UMA技术推动固定移动融合成为现实

许多年来，服务提供商和电信设备制造商一直在争论固定和移动通信的融合问题。作为最初争论焦点的成本收益问题，如今对服务提供商来说已经具有商业上的可行性。一度与固话运营商激烈竞争的移动服务提供商目前面临着来自另外一种替代技术的有力竞争。他们由通话分钟获得的收入在快速下降：不是因为消费者打电话的次数少了，而是因为另外一种技术在以非常有竞争力的价格提供语音服务。建立在现有互联网基础架构上的VoIP在与宽带服务捆绑后几乎可以提供免费的话音服务。

由于消费者要求市场以更低的价格提供高质量的语音服务，服务与设备提供商必须紧密合作并开发标准来建成完全融合的网络。作为合作的结晶，电信业已经确定使用非授权移动接入(UMA)技术，让用户通过蓝牙和Wi-Fi等无线技术手段在无需授权射频频段内访问GSM和GRPS移动服务。通过部署UMA技术，服务提供商能使用户在蜂窝网络和公用与私有非授权无线网络之间漫游和切换。UMA能让用户在网络间切换时享受连续的移动语音与数据业务使用体验。

UMA还会促进手机的需求以推动这种融合，使用户在家里和路途中无缝地使用手机。同一手机可以让人毫无察觉地实现固定与移动服务之间切换，并在不影响服务和话音质量的前提下实现低价的呼叫。

UMA：固定移动融合(FMC)的催化剂

通过将GSM和GRPS协议数据封装进标准的IP包，UMA可以提供在互联网上复用GSM和GPRS协议的优势。因此只需很少量的开发和测试工作就能完成对现有GSM手机的修改，从而快速实现从蜂窝到互联网世界的顺利融合。手机无需作任何修改就可以透明地支持大多数公共GSM/GPRS服务，如WAP浏览、FTP、SMS及附加服务。那些基于射频层的服务支持起来难度大一些，比如SMS-CB、传真和电路交换数据呼叫(如视频会议)。

由于UMA是作为现有2G/2.5G网络的扩展而设计的，因此可以通过A/B/G接口连接到移动交换中心(MSC)或服务GPRS支持节点(SGSN)。正是使用伪频数字的“UMA单元”概念允许相关的测试报告和移交。

射频共存问题

GSM和WLAN的接收机部分区别很大，一般无法共用一副天线，因此在系统间平滑变化时很容易启动这两个系统。当在空闲状态进入UMA时称为“漫游入(rove-in)”，当退回到GSM空闲状态时称为“漫游出(rove-out)”。同样，当离开GSM连接进入WLAN时的“交入(hand-in)"、从WLAN回到GSM时的“拿出(hand-in)”就很容易实现。

然而，由于GSM技术具有非常严格的接收器性能要求以及WLAN上非关联的并行传输机制，必须使用共存滤波器来防止GSM连接失真。同时，需要特别注意被选WLAN芯片组与蓝牙芯片组之间的共存支持，因为它们使用相同的频段，必须协调在两个射频上发送语音的传输过程(比如在UMA呼叫中使用蓝牙耳机)。

图1：UMA实现了网络之间用户体验的一致性

图2：UMA通过A/B/G接口连接到移动交换中心(MSC)

安全性是成功部署UMA的关键

一旦使用互联网，用户就将离开蜂窝网络这个“安全港湾”，很容易受到那些典型互联网威胁的干扰，如垃圾邮件、病毒入侵、有害的和重放、不正确的帐单等等。因此要求为每条消息采取高级加密和指纹识别术。UMA有四种规定的安全框架(AES+SHA-1、3DES+SHA、AES+HMAC、AES+AES XCBC)。从用户角度看，手机必须至少支持其中的一种，而网络的安全网关必须支持全部四种，从而保证UMA的安全使用。

认证是基于专门为UMA开发的第二版互联网密钥交换(IKEv2)协议。这样，手机和服务提供商都需要做大量的开发和集成工作，因而会延迟UMA系统的实际部署进程。IKEv2采用EAP-SIM认证，允许运营商根据通常的GSM SIM认证算法A3和A5实现手机的UMA认证。另一方面，移动基站需要通过检查UMA网络控制器(UNC)或安全网关(SGW)的身份来验证UMA网络。基于这样的原因，运营商必须提供存储于手机中并可有效防止修改的安全证书(基于X.509)。这样，用户就不能轻易地将UMA手机连接到任意服务提供商，只能连接到其证书被编程进手机中的服务提供商。

在手机上实现FMC

移动接入有特殊的要求，其中之一是使所支持的距离最大化。在使用笔记本电脑的情况下，问题倒不是很大。然而，在运营商驱动的业务中覆盖区域最重要，因为如果经常并尽量使用UMA而不是GSM的话，可降低运营商的成本。这相当于UMA手机必须支持的WLAN范围应尽可能扩大。300米视距范围应该没什么问题，这一范围与传统无绳解决方案相当。在建筑物频传播将更显重要，应注意WLAN的接收器灵敏度和发送功率。

高的音频和服务质量是必要的，因此在WLAN上语音业务的优先级要高于数据业务。同时，低功耗对手机应用来说也特别重要，用户不希望有其它需要大功耗的应用影响他们的通话时间。

NXP的UMA平台

NXP在自己的Nexperia蜂窝系统解决方案6120基础上，推出了一款基于ARM9的GSM/GPRS/EDGE/多媒体UMA平台。为了帮助WLAN功能的融合，该方案采用了低功耗的802.11g WLAN系统级封装(SiP)芯片BGW211。该芯片采用先进的工艺技术和封装技术集成了基带/MAC、射频、功放和天线。

图3：NXP半导体的GSM/GPRS/EDGE多媒体UMA平台系统框图

1. 改善覆盖范围和功耗

NXP解决方案的接收器灵敏度高于-8?dBm，发送功率超过20dBm EIRP，因此可有效改善建筑物内的射频传播效果。WLAN芯片组BGW211特别针对嵌入式设备和UMA应用作了优化，在空闲和连接模式下具有非常低的功耗。由于支持不定期省电输出(U-APSD)等Wi-Fi增强性能，BGW211可将UMA通话时间延长到9个多小时。

2. 提高服务质量(QoS)

NXP的参考设计扩展了手机对QoS的支持，因此即使在UMA通话过程中并行浏览网页也不会影响通话质量，因为话音的优先级比数据要高。为了提高音频质量，参考设计中还包含了相关的一些先进VoIP性能：可处理包延迟和抖动的自适应抖动缓存；在IP或WLAN数据包丢失的情况下可有效避免失真的数据包错误隐藏；带来更高鲁棒性的前向纠错，以应对数据包丢失。这可在UMA数据吞吐量基础上帮助获得480kbps的超级GPRS性能，是EDGE网络上最佳GPRS性能的两倍。

易用性

就像所有其它移动通信一样，UMA配置日期和连接设置是由运营商和制造商预先配置好的，用户无需作任何手工修改即可享受到服务。在进入和离开UMA、进入home zone指定区域内时有非常清晰的显示信息，可显示专门的费率表、信号电平、网络名字和信号强度。

用户也可以选择最合适的设置模式(GERAN优先、UTRAN优先、只有WLAN、只有GSM)，例如在飞机上使用飞行模式，或在没有GSM或WLAN的区域获得更好的功耗性能。另外，用户还可以手工选择接入点以便充分利用特殊产品和环境的优势(例如从朋友的家或星巴克获取连接)。

UMA就在身边

如上所述，UMA作为一种技术完全可以满足目前用户需要，并且符合今天的移动运营商在FMC市场中的竞争策略。UMA技术已经非常成熟，并且得到了手机和基础设施领域所有主要厂商的支持。NXP的UMA参考设计可以帮助ODM/OEM/IDH快速开发出高质量的手机。由于UMA是一种支持基于“大量数据”IMS应用框架的应用的接入技术，它不会与WLAN网络技术竞争。只有语音呼叫连续性(VCC)技术可以提供与当前的UMA相同的效果。但与UMA不同的是，VCC技术需要移动运营商对基础架构作出巨大的投资，而且还没有标准化，电信业对它的支持态度也不明朗。

作者：Thomas G.J. Richter

系统解决方案部资深专家

Carsten Schimanke

Nexperia Mobile行销部

NXP半导体