3G設備的未來挑戰及發展趨勢

2019-11-03 09:17:34

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供稿：網友

P C Whale，TTPCom公司終端設備產品經理

　　導論

　　本文探討了構建及部署2G移動網絡，尤其是GSM網絡所取得的重大進步，同時與全新的3G移動網絡的主要動力和可見成果進行了對比。本文剖析了一系列創建3G設備和服務的重要元素，并且分析了3G設備設計商當前所面臨的挑戰。

　　3G之前－2G革命

　　GSM背景概況。當首個GSM網絡于九十年代初投入服務之際，移動通訊領域也隨之大舉革新。歐洲電信標準協會(ETSI)自1982年起不斷推出有關Group Special Mobile (GSM)標準化的活動，務求可構建覆蓋全歐洲的第二代數字移動通訊系統。

　　GSM為數以百萬計的用戶帶來的部分革命性進步包括：

　　· 提供國際漫游服務（即使出外遠游，仍可享受通暢的電話服務）

　　· 提高頻譜利用率（以相同的頻譜處理更多語音通話，從而支持更多用戶，最終令通話費有所下降）

　　· 減低耗電量（可長時間通話而無須為電池充電）

　　· 提供先進的基于ISDN的語音電話服務（一系列的為使用者度身而定的服務）

　　· 為語音通話加密（保證通話者的隱私）

　　· 用戶不受電話束縛（即使更換電話，所有用戶資料均可保留于SIM卡內）

　　有趣的是，由于大部分專利數據方案的推出時間早于GSM網絡，用戶通過2G網絡以無線方式傳送數據實在不足為奇。事實上，在GSM網絡上傳送數據效果很不理想，根本不足以被稱為是革新技術。但是值得注意的是，3G網絡的出眾之處卻正在于此。

　　GSM的歷史地位－電路交換網絡

　　最初構建GSM網絡時，標準化小組有一個宏觀規劃即采用全球最先進的數字固網系統－綜合業務數字網(Integrated Services Digital Network, ISDN)，然后轉型至無線系統。為達到此目標，他們必須首先推行一系列ISDN標準化工作，例如設定電路交換語音（或數據）通話的監控程序、引進專為高端電話功能（如多方通話）而設的配套服務，以及通過基于網絡的互通功能，把電路交換數據通話性能結合至模擬調制解調器和X.25域。

　　在推行GSM標準化的80年代初期，互聯網的應用還沒有大行其道。美軍是首批使用互聯網的用戶，然后是學術機構，但仍沒有在商業或消費者用戶中普及。具有諷刺意味的是，通訊領域的兩項重大革新，包括第二代移動通訊及互聯網應用，都是在九十年代初開始成為主流的通訊方式，而當時兩者的發展過程完全互不相干。由于用戶渴望能通過更高的帶寬，傳送載有互聯網內容的基于
　　推動3G發展的主要因素

　　探討過2G網絡后，我們了解到2.5G分組服務可彌補2G網絡的主要缺點，接下來我們將剖析3G網絡的發展未來。

　　首先，讓我們了解促進3G發展的主要因素。概括地說，3G能夠通過無線網絡，為用戶提供高帶寬、IP分組交換業務和豐富的信息內容。

　　讓我們從不同層面逐一了解3G的定義。

　　高帶寬。3G服務理論上為每位用戶每秒提供介于384kbit以至2Mbit的數據內容。當利用下行鏈路回放動畫和召開視頻電話的假設具備可行性時，業界對于哪一種高帶寬服務即將面世，存在很大的爭議。3G網絡能夠提供更高的帶寬，這是2G/2.5G網絡無可比擬的獨特優勢。

　　IP分組交換。互聯網協議(IP)能在復雜的網絡拓樸結構以內，以高效和快捷的方式傳送大量的分組信息。即使轉用IPv6協議困難重重，可是為了配合大量的固定IP地址的3G設備，此舉勢在必行。業界更為TCP/IP協議增添若干擴展性能，全面提高數據交換的效率。語音數據在IP領域當中，只是另一種數據種類，而基于IP的語音技術正好提供了有效的語音通話支持。

　　豐富的內容。這是3G網絡的重點之一。能夠以低成本為用戶有效提供多元化的數據種類，對3G服務的蓬勃發展至關重要。此外，移動運營商也必須區分不同種類的數據，以便根據服務內容對用戶的價值來收取費用，而并非純粹計算用戶收發的數據量。

　　在無線網絡上。盡管通過無線網絡傳送信息往往涉及非常高深的技術，但移動設備用戶卻沒有興趣了解這些。從他們的角度來看，移動電話只不過是可以使用一至兩年的消費電子設備，使用方法簡單明了。作為工程協會的成員，我們所擔當的角色是鑒定和處理與高頻率和高帶寬的無線傳輸相關的技術性問題，以確保用戶可以體驗到通暢的服務。

　　3G網絡當前面臨的主要挑戰是提供卓越且不間斷的無線傳輸，讓一般用戶可把精力集中在享受"消費服務"，而不是信號的強弱，同頻干擾或類似的問題。

　　3G設備制造商所面對的技術挑戰

　　此部分將探討在構建令用戶滿意的3G設備時，所遇到的整體性技術問題，這也是影響用戶是否廣泛采用3G服務的最關鍵所在。

　　3G設備與2.5G設備看齊

　　短期來說，引進3G設備的首要挑戰是確保3G設備的效能最低要達到與現有的2G/2.5G設備的水平。轉用3G服務的用戶往往以2G作為出發點，對3G服務的質量抱有極高期望，而其中的大部分要求，又與2G設備提供的主要革新功能相關，包括：

　　· 服務普及化-打破地域限制，使我們可以隨時隨地使用移動電話。

　　· 電池壽命-能于一周內反復使用電話，而無須為電池充電。

　　· 機身體積-電話體積纖巧，方便存放于口袋或手提包，而且設計時尚。

　　· 靈活無比-雖然電話是消費類電子產品，但不會出現個人計算機的"當機"情況。

　　· 經濟實惠-移動通訊為我們的生活方式帶來莫大便利，所以我們樂意繳納電話費。

　　· 產品售價-假如新一代的電話能夠提供更多功能，我們必定樂意選購價錢更高的新產品。

　　· 產品應用-移動電話所提供的若干功能與我們的職業和生活息息相關。當然，它也可能會提供很多其它用處不大的功能。

　　· 使用性能-3G電話的使用起來應該和2G電話一樣，并提供更多有趣/實用/全新的功能。

　　以上各項要點都是3G設備設計商短期內所面對的重大挑戰。這是由于早期推出的3G設備無論在整體性能及成熟程度方面都不能與2G設備匹敵。除此之外，3G產品和服務，包括一系列的多媒體服務(如WAP、MMS和 java)必須發展成熟，才能逐步通過復雜的互通性能測試(Inter-Operability Testing, IOT)，全面配合用戶的需求。

　　我們必須了解到3G設備仍然處于初期發展階段，或者需要經過十五年的時間，才能使用戶從1982年推行的GSM標準概念，過渡到發展成熟的3G設備與服務。我們要做的工作還很多！

　　3G設備必須超越2.5G設備

　　除了和2G設備看齊外，3G設備與相關的3G服務也必須具備比2G更勝一籌的優勢，最主要的來源將是極具吸引力的3G服務。2.5G設備現在已經可以支持相機、高分辨率彩色屏幕和多重音響。當然，而部分3G服務還可能會額外提供三維圖像、立體聲或質量更高的音響效果、以及專為"口袋設備"設計的移動服務（移動商務），還有更先進的輸入接口設備（高級語音識別、迷你控制桿和觸控板等）。然而，2.5G設備也可以增加這些功能，因此3G設備能否受到推崇，便取決于能否建立及提供吸引用戶的服務。此外，3G設備能否支持使用簡易的3G服務，更是除產品售價之外，又一左右用戶采納3G服務的重要因素。

　　憑借現有技術設計3G設備

　　芯片組合。目前的3G設備大多由一項名"Velcro-ed"的3G方案和一項現有的2G/2.5G方案整合而成。為了支持上述兩項方案，這些設備可能需要具有分散的射頻及基帶芯片組、多媒體協處理器及大量的閃存和SRAM內存。對于零件供應商和手機設計商來說，這種方法雖然能夠加快產品面市，但是代價同樣不菲。與其它方案相比，這種設計方案的整合性不強、占用面積較大、成本更加昂貴，而且需要消耗更多的電力。再加上這種設計需要使用較多的零件，也會導致制造、保養和服務各方面的成本大幅上升。此外，早期推出的3G設備未必有能力成功協調2G與3G方案之間的過渡工作。因而我們必須沖破這層障礙，才能滿足用戶對平滑過渡的需求。

　　開放式操作系統。部分3G設備會利用開放式操作系統提供更加復雜的用戶界面，并根據所需服務來安裝和移除應用程序。一旦部分高端產品被取消、移除或遇到延遲，便會對這些操作系統的開發和設計工作構成影響。目前來說，操作系統與節能芯片組的整合仍在不斷改進之中。但更為重要的是操作系統與"無線調制解調器"的整合工作。由于計算機和多媒體用戶對無線技術的認識比較貧乏，而無線用戶也不太了解計算機和多媒體的問題，因此操作系統與無線調制解調器之間的整合工作勢必加倍艱巨！目前，市場上的領導廠商正在把這種"智能電話"引進市場，而且未來十二至十八個月內還會有更多同類型的產品面市。但當務之急是可用性問題，因為即便是最追棒智能電話的評論者，現在也只是視其為移動電話和個人數字助理(PDA)之間的衍生產品。

　　多制式的考慮。除了3G與2G雙重制式方案外，3G設備制造商也有可能考慮采用3GPP (WCDMA或UMTS) 及3GPP2 (CDMA2000) 兩種3G的主流衍生制式。隨著制造商紛紛涉及多種制式，他們必須采用更為普及的平臺。目前，業界經常討論和研究有關"軟件無線電"的課題。所謂"軟件無線電"就是能夠在DSP軟件控制之下，以數字方式集成射頻產品。這種方法可以在單一芯片上實現多種無線標準，并根據需要采用合適的協議堆棧技術。業界對通用平臺推崇備至，是由于整合程度和尺寸效益越高，3G設備的成本就會越低。此外，整合型組件還有助于進一步降低耗電量。除了采用通用平臺外，設備開發商還會根據瞬息萬變的市場需求，在特定時期推出更加多樣化的產品。

　　總括來說，3G設備設計商在未來五年將面對兩大難題：

　　1) 所設計的3G設備需要媲美今時今日的2G/2.5G設備

　　2) 所設計的3G設備能直接讓用戶方便地使用日趨復雜的信息內容

　　3G的未來趨勢和當前挑戰

　　1) 我們如何以更低的價格為用戶提供更有價值的信息內容？

　　2) 我們如何通過更簡單的方式為用戶提供更復雜的服務？

　　物超所值

　　移動運營商為了提高盈利，必須爭取更多客戶并從每位客戶賺取更多利潤。90年代中期，運營商的工作主要集中于爭取更多的客戶，這在當時的確使移動電話的市場滲透率大幅飆升，但最終卻降低了每用戶平均收益(average revenue per user, ARPU)。因此他們了解到只有把ARPU和總收益一起提升，才是經營業務的明智之舉。而3G應用正好可以通過高帶寬的數據信道，為用戶提供更多信息，使從每名用戶賺取更多的收益成為可能。

　　然而時至今日，鮮有例子證明用戶真正希望和準備為享受先進的服務而付出代價。繼WAP服務叫人大感失望之后，用戶紛紛對多媒體信息服務 (Multimedia Messaging Service, MMS) 抱有極高的期望，希望通過移動電話收發數字彩色照片和其它圖像。然而，根據日本最近公布的統計數據顯示，圖像信息服務的需求在用戶在擁有具備相機功能手機的短短數月內急挫，不過如今還不能過早判斷同樣情況會否在其它地區發生。回顧過去，不少證據顯示尋找新一代的"殺手級應用"，能夠成為運營商增加收入的來源。實際上，運營商也必須引進一系列極具價值且易于使用的應用和服務，全面提高企業盈利。

　　如果我們反過來思考"如何以更低的價格為用戶提供更有價值的信息內容？"，這個問題就會變成"如何使用最少的數據字節給用戶帶來最大的價值？"全球成本最昂貴的移動通訊服務其實就是短信這種文本信息。在英國，一般的短信服務支持160個字母，服務費用約為0.10英鎊，換句話說，每傳送1百萬字節的數據，服務費用便高達80英鎊！短信服務取得成功，顯然不是取決于每字節傳送的成本是否劃算，而是基于用戶只需繳付10個便士，便可迅速且輕易地向任何移動用戶發送短信。10個便士對于短信服務的用戶來說幾乎是"免費"！由于用戶每天都會傳送大量文本信息，因此全球的運營商得以從中賺取數十億英鎊。

　　我們從3G服務所得到的明確啟示是：最關鍵的一點，并不是通過網絡傳送了多少數據，而是這些數據對用戶的價值。再者，假如3G服務對用戶來說意義重大，加上貨幣價值處于低位，用戶必然會廣泛采用3G服務。

　　如果這種想法幾近正確，那么3G網絡所面對的難題便是處理量，而絕非帶寬。這里所指的是，我們如何為最多用戶有效提供高價值、低帶寬的數據服務？

　　以往圍繞3G的討論主要集中在如何向用戶傳送高帶寬服務。筆者認為運營商實在難以負擔收購3G頻譜和部署新網絡設備的高昂成本。視頻電話或視頻流這類高帶寬服務減低了運營商服務其他用戶的能力，使服務收費變得相當昂貴。而高昂的收費又會阻礙用戶采用先進的無線服務，令市場需求不穩定。

　　鑒于此，技術界人士有必要進行以下的研究工作：

　　· 研究數據編碼制式，即使是傳送最少數量的數據字節，也可保留豐富的信息內容。

　　· 研究不同數據種類的卷標方法，讓運營商根據不同"媒體"數據種類進行計費。

　　· 研究適配型數據速率制式，以配合用戶對實時帶寬的需求。(可與適配型多速率語音編碼器相比)

　　以更簡單的方式為用戶提供更復雜的服務

　　用戶不單留意到3G服務極具成本效益，更著眼于其易用程度。這一點正是有待我們繼續研究的范疇。

　　其中一個問題是所有用戶必須管理多種信息、內容和交流信息。要設計適合復雜設備使用的直觀式用戶界面往往非常困難，而且必須經過非常仔細的程序設計，包括小心考慮屏幕大小和顏色深度，才可能設計出最出色的用戶界面。我們發現部分現有的移動電話產品難以使用，是由于其用戶界面的設計完全欠缺直觀元素。

　　由于為移動電話設計良好的用戶界面絕非易事，因此必須考慮下列各項因素，才能配合用戶對傳送豐富的數據服務的殷切需求：

　　操作系統方面。用戶界面主要取決于操作系統，即"操作模式"("operating paradigm")，包括用以安裝、執行及轉換應用的互動模式、與接口設備的兼容程度，以及對如觸摸屏幕、相機和次級儲存媒體等重要接口設備的支持性能。

　　運營商方面。用戶界面能讓運營商提供與眾不同的綜合服務產品，如DoCoMo的I-Mode服務和Vodafone的Vodafone Live!服務。這兩項服務對用戶界面進行了更改，以切合運營商的獨特需求。以Sharp GX10 (Vodafone Live！服務采用的主要電話) 為例，其用戶界面專為運營商設計，與手機供應商為了與網絡運營商競爭而提供"半成品"用戶界面相比，顯然更為用戶所喜歡。

　　內容提供商方面。事實上內容提供商多不勝數。除非一切盡在運營商的掌握之中，否則第三方內容提供商所提供的每一項獨立服務或應用，包括每一項互動
　　總結

　　第二代移動通訊服務的面世，大大革新了個人移動電話的用途。目前發展成熟的2G技術備受全球各大市場的廣泛推祟。正當2G技術火速發展之際，互聯網的新時代也正在誕生。3G具備雄厚潛力，將最出色的移動通訊和互聯網技術引入新一代豐富的多媒體無線領域。短期來說，要建立可媲美現代2G設備的3G設備，雖說困難重重，但最終一定可以在未來數年內取得成功。目前最大的挑戰仍然是如何以低成本傳送服務、找到真正有價值的服務和服務的易用程度，并使3G設備在市場上發揚光大。所以今后還有很多工作要做。

　　
摘自《END技術》