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参考文献
[1]  GSA: Global mobile Suppliers Association [EB/OL].  [2017-3-21]. https://www.gsacom.com 
[2] 2016年通信运营业统计公报[EB/OL].  [2017-3-21]. http://www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057511/n3057518/c5471292/content.html
[3] 2015年通信运营业统计公报[EB/OL].  [2017-3-21]. http://www.miit.gov.cn/n1146285/1146352/n3054355/n3057511/n3057518/c4609344/content.html
[4] 2014年通信运营业统计公报[EB/OL].  [2017-3-21]. http://www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057511/n3057518/c3337169/content.html
[5] 孙宇彤. TDMA空中接口技术[M].北京:人民邮电出版社,2003. 
[6] 孙宇彤.  魔高一尺道高一丈:谈谈如何克制伪基站[EB/OL].  [2017-3-21]. http://tech.sina.com.cn/zl/post/detail/t/2013-11-25/pid_8437422.htm
[7] 孙宇彤等. WCDMA无线网络实战指南[M].北京:电子工业出版社,2011.
[8] GSA.LTE SUBSCRIPTIONS TO 4Q 2016[EB/OL].[2017-3-21] .
https://gsacom.com/download.php?id=4617
[9] 陈志刚.全球GSM网络退市,中国怎么办?[EB/OL].[2015-6-19] .
http://www.cnii.com.cn/telecom/2015-06/19/content_1587613.htm
[10] 孙宇彤.中国移动:请准备GSM的华丽谢幕[EB/OL].[2012-5-30] .
http://www.pch.com.cn/bbs/dispbbs.asp?boardid=26&id=1685

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