怎樣向第三代移動通信系統演進

2019-11-03 09:30:53

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

彭景先　　[摘要]：如何向第三代演進作了詳盡的分析，并提出抓住機遇發展我國移動通信產業的口號和做法。本文首先提出了第三代移動通信系統的目標，接著對這種未來系統的綜合功能及其網絡結構作了詳細的闡述，最后對我國移動通信

　　[關鍵詞]：第三代移動通信系統　演進　網絡結構

1　第三代移動通信系統的目標

　　第三代移動通信系統的主要目標就是要將包括衛星在內的所有網絡融合為可以替代眾多網絡功能的統一系統。它能提供寬帶業務并實現全球無縫覆蓋。

　　該系統應能：

　　(1)提供全球無縫覆蓋和漫游；

　　(2)提供第二代系統不能提供的多媒體業務(速率可高達2Mb／s)；

　　(3)適應多種業務環境：蜂窩、無繩、衛星移動、PSTN、數據網、ip等；

　　(4)具有單一個通信號碼；

　　(5)保證高的服務質量，按需分配帶寬；

　　(6)有多頻／多模通用的手機；

　　(7)頻譜利用率高，容量大；

　　(8)網絡結構能適用無線、有線多種業務要求；

　　(9)系統起始配置能充分利用第二代設備和設施，隨后可平滑升級。

　　它所涉及的技術也十分廣泛。主要有核心網平臺中的無線ATM技術、分布數據庫軟件

技術、多址(CDMA、TDMA)技術、智能天線技術、軟件無線電技術、智能網技術等。

2　第三代移動通信系統的網絡結構框架

2.1　第三代移動通信系統的綜合功能

　　上面提到的第三代移動通信系統所要實現的目標與系統的特點中，最核心的問題應該是提供不同環境下的多媒體業務及實現包含水、陸、空的全球無縫覆蓋。因而它將要求實現多種業務與多種網絡的綜合。具體而言，它涵蓋以下六個方面。

　　(1)無線網與無線網的綜合

　　第三代移動通信系統是在第二代移動通信系統已經擁有龐大的基礎網絡與眾多客戶的基礎上發展起來的。無疑它首先要考慮與第二代系統(在中國特別是GSM和DCS－1800)的互聯和兼容，以實現在最初階段兩大系統并存時的綜合利用。有人估計，從長遠看第三代移動通信系統的最大市場可能是亞太地區。而該地區的最大市場在中國。據估計2010年該地區用戶數可能是西歐及北美用戶總數的兩倍以上。因此對中國市場的兩大系統共存下的綜合與平滑過渡問題應該予以足夠的關注。

　　從第三代系統開始提供業務時，就應提供IMT－2000／GSM的低價雙模終端(或IMT－2000／GSM／DCS－1800的低價三模終端)，能實現兩網(或三網)間的漫游，能在通話過程中實現兩網(或三網)之間的切換。實現兩代系統間的業務移動性和終端移動性，以保證實現易于為用戶和運營商可接受的平滑過渡。

　　(2)移動網與固定網的融合

　　在第三代移動通信系統商用之日(估計在2005年左右)，移動用戶將達到數億之多。用戶需求將不斷擴大，通信的對方將不限于同一蜂窩網內，而可能要與市內、全國或全球的固定用戶相互通信，其業務必然滲透到固定網絡。而個人業務本身亦是固定和移動業務的融合。

　　對用戶而言，當他們既需使用移動通信又同時需要使用固定通信時，他們不愿意使用不同的號碼、不同的帳單、不同的業務使用方式，而寧愿由運營商為其提供一套覆蓋范圍廣、內容更加豐富，并且費用結算簡單的業務。

　　對運營商而言，它們更樂于將固定網、蜂窩網、數據網融為一體，使之協同作用，為用戶提供豐富多彩的多功能服務，以便更迅速的擴展用戶，增加收入。

　　為實現上述目的，要求：

　　. 在無線和有線環境下，為用戶提供統一的業務使用方式；

　　.支持多種混合通信業務的移動技術；

　　.按不同業務需求靈活分配帶寬；

　　.允許在固定網與移動網間完全漫游，

　　因此，需要有將移動業務與固定業融合在一起的接入網和交換設備。在技術上必須解決：　　*同一交換機能支持移動用戶和固定用戶的接入；

　　*無論是固定交換機還是無線交換機都應采用ATM技術；

　　*寬帶無線接入網能和固定網、分組網、IP網連通；

　　*建立統一的用戶數據庫；

　　*建立統一的智能網(IN)平臺。

　　在研制固定／移動混合網中的軟件庫時，應特別注意兩個問題：

　　①接入信令協議之間的互通。

　　②用戶數據庫的統一。

　　固定／移動混合網中將有一個多功能交換平臺。GSM、DCS－1800、DECT、CDMA、ISDN、B－ISDN等都是該多功能交換平臺的服務對象。多功能用戶數據庫是存放上述所有用戶業務特點的超集。各種用戶數據庫的互通依賴于網絡協議來連接。

　　用戶數據庫目前是分置于交換機、HLR和SCP等處。將來會演進成分布于全網的眾多設備中。

　　(3)陸地網與衛星網的綜合

　　據某些咨詢公司預測，到2010年世界的全球衛星移動個人通信系統(GMPCS)用戶將達500萬～4000萬。亞洲將占全球市場的15%，而中國將占亞洲市場的40%(即占全球市場的6%)。

　　第三代移動通信系統標準IMT－2000和UMTS的目標之一是它將包含多種無線電接口，以實現不同頻段和模式的系統間自動漫游。無線電接口中也綜合了衛星移動通信系統。其目的在于使陸地網覆蓋不到的地方能實現無縫覆蓋。目前已有銥系統、全球星、ICO等三個低、中軌(LEO)衛星系統正在建設中，稍后還有TELEDESIC系統計劃在2001年發射。

　　由于多波束天線、大功率平臺和快速信號處理技術的進展，將推動靜止軌道(GEO)衛星用于區域性衛星移動通信。據報道，未來五年將計劃推出十多個這樣的系統。

　　衛星移動系統在低和中等人口密度地區，或海上、空中、沙漠、高山、人跡罕到地區補充陸地移動系統的覆蓋，因而兩個系統的綜合是不可回避的。

　　事實上由于衛星波束所照射之處和陸地移動網的覆蓋范圍有重疊，因此必須采取技術措施來協調，以綜合發揮它們各自的長處，避免資源浪費和互相制約。

　　①頻率協調問題

　　1992年世界無線電行政大會(WARC－92)為第三代移動通信系統分配了1885MHz～2025MHz和2110MHz～2200MHz頻段(共230MHz帶寬)。

　　WRC－95年會上，為解決頻率擁擠問題，對衛星移動通信(MSS)頻段作了修改，分配給它的頻率范圍為1980MHz～2025MHz和2160MHz～2200MHz。

　　上述兩種業務頻段有部分是重疊的。使用時，陸地網與衛星網之間需要進行協調，避免相互干擾。

　　②陸地和衛星網間的路由選擇問題

　　對于國際通信，用戶呼出和呼入可以通過當地設置的關口站進出。

　　對于國內通信，在衛星網和陸地網重疊覆蓋的地區，用戶間相互通信應優先選用陸地網，以提高通信效率，降低費用。

　　③網間漫游

　　在陸地網與衛星網不重疊覆蓋的地區之間，用戶可實現自動漫游。

　　(4)多種終端集成

　　終端移動性和個人移動性是第三代移動通信系統追求的目標。移動個人用戶盡管只有一個唯一的通信號碼，但其攜帶的手機必須兼容在第二代和第三代移動通信網中工作。第二代、第三代系統可能工作在不同頻段或者不同多址模式與不同的數據格式。因此將多種不同終端的功能集成于一體開發出一種多頻／多模手機，能實現不同網絡間的自動漫游是十分必要的。目前已有GSM900／DCS1800的雙頻手機投入市場。有的公司正在開發接入固定網、移動網的雙模手機GSM／DECT。希望能有更多模式集成的手機出現。

　　歐共體的ACTS FIRST項目將軟件無線電技術應用設計多頻／多模(可兼容GSM、DCS1800、W－CDMA、現有的大多數模擬體制)可編程手機。

　　這種手機可自動檢測接受的信號以接入不同的網絡，且能適應不同接續時間的要求。

　　(5)多種業務的綜合－向無線寬帶業務拓展

　　有線通信已經向多媒體業務發展。第三代移動通信系統與現有移動通信系統最大不同之處之一，就是它也向無線寬帶多媒體業務拓展。

　　(6)各種頻段的集合

　　第三代移動通信系統將蜂窩、無繩、衛星移動通信設備等無線系統綜合應用。占用的頻譜將是各種頻段的集合。其中包括800MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2GHz等頻段。電磁兼容是多頻段集合使用的關鍵。

2.2　網絡結構框架

　　第三代移動通信系統中眾多的要求，復雜的功能，集中了幾乎是通信領域中所有難點于一身。因此，該系統不可能想象是一個單一的系統，它應該是一組系統和子系統(包括現在的系統和未來的系統)的不同組合。許多專家稱之為“系統家族”是不過份的。

　　這樣的系統其結構框架可能要包含核心網、接入網、終端設備、應用業務控制中心四個領域。

　　核心網必須是一個通用的傳送和交換平臺。它能連接現有的無線接入設備和新的無線接入設備。該核心網還要能支持移動網和固定網的融合，能夠連接有線接入設備和數據接入設備。

　　接入網可由若干種類型的設備組成。它們可以采用現存的和未來的接入技術，包括有線的(光纖、銅線)和無線的接入設備。

　　歐洲目前正在開發ATM無線接入通信系統(AWACS和CABSINET)。該兩系統支持寬帶接入，可通用于固定網和移動網。

　　為了解決不同接入網與核心網之間接口處的互通問題，應開發通用接口設備。為照顧現存系統又能支持新的系統，一種可行的方式是改造現有的接口設備使之能容納新的接口功能。另一種方式是開發全新的接口設備來連接接入網與核心網。

　　接入網可支持不同的終端(有線的和無線的)以接入多種業務。

　　業務控制中心支持移動通信管理、業務管理和安全性管理。

　　上述的網絡結構是采用ATM技術提供寬帶綜合業務的核心網結構。由于它具有通用的網絡接口功能，故能將第二代(如GSM、DCS－1800、DECT)和第三代移動通信系統以及有線話音網、數據網連接至核心網。在業務控制中心的控制下，智能地完成多種業務的傳送與交換。

　　這種網絡結構可以使運營者根據當前和未來的業務計劃自由地決定如何由第二代系統向第三代系統的演進步驟，這將使他們享有充分的自主權來選擇由第二代移動通信系統向第三代過渡的方式和實施時間。

3　對第三代移動通信系統的期望

3.1　第二代應向第三代系統平滑過渡

　　我們是在繼續使用第二代移動通信系統的同時引進了新的第三代系統。第二代系統中的GSM已在80多個國家投入使用，由190多家運營商經營。運營商、投資商和眾多用戶都不愿意第二代系統的龐大基礎設施毀于一旦，而希望繼續發揮其效益。預計第三代系統與第二代系統將在較長時間內處于共存的局面。

　　因此，第三代系統的切入是否能支持第二代系統繼續發揮作用并能平滑地向第三代系統演進是第三代系統能否成功的關鍵。

　　在處理這一關系時，我贊成“兩邊都向對方靠攏”的思路。

　　在研究和開發第三代移動通信系統時，應考慮以下諸因素：

　　. 它能否重復使用第二代系統的某些網絡設備。如：BTS、MSC、計費系統、智能平臺與 PSDN的接口、用戶數據庫等。

　　. 它能否重復使用第二代系統空中接口協議(呼叫傳遞、軟切換等)和網絡接口協議(如ANSI－41、MAP)。

　　. 能否實現兩代系統間的漫游和軟切換。

　　. 能否在新系統上除了支持本身業務外，還可支持第二代系統的業務。

　　. 系統間頻譜規劃的兼容性。

　　. 使用SIM卡支持全球漫游。

　　為此，IMT－2000的發展策略已經改變了過去“一統”的概念，而注意到以各地區現有第二代系統網絡基礎為參考來制定比較現實的過渡辦法，并在1997年3月的中間會議上一致通過了“IMT－2000家族”的概念。它放棄了在空中接口、網絡技術等方面一致性的努力，而致力于制定網絡接口的標準和互通方案。也就是說，考慮到不同地區現有的第二代系統標準各異的情況下，在向第三代系統演進過程中，只要該系統能在網絡和業務能力上滿足要求，都可成為IMT－2000的家族成員。

　　“家族”將系統分為四大部分：用戶識別模塊(UIM)、移動終端(MT)、無線接入網(RAN)、核心網(CN)。　　目前許多廠商在開發上述“家族”中各種平臺時都充分地注意到了綜合不同網絡(無線與無線、有線與無線等)功能以實現彼此間的互通。例如，歐洲第三代正在開發的通用無線接入網(GRANS)，能使GSM與W－CDMA互連。GSM網絡中加入GRANS后，可獲得115kb／s的數據業務速率(單用戶速率達384kb／s)。日本NTT DoCoMo開發的ATM交換平臺可與GSM和W－CDMA網絡平臺兼容并能與PSTN和ISDN互連。

　　在改進現有的第二代系統加速向第三代演變方面，近幾年來也取得了可喜的進展。現在的GSM系統正在引入新的業務和功能，使其性能逐步升級以進入多媒體的第三代移動通信系統。GSM自從1996年推出GSM2(phase two)以來，增值業務功能不斷涌現，而且實現了與DCS－1800的雙頻運作。它采用增強的全速率話音編碼(EFR)技術，已使其話音質量可與固定網媲美。

　　GSM 2＋(phase 2 plus)將引入高比特的數據業務——通用分組無線業務(GPRS)。此外高速電路交換型數據(HSCSD)業務是GSM對其現有電路交換中的數據業務的一個擴展。

　　GPRS將GSM業務擴展至與X.25公用分組數據網和國際互聯網互連。

　　HSCSD可支持64kb／s(透明)和4×9.6=38.4kb／s與4×14.4=57.6kb／s(非透明)比特率的數據業務。

　　HSCSD和GPRS寬帶數據業務的開發，除了能滿足GSM系統現時數據通信需要外，同時也代表了GSM向下一代移動通信系統發展的方向。特別是GPRS采用了IN設計思想的通用數據通信平臺，有革命性的突破，為GSM向IMT－2000的平滑過渡奠定了良好的基礎。

　　GSM還在實施新的功能CAMEL(移動通信高級邏輯的客戶化應用程序)。

　　據報導，GTE和南貝爾(Bellsouth)已經開始在其蜂窩網絡上提供綜合有線和無線的Tele-co業務。

　　愛立信公司宣布，明年將上市一種新的終端－“世界電話”。該終端能在GSM900、GSM1800、D－AMPS800、D－AMPS1900、AMPS800幾種模式下工作。重量小于135克，高度為105mm。

　　第二代和第三代系統的所有這些努力為它們之間的平滑過渡迎來了曙光。我們期盼著未來為實現兩代系統間的平滑過渡有一個完美的結果。

3.2　對陸地與衛星系統的研究應該并重

　　衛星移動通信系統雖然只是地面蜂窩系統和地面固定網的補充和延伸，而且用戶數量也遠比后二者為少。但它卻是實現無通信盲區，全面覆蓋地域、空域、海域達到全球無縫覆蓋的關鍵手段。因此，對衛星移動通信系統的研究顯得十分重要。

　　而在第三代系統的系統家族中，地面蜂窩系統與衛星移動通信系統這兩大家族成員的綜合尤為重要。我們不能只注重地面系統的研究，而忽視了對衛星移動通信系統的研究和忽視了對此二者綜合技術的研究。

　　目前，正在建設中的并有望在2000年左右成為商用的全球性衛星移動通信系統有：

　　銥系統(LEO：TDMA、FDMA體制)—已建成；

　　全球星系統(LEO：CDMA、FDMA體制)；

　　ICO系統(MEO：TDMA、FDMA體制)。

　　TELEDESIC寬帶移動衛星通信系統計劃在2001年發射。

　　全球衛星移動通信系統是一件新生事物。現在還沒有一個國際性的組織來協調技術和商務問題。

　　對參加該類系統，有下列問題值得重視和研究：

　　. 參加一個全球網，還是參加幾個全球網?這不僅是技術問題，還牽涉到國家政策、市場準入等問題，需要由國家有關部門研究決策。

　　. 即使是參與一個全球系統，也應該認真研究衛星移動通信系統與地面系統在技術上如何接軌的問題，以便實現比較完美的綜合。如果同時參與幾個全球系統，技術上如何接軌就更需認真研究。這里存在頻率協調問題，地面網與衛星網的綜合問題等。

　　. 衛星移動通信系統的技術風險分析。眾所周知，該類系統是一個先進的、規模龐大、結構復雜的技術系統。有史以來還從未作過充分的系統運行試驗，更未作為一個整體投入商用。該系統壽命周期短(只有5～7年)。軌道運行環境惡劣，容易遭到軌道碎片的撞擊。對地面的波束切換較為頻繁，加上星上處理和星際鏈路的操作技術十分復雜。其衛星發射的失敗概率很難保證小于GEO發射的水平(10%左右)。這些都有待于我們認真研究。

　　. 其它還有各類許可證(運營、關口站設立、終端等許可證)的發放、價格制定、計費與網間結算、各參與國利益分享協議、與地面移動網的競爭政策等問題。

3.3　軟件與硬件的研究開發應該并重

　　第三代移動通信系統綜合了公眾電話網、蜂窩移動網、無繩電話網、數據網(包括IP)以及衛星移動通信網，以提供無縫隙通信。其實施除了要有復雜的硬設備支持外，尚有賴于一個復雜、龐大、技術層次很高的軟件系統的支持。

　　首先，是建立龐大復雜的數據庫體系。為確保用戶使用一個唯一的個人通信號碼，跨網絡移動并順利進行正常通信，除了依靠軟切換、用戶位置跟蹤等技術外，還要解決一個移動用戶的管理問題，這就必然要涉及到編號及尋址技術。大量的用戶信息及業務信息在業務控制點的數據庫進行存貯。其中存貯的信息量非常大而且存貯十分頻繁，并隨時有可能被查詢和修改。而大量的業務控制點中的數據庫將組成全國性的乃至全球性的分布式數據庫網絡。大規模分布式數據庫網絡的建立是一個浩繁的工程，有必要提早研究。

　　其次，要特別重視軟件無線電中新的算法的研究。軟件無線電技術是解決多頻／多模移動終端和基站的利器。據報導，美國Airnet公司1996年推出模式寬帶基站，可支持多種模擬的和數字的移動通信體制。但由于當前器件水平所限，軟件無線電技術在基帶處理部分能發揮其作用，射頻部分仍只能采用傳統方法處理。因此，應該組織科研人員積極探索新的算法(不依賴于特定的硬件水平)，為更好的解決多頻／多模問題鋪平道路。

3.4　加強對智能網技術的研究與推廣

　　在以上討論中已涉及智能網在PSTN、移動網、B－ISDN、IP網上為用戶提供多種業務的問題。它將是今后較長的時間內為電信運營商改善服務、增加收入的主要途徑之一，也是第三代移動通信系統的命脈。

　　. 智能網與移動網的結合可以在現有的網上作小的修改，然后過渡到智能網中的數據庫，與第三代移動通信網中的多種數據庫實現統一的、有機的結合，構成統一的分布式數據庫網絡，以實現多種智能業務。

　　. 智能網的網間互連應及早制定規劃，并不斷補充完善我國的C－INAP，制定安全標準。

　　. 智能網與Internet的結合，基于B－ISDN的智能業務的研究，應作為重點工作來抓。

　　. 為鼓勵競爭和刺激IN的技術進步，應盡早研究實施號碼可移植性業務。

4　抓住機遇，發展我國移動通信產業

　　眾所周知，我國已經成為移動通信發展速度最快的國家之一；我國未來的移動通信擁有世界上最大的市場；國外電信運營商、設備制造商都在千方百計地進入和擴大中國市場。

　　因此，本世紀末至下世紀將是我國移動通信發展的黃金時期。把握時機，抓柱機遇，以市場換技術，建成和發展中國品牌的移動通信產業，至為重要。

　　目前，我國已積極參與IMT－2000國際標準的制定活動。我們要認真深入地對各國所建議的RTT標準進行評估，并參與其它的相關標準的研究，以借鑒國外之所長，結合本國實際，制定我國的第三代移動通信標準。　　另外，要加強第三代移動通信設備的研制工作，實行戰略產業重組，組成各方面聯合的強大、精銳的國家集團軍，建立名符其實的移動通信的民族產業。

　　在第一代和第二代移動通信系統發展進程中，由于種種原因，我們未能真正形成自己的民族工業。而第三代移動通信的發展進程給我們國家提供了不可多得的機遇，這是許多專家和領導經過多年思考所形成的共識，希望我們再也不要錯過這一機遇。

　　根據以往的經驗，第三代移動通信應重視以下最關鍵的兩點：

　　(1)由政府出面組織各相關部門集體攻關，切忌各自為政。

　　(2)提前啟動，贏得開發時間。

摘自《移動通信在線》

上一篇：通用移動通信系統的QoS體系結構概論

下一篇：移動IP在藍牙中的應用