摘要:
文章介紹了移動(dòng)通信的發(fā)展及其與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系,并以WCDMA為例,討論了第3代移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)融合的演進(jìn)過程。
關(guān)鍵詞:WCDMA;互聯(lián)網(wǎng);演進(jìn)
ABSTRACT:
Thepaperbrieflyreviewsthedevelopmentcoursesofmobilecommunications,a
nalyzestherelationbetweenmobilecommunicationandtheInternet,anddiscu
ssestheconvergenceprocessofmobilecommunicationandtheInternetwiththe
exampleofWCDMA.
KEYWORDS:
WCDMA;Internet;Evolution
1前言
互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)集,通過采用網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議(IP)在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行互聯(lián),解決了異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的互通互聯(lián)問題,實(shí)現(xiàn)了資源共享需求,自1994年產(chǎn)生后,即在隨后的商業(yè)化應(yīng)用中獲得巨大成功,同時(shí)直接導(dǎo)致了計(jì)算機(jī)網(wǎng)、電信網(wǎng)、電視網(wǎng)三網(wǎng)的融合和信息產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改組。因這種IP網(wǎng)能夠?qū)?yīng)用和基礎(chǔ)設(shè)施分開,開辟了如電子商務(wù)等基于Web的新數(shù)據(jù)應(yīng)用。隨著高性能路由器和DWDM技術(shù)的發(fā)展,以及QoS相關(guān)問題的解決,寬帶IP技術(shù)逐步成熟。從話音到視頻,從傳統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)到基于Web的新數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù),都可以在IP網(wǎng)上進(jìn)行,出現(xiàn)了EverythingonIP的局面,寬帶IP網(wǎng)將取代B-ISDN網(wǎng),提供多媒體綜合業(yè)務(wù)。
另一方面,移動(dòng)通信技術(shù)因具有移動(dòng)性、自由性、不受時(shí)間與地點(diǎn)限制等特性,正深刻改變著人們的生活和思維方式。移動(dòng)通信從第1代模擬式發(fā)展到第2代數(shù)字式以后,也開始了向提供綜合業(yè)務(wù)的第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)演化。如何將移動(dòng)通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)不受信息源和用戶訪問位置限制的同時(shí),以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)向用戶提供無(wú)處不在的個(gè)性化信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù),是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn),在軍事和商用領(lǐng)域都有著極大的應(yīng)用前景。
2移動(dòng)通信的發(fā)展與互聯(lián)網(wǎng)
第1代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)始于80年代,到90年代出現(xiàn)了第2代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)(2G)。第2代移動(dòng)通信系統(tǒng)包括GSM、IS95等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn),由于其話音清晰、漫游性能優(yōu)良、管理更加方便,加之移動(dòng)電話本身的小型化更加易于便攜等特點(diǎn),使網(wǎng)絡(luò)規(guī)模及用戶數(shù)量快速增長(zhǎng)。由于話務(wù)密度的不斷增長(zhǎng),第2代移動(dòng)通信有限的頻率資源已接近枯竭,移動(dòng)通信的進(jìn)一步發(fā)展迫切需求新的頻段,以及能夠更加有效利用頻譜的無(wú)線通信技術(shù)。
另一方面,第1代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)與第2代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)是語(yǔ)音業(yè)務(wù),相應(yīng)的核心網(wǎng)是基于電路交換的網(wǎng)絡(luò),由TDM線路承載著絕大部分的語(yǔ)音與低速率、以電路型為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。隨著網(wǎng)絡(luò)容量需求的不斷增加,TDM技術(shù)的高成本、設(shè)備的復(fù)雜性以及管理的不靈活性日益明顯,而且,TDM網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿足高速的基于分組的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的要求。以GPRS為代表的2.5G能夠提供無(wú)線數(shù)據(jù)應(yīng)用,其實(shí)現(xiàn)方法是在現(xiàn)有的基于電路交換的網(wǎng)絡(luò)旁增加一個(gè)平行的分組網(wǎng)絡(luò)。分立的線路交換語(yǔ)音網(wǎng)和分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)因技術(shù)不同,業(yè)務(wù)分離,各自的運(yùn)營(yíng)和網(wǎng)管系統(tǒng)因此也是分立的,運(yùn)營(yíng)商不得不同時(shí)支持兩個(gè)網(wǎng)絡(luò),產(chǎn)生了運(yùn)維成本高和網(wǎng)絡(luò)效率低等一系列問題。2.5G只是在原有無(wú)線技術(shù)和通信平臺(tái)上的改進(jìn),其業(yè)務(wù)速率的提高以及提供業(yè)務(wù)的靈活性等方面都受到很大限制,不能從根本上改變第2代無(wú)線通信系統(tǒng)以話音業(yè)務(wù)和低速電路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的局面。Internet業(yè)務(wù)對(duì)通信產(chǎn)生了巨大影響,也同樣深刻影響著移動(dòng)通信領(lǐng)域,移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)多媒體等將成為移動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)展的方向,多種多樣的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求有一個(gè)高數(shù)據(jù)速率和高帶寬的平臺(tái)。
更高比特?cái)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)和更好的頻譜利用率需求推動(dòng)了第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展。國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)在1996年將第3代網(wǎng)絡(luò)稱為IMT-2000,在歐洲稱為通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(UMTS),即俗稱的第3代移動(dòng)系統(tǒng)。第3代移動(dòng)系統(tǒng)的目標(biāo)是要建立一個(gè)全球移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn),打破第2代移動(dòng)通信系統(tǒng)國(guó)家和區(qū)域的界限,在全球統(tǒng)一使用共同的頻段和一致性的標(biāo)準(zhǔn),真正實(shí)現(xiàn)全球“無(wú)縫”漫游,成為全球范圍內(nèi)覆蓋和使用的系統(tǒng)。在業(yè)務(wù)方面,UMTS要求能夠提供比第2代系統(tǒng)更多、更新,包括分組數(shù)據(jù)和多媒體在內(nèi)的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);能夠按需提供帶寬,支持各種不同數(shù)據(jù)吞吐量、不同速率的業(yè)務(wù);能夠從第2代系統(tǒng)平滑演進(jìn);能夠與不同網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)互通;能夠向用戶提供大覆蓋、“無(wú)縫”漫游和業(yè)務(wù)一致性等等。
互聯(lián)網(wǎng)是建立在IP協(xié)議基礎(chǔ)上的全球性虛擬網(wǎng)絡(luò),因用戶不用關(guān)心特性各異的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和路由等細(xì)節(jié)而共享全球資源,獲得了商業(yè)化的巨大成功而得到迅速普及。移動(dòng)通信實(shí)現(xiàn)資源與信息的共享,以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)大融合是無(wú)可爭(zhēng)議的必然趨勢(shì)。IP組網(wǎng)具有各種網(wǎng)絡(luò)硬件廣泛適應(yīng)所必需的靈活性,易實(shí)現(xiàn)即插即拔,既適合于高速分組數(shù)據(jù)的傳輸,又適合于低速分組數(shù)據(jù)的傳輸;既可使用無(wú)線電通信的無(wú)線網(wǎng)絡(luò),也可使用導(dǎo)線、光纜通信的有線網(wǎng)絡(luò),同時(shí)VoIP使分組交換也可以傳送實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。目前幾大公用網(wǎng)絡(luò),如基于SS7的PSTN、基于ATM的ISDN、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的PLMN等,發(fā)展趨勢(shì)都是和互聯(lián)骨干網(wǎng)Internet相融合,無(wú)線接入網(wǎng)也必然將融入互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)將充分發(fā)揮固定互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì),把鎖定在一個(gè)個(gè)固定站點(diǎn)中的信息釋放到時(shí)空中去,每一個(gè)活動(dòng)的個(gè)體都成了移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),隨時(shí)隨地獲取所需信息?;谝苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開展各種業(yè)務(wù),在個(gè)性化、實(shí)用化,以及時(shí)間和位置的高度靈活性上體現(xiàn)優(yōu)勢(shì),這些獨(dú)具魅力的特征將引發(fā)巨大的市場(chǎng)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)將創(chuàng)造一種全新的個(gè)性化服務(wù)理念和商業(yè)運(yùn)作模式,對(duì)于不同用戶群體和個(gè)人的不同愛好和需求,為他們量身定制出多種差異化的信息,并通過不受時(shí)空、地域限制的渠道,隨時(shí)隨地傳送給用戶。終端用戶可以自由自在地控制所享受服務(wù)的內(nèi)容、時(shí)間和方式等。移動(dòng)通信技術(shù)本身具有的安全和保密性能與互聯(lián)網(wǎng)上的電子簽名、認(rèn)證等安全協(xié)議相結(jié)合,為用戶提供服務(wù)的安全性保證。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)可以在最大程度上實(shí)現(xiàn)社會(huì)資源更自由、更大范圍的調(diào)配和更快速、更便捷的流通,從而影響和改變著財(cái)富增長(zhǎng)的速度和分配的方式。這種變化所釋放出來(lái)的巨大能量必將影響未來(lái)信息社會(huì)人們數(shù)字化生活中方方面面的需求,進(jìn)而滾雪球般地創(chuàng)造出越來(lái)越多的機(jī)會(huì)和財(cái)富。
3第3代移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合過程
第3代移動(dòng)通信以碼分多址(CDMA)技術(shù)為核心,主要技術(shù)體制分為WCDMA、TD-SCDMA和cdma2000,其中WCDMA和cdma2000采用頻分雙工(FDD)的工作方式,TD-SCDMA采用時(shí)分雙工(TDD)工作方式。WCDMA、TD-SCDMA的開發(fā)和維護(hù)規(guī)范由3GPP負(fù)責(zé),cdma2000的開發(fā)和維護(hù)規(guī)范由3GPP2負(fù)責(zé)。本文以WCDMA系統(tǒng)為例描述移動(dòng)通信系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合過程。
WCDMA是在GSM基礎(chǔ)上向3G演進(jìn)的,UMTS是采用WCDMA空中接口的第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)。從功能上,UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)(UTRAN)可分為無(wú)線接入網(wǎng)(RAN)和核心網(wǎng)絡(luò)(CN)兩部分。其中,RAN用于處理所有與無(wú)線有關(guān)的功能,而CN處理UMTS系統(tǒng)內(nèi)所有話音呼叫和數(shù)據(jù)連接與外部網(wǎng)絡(luò)的交換與路由。RAN、CN與用戶設(shè)備(UE)一起構(gòu)成整個(gè)UMTS系統(tǒng),即UMTS系統(tǒng)在移動(dòng)用戶接入公共電話網(wǎng)之前,通常采用CN、RAN、UE這3級(jí)組網(wǎng)方式。RAN包含一個(gè)或幾個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(RNS),一個(gè)RNS由一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)和一個(gè)或多個(gè)NodeB(節(jié)點(diǎn)B)組成。RNC負(fù)責(zé)分配和控制與之相連或相關(guān)的NodeB的無(wú)線資源。NodeB完成和用戶設(shè)備間空中接口和與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器接口間的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換,同時(shí)也參與一部分無(wú)線資源管理。UTRAN結(jié)構(gòu)如圖1所示。
無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)UTRAN需要發(fā)展成為全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)——IP-UTRAN,用IP技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間互聯(lián)。但I(xiàn)P-UTRAN的實(shí)現(xiàn)不僅僅與RAN的發(fā)展有關(guān),也與整個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)展有關(guān)。同時(shí)UTRAN的演進(jìn)也必須考慮第2代移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)擁有龐大基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和眾多用戶的現(xiàn)實(shí)情況,必然是一個(gè)分階段、逐步遞進(jìn)的過程。
3GPP標(biāo)準(zhǔn)的制訂與3G的演進(jìn)過程相對(duì)應(yīng),分為3GPPR99標(biāo)準(zhǔn)、R4和R5這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn),其中R4和R5標(biāo)準(zhǔn)合稱為R00。目前3GPPR99和R4標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)確定,R5標(biāo)準(zhǔn)正在完善之中。
3GPPR99標(biāo)準(zhǔn)是在2.5代移動(dòng)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上向IP-UTRAN過渡的階段。該階段需考慮與第2代系統(tǒng)的互聯(lián)和兼容,以實(shí)現(xiàn)兩大系統(tǒng)并存時(shí)的綜合利用,同時(shí)需注意3G業(yè)務(wù)的平滑演進(jìn)。過渡階段的主要目標(biāo)是提高傳輸速率,提高頻譜效率,提供一般的多媒體業(yè)務(wù)。3GPPR99標(biāo)準(zhǔn)以ATM技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò),采用ATM交換機(jī)構(gòu)成核心交換和傳輸網(wǎng)絡(luò),類似移動(dòng)的B-ISDN概念,通過路由器可接入因特網(wǎng)。UTRAN和UE相對(duì)GSM采用全新的協(xié)議構(gòu)成,其設(shè)計(jì)基于WCDMA無(wú)線技術(shù),即引入了一個(gè)新的無(wú)線接入系統(tǒng),在無(wú)線接口使用新的頻段和新的傳輸技術(shù),而CN側(cè)則新增第3代語(yǔ)音/數(shù)據(jù)一體化平臺(tái)——UMSC(相當(dāng)于原MSC/VLR、SGSN功能),構(gòu)建疊加3G網(wǎng)絡(luò),在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施方面充分利用現(xiàn)有GSM的HLR/AUC/EIR以及GMSC、GGSN等,并沿用移動(dòng)信令網(wǎng)。
R4規(guī)范是一個(gè)中間過渡階段,在R4規(guī)范中,無(wú)線接入網(wǎng)部分不會(huì)引進(jìn)新的功能實(shí)體,RNC和NodeB實(shí)體的功能劃分也不發(fā)生改變。R4版本在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層上,主要支持RTT增強(qiáng)特性和優(yōu)化無(wú)線資源管理;在傳輸網(wǎng)絡(luò)層,仍采用ATM技術(shù)。R4版本注重了CS域的分組化和網(wǎng)元的分立化,目的是便于各網(wǎng)元的獨(dú)立演進(jìn)和簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò),提高效率,增強(qiáng)可擴(kuò)展性。
R99、R4標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2,其中:STP為信令轉(zhuǎn)接點(diǎn);HLR/AUC是管理移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)中心和PLMN的鑒權(quán)中心;EIR是設(shè)備標(biāo)識(shí)寄存器;SC是短消息服務(wù)中心;HLR/AUC/EIR/SC都通過移動(dòng)信令網(wǎng)SS7實(shí)現(xiàn)其功能;NMS為網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),用于對(duì)所有實(shí)體進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù);GMSC為網(wǎng)關(guān)MSC,疏通固定用戶到移動(dòng)用戶的通信業(yè)務(wù);UMSC為語(yǔ)音/數(shù)據(jù)一體化平臺(tái),可從GPRS的SGSN設(shè)備升級(jí)而來(lái),支持GSM的A、Gb接口和3G的IuCS、IuPS接口。
在R5標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的IP-UTRAN實(shí)現(xiàn)階段,傳統(tǒng)意義的移動(dòng)網(wǎng)將僅局限在無(wú)線接入網(wǎng)側(cè)(3GRAN、GSMBSS),而核心網(wǎng)與IP網(wǎng)合一,它是一個(gè)基于分組交換的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò),語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、多媒體信息都是在同一IP承載網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸,同一IP承載網(wǎng)絡(luò)可以提供實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),也可以提供非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。在全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)中,由IP網(wǎng)絡(luò)來(lái)承載數(shù)據(jù)與信令,全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)將由基于IP的信令替代傳統(tǒng)的No.7信令。在IP網(wǎng)絡(luò)之上構(gòu)建邏輯獨(dú)立的信令處理服務(wù)器處理控制信令(相當(dāng)于MSC/SGSN的信令處理功能),業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器處理業(yè)務(wù),從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)/控制/交換的邏輯分離。R5標(biāo)準(zhǔn)制訂工作也在加緊進(jìn)行,但目前只提出了一個(gè)未來(lái)IP化網(wǎng)絡(luò)的框架,許多細(xì)節(jié)尚待明確。IP-UTRAN的最終實(shí)現(xiàn)需要進(jìn)行以下幾個(gè)方面的研究:
(1)IP-UTRAN中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演進(jìn)
●各節(jié)點(diǎn)直接掛到IP網(wǎng)絡(luò)上;
●各節(jié)點(diǎn)功能的重新分配;
●作為局域接入網(wǎng),IP-UTRAN怎樣接入骨干網(wǎng)。
(2)IP-UTRAN空中接口解決方案
●本地移動(dòng)性解決方案的研究;
●尋址結(jié)構(gòu);
●無(wú)線接口的連接是否可作為本地的鏈路連接,而不是網(wǎng)絡(luò)連接;
●高速分組數(shù)據(jù)向低速分組數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。
(3)有線傳輸部分需要解決的問題
●IPoverATM的研究;
●IPQoS的研究;
●IP傳輸實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的研究。
(4)IP-UTRAN中控制部分的研究
不同的業(yè)務(wù)有不同的呼叫控制,是否可以將它們整合為一,如PSTN、
VoIP、ISDN、PLMN中的呼叫控制。
(5)IP-UTRAN中安全性的研究
(6)IP-UTRAN中維護(hù)管理和計(jì)費(fèi)業(yè)務(wù)研究
由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)尋址的變化,管理及計(jì)費(fèi)問題也是研究的一個(gè)方面。隨著各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)的成熟,在IP上實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)的統(tǒng)一傳輸,移動(dòng)網(wǎng)最終將和互聯(lián)網(wǎng)融為一體,如圖3所示。
4結(jié)束語(yǔ)
移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)作為邁向信息社會(huì)的兩個(gè)重要標(biāo)志,分別對(duì)應(yīng)著對(duì)大量信息資源的有效訪問和隨處漫游的個(gè)人通信,二者相融合將產(chǎn)生新的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng),使人類真正進(jìn)入信息化社會(huì)和數(shù)字化經(jīng)濟(jì)生活時(shí)代。同時(shí)我們也必須認(rèn)識(shí)到,移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)的融合過程才剛剛開始,還有很多問題有待解決,并且市場(chǎng)新的需求還會(huì)帶來(lái)新的問題,這些問題的徹底解決需要繼續(xù)進(jìn)行第4、第5代移動(dòng)通信技術(shù)的研究。國(guó)內(nèi)廠商要抓住機(jī)會(huì),在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)上取得成功,就必須正視問題,進(jìn)一步加大研發(fā)力量,進(jìn)一步提高設(shè)備的技術(shù)含量,提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
參考文獻(xiàn)
1吳更石,楊平.第三代移動(dòng)通信技術(shù)的現(xiàn)狀和展望.電信科學(xué),2001,17(4):28—31
2孫立新,尤肖虎,張萍.第三代移動(dòng)通信技術(shù).北京:人民郵電出版社,2000
33GPPTS25.401.UTRANOverallDescription
43GPPTR25.933.IPTransportinUTRANWorkTaskTechnicalReport
(收稿日期:2001-12-12)
作者簡(jiǎn)介
儲(chǔ)林波,深圳市中興通訊股份有限公司移動(dòng)事業(yè)部系統(tǒng)部工程師,博士。畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)。主要從事智能技術(shù)、3G項(xiàng)目的系統(tǒng)研究等工作。
劉淑霞,深圳市中興通訊股份有限公司移動(dòng)事業(yè)部開發(fā)部工程師,博士。畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)。主要從事智能技術(shù)、3G項(xiàng)目的系統(tǒng)研究等工作。
黃勝華,深圳市中興通訊股份有限公司移動(dòng)事業(yè)部系統(tǒng)部工程師,博士。畢業(yè)于東南大學(xué)。目前主要從事3G項(xiàng)目的系統(tǒng)研究、標(biāo)準(zhǔn)跟蹤及關(guān)鍵算法的研究工作。