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移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢
摘要本文詳細論述了現代移動(dòng)通信技術(shù)的六大最新發(fā)展趨勢：網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)的數據化、分組化，網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的寬帶化，網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的智能化，更高的頻段，更有效利用頻率，網(wǎng)絡(luò )趨于融合、走向統一。了解、掌握這些趨勢對移動(dòng)通信運營(yíng)商和設備制造商均具有重要的現實(shí)意義。關(guān)鍵詞 移動(dòng)通信 Internet 無(wú)線(xiàn)數據 IMT-2000 智能網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò )融合
1前言
移動(dòng)通信業(yè)務(wù)之所以發(fā)展迅猛主要是其滿(mǎn)足了人們在任何時(shí)間。任何地點(diǎn)與任何個(gè)人進(jìn)行通信的愿望。移動(dòng)通信是實(shí)現未來(lái)理想的個(gè)人通信服務(wù)的必由之路。在信息支撐技術(shù)、市場(chǎng)競爭和需求的共同作用下，移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)，呈現出以下幾大趨勢：網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)數據化、分組化，網(wǎng)絡(luò )技術(shù)寬帶化，網(wǎng)絡(luò )技術(shù)智能化，更高的頻段，更有效利用頻率，各種網(wǎng)絡(luò )趨于融合。了解、掌握這些趨勢對移動(dòng)通信運營(yíng)商和設備制造商均具有重要的現實(shí)意義。
2網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)數據化、分組化
2.1無(wú)線(xiàn)數據——生機無(wú)限當前移動(dòng)數據通信發(fā)展迅速，被認為是移動(dòng)通信發(fā)展的一個(gè)主要方向。近年來(lái)出現的移動(dòng)數據通信主要有兩種，一種是電路交換型的移動(dòng)數據業(yè)務(wù)，如TACS、AMPS和GSM中的承載數據業(yè)務(wù)以及GSM系統的HSCSD；另外一種是分組交換型的移動(dòng)數據業(yè)務(wù)，如摩托羅拉的 DataTAC、愛(ài)立信的Mobitex和GSM系統的GPRS。
目前，無(wú)線(xiàn)數據業(yè)務(wù)只占GSM網(wǎng)絡(luò )全部業(yè)務(wù)量中的很小一部分，但是在未來(lái)的兩年中這種狀況將開(kāi)始扭轉，并大大改變。1999年以后，隨著(zhù)HSCSD、GPRS等新的高速數據解決方案顯露崢嶸，并成為數據應用的新焦點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)數據將成為運營(yíng)商經(jīng)營(yíng)計劃中越來(lái)越重要的部分，它預示著(zhù)未來(lái)大量的商業(yè)機遇。
（1）應用驅動(dòng)市場(chǎng)
無(wú)線(xiàn)數據業(yè)務(wù)的主要驅動(dòng)力在于用戶(hù)的應用。話(huà)音是單一的、易于被大眾所接受的業(yè)務(wù)，然而無(wú)線(xiàn)數據則不同，無(wú)線(xiàn)數據最初的應用重點(diǎn)放在運輸管理這樣的專(zhuān)業(yè)市場(chǎng)。近期無(wú)線(xiàn)數據業(yè)務(wù)的目標市場(chǎng)是銷(xiāo)售人員或現場(chǎng)工程師這樣的用戶(hù)群。從這些先發(fā)目標的應用中積累無(wú)線(xiàn)數據的經(jīng)驗，并從中受益。
在過(guò)去的十年里，傳統的生活方式已經(jīng)在迅速改變，人們更經(jīng)常性地移動(dòng)，職業(yè)和個(gè)人生活之間的分界變得模糊，人們需要不分時(shí)間、地點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)很重要的信息。發(fā)生在用戶(hù)身上的這種生活方式的改變將成為驅動(dòng)無(wú)線(xiàn)數據業(yè)務(wù)發(fā)展的重要因素。
（2）因特網(wǎng)的影響
和通信的其他領(lǐng)域一樣，無(wú)線(xiàn)數據業(yè)務(wù)的一個(gè)最重要的驅動(dòng)力來(lái)自Internet。根據最近的研究，未來(lái)兩年歐洲的因特網(wǎng)用戶(hù)數量將翻一番。在我國，因特網(wǎng)用戶(hù)的年增長(cháng)率將高達300%，顯然用戶(hù)在運動(dòng)中接入因特網(wǎng)的需求將會(huì )增長(cháng)。
為了滿(mǎn)足接入因特網(wǎng)的需求，一個(gè)全球性的開(kāi)放協(xié)議——無(wú)線(xiàn)應用協(xié)議（WAP）應運而生。WAP為將Internet的信息內容以及增值業(yè)務(wù)傳送到移動(dòng)終端提供了一種開(kāi)放的通用標準，實(shí)現了IP與GSM網(wǎng)絡(luò )的橋接，是一個(gè)為廠(chǎng)商提供加速市場(chǎng)增長(cháng)、避免網(wǎng)絡(luò )割接、保護運營(yíng)商投資的標準，WAP確保任何與WAP兼容的GSM手機都能工作。
（3）數據速率的發(fā)展
GSM承載業(yè)務(wù)所提供的GSM數據速率最高只能達到9.6kbit／s。國際上1998年引入的高速電路交換數據（HSCSD）技術(shù)將實(shí)現57kbit／s的數據速率，對要求連續比特率和傳輸時(shí)延小的應用是理想的，如會(huì )議電視、電子郵件、遠程接入企業(yè)的局域網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)圖像。1999年商用化的GPRS是第一個(gè)GSM分組數據應用，將實(shí)現超過(guò)100kbit／s的數據速率。對較短的“突發(fā)”類(lèi)型業(yè)務(wù)是理想的，如信用卡認證、遠程測量和遠程事務(wù)處理。EDGE（增強數據速率GSM改進(jìn)模式）使用修改過(guò)的GSM調制方式來(lái)實(shí)現超過(guò)300kbit／s的數據速率。EDGE會(huì )讓 GSM運營(yíng)商特別受益，他們不但可以贏(yíng)得第三代移動(dòng)通信的經(jīng)營(yíng)執照，還可以提供有競爭力的寬帶數據業(yè)務(wù)。
2.2個(gè)人多媒體通信——網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的方向
對隨時(shí)隨地話(huà)音通信的追求使早期移動(dòng)通信走向成功。移動(dòng)通信的商業(yè)價(jià)值和用戶(hù)市場(chǎng)得到了證明，全球移動(dòng)市場(chǎng)以超凡的速度增長(cháng)。移動(dòng)通信演進(jìn)的下一階段是向無(wú)線(xiàn)數據乃至個(gè)人移動(dòng)多媒體轉移，這一進(jìn)展已經(jīng)開(kāi)始，并將成為未來(lái)重要的增長(cháng)點(diǎn)。個(gè)人移動(dòng)多媒體將根據地點(diǎn)為人們提供無(wú)法想像的、完善的個(gè)人業(yè)務(wù)和無(wú)線(xiàn)信息，將對人們工作和生活的各個(gè)方面產(chǎn)生影響。在個(gè)人多媒體世界里，話(huà)音郵件和電子郵件被傳送到移動(dòng)多媒體信箱中；短信將成為帶有照片和視頻內容的電子明信片；話(huà)音呼叫將與實(shí)時(shí)圖像相結合，產(chǎn)生大量的可視移動(dòng)電話(huà)，還將實(shí)現移動(dòng)因特網(wǎng)和萬(wàn)維網(wǎng)瀏覽。像無(wú)線(xiàn)會(huì )議電視這樣的應用將隨處可見(jiàn)，電子商務(wù)將蓬勃開(kāi)展。對于運動(dòng)中的用戶(hù)還有隨時(shí)隨地的各種信箱和娛樂(lè )服務(wù)。
3網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的寬帶化
在電信業(yè)歷史上，移動(dòng)通信可能是技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展最快的領(lǐng)域。業(yè)務(wù)、技術(shù)、市場(chǎng)三者之間是一種互動(dòng)的關(guān)系，伴隨著(zhù)用戶(hù)對數據、多媒體業(yè)務(wù)需求的增加，網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)向數據化、分組化發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )必然走向寬帶化。
通過(guò)使用電話(huà)交換技術(shù)和蜂窩無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，70年代末誕生了第一代模擬移動(dòng)電話(huà)。AMPS（北美蜂窩系統）、NMT（北歐移動(dòng)電話(huà)）和TACS（全向通信系統）是三種主要的窄帶模擬標準。第一代無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的一大成就就是去掉了將電話(huà)連接到網(wǎng)絡(luò )的用戶(hù)線(xiàn)。用戶(hù)第一次能夠在他們所在的任何地方無(wú)線(xiàn)接收和撥打電話(huà)。
第二代系統引入了數字無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，它提供更高的網(wǎng)絡(luò )容量，改善了話(huà)音質(zhì)量和保密性，并為用戶(hù)引入了無(wú)縫的國際漫游。今天世界市場(chǎng)的第二代數字無(wú)線(xiàn)標準，包括GSM、MMPS、PDC（日本數字蜂窩系統）和IS95 CDMA等，均仍為窄帶系統。
第三代移動(dòng)系統，即IMT-2000，是一種真正的寬帶多媒體系統，它能夠提供高質(zhì)量寬帶綜合業(yè)務(wù)并實(shí)現全球無(wú)縫覆蓋。2000年以后，窄帶移動(dòng)電話(huà)業(yè)務(wù)需求將依然很大，但隨著(zhù)Internet等高速數據通信及多媒體通信需求的驅動(dòng)，寬帶多媒體綜合業(yè)務(wù)將逐步增長(cháng)，而且就未來(lái)信息高速公路建設的無(wú)縫覆蓋而言，寬帶移動(dòng)通信作為整個(gè)移動(dòng)市場(chǎng)份額的子集將顯得愈來(lái)愈重要。
第三代系統預計在2002年投入商用。
從第二代到第三代系統的變化并不像從第一代模擬網(wǎng)絡(luò )到第二代數字網(wǎng)絡(luò )那樣存在重大的技術(shù)變遷。從目前的技術(shù)發(fā)展現狀和趨勢來(lái)講，第二代系統將逐步子滑過(guò)渡到第三代系統，在此演進(jìn)過(guò)程中，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )所能實(shí)現的數據速率逐步升級： GSM承載業(yè)務(wù)所能提供的數據速率為9.6kbit／s，1998年商用的HSCSD技術(shù)實(shí)現了57kbit／s的數據速率，1999年引入的GPRS將實(shí)現超過(guò)100kbit／s的數據速率，將在2000年引入的 EDGE技術(shù)可實(shí)現超過(guò)300kbit／s的數據速率。2001年后投入商用的第三代系統將能夠在廣域網(wǎng)上實(shí)現384kbit／s的數據速率，在辦公室和家中還可以達到2Mbit／s。
4網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的智能化
移動(dòng)通信需求的不斷增長(cháng)以及新技術(shù)在移動(dòng)通信中的廣泛應用，促使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )得到了迅速發(fā)展。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )由單純地傳遞和交換信息，逐步向存儲和處理信息的智能化發(fā)展，移動(dòng)智能網(wǎng)由此而生。移動(dòng)智能網(wǎng)是在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中引人智能網(wǎng)功能實(shí)體，以完成對移動(dòng)呼叫的智能控制的一種網(wǎng)絡(luò )，是一種開(kāi)放性的智能平臺，它使電信業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)者能夠方便、快速、經(jīng)濟、有效地提供客戶(hù)所需的各類(lèi)電信新業(yè)務(wù)，使客戶(hù)對網(wǎng)絡(luò )有更強的控制功能，能夠方便靈活地獲取所需的信息。移動(dòng)智能網(wǎng)通過(guò)把交換與業(yè)務(wù)分離，建立集中的業(yè)務(wù)控制點(diǎn)和數據庫，進(jìn)而進(jìn)一步建立集中的業(yè)務(wù)管理系統和業(yè)務(wù)生成環(huán)境來(lái)達到上述目標。通過(guò)智能網(wǎng)，運營(yíng)公司可以最優(yōu)地利用其網(wǎng)絡(luò )，加快新業(yè)務(wù)的生成；可以根據客戶(hù)的需要來(lái)設計業(yè)務(wù)，向其他業(yè)務(wù)提供者開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )，增加收益。
關(guān)于移動(dòng)智能網(wǎng)的研究，早在1995年就已開(kāi)始，剛開(kāi)始并沒(méi)有具體的標準協(xié)議出現，各廠(chǎng)商各自制定了自己的標準，并且據此進(jìn)行了不少的研究工作，如Alcatel、Nortel、Ericsson等都先后推出了自己的初期產(chǎn)品。這些工作為最終移動(dòng)智能網(wǎng)標準的形成積累了經(jīng)驗。
1997年末，美國蜂窩電信工業(yè)協(xié)會(huì )（CTIA）制定了移動(dòng)智能網(wǎng)的第一個(gè)標準協(xié)議——IS-41D協(xié)議。1998年1月，歐洲電信標準研究所（ETSI）在GSM phase2+階段引入了CAMEL協(xié)議（移動(dòng)通信高級邏輯的客戶(hù)化應用程序），當時(shí)的版本是Phase1。1998年4月，ITU-T在新推出的智能網(wǎng)能力集一2標準中描述了移動(dòng)接入的功能實(shí)體，稱(chēng)為CAMEL phase2標準。
伴隨著(zhù)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )向第三代系統的演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò )的智能化程度也在不斷地提升。智能網(wǎng)及其智能業(yè)務(wù)是構成未來(lái)個(gè)人通信的基本條件。
5更高的頻段
從第一代的模擬移動(dòng)電話(huà)，到第二代的數字移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )，再到將來(lái)的第三代移動(dòng)通信系統，網(wǎng)絡(luò )使用的無(wú)線(xiàn)頻段遵循一種由低到高的發(fā)展趨勢。1981年誕生的第一個(gè)具有國際漫游功能的模擬系統NMT的使用頻段為450MHz，1986年NMT變遷到900MHz頻段。我國目前的模擬TACS系統的使用頻段也為900 MHz。在第二代網(wǎng)絡(luò )中，GSM系統的開(kāi)始使用頻段為900MHz，IS-95 CDMA系統為800MHz。為了從根本上提高GSM系統的容量，1997年出現了1800MHz系統，GSM 900／1800雙頻網(wǎng)絡(luò )迅速普及。2002年將投入商用的第三代系統 IMT-2000則定位在2GHz頻段。
6更有效利用頻率
無(wú)線(xiàn)電頻率是一種寶貴資源。隨著(zhù)移動(dòng)通信的飛速發(fā)展，頻譜資源有限和移動(dòng)用戶(hù)急劇增加的矛盾越來(lái)越尖銳，出現了“頻率嚴重短缺”的現象。解決頻率擁擠問(wèn)題的出路是采用各種頻率有效利用技術(shù)和開(kāi)發(fā)新頻段。
模擬制的早期蜂窩移動(dòng)通信系統采用頻分多址方式，主要通過(guò)多信道共用、頻率復用和波道窄帶化等技術(shù)實(shí)現頻率的有效利用。隨著(zhù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，模擬系統已遠不能滿(mǎn)足用戶(hù)發(fā)展的需求。數字移動(dòng)通信比模擬移動(dòng)通信具有更大的容量。同樣的頻分多址技術(shù)，數字系統要求的載干比較小，因而頻率復用距離可以小一些，系統的容量可以大一些。而且，數字移動(dòng)通信還可采用時(shí)分多址或碼分多址技術(shù)，它比模擬的頻分多址制在系統容量上大4-20倍。
GSM作為最具代表性和最為成熟的數字移動(dòng)通信系統，其發(fā)展歷程就是一部頻率有效利用技術(shù)的演進(jìn)史。GSM采用時(shí)分多址制式，其對頻率的有效利用主要是通過(guò)頻率復用技術(shù)的不斷升級實(shí)現的。從傳統的4×3方式，到3×3、1×3、MRP、2×6等新的復用技術(shù)，頻率復用的密集度逐步提升，頻譜效率快速提高， GSM系統的容量得到逐步釋放。1995年開(kāi)始投入商用的IS－95 CDMA（窄帶）系統，以無(wú)線(xiàn)技術(shù)的先進(jìn)性和大容量等特點(diǎn)著(zhù)稱(chēng)。它以擴頻技術(shù)為基礎，不同用戶(hù)的信號靠不同的編碼序列來(lái)區分，如果從頻域或時(shí)域來(lái)觀(guān)察，多個(gè)CDMA信號是相互重疊的，故理論上CDMA系統的頻譜利用率比GSM系統更高，網(wǎng)絡(luò )容量更大。同時(shí)CDMA系統具有一定的過(guò)載能力，即系統具備軟容量。作為未來(lái)第三代移動(dòng)通信系統主流無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的WCDMA（寬帶碼分多址）能夠更高效地利用無(wú)線(xiàn)電頻率。它利用分層小區結構、自適應天線(xiàn)陣和相干解調（雙向）等技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )容量可得到大幅提高，可以更好地滿(mǎn)足未來(lái)移動(dòng)通信的發(fā)展要求。
7網(wǎng)絡(luò )趨于融合，走向統一
7.1第三代移動(dòng)通信系統的結構
第三代系統的主要目標是將包括衛星在內的所有網(wǎng)絡(luò )融合為可以替代眾多網(wǎng)絡(luò )功能的統一系統，它能夠提供寬帶業(yè)務(wù)并實(shí)現全球無(wú)縫覆蓋。為了保護運營(yíng)公司在現有網(wǎng)絡(luò )設施上的投資，第二代系統向第三代系統的演進(jìn)遵循平滑過(guò)渡的原則，現有的GSM、D-AMPS IS-136等第二代系統均將演變成為第三代系統的核心網(wǎng)絡(luò )，從而形成一個(gè)核心網(wǎng)家族，核心網(wǎng)家族的不同成員之間通過(guò)NNI接口聯(lián)結起來(lái)，成為一個(gè)整體，從而實(shí)現全球漫游。在核心網(wǎng)絡(luò )家族的外圍，形成一個(gè)龐大的無(wú)線(xiàn)接入家族，現有的幾乎所有的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)以及 WCDMA等第三代無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)均將成為其成員。
7.2未來(lái)的網(wǎng)絡(luò )構架
技術(shù)的發(fā)展、市場(chǎng)需求的變化、市場(chǎng)競爭的加劇以及市場(chǎng)管制政策的放松將使計算機網(wǎng)、電信網(wǎng)、電視網(wǎng)等加快融合為一體，寬帶IP技術(shù)成為三網(wǎng)融合的支撐和結合點(diǎn)。未來(lái)的網(wǎng)絡(luò )將向寬帶化、智能化、個(gè)人化方向發(fā)展，形成統一的綜合寬帶通信網(wǎng)，并逐步演進(jìn)為由核。心骨干層和接八層組成、業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò )分離的構架。
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