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移动通信与无线接入共同发展
 
慧聪网   2006年2月21日11时2分   信息来源:泰尔网    

  从技术标准的角度看,当今无线电通信正沿着两条主线发展:一条是ITU和3GPP/3GPP2引领的移动通信系统,从3G走向E3G,再走向B3G/4G;另一条是IEEE引领的无线接入系统,从无线个人域网(WPAN)到无线局域网(WLAN)、无线城域网(WMAN),再到无线广域网(WWAN)。 

  近几年来,随着技术的不断发展和网络的日趋演进,移动通信与无线接入在相互角逐的同时,走向互补融合、共同发展。本文旨在对正处于角逐之中的这两条主线作简要的阐述。

  观点:上世纪90年代以来,随着蜂窝移动通信的大发展,无线电通信日益受到重视,其地位变得越来越重要,其应用也越来越广泛。大到卫星网,小到无线个人域网甚至人体域网,中间除了蜂窝移动通信外,还有固定无线接入系统、无线局域网、无线城域网、自由空间光系统、平流层气球通信等宽带系统。它们各占各的频段,各有各的定位,各有各的设计目的,各有各的用武之地,各有各的市场空间。今后这些五花八门的无线网络将彼此相连,互为补充,并与固定网络融合,为人类提供从窄带到宽带的各种无线服务。当然,这些无线网络在覆盖和服务方面免不了会有一些重叠,在经营上也必然会有竞争。有些弱势的技术还有可能被淘汰。

  3G跟WiMAX的关系基本也如此,即互补和竞争同时存在,而不是有你无我的关系。人们开发3G或WiMAX都是因为看到了人们对移动性和高宽带日益高涨的需求,因为人们希望在任何地方上网通信、做事、办公、娱乐和获取信息。但应当看到,3G跟WiMAX的着眼点不同,3G着眼于手机,数据速率相对较低,但在话音和手机应用方面将做得比较出色。而WiMAX着眼于笔记本电脑,主要针对高速数据,话音是附带的,今后即便能移动,但在话音上不会喧宾夺主。世界上想随时随地使用电脑的人毕竟只是一部分,相当多人仍热衷于手机。在覆盖能力方面,3G可以做到蜂窝结构的广域无缝覆盖,而WiMAX是岛状的城域覆盖,它们之间是可以互补的。总之,鉴于无线通信环境的复杂性和用户需求的多样性,不可能有满足各种环境和需求、一统天下的无线网络,没有哪种技术能够在各种应用场合都保持优势。面向未来,宽带无线接入与移动通信、WiMAX与3G/B3G将同时存在,既互补又竞争,融合是大势所趋,也是最好的选择。

  3G:步入规模化商用阶段

  在历经波折之后,目前全球3G已经进入了规模发展的阶段。据统计,截至2005年11月底,全球共颁发了152张3G许可证(实际有效的为144张),商用的3G网络共235个,其中WCDMA93个、cdma20001XEV-DO23个、cdma20001X119个。3G用户数达到了2.07亿,其中cdma20001X用户1.498亿、EV-DO用户2050万、WCDMA用户3700万。面市的终端cdma2000有940多款,WCDMA有200多款。市场发展的主要动力仍来自日本、韩国和欧洲。

  显然,WCDMA和cdma2000两大阵营将长期共存,各有各的基地,各有各的市场。由于cdma2000的技术演进更加平滑,近期内会处于优势地位。相比之下,WCDMA的标准体系比cdma2000完善,未来技术路线比较明确,产业的管控能力较强,因此往后看,随着中国的加盟,WCDMA将获得更快的发展,后来居上。

  总的来讲,目前3G发展形式良好。虽然2005年全球3G收入依然较少,但PhillipsGroup预计,全球3G业务年收入到2007年有可能增至630亿美元。估计2008年之前,全球3G用户就可能达到5亿户的规模。

  中国孕育着世界最大的3G潜在市场。预测显示,一旦中国发放3G许可证,2至3年内用户规模就可能达到6000万左右。难怪中国3G许可证的发放成了整个电信行业最大的一个悬念。其实,中国发放3G许可证是必然的,悬是悬在何时发,如何发。中国3G许可证的发放是政府结合中国国情、运用科学发展观、统筹考虑运作的重要杠杆。其根本目标是如何为中国3G产业构造良好的发展环境和完整的产业链,实现3G产业的合理布局,推动中国3G产业的健康发展;同时,要全面提升我国移动通信产业的整体实力,打破发达国家在核心技术上的垄断,增强中国企业和产品的国际竞争力,追求整体产业和国家长远利益的最大化。

  当然,即便发了许可证,3G还面临一个难点,即提供哪些业务与应用才是用户欢迎的。从这几年的发展来看,3G已经明确定位于移动多媒体业务,而其切入点是移动多媒体信息娱乐服务。一些最近比较被看好的3G业务包括彩铃、彩信、搜索引擎、手机电视、流媒体音乐、手机网络游戏和移动博彩。但是我们不能满足于此,必须设法让移动多媒体信息娱乐服务带动更多更有价值的服务与应用,要靠丰富多彩的服务与应用以及有吸引力的内容推动3G健康发展,让用户利用3G学习、工作、娱乐,为他们创造更多价值,让3G成为促进社会经济发展的一个有力工具。

  HSDPA和IMS:商用化帷幕正在拉开

  高速下行链路分组接入(HSDPA)和IP多媒体子系统(IMS)是当前出现在3G发展进程中的两大技术走向。

  HSDPA是为了适应未来分组数据业务快速增长的需要而提出的,是WCDMA标准往前演进的一个步骤,被写入WCDMAR5中。其主要目标是在不改变WCDMA网络结构的情况下大幅度提高速率,把WCDMA的下行链路峰值传送速率提高到大约14Mb/s,甚至更高。与此同时,在时延方面还将得到改善,传送成本将下降。为了实现这一目标,采用了高阶调制与快速链路自适应、快速混合ARQ、快速调度、快速小区选择、多进多出(MIMO)天线等多种技术。

  目前,移动运营商十分重视HSDPA,许多移动运营商与设备供应商联合进行HSDPA试验。已经建有WCDMA网络的运营商要用HSDPA增强竞争力,在WCDMA网络上行动缓慢的运营商则有可能直接跳入HS?DPA。最早开始HSDPA试验的NTTDoCoMo已经计划在2006年下半年推出商用HSDPA服务。大多数制造WCDMA设备的公司对HSDPA的开发都非常积极,它们希望通过HSDPA增加3G设备的销售收入。HSDPA在美国被评为2005年十大通信热门技术之一。与HSDPA配套的、可把3G上行速率提高2~5倍的高速上行链路分组接入(HSUPA)也已进入开发阶段,预计2006年第二季度投入商用。

  IMS是3GPP定义的一个IP多媒体与电话核心网。IMS符合NGN把呼叫控制与传送分离的要求,它建立在一个分层(应用层、传送层和控制层)的体系结构上,这是它的关键所在。IMS通过控制层把IP网从用户设备延伸到服务方或被叫方,同时保持跟接入网类型与服务类型无关。由于与接入无关,故IMS不仅限于3G网络使用,还可以用于传统固网和新的接入网,所以后来被固网所接纳。美国4大地区贝尔公司中已经有3家(SBC、BellSouth与Verizon)在IMS方面有所行动。其中,SBC是美国第一个宣布把IMS作为未来网络关键组成部分和固定移动融合工具的运营商。

  IMS成为2005年最引人注目的技术之一,其目的是形成一个更加高度灵活的通信平台,不仅可以实现人到内容(客户机/服务器)的多媒体通信,而且还可以实现人到人(端到端)的多媒体通信。目前IMS虽被看好,但仍有许多不定性,面临挑战和质疑。可喜的是,2005年12月5日,欧洲ETSI正式发布了TISPAN的NGN版本1。它包含了许多为弥合固定核心网和移动核心网之差异所需的核心规范,相信对NGN的发展将起积极的推动作用。

  WiMAX:正在日趋成熟

  WiMAX原是支持和推动IEEE无线城域网标准802.16走向市场而成立的一个论坛,现在已经成了802.16的代名词。在不到两年的时间里,其成员已经增加到332个,在业界几乎无人不晓。

  固定无线接入在走向宽带的同时不断增强移动性,让运营商可以解除固定宽带接入的金属线束缚。WiMAX就是这样一个宽带无线接入(BWA)标准,它主要包括固定宽带无线接入空中接口标准802.16d和移动宽带无线接入空中接口标准802.16e。802.16d的标准已于2004年6月发布,802.16e标准最近也获批准,并被命名为802.16-2005。预计基于802.16d的固定WiMAX于2006年开始正式商用,而基于802.16e的移动WiMAX预计于2008年实现商用。WiMAX的应用将由固定走向移动、由企业走向家庭再走向个人。

  WiMAX备受关注是因为它在宽带能力上不仅可与DSL和cable-modem相比,甚至是光纤接入技术的竞争者。WiMAX家族的速率可高达134Mb/s,其中的802.16e还涉及了移动领域。WiMAX在最后1公里连接、网络回传和专用网等方面都可实现应用,既可用于城市地区,又可用于农村地区,能把BWA带入大众市场。所以,支持WiMAX作为宽带无线接入首选标准的设备供应商和业务提供商越来越多。

  由于WiMAX在标准完善、全球统一频谱、产品成熟度、互操作性和产品认证等方面还有许多工作要做,虽然国外对它的市场前景比较看好,但估计在未来两年内不会迎来发展的黄金时期。不过,在2005年美国发生飓风灾害之后,实现商用前的WiMAX跟WiFi与无线VoIP等一起在救援中发挥了巨大作用。另外,意大利电信正式宣布,在都灵2006年冬季奥运会上使用韩国开发的无线城域网WiBro,提供宽带无线接入。这些都将促进WiMAX的发展。

  WLAN:应用范围不断扩大

  无线局域网(WLAN)凭着“天时、地利、人和”在21世纪初一跃成为热门技术。所谓“天时”,即前几年3G曾步入低谷,为WLAN腾出了发展空间;所谓“地利”,即速率高达11Mb/s的802.11b标准适时引入并实现商用;所谓“人和”,即企业用户对移动办公的需要与日俱增。

  IEEE制定的WLAN标准形成了一个系列,包括802.11a/b/d/e/f/g/h/i,直到不久将出台的802.11n。其中最出名的是802.11b,其传输速度高达11Mb/s,传输距离在100至300米之间。WiFi(Wireless Fidelity)联盟就是为了力推基于802.11b标准的WLAN而成立的,如今WiFi已成为WLAN的代名词。

  无线局域网的发展重点是公众接入WLAN服务(P-WLAN,或称热点WLAN)。全世界目前大约有10万个WiFi热点,中国约有1万个。由于HSDPA和WiMAX等技术的出现,WLAN的热乎劲近来有所下降,但2006年它的市场总体依然看好。据美国第一个开放WLAN热点的T-MobileUSA公司报道,最近3个月来使用其热点的人将近300万,而2005年一年才有800万人。英国政府日前发布了在9个城市全面覆盖WiFi无线网络的计划,让9大城市的居民通过笔记本电脑、PDA和手机连接互联网。日本NTTDoCoMo开始在东京地铁里铺设WiFi网络,实现全覆盖,并宣布2006年初在一般消费者用户中推出双模手机。据国外公司最近预测,到2007年,全世界热点数量将超过128,000个,占无线数据市场的11.7%,其主要用户是企业,因为更适合用作移动办公的是笔记本电脑,而不是手机。

  在应用方面,除了原来的互联网接入或局域网接入之外,也有了新的发展。在家庭网络方面,WLAN目前已经超过以太网解决方案,逐渐占主导地位。2004年全球安装使用WLAN的家庭用户数量从2003年的2400万个激增到3700万个。加拿大多伦多的一家铁路公司在火车上安装了WiFi系统,为的是让乘客在车上收看广告。英国的一家铁路公司在火车头等车厢免费提供WiFi,使头等车厢的乘客大大增加。日本尼康公司推出了具有WiFi无线传输功能的P系列数码相机;而夏普公司使用Linux操作系统和WiFi技术开发出一种能同时显示(并排显示或画中画显示)个人电脑内容和HDTV电视节目的新型32英寸纯平液晶电视。这使WiFi的无线应用从PC延伸到PDA、手机,一直到数码相机和电视机。将来肯定还会有更多的延伸。

  提供IP电话(VoWLAN)是带动无线局域网在企业内外普及的一种重要应用。2006年将有许多服务提供商利用WiFi提供捆绑式的话音服务,从而进一步拉动WLAN市场。通过WLAN提供话音服务的IP手机正在出现,并将成为VoIP市场成长的催化剂。美国最大的VoIP提供商Vonage去年12月宣布正式启用由UTStarcom开发的WiFi手机。据预测,到2008年将有20%的移动电话带有WiFi功能,GSM/WiFi或CDMA/WiFi双模手机将成为IP手机市场的主要推动力。用户可以在WLAN覆盖区域内拨打便宜或免费的VoIP电话,同时WiFi技术所提供的高速接入能力可使用户尽享各种丰富多彩的宽带应用。在没有WLAN的地方,则可使用GSM或者CDMA进行通话。In-Stat预测称,集成WiFi功能的手机将从今年的30万部迅速增长到2009年的9000万部。

  除了上述双模手机外,美国的网件公司和Skype公司最近联合宣布,它们正在研制世界首款Skype无线WiFi移动电话,用户不用连接计算机就可以使用Skype。Skype还与WiFi接入服务商BoingoWireless合作,将为后者分布在全球的18000个WLAN热点提供VoIP。不久,其热点用户每月只要支付7.95美元即可无限制使用Skype的IP电话。

  在标准化方面,WLAN的最新标准802.11n可望在近期被批准。采用此新标准的产品可能在今年底或明年上市。基于802.11n的WLAN采用多进多出(MI?MO)技术,可以在20MHz~40MHz的带宽内提供超过100Mb/s的吞吐量,在超过300英尺的距离上实现高速接入。一旦基于802.11n的WLAN产品投放市场,将进一步带动WLAN的发展。当然,要把WLAN做大还必须解决其它一些问题,包括安全性、WLAN网间的漫游、网络管理、易用性、与移动网的融合、经营方式等。

  WPAN:拥有广阔的应用前景

  无线个人域网(WPAN)就是在个人周围空间形成的无线网络,现通常指覆盖范围在10米半径以内的短距离无线网络,尤其是指能在便携式消费者电器和通信设备之间进行短距离特别连接(adhocconnectivity)的自组织网。

  WPAN被定位于短距离无线通信技术,但根据不同的应用场合又分为高速WPAN(HR-WPAN)和低速WPAN(LR-WPAN)两种。大家熟知的蓝牙系统是介于高速WPAN和低速WPAN之间的一种WPAN技术。

  发展高速WPAN是为了连接下一代便携式消费者电器和通信设备,支持各种高速率的多媒体应用,包括高质量声像配送、多兆字节音乐和图像文档传送等。这些多媒体设备之间的对等连接要提供20Mb/s以上的数据速率以及在确保的带宽内提供一定的服务质量(QoS)。高速率WPAN在未来的第4代移动通信中将占有一席之地。发展低速WPAN是因为在我们的日常生活中并不是都需要高速应用。在家庭、工厂与仓库自动化控制,安全监视、保健监视、环境监视,军事行动、消防队员操作指挥、货单自动更新、库存实时跟踪以及在游戏和互动式玩具等方面都可以开展许多低速应用。有许多低速应用比高速应用对我们的生活更为重要,甚至能够挽救我们的生命。例如,当你忘记关掉煤气炉或者睡前忘锁门的时候,有了低速WPAN就可以使你获救或免于破财。

  针对高速WPAN和低速WPAN,IEEE制定了两个标准IEEE802.15.3和802.15.4,分别采用不同的技术。803.15.3旨在实现高速率,工作在2.4GHz和2.4835GHz之间的不用许可证的频段,最高支持55Mb/s的数据速率,可传送高质量视像和声音。现在多数厂商倾向于802.15.3a,它使用超宽带(UWB)的多频段OFDM联盟(MBOA)的物理层,速率可高达480Mb/s。打算生产802.15.3a产品的厂商成立了WiMedia联盟,其任务是将来对设备进行测试和贴牌,以保证标准的一致性。

  802.15.4工作在ISM频段,它定义了两个物理层:2.4GHz频段和868MHz/915MHz频段物理层。总共分配了27个具有三种速率(250kb/s、40kb/s、20kb/s)的信道。不同的数据速率能为不同的应用提供较好的选择。例如,对于有些计算机外围设备与互动式玩具,可能需要的是250kb/s,而对于其它许多应用,如各种传感器、智能标记和家电等,20kb/s这样的低速率就能满足要求。802.15.4的主要特点是低速率、低功耗、低成本、自配置和拓扑灵活。它不支持话音,主要支持消耗功率较小、一般在个人活动空间(10m或更小)工作的简单器件。低功耗是802.15.4最重要的特点。因为对电池供电的简单器件而言,更换电池所花的钱比器件本身还多。在有些应用中,经常更换电池不仅麻烦,而且实际是不可行的。比如WiMedia,开发802.15.4产品的厂商成立了ZigBee联盟,故802.15.4也被称作ZigBee。802.15.4作为一个全球标准,不仅打开了大量新的低速应用之门,而且还能给许多现有的应用增加价值,为实现无所不在的网络创造条件。

  E3G和B3G/4G:勾勒未来移动通信发展蓝图

  为了保持竞争力和适应市场需要,3G技术进步的步伐一直就没有停过。为了与WiMAX抗衡,最近3GPP和3GPP2在实现4G之前分别又推出了增强型3G(E3G)计划:长期演进(LTE)计划和空中接口演进(AIE)计划。LTE的计划分为研究(SI)和工作(WI)两个阶段,SI阶段从2005年3月至2006年6月,完成可行性研究,WI阶段从2006年6月至2007年6月,完成核心的技术规范。AIE的工作也分两个阶段。第一阶段强调提高单用户的峰值速率,尽快进入市场,于2006年年初结束;第二阶段强调引入一系列新技术,大幅度改善系统性能,计划于2007年年末完成。拥有我国自主知识产权的3G标准——TD-SCDMA在LTE演进计划中也提出了TD-CDM-OFDM的方案。

  B3G/4G是ITU提出的目标,并希望在2010年予以实现。B3G/4G的目标是在高速移动环境下支持高达100Mb/s的下行数据传输速率,在室内和静止环境下支持高达1Gb/s的下行数据传输速率。计划在2007年世界无线电大会(WRC)上决定B3G/4G所用的频段,2008~2010年完成标准的制订,2010~2015年实现商用。在B3G/4G的研发上,日本特别积极,目前其研发水平已经超过预期目标。2005年6月NTTDoCoMo宣称,在户外试验中在400米工作距离上成功达到了1Gb/s的传输速率。我国对B3G/4G的研发工作也早有安排,2002年在国家“863”计划中已列上了名叫FuTURE(用于通用无线电环境的未来技术)的项目。
 
作者:雷震洲 
 
 
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