3G與無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)聯(lián)合組網(wǎng)及漫游技術(shù)分析

甘 翼， 王國(guó)慶， 劉 筱， 賈 坤

0 引言

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)迅速發(fā)展，截止2011年底，全國(guó)移動(dòng)通信用戶(hù)總數(shù)已超過(guò)10億。在世界其他地區(qū)，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)同樣保持著比較快的發(fā)展速度，截止2011年6月，全球移動(dòng)通信用戶(hù)已突破56億大關(guān)。其中約90%以上的用戶(hù)主要使用第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)：2G，主要包括 GSM/CDMA95）[1]。

盡管 2G系統(tǒng)在過(guò)去二十年間取得了巨大的成功，但由于其系統(tǒng)帶寬受限、編碼和調(diào)制方式相對(duì)落后，主要針對(duì)傳統(tǒng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)，即使經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)（GPRS）和增強(qiáng)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（EDGE）在數(shù)據(jù)傳輸率上還是受到了較大的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)率移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)。另一方面，隨著移動(dòng)用戶(hù)的持續(xù)增加，2G系統(tǒng)已不堪重負(fù)。以中國(guó)為例，截止2011年底的2G系統(tǒng)平均呼損率已由2000年初的5%上升到15%左右。因此，中國(guó)從2008年開(kāi)始實(shí)驗(yàn)性推廣第三代移動(dòng)通信網(wǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)：3G），截止2011年底，中國(guó)3G用戶(hù)已達(dá)到3 800余萬(wàn)，全球3G用戶(hù)已突破5億。

同時(shí)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們對(duì)移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)交互（如：實(shí)時(shí)的網(wǎng)上購(gòu)物、信息查詢(xún)、低成本視頻聊天和大容量郵件傳輸?shù)龋┑男枨笕找嬖黾?，擁有巨大可用?shù)據(jù)帶寬優(yōu)勢(shì)和接入方便優(yōu)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)業(yè)務(wù)在全球也得到了廣泛的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2011年底，中國(guó)運(yùn)營(yíng)商級(jí)WLAN用戶(hù)已超過(guò)6500萬(wàn)，全球運(yùn)營(yíng)商級(jí)WLAN用戶(hù)已超過(guò)7億[2]。

綜上所述，在未來(lái) 5～10年內(nèi)，3G網(wǎng)絡(luò)和WLAN將成為人們信息化生活中最重要的無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信和信息交互手段之一。

1 3G和WLAN特點(diǎn)及組網(wǎng)漫游方式簡(jiǎn)介

3G技術(shù)和系統(tǒng)由國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）于上世紀(jì)末提出，最先提出時(shí)的主要目的是建立全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、支持寬帶數(shù)據(jù)交互、具備更大的用戶(hù)容量和利用各種資源管理和分配算法提高單位頻譜資源利用率。由于各國(guó)政府和運(yùn)營(yíng)商的壓力，最終未能形成全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而按上下行信道頻分復(fù)用（FDD）和上下行信道時(shí)分復(fù)用（TDD）分為了兩大類(lèi)系統(tǒng)和技術(shù)，現(xiàn)投入商用的3G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和技術(shù)主要有3種：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。

上述3種技術(shù)都具備了國(guó)際電聯(lián)最初提出的3G技術(shù)應(yīng)擁有的較大數(shù)據(jù)傳輸率、更大用戶(hù)容量和更高頻譜利用率的要求。在核心網(wǎng)、越區(qū)切換和數(shù)據(jù)交互等方面雖采用了不同的技術(shù)且有較大差別，但從使用者層面來(lái)看差別不大，且使用的頻段均在1.8～2.2 GHz頻段范圍內(nèi)。

3G系統(tǒng)繼承了2G系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，具有接通率較高、移動(dòng)中和越區(qū)時(shí)無(wú)縫切換、已接通用戶(hù)的通信質(zhì)量基本不受實(shí)時(shí)用戶(hù)通信數(shù)量增加影響的優(yōu)點(diǎn)。除此之外，3G系統(tǒng)用戶(hù)實(shí)際最高數(shù)據(jù)交換率可達(dá)1 Mb/s以上，遠(yuǎn)高于2G系統(tǒng)，可以進(jìn)行一定分辨率的視頻通話(huà)。但由于 3G系統(tǒng)帶寬依然受限，在中國(guó)其可用帶寬一般在30 MHz左右，且一個(gè)小區(qū)覆蓋范圍較大，小區(qū)內(nèi)的用戶(hù)容納數(shù)量多。同時(shí)，為保證基本的窄帶語(yǔ)音及視頻通話(huà)質(zhì)量，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)所占用帶寬則更小，從運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來(lái)看，一般用于分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的帶寬不大于10 MHz，可承載的有效數(shù)據(jù)傳輸率受限。另一方面，即使分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也必須進(jìn)入移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）才能接入國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)，多個(gè)小區(qū)基站則必須通過(guò)微波中繼或電纜中繼的方式與MSC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，這也限制了通過(guò)3G系統(tǒng)完成大數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)傳輸。

3G系統(tǒng)在組網(wǎng)和漫游方式上基本沿用了2G系統(tǒng)的方式，如圖1和圖2所示（圖1中，MSS：移動(dòng)終端；MSC：移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心；BS：小區(qū)基站；AMC：移動(dòng)控制及主交換中心。圖2中，VLR：來(lái)訪區(qū)位置寄存器；HLR：歸屬區(qū)位置寄存器；CCITT No.7：7號(hào)信令網(wǎng)）。

圖1 3G系統(tǒng)組網(wǎng)示意

圖2 3G系統(tǒng)漫游示意

綜上所述，3G系統(tǒng)依然保持著移動(dòng)通信系統(tǒng)在移動(dòng)實(shí)時(shí)不間斷語(yǔ)音通話(huà)方面的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了視頻通話(huà)業(yè)務(wù)。分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)雖然較2G系統(tǒng)有所發(fā)展，但較電信級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)有效數(shù)據(jù)傳輸率還有較大差距[3]。

WLAN從本世紀(jì)初開(kāi)始快速發(fā)展，有效數(shù)據(jù)傳輸率從2 Mb/s（IEEE802.11b）發(fā)展到現(xiàn)在的600 Mb/s（IEEE802.11n），設(shè)計(jì)之初主要在難于布線(xiàn)的地方作為有線(xiàn)以太網(wǎng)的補(bǔ)充。隨著人們對(duì)寬帶移動(dòng)上網(wǎng)需求的日益增加，以及無(wú)線(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展，WLAN已經(jīng)發(fā)展成為最重要的無(wú)線(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)傳輸手段，在IEEE和ITU的計(jì)劃中，預(yù)計(jì)2012年底將發(fā)布的IEEE802.11x（正式發(fā)布后，x將被其他未用字母替代）將正式納入3G及后續(xù)4G可行技術(shù)，并考慮和長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)（LTE）的兼容問(wèn)題。

WLAN具有架設(shè)簡(jiǎn)單、控制方便（設(shè)置出口IP后，可直接通過(guò)有線(xiàn)以太網(wǎng)接入或通過(guò)網(wǎng)橋的方式中繼接入，無(wú)需MSC介入）、工作頻段較寬（2402～2485 MHz）、頻率復(fù)用性好（微小區(qū)和微微小區(qū)架設(shè)方式）、有效傳輸速率高以及資費(fèi)極低（與普通寬帶網(wǎng)收費(fèi)一致）的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于WLAN協(xié)議架構(gòu)并不是為實(shí)時(shí)移動(dòng)通信而建立的，因此在小區(qū)切換時(shí)會(huì)出現(xiàn)先斷再聯(lián)的情況，對(duì)于移動(dòng)中的持續(xù)語(yǔ)音和視頻通信影響較大；高速移動(dòng)中受多徑快速變化引起的碼間串?dāng)_影響，穩(wěn)定通信能力較差。而且，由于 WLAN在 MAC子層采用沖突避免載波偵聽(tīng)(CSMA/CA)技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)信道資源的共享，在用戶(hù)量較大的情況下，增加使用者會(huì)加大碰撞開(kāi)銷(xiāo)，嚴(yán)重影響有效數(shù)據(jù)傳輸率。另一方面，WLAN采用寬帶調(diào)制技術(shù)，解調(diào)信噪比需求較高，且發(fā)射功率較小，因此覆蓋范圍較小，移動(dòng)中小區(qū)切換頻繁。

WLAN組網(wǎng)和漫游方式如圖3和圖4所示。

圖3 WLAN組網(wǎng)示意

圖4 WLAN越區(qū)切換示意

綜上所述，WLAN在實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸率和使用資費(fèi)上相比 3G系統(tǒng)有著極大的優(yōu)勢(shì)，但是在高速移動(dòng)狀態(tài)下的穩(wěn)定通信能力以及小區(qū)切換管理方面較3G也有著較大劣勢(shì)。因此，針對(duì)不同業(yè)務(wù)類(lèi)型和區(qū)域，結(jié)合3G系統(tǒng)和WLAN的優(yōu)點(diǎn)和互補(bǔ)性，研究?jī)烧呗?lián)合組網(wǎng)和切換漫游的優(yōu)點(diǎn)和可行性，在未來(lái)利用有限的頻譜資源最大效率的完成各類(lèi)通信業(yè)務(wù)，對(duì)于降低運(yùn)營(yíng)成本、增加用戶(hù)量和擴(kuò)展業(yè)務(wù)種類(lèi)都有著較大的益處。

2 3G和WLAN聯(lián)合組網(wǎng)漫游的優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)代智能手機(jī)大多數(shù)已經(jīng)集成了 3G信號(hào)及WLAN信號(hào)收發(fā)功能，但沒(méi)有聯(lián)合使用，在用戶(hù)使用WLAN時(shí)，需打開(kāi)WLAN功能并查找周?chē)臒o(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)（AP），選擇其中一個(gè)按關(guān)聯(lián)認(rèn)證流程接入，若離開(kāi)該網(wǎng)絡(luò)范圍，手機(jī)沒(méi)有能力自動(dòng)連接到下一個(gè)合法的WLAN網(wǎng)絡(luò)中，除非該網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)名（BSSID）與上一個(gè)AP一致，且加密密鑰和算法一致。由于缺乏智能切換功能，大多數(shù)不太了解WLAN使用方法的用戶(hù)，即使在覆蓋WLAN信號(hào)的地方，依然使用3G或2G信號(hào)完成數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，造成用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)使用資費(fèi)增加，在現(xiàn)行資費(fèi)條件下，使用3G系統(tǒng)進(jìn)行海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁M(fèi)用大約是利用 WLAN系統(tǒng)的5～10倍；另外，利用3G業(yè)務(wù)信道在常規(guī)業(yè)務(wù)量較大的中心商業(yè)區(qū)或行政區(qū)完成數(shù)據(jù)傳輸，占據(jù)了寶貴的 3G頻譜信道資源，使其不能用于傳統(tǒng)語(yǔ)音或視頻通話(huà)業(yè)務(wù)，同時(shí)空置了WLAN頻譜資源，也造成了運(yùn)營(yíng)商運(yùn)營(yíng)成本的提高[4-5]。

綜上所述，3G系統(tǒng)若和WLAN聯(lián)合組網(wǎng)，將使未來(lái)無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)相比現(xiàn)在具備以下5大優(yōu)勢(shì)：

1）根據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)型進(jìn)行通信鏈路分配，均衡頻譜資源、提高頻譜利用率。

在3G和WLAN雙信號(hào)覆蓋區(qū)，當(dāng)用戶(hù)進(jìn)行傳統(tǒng)語(yǔ)音或視頻實(shí)時(shí)通信時(shí)，使用 3G信道；當(dāng)用戶(hù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)量信息傳輸或在慢速移動(dòng)（含不移動(dòng)）情況下進(jìn)行視頻聊天和其他網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)時(shí)可使用WLAN信道。

2）有效降低WLAN覆蓋區(qū)域的MSC/AMC數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載。

通過(guò) WLAN系統(tǒng)接入的用戶(hù)將直接通過(guò)本地路由器或無(wú)線(xiàn)中繼直接進(jìn)入國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)，無(wú)需通過(guò)MSC/AMC進(jìn)行移動(dòng)通信網(wǎng)與主干網(wǎng)之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

3）有效提高接通率和低可靠性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸效率。

占據(jù)傳輸信道較多帶寬較大的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)從WLAN傳輸后，3G信道將主要用于傳統(tǒng)語(yǔ)音和視頻通話(huà)，呼損率將下降。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過(guò)大帶寬WLAN傳輸，傳輸效率也將顯著提高。

4）顯著降低用戶(hù)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用資費(fèi)。

5）利用3G和WLAN覆蓋范圍的差別實(shí)現(xiàn)高層、大縱深樓房補(bǔ)盲覆蓋。

WLAN的AP在具備光纖或同軸電纜的樓房?jī)?nèi)可廣泛布置，并就近接入有線(xiàn)網(wǎng)，不需要額外的中繼器或放大器對(duì)室外傳入 3G信號(hào)進(jìn)行中繼完成室內(nèi)覆蓋。

3 聯(lián)合組網(wǎng)及各類(lèi)業(yè)務(wù)漫游可行性分析

由圖 1所示，3G系統(tǒng)所有業(yè)務(wù)交換均需通過(guò)MSC，而和電信主干網(wǎng)交互還需經(jīng)過(guò)更高一級(jí)的AMC；WLAN的AP一般連接在主干網(wǎng)分支有線(xiàn)鏈路上，如圖2所示。因此，在MSC/AMC管轄區(qū)域范圍內(nèi)的 WLAN無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)（AP）可直接通過(guò)主干網(wǎng)與MSC/AMC通信，接受MSC/AMC控制和管理，并和3G基站實(shí)時(shí)交換相關(guān)業(yè)務(wù)信息。MSC/AMC通過(guò)簡(jiǎn)單修改管理軟件，增加VLR和HLR寄存器對(duì)WLAN接入方式的管理，增加延遲檢測(cè)算法，修改越區(qū)切換算法即可實(shí)現(xiàn)聯(lián)合組網(wǎng)。若未來(lái)用于移動(dòng)終端的3G和WLAN雙模芯片能夠?qū)崿F(xiàn)控制命令實(shí)時(shí)交互，包括 3G芯片能夠?qū)⒈４娴氖謾C(jī)號(hào)碼、PIN碼（作為WLAN認(rèn)證密碼）通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)傳給WLAN模塊?；谠撔酒墓碳臀⒅噶钅軌蛟诰W(wǎng)絡(luò)切換時(shí)支持物理鏈路層的變化而不影響網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層協(xié)議和數(shù)據(jù)，那么只用通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切換軟件根據(jù)雙模移動(dòng)終端收到的信號(hào)和執(zhí)行的業(yè)務(wù)，實(shí)時(shí)切換網(wǎng)絡(luò)[6]。當(dāng)用戶(hù)使用到訪移動(dòng)區(qū)WLAN時(shí)，可根據(jù)其登錄手機(jī)號(hào)與 WLAN本地服務(wù)器或該區(qū)域MSC的VLR內(nèi)的號(hào)碼對(duì)比，確認(rèn)該手機(jī)是否漫游。

綜上所述，3G系統(tǒng)和WLAN聯(lián)合組網(wǎng)是具備實(shí)現(xiàn)可行性的。但是對(duì)于各種不同業(yè)務(wù)，由于可靠性和實(shí)時(shí)性要求不同，因此并不是所有業(yè)務(wù)都支持3G和WLAN的網(wǎng)間切換及漫游，下面將詳細(xì)介紹幾種主要業(yè)務(wù)的可行性。

（1）移動(dòng)語(yǔ)音與視頻通話(huà)業(yè)務(wù)

移動(dòng)語(yǔ)音與視頻通話(huà)業(yè)務(wù)為移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)，其最主要的特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性、可靠性和移動(dòng)中特別是越區(qū)切換時(shí)的通話(huà)聯(lián)系性。因此，該業(yè)務(wù)一般采用傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)專(zhuān)用通話(huà)業(yè)務(wù)信道完成，且上下行信道分離；當(dāng)越區(qū)切換時(shí)，采用接力切換、軟切換和頻間切換等方式保證通話(huà)連續(xù)性[7]。

切換到WLAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于WLAN只有數(shù)據(jù)信道，所有語(yǔ)音及視頻通話(huà)也必須通過(guò)數(shù)據(jù)信道經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，相對(duì) 3G系統(tǒng)專(zhuān)用的業(yè)務(wù)信道延遲較大且可靠性較差，同時(shí)在網(wǎng)間切換時(shí)通信軟件也必須更換，需從 3G系統(tǒng)的移動(dòng)通信專(zhuān)用音視頻調(diào)制解調(diào)軟件更換成Skype或類(lèi)似的網(wǎng)絡(luò)電話(huà)軟件，做到連續(xù)通話(huà)保證的可能性較小。

另一方面，WLAN采用寬帶調(diào)制，城市移動(dòng)環(huán)境多徑造成的碼間串?dāng)_影響較大，很難保證4級(jí)（較好的通話(huà)質(zhì)量）或以上通信質(zhì)量。

由此可知，從業(yè)務(wù)能力上講，移動(dòng)語(yǔ)音和視頻通話(huà)業(yè)務(wù)在WLAN和3G網(wǎng)間切換難度較大且服務(wù)質(zhì)量等級(jí)不能保證，可行性較小。

（2）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括網(wǎng)絡(luò)電話(huà)業(yè)務(wù)（含網(wǎng)絡(luò)視頻交互）、基本互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)增值業(yè)務(wù)。移動(dòng)通信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)除了物理層信號(hào)從無(wú)線(xiàn)口接入外，就業(yè)務(wù)服務(wù)類(lèi)型而言和傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)類(lèi)似，主要針對(duì)大數(shù)量、準(zhǔn)實(shí)時(shí)和可靠性相對(duì)較低的用戶(hù)數(shù)據(jù)交互需求。

3G系統(tǒng)主要通過(guò)信道分配機(jī)制在業(yè)務(wù)信道上將未使用的信道組合起來(lái)形成一個(gè)帶寬5～10 MHz專(zhuān)用分組數(shù)據(jù)信道，完成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的執(zhí)行。在話(huà)務(wù)量極大的中心商業(yè)區(qū)或行政區(qū)，使用 3G系統(tǒng)業(yè)務(wù)信道完成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)執(zhí)行將比較嚴(yán)重的影響傳統(tǒng)通話(huà)業(yè)務(wù)的接通率，若保證接通率則數(shù)據(jù)傳輸效率又較低。因此，為保證傳統(tǒng)業(yè)務(wù)正常運(yùn)行，一般情況下運(yùn)營(yíng)商在 3G系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)按流量計(jì)費(fèi)，以控制使用3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶(hù)和總流量。

現(xiàn)在，隨著“無(wú)線(xiàn)城市”計(jì)劃的推廣，中心商業(yè)區(qū)和行政區(qū)開(kāi)始逐步覆蓋 WLAN，但WLAN和3G還處于分別組網(wǎng)的運(yùn)行模式。從數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用來(lái)看，主要是基于網(wǎng)絡(luò)層以上的網(wǎng)頁(yè)瀏覽、文件數(shù)據(jù)下載以及長(zhǎng)時(shí)間屬于某一小范圍移動(dòng)或固定的視頻聊天及網(wǎng)絡(luò)電視收看等附加需求，上述業(yè)務(wù)需求對(duì)可靠性、實(shí)時(shí)性和持續(xù)性要求相對(duì)較低，且快速移動(dòng)可能性較小，使用區(qū)域在一段時(shí)間內(nèi)相對(duì)固定。另一方面，底層硬件相對(duì)上述基于應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)軟件透明，即使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生切換，在用戶(hù)操作層面無(wú)需做任何處理，除在切換時(shí)間窗內(nèi)的一小段時(shí)間中斷外，其余時(shí)刻均可正常運(yùn)行，且該小段時(shí)間中斷可通過(guò)軟件的延遲緩沖機(jī)制使用戶(hù)使用層面無(wú)法或基本感受不到網(wǎng)絡(luò)的切換。

在切換過(guò)程中，雙模芯片并不用切斷和3G系統(tǒng)的聯(lián)系，當(dāng)發(fā)現(xiàn)執(zhí)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，區(qū)域內(nèi)存在該運(yùn)營(yíng)商的 WLAN信號(hào)且信號(hào)質(zhì)量超過(guò)一定門(mén)限值時(shí)，該業(yè)務(wù)使用物理信道直接切換到WLAN信道，并釋放3G數(shù)據(jù)信道。

因此，在執(zhí)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，實(shí)現(xiàn)3G和WLAN網(wǎng)間切換和漫游具備較大可行性。

4 實(shí)現(xiàn)方案

3G和WLAN聯(lián)合組網(wǎng)如圖5所示。

聯(lián)合組網(wǎng)時(shí)，3G系統(tǒng)AMC/MSC在原有VLR和HLR記錄本地用戶(hù)和來(lái)訪用戶(hù)的基礎(chǔ)上，增加互聯(lián)網(wǎng)接口和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)寄存器，管理通過(guò)WLAN開(kāi)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)器和移動(dòng)終端?；ヂ?lián)網(wǎng)服務(wù)器管理其控制范圍內(nèi)的多個(gè)AP以及接入終端認(rèn)證和通信。服務(wù)器根據(jù)所在區(qū)域和各級(jí)電纜鋪設(shè)的規(guī)劃，可與MSC架設(shè)與同一級(jí)鏈路、直接架構(gòu)在主干網(wǎng)光纖鏈路或有線(xiàn)支線(xiàn)鏈路上，接受區(qū)域AMC/MSC統(tǒng)一管理，實(shí)時(shí)向AMC/MSC回報(bào)業(yè)務(wù)負(fù)載、接入管理、用戶(hù)信息和運(yùn)行狀態(tài)等相關(guān)信息。

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的網(wǎng)間切換與漫游如圖6所示。整個(gè)切換和漫游過(guò)程由3G與WLAN系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和移動(dòng)終端協(xié)作完成（圖6中，①切換過(guò)程中移動(dòng)終端與 3G基站之間由業(yè)務(wù)信道占用切換為待機(jī)狀態(tài)，終端WLAN由搜索切換為認(rèn)證和業(yè)務(wù)開(kāi)展?fàn)顟B(tài)；②3G間越區(qū)切換遵循移動(dòng)通信相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；③WLAN間切換同樣遵循WLAN越區(qū)切換相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)）。

圖5 3G與WLAN聯(lián)合組網(wǎng)示意

圖6 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換示意

（1）3G與WLAN系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

當(dāng)移動(dòng)終端向AP發(fā)起認(rèn)證時(shí)，AP從互聯(lián)網(wǎng)本地服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)或通過(guò)該服務(wù)器從 MSC/AMC中獲取手機(jī)號(hào)碼和對(duì)應(yīng) PIN碼與用戶(hù)認(rèn)證手機(jī)號(hào)碼及作為認(rèn)證密碼的PIN碼進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)用戶(hù)的合法性，并提供相關(guān)服務(wù)。服務(wù)器還需對(duì)AP收到的用戶(hù)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行持續(xù)檢測(cè)，當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)用戶(hù)信號(hào)連續(xù)低于有效聯(lián)接門(mén)限值時(shí)，通知用戶(hù)切斷連接并告知MSC/AMC用戶(hù)WLAN連接中斷，將恢復(fù)3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并報(bào)告用戶(hù)所在大致區(qū)域。AMC通知管理該區(qū)域的MSC，由MSC確定該用戶(hù)范圍內(nèi)的基站，由該基站通過(guò)查詢(xún)?cè)摃r(shí)間范圍內(nèi)的尋呼信號(hào)和終端應(yīng)答信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，確認(rèn)終端所在區(qū)域，然后準(zhǔn)備響應(yīng)移動(dòng)用戶(hù)的3G業(yè)務(wù)請(qǐng)求，隨時(shí)恢復(fù)其3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

若該移動(dòng)終端為漫游來(lái)訪終端，在其通過(guò)WLAN進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，可同樣通過(guò)手機(jī)號(hào)碼和PIN碼對(duì)比確認(rèn)其所在地，并將其業(yè)務(wù)使用明細(xì)及資費(fèi)通過(guò)AMC及WLAN所在地計(jì)費(fèi)中心經(jīng)主干網(wǎng)傳回終端所在地相關(guān)電話(huà)局。3G業(yè)務(wù)漫游與2G一致，具體過(guò)程查詢(xún)移動(dòng)通信相關(guān)資料[1]。

（2）移動(dòng)終端

移動(dòng)終端當(dāng)發(fā)現(xiàn) WLAN信號(hào)強(qiáng)度在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)超過(guò)門(mén)限值時(shí)，先向 AP發(fā)起認(rèn)證請(qǐng)求，當(dāng)認(rèn)證通過(guò)后，停止3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道請(qǐng)求，3G系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過(guò)WLAN無(wú)線(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)進(jìn)行或直接發(fā)起。

終端在與WLAN進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的同時(shí)，持續(xù)檢測(cè)AP發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，當(dāng)AP信號(hào)強(qiáng)度在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)低于門(mén)限或收到 AP發(fā)來(lái)的切斷連接指令時(shí)，向AP發(fā)出去認(rèn)證請(qǐng)求，并等待AP去認(rèn)證確認(rèn)。若一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法收到去認(rèn)證信號(hào)，默認(rèn)為去認(rèn)證狀態(tài)。同時(shí)，向附近基站發(fā)起 3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)請(qǐng)求，經(jīng)基站分配信道后恢復(fù)3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用層軟件由于被鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層隔離，在此切換過(guò)程中無(wú)需人工干預(yù)。由于網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)性和具備一定緩沖能力的特點(diǎn)，因此還可在應(yīng)用軟件編寫(xiě)時(shí)通過(guò)緩沖區(qū)和時(shí)間控制，使用戶(hù)基本無(wú)法感覺(jué)網(wǎng)絡(luò)切換帶來(lái)的停頓或減少停頓時(shí)間。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，3G與WLAN在覆蓋范圍、業(yè)務(wù)類(lèi)型和通信特點(diǎn)等方面均有著較大的互補(bǔ)性[8-10]，兩者聯(lián)合組網(wǎng)在減少 3G移動(dòng)通信系統(tǒng)負(fù)載、提高傳輸效率及降低用費(fèi)資費(fèi)方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)開(kāi)展時(shí)進(jìn)行網(wǎng)間切換和漫游也具備技術(shù)可行性和可實(shí)現(xiàn)性，且在網(wǎng)絡(luò)架設(shè)時(shí)只需對(duì)現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)做出一定改動(dòng)即可滿(mǎn)足聯(lián)合組網(wǎng)和網(wǎng)間切換及漫游的需求。結(jié)合國(guó)際電聯(lián)對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃，3G和WLAN聯(lián)合組網(wǎng)在未來(lái)具有廣泛的應(yīng)用前景，極具發(fā)展價(jià)值。

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