B3G移动网络的演进

    作者：郭靖  郭晨峰

    文章从B3G的定义出发，介绍了移动通信和宽带无线接入两大领域中的宽带无线技术，最后探讨了B3G网络的演进路线。

    1、B3G接入技术定义

    B3G不仅是速度超过384kb/s速率限制的无线传输技术，而且是由无线全球研究论坛（WWRF）严格定义的通用名词，在ITU中被称为“IMT2000及超IMT2000系统”。

    图1是WWRF建议中描述的未来系统能力图。从图1可以看到3G系统的未来发展、B3G系统的远景规划及其不同组成部分间的关系。

    图1  未来系统能力示意图

    其中，图1中黑色部分指现有能力，中度灰色指增强IMT-2000，浅灰色指超IMT-2000系统的能力。移动程度按低移动性（步行速度）和高速60～250km/h（高速公路或快速列车）进行分类。

    根据图1的定义，新的空中接口在高移动性下最高约达到100Mb/s，低速移动性下最高约1Gb/s的速率。包括现在发展的HSDPA、HSUPA、CDMA20001xEV-DO、CDMA20001x EV-DV，还包括新出现的WiMAX、Wi-Fi及DTV、DAB等技术。

    之所以称为B3G，而不是4G，是因为未来系统及标准必须继续仰赖3G标准组织已发展的多项新定标准加以延伸，如全ip核心网、开放业务架构及IPv6。同时，其规划又必须满足整体系统架构能够由3G系统演进到未来B3G架构的需求。

    在系统架构上，B3G的终端设备将可以利用单一或少数的无线接口、软件无线电、智能型天线，并以最符合频宽需求或具经济可行性的方式，选择通讯时的接取接口及协议。其可选择的接口包括WLAN、2G、2.5G、3G接口，以及B3G新规划的高速无线接口。

    2、现有移动网络的接入技术

    B3G技术的发展，不仅仅包括移动通信领域技术，也就是3GPP和3GPP2国际标准组织定义的接入技术标准发展演进路线，还包括宽带无线接入领域新技术及广播电视领域技术。

    在移动通信领域中，目前全世界是第二代数字移动系统和第三代宽带移动系统共存的状况。各个国家的移动网络正在从第二代移动系统演进到第三代移动系统，但由于市场发展的各种情况，这两种系统将在未来至少5～10年的时间内共同发挥作用。目前第二代移动系统使用GSM、TDMA、CDMAOne，第三代移动系统主要使用WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三种标准。移动通信领域3G无线技术的演进路线如图2所示：

    图2  3G无线技术演进路线

    从3G演进的路线来看，GSM/WCDMA的B3G发展首先是实现HSDPA（P1）R5，上行和下行速率分别达到1.8Mb/s和3.6Mb/s；进一步是实现HSDPA（P2）R6和HSUPA，上行和下行速率分别达到8Mb/s和14.4Mb/s。从时间上来看，HSDPA今年很难大规模商用，明后年将是大规模商用的一个时间段。

    GSM/TD-SCDMA的进展也非常迅速，其后续技术的演进路线已经十分清楚。首先会采用单载波的HSBTA技术，速率达到2.8Mb/s；然后采用多载波的HSBTA，速率达到7.2Mb/s，并在逐步提高它的接入能力。预计明年第一季度将实现HSDPA单载波的商用，第二季度将实现HSDPA多载波的商用。

    CDMA/CDMA20001X的发展演进和WCDMA及TD-SCDMA略有不同，由于基础信道带宽的不同，首先实现的CDMA20001xEV-DO R0，其上行和下行速率分别达到153.6kb/s和2.46Mb/s；进一步是实现1x EV-DO RA和1x EV-DV，上行和下行速率分别达到1.6kb/s和3.1Mb/s及3倍的1x EV-DO速率。今年1x EV-DO将大规模商用，明后年将是1x EV-DV大规模商用的时间。

    3、宽带无线接入技术

    现在移动通信市场正在为越来越多的无线接入技术所瓜分。作为B3G技术的一部分，宽带无线接入这个全新的领域正在突起。这些新无线技术的加入，使移动通信网络架构发生了重大的变化。在这个领域中，WLAN、Bluetooth、WiMAX、Wi-Fi、正交频分复用（OFDM）等无线接入技术更好地提高了网络的品质，增加了网络的容量，实现了更高效的频谱使用率。

    同时，广电系统包括数字电视系统（DTV）和数字多媒体广播（DMB）也是未来接取服务的选择接口，也被列为B3G技术未来的发展之列。

    宽带无线接入技术是通过无线方式以与有线接入技术相近的数据传输速率和通信质量接入核心网络，宽带无线接入技术在高速因特网接入、信息家电联网、移动办公、军事、救灾、空间探险等领域具有非常广阔的应用空间。根据目前的技术标准和将来的发展，主要宽带无线接入技术的分类如图3所示：

    图3  宽带无线接入技术分类

    如图3所示，宽带无线接入技术包括四类：

    （1）无线个域网（WPAN）技术

    包括蓝牙（Bluetooth）、IEEE802.15和UWB技术。

    （2）无线局域网（WLAN）技术

    包括IEEE802.11b/a和Wi-Fi。

    （3）无线城域网（WMAN）技术

    包括IEEE802.16和WiMAX。

    （4）无线广域网（WWAN）技术

    包括IEEE802.20。

    下面分别介绍主要几种宽带无线接入技术和广播技术。

    （1）Wi-Fi—802.11b

    IEEE802.11b具有在信号较弱或有干扰的情况下，可自动调整带宽大小的特点，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。其主要特性为：速度快、可靠性高、在开放性区域通讯距离可达305米。

    Wi-Fi技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术使用的是2.4GHz四周的频段，该频段目前尚属未许可的无线频段。Wi-Fi的电波覆盖范围可达300英尺左右（约100米），甚至可在整栋大楼中使用。传输速度非常快，可以达到11Mb/s。由于覆盖距离，目前Wi-Fi主要应用于室内或者热点地区，不需耗费资金来进行网络布线接入，从而节省了大量成本。但Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能也较差，传输质量也有待改进。Wi-Fi网络主要为快速反应机构（如警察、消防、救护和边防人员等）提供服务。在网络范围内，行驶时速为130km时也可以进行多方IP语音通话。

    （2）WiMAX—802.16e

    WiMAX（全球微波接入互操作性）是基于IEEE802.16标准的宽带无线接入城域网技术。WiMAX能够在城域网范围，提供点对多点的宽带无线接入手段。WiMAX具有几大技术优势：传输距离远、接入速度高、无“最后一公里”瓶颈限制、提供广泛的多媒体通信服务。WiMAX能提供最高峰值达70Mb/s的接入速度，是3G宽带速度的30倍。WiMAX的无线信号传输距离最远可达50公里，其网络覆盖面积是3G基站的10倍。WiMAX目前还没有真正的商用网络，WiMAX要到2009年才能开始商用。

    另外，韩国的WiBro业务与802.16标准相兼容，可以看作是802.16e的一个分支，未来可能会统一为一个标准。

    （3）Flash-OFDM——802.20

    802.20标准定位于宽带高速移动数据业务，支持大约为250km/h的移动性，可提供互联网接入、VoIP话音、移动广播等业务。FLASH-OFDM是802.20的主要候选技术。Flash-OFDM使用400MHz到3.5GHz之间的频段，带宽为1.25MHz，使用成对频谱运行。基于FLASH-OFDM技术，移动宽带网络的传输速度在300kb/s到1.6Mb/s之间，最高峰值可达3.2Mb/s。每年使用费用非常低廉，仅有600美元，接近DSL业务的价格。

    （4）DMB——数字多媒体广播

    DMB是继调幅、调频广播之后的第三代广播。DMB采用数字技术及独特的信道编码技术，具有音质好（CD质量）、可实现多媒体接收、可高速移动接收、可加密、单频组网能力、发射功率小、覆盖面积大、频谱利用率高、有很强的抗干扰和在恶劣环境下接收的能力，并可利用卫星大幅度提高广播的覆盖率等优点，DMB单通道的传输速率在1.5Mb/s-1.8Mb/s。

    我国的DMB发展尚需时日，还有几个主要问题亟待解决，包括我国DMB标准的制定、频率规划的制定、保障措施、政策保证等。

    由以上对无线接入的介绍，我们可以知道，到B3G时代有众多的宽带无线接入技术可供选择。每种技术都有自身的优势特点和一定的劣势，下面以图形和表格形式简单说明。几种宽带无线接入技术及发展特点的比较如图4和表1所示：

    图4  各种宽带无线接入技术比较

    表1  WiMAX和FLASH-OFDM比较

    4、未来用户需求

    随着网络带宽和速率的增加，人们对网络的需求已逐渐向满足社会与个人综合性全球通信要求的方向发展。未来，用户期待网络是一个一体化的解决方案，使用时可以不用知道用的是哪一种接入技术，而后台却拥有一个强大的一体化平台，来治理不同接入技术之间在提供服务时所需要的鉴权、授权、结算、计费等。而一体化平台具有分布性、开放性与标准性的特点，能够产生丰富的业务种类与市场应用。通过多元化接入技术的融合，消除家庭网络、企业网络、以及运营商的无线网络和固定网络之间的障碍。网络具有丰富的多业务、移动宽带智能化、高质量开放性、安全兼容性及可治理性等一系列基本明显特征，是目前因特网、电信网、移动网、广播电视网综合起来的特征。不管采用何种设备，不管身在何处，网络都将提供无缝连接的、直观的、合适的接入方式，实现各种不同的应用，实现实时的、方便的沟通。

    考虑到这些需求，B3G移动网络未来采用的无线接入技术，必须具有足够的可扩展性和容量，这不是一种无线接入技术就可以解决的问题。

    5、B3G网络的演进路线

    从众多技术的特点来看，在B3G时代，不可能出现一个独立的、可以替代2G和3G系统的下一代移动技术。目前，由于应用领域及无线通信环境的目标都有很大的不同，不管从技术角度还是从经济角度来说，再开发一个统一的系统来替代现存所有系统恐怕难以实现。另外，众多技术也从各自角度解决了网络中存在的问题，因此B3G移动网络的演进必将走多元化路线。B3G系统将能够应对越来越复杂和多样化的通信系统，以保证各种网络之间的不间断服务。

    由于市场和用户的需求不同，在现阶段很难猜测哪一种技术最后会以哪种方式处于支配地位，或者这几种技术将会是何种共存方式?一系列问题将直接影响未来网络的架构和发展策略等方面。

    对于已有运营商已经投资建设的移动网络，由于成本和投资的关系，在B3G时代可能仍然以移动通信网络为基础，加入宽带无线接入如WiMAX和/或Flash-OFDM为辅助技术进行网络的演进。对于新运营商来说，由于频率许可证及投资成本等问题，在B3G时代可能会以WiMAX和/或Flash-OFDM等技术发展移动通信网络，而会以HSDPA为辅助技术进行网络的演进。或者这两种方式同时进行，或者以几种技术组合方式进行演进。因此，B3G将是一个多元化复杂组合形式的网络演进路线。只有这样，才能在技术的层面发展并满足用户的自身需求，也就是满足市场的发展。

    6、结论

    伴随着B3G网络的多元化演进，未来移动世界将发生革命性的变化。而移动网络的组织和未来的发展策略等方面将会随之发生巨大的改变，因此对于B3G的演进要有深刻的熟悉。