移動通信與互聯網的融合技術

摘要：

文章介紹了移動通信的發展及其與互聯網的關系，并以WCDMA為例，討論了第3代移動通信與互聯網融合的演進過程。

關鍵詞：WCDMA；互聯網；演進

ABSTRACT:

Thepaperbrieflyreviewsthedevelopmentcoursesofmobilecommunications，a

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ssestheconvergenceprocessofmobilecommunicationandtheInternetwiththe

exampleofWCDMA.

KEYWORDS:

WCDMA;Internet;Evolution

1前言

互聯網是一個高速數據網絡集，通過采用網際互聯協議(IP)在網絡層進行互聯，解決了異質網絡的互通互聯問題，實現了資源共享需求，自1994年產生后，即在隨后的商業化應用中獲得巨大成功，同時直接導致了計算機網、電信網、電視網三網的融合和信息產業結構的改組。因這種IP網能夠將應用和基礎設施分開，開辟了如電子商務等基于Web的新數據應用。隨著高性能路由器和DWDM技術的發展，以及QoS相關問題的解決，寬帶IP技術逐步成熟。從話音到視頻，從傳統數據業務到基于Web的新數據通信業務，都可以在IP網上進行，出現了EverythingonIP的局面，寬帶IP網將取代B－ISDN網，提供多媒體綜合業務。

另一方面，移動通信技術因具有移動性、自由性、不受時間與地點限制等特性，正深刻改變著人們的生活和思維方式。移動通信從第1代模擬式發展到第2代數字式以后，也開始了向提供綜合業務的第3代移動通信系統(3G)演化。如何將移動通信技術與互聯網技術相結合，實現不受信息源和用戶訪問位置限制的同時，以統一的標準向用戶提供無處不在的個性化信息網絡服務，是目前的一個研究熱點，在軍事和商用領域都有著極大的應用前景。

2移動通信的發展與互聯網

第1代模擬移動通信系統始于80年代，到90年代出現了第2代數字移動通信系統(2G)。第2代移動通信系統包括GSM、IS95等多個標準，由于其話音清晰、漫游性能優良、管理更加方便，加之移動電話本身的小型化更加易于便攜等特點，使網絡規模及用戶數量快速增長。由于話務密度的不斷增長，第2代移動通信有限的頻率資源已接近枯竭，移動通信的進一步發展迫切需求新的頻段，以及能夠更加有效利用頻譜的無線通信技術。

另一方面，第1代模擬移動通信系統與第2代數字移動通信系統的核心業務是語音業務，相應的核心網是基于電路交換的網絡，由TDM線路承載著絕大部分的語音與低速率、以電路型為主的數據業務。隨著網絡容量需求的不斷增加，TDM技術的高成本、設備的復雜性以及管理的不靈活性日益明顯，而且，TDM網絡無法滿足高速的基于分組的語音、數據和多媒體業務的要求。以GPRS為代表的2.5G能夠提供無線數據應用，其實現方法是在現有的基于電路交換的網絡旁增加一個平行的分組網絡。分立的線路交換語音網和分組交換數據網因技術不同，業務分離，各自的運營和網管系統因此也是分立的，運營商不得不同時支持兩個網絡，產生了運維成本高和網絡效率低等一系列問題。2.5G只是在原有無線技術和通信平臺上的改進，其業務速率的提高以及提供業務的靈活性等方面都受到很大限制，不能從根本上改變第2代無線通信系統以話音業務和低速電路數據業務為主的局面。Internet業務對通信產生了巨大影響，也同樣深刻影響著移動通信領域，移動互聯網、移動多媒體等將成為移動業務發展的方向，多種多樣的數據業務要求有一個高數據速率和高帶寬的平臺。

更高比特數據業務和更好的頻譜利用率需求推動了第3代移動通信系統的發展。國際電信聯盟(ITU)在1996年將第3代網絡稱為IMT-2000，在歐洲稱為通用移動通信系統(UMTS)，即俗稱的第3代移動系統。第3代移動系統的目標是要建立一個全球移動通信標準，打破第2代移動通信系統國家和區域的界限，在全球統一使用共同的頻段和一致性的標準，真正實現全球“無縫”漫游，成為全球范圍內覆蓋和使用的系統。在業務方面，UMTS要求能夠提供比第2代系統更多、更新，包括分組數據和多媒體在內的語音和數據業務；能夠按需提供帶寬，支持各種不同數據吞吐量、不同速率的業務；能夠從第2代系統平滑演進；能夠與不同網絡之間實現互通；能夠向用戶提供大覆蓋、“無縫”漫游和業務一致性等等。

互聯網是建立在IP協議基礎上的全球性虛擬網絡，因用戶不用關心特性各異的內部網絡和路由等細節而共享全球資源，獲得了商業化的巨大成功而得到迅速普及。移動通信實現資源與信息的共享，以互聯網技術進行網絡大融合是無可爭議的必然趨勢。IP組網具有各種網絡硬件廣泛適應所必需的靈活性，易實現即插即拔，既適合于高速分組數據的傳輸，又適合于低速分組數據的傳輸；既可使用無線電通信的無線網絡，也可使用導線、光纜通信的有線網絡，同時VoIP使分組交換也可以傳送實時業務。目前幾大公用網絡，如基于SS7的PSTN、基于ATM的ISDN、結構復雜的PLMN等，發展趨勢都是和互聯骨干網Internet相融合，無線接入網也必然將融入互聯網構成移動互聯網。

移動互聯網將充分發揮固定互聯網的優勢，把鎖定在一個個固定站點中的信息釋放到時空中去，每一個活動的個體都成了移動的網絡節點，隨時隨地獲取所需信息?；谝苿踊ヂ摼W平臺開展各種業務，在個性化、實用化，以及時間和位置的高度靈活性上體現優勢，這些獨具魅力的特征將引發巨大的市場。移動互聯網業務將創造一種全新的個性化服務理念和商業運作模式，對于不同用戶群體和個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，并通過不受時空、地域限制的渠道，隨時隨地傳送給用戶。終端用戶可以自由自在地控制所享受服務的內容、時間和方式等。移動通信技術本身具有的安全和保密性能與互聯網上的電子簽名、認證等安全協議相結合，為用戶提供服務的安全性保證。移動互聯網可以在最大程度上實現社會資源更自由、更大范圍的調配和更快速、更便捷的流通，從而影響和改變著財富增長的速度和分配的方式。這種變化所釋放出來的巨大能量必將影響未來信息社會人們數字化生活中方方面面的需求，進而滾雪球般地創造出越來越多的機會和財富。

3第3代移動通信與互聯網的融合過程

第3代移動通信以碼分多址(CDMA)技術為核心，主要技術體制分為WCDMA、TD-SCDMA和cdma2000，其中WCDMA和cdma2000采用頻分雙工(FDD)的工作方式，TD-SCDMA采用時分雙工(TDD)工作方式。WCDMA、TD-SCDMA的開發和維護規范由3GPP負責，cdma2000的開發和維護規范由3GPP2負責。本文以WCDMA系統為例描述移動通信系統與互聯網的融合過程。

WCDMA是在GSM基礎上向3G演進的，UMTS是采用WCDMA空中接口的第3代移動通信系統。從功能上，UMTS陸地無線接入網絡(UTRAN)可分為無線接入網(RAN)和核心網絡(CN)兩部分。其中，RAN用于處理所有與無線有關的功能，而CN處理UMTS系統內所有話音呼叫和數據連接與外部網絡的交換與路由。RAN、CN與用戶設備(UE)一起構成整個UMTS系統，即UMTS系統在移動用戶接入公共電話網之前，通常采用CN、RAN、UE這3級組網方式。RAN包含一個或幾個無線網絡子系統(RNS)，一個RNS由一個無線網絡控制器(RNC)和一個或多個NodeB(節點B)組成。RNC負責分配和控制與之相連或相關的NodeB的無線資源。NodeB完成和用戶設備間空中接口和與無線網絡控制器接口間的數據流轉換，同時也參與一部分無線資源管理。UTRAN結構如圖1所示。

無線接入網絡UTRAN需要發展成為全IP網絡——IP-UTRAN，用IP技術實現網絡間互聯。但IP-UTRAN的實現不僅僅與RAN的發展有關，也與整個IP網絡的進展有關。同時UTRAN的演進也必須考慮第2代移動通信系統已經擁有龐大基礎網絡和眾多用戶的現實情況，必然是一個分階段、逐步遞進的過程。

3GPP標準的制訂與3G的演進過程相對應，分為3GPPR99標準、R4和R5這3個標準，其中R4和R5標準合稱為R00。目前3GPPR99和R4標準已經確定，R5標準正在完善之中。

3GPPR99標準是在2.5代移動通信系統基礎上向IP-UTRAN過渡的階段。該階段需考慮與第2代系統的互聯和兼容，以實現兩大系統并存時的綜合利用，同時需注意3G業務的平滑演進。過渡階段的主要目標是提高傳輸速率，提高頻譜效率，提供一般的多媒體業務。3GPPR99標準以ATM技術為基礎構建網絡，采用ATM交換機構成核心交換和傳輸網絡，類似移動的B－ISDN概念，通過路由器可接入因特網。UTRAN和UE相對GSM采用全新的協議構成，其設計基于WCDMA無線技術，即引入了一個新的無線接入系統，在無線接口使用新的頻段和新的傳輸技術，而CN側則新增第3代語音/數據一體化平臺——UMSC(相當于原MSC/VLR、SGSN功能)，構建疊加3G網絡，在網絡基礎設施方面充分利用現有GSM的HLR/AUC/EIR以及GMSC、GGSN等，并沿用移動信令網。

R4規范是一個中間過渡階段，在R4規范中，無線接入網部分不會引進新的功能實體，RNC和NodeB實體的功能劃分也不發生改變。R4版本在無線網絡層上，主要支持RTT增強特性和優化無線資源管理；在傳輸網絡層，仍采用ATM技術。R4版本注重了CS域的分組化和網元的分立化，目的是便于各網元的獨立演進和簡化網絡，提高效率，增強可擴展性。

R99、R4標準對應的第3代移動通信系統結構見圖2，其中：STP為信令轉接點；HLR/AUC是管理移動用戶的數據中心和PLMN的鑒權中心；EIR是設備標識寄存器；SC是短消息服務中心；HLR/AUC/EIR/SC都通過移動信令網SS7實現其功能；NMS為網絡管理系統，用于對所有實體進行遠程維護；GMSC為網關MSC，疏通固定用戶到移動用戶的通信業務；UMSC為語音/數據一體化平臺，可從GPRS的SGSN設備升級而來，支持GSM的A、Gb接口和3G的IuCS、IuPS接口。

在R5標準對應的IP-UTRAN實現階段，傳統意義的移動網將僅局限在無線接入網側(3GRAN、GSMBSS)，而核心網與IP網合一，它是一個基于分組交換的全IP網絡，語音、數據、多媒體信息都是在同一IP承載網絡上進行傳輸，同一IP承載網絡可以提供實時業務，也可以提供非實時業務。在全IP網絡中，由IP網絡來承載數據與信令，全IP網絡將由基于IP的信令替代傳統的No.7信令。在IP網絡之上構建邏輯獨立的信令處理服務器處理控制信令(相當于MSC/SGSN的信令處理功能)，業務應用服務器處理業務，從而實現業務/控制/交換的邏輯分離。R5標準制訂工作也在加緊進行，但目前只提出了一個未來IP化網絡的框架，許多細節尚待明確。IP-UTRAN的最終實現需要進行以下幾個方面的研究：

(1)IP-UTRAN中網絡結構的演進

●各節點直接掛到IP網絡上；

●各節點功能的重新分配；

●作為局域接入網，IP-UTRAN怎樣接入骨干網。

(2)IP-UTRAN空中接口解決方案

●本地移動性解決方案的研究；

●尋址結構；

●無線接口的連接是否可作為本地的鏈路連接，而不是網絡連接；

●高速分組數據向低速分組數據的轉換。

(3)有線傳輸部分需要解決的問題

●IPoverATM的研究；

●IPQoS的研究；

●IP傳輸實時業務的研究。

(4)IP-UTRAN中控制部分的研究

不同的業務有不同的呼叫控制，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中維護管理和計費業務研究

由于網絡結構與網絡尋址的變化，管理及計費問題也是研究的一個方面。隨著各項相關技術的成熟，在ＩＰ上實現語音、數據的統一傳輸，移動網最終將和互聯網融為一體，如圖３所示。

4結束語

移動通信和互聯網作為邁向信息社會的兩個重要標志，分別對應著對大量信息資源的有效訪問和隨處漫游的個人通信，二者相融合將產生新的移動互聯網，使人類真正進入信息化社會和數字化經濟生活時代。同時我們也必須認識到，移動通信和互聯網的融合過程才剛剛開始，還有很多問題有待解決，并且市場新的需求還會帶來新的問題，這些問題的徹底解決需要繼續進行第4、第5代移動通信技術的研究。國內廠商要抓住機會，在移動互聯網市場上取得成功，就必須正視問題，進一步加大研發力量，進一步提高設備的技術含量，提高市場競爭力。

參考文獻

１吳更石，楊平.第三代移動通信技術的現狀和展望.電信科學，2001，17(4):28—31

２孫立新，尤肖虎，張萍.第三代移動通信技術.北京：人民郵電出版社，2000

３3GPPTS25.401.UTRANOverallDescription

４3GPPTR25.933.IPTransportinUTRANWorkTaskTechnicalReport

(收稿日期：2001-12-12)

作者簡介

儲林波，深圳市中興通訊股份有限公司移動事業部系統部工程師，博士。畢業于哈爾濱工業大學。主要從事智能技術、3G項目的系統研究等工作。

劉淑霞，深圳市中興通訊股份有限公司移動事業部開發部工程師，博士。畢業于哈爾濱工業大學。主要從事智能技術、3G項目的系統研究等工作。

黃勝華，深圳市中興通訊股份有限公司移動事業部系統部工程師，博士。畢業于東南大學。目前主要從事3G項目的系統研究、標準跟蹤及關鍵算法的研究工作。