移动通信与无线接入业务趋于融合

西安电子科技大学ISN国家重点实验室 肖志刚 肖征荣 崔丙峰 张冰

    过去的几年里，宽带移动通信引起了人们越来越多的兴趣，这主要由于移动用户数量的增加以及大量的移动用户希望能以高速率接入Internet，从而享受移动Internet和电子商务的乐趣。移动通信和无线接入的融合将会引起无线通信领域的新的热点，从而会出现一种新的网络架构，基于这种新的网络架构的无线通信系统在普通的配置下就可以向移动用户提供宽带服务并且支持高增值业务和交互式多媒体通信。目前半导体技术的高速发展也会使这种系统更容易实现。

    移动Internet是两者业务融合后的宽带无线通信系统的主要应用，通信终端会变得高度智能化，能够提供包括无线多播和无线中继的移动通信和无线接入服务，这种新的无线通信终端有以下几个特点：

＊90%业务量以数据流方式传递；

＊更有保障的安全性能（例如内嵌指纹识别芯片）；

＊语音识别功能得到了增强；同时也提供可选的数字小键盘；

＊通信终端可以为单个或多个用户提供多种选择；

＊通信终端具有自适应功能并且可以通过软件重新配置（software-reconfigurable）。

网络结构

    未来的无线通信网络将是一个支持多载波、多带宽以及多接口标准的开放式平台，整个网络可以向用户提供基于BoD（bandwidth-on-demand）的服务。选择这种网络架构是因为该网络设计简单，系统造价低。参考模型中的基站收发信台（BTS）是一个具备内嵌式CAI BIOS并支持基本带宽业务硬件管道的智能开放式平台。系统中的大部分功能模块都是可通过软件定义的（software-definable）和重新配置的。分组交换是在骨干网或核心网以及PDM（分组多路复用）里面完成的，无线的呼叫处理以及其他的操作也都是在这部分网络里完成的。网关（GW）作为骨干网的代理，处理从BTS过来的数据流，BTS是支持多个标准的开放式平台，优化协调化（harmonization）和服务融合（convergence）的工作。移动台（MS）是可以支持单用户或多用户的并支持移动通信和无线接入服务融合后的无线业务的通信设备。

协议栈

    客户-服务器模型建立在无线通信终端设备和骨干网之间，BTS充当的是两者之间的代理的角色，这种端到端的信令传输使得无线通信终端可以设计的十分智能化。

    服务会聚层（service covergence layer）支持多种业务——ATM、IP、STM和MPEG。为了保证移动用户的QoS和更高的频谱利用率，在通过介质访问控制层（MAC）的动态带宽分配子层（DBA）的时候进行动态带宽分配，这种结构的协议栈优化了常规的协议分层架构，其中DBA的工作是整个MAC的核心内容，对于宽带无线通信链路来讲这个工作是必不可少的，进行动态的资源分配主要有以下几个目的：

＊支持多种电信业务；

＊对于所有的网络协议提供“协议未知”（agnostic）支持；

＊消除对业务整形（traffic shaping）以及用户参数控制的需要；

＊消除端到端的传输分组以及信元的时延偏差；

＊提高频谱利用率。

    传输融合层完成处理不同的传输调制、编码的纠错、码组的分段、移动通信的接口映射以及接入到物理层的工作。

开放式核心网络的优化

    融合了移动通信和无线接入服务的宽带无线网络具有以下几个特点：

＊支持多标准：3G和宽带无线接入的标准；

＊高的信道的使用密度和频谱使用率；

＊动态的可变数据传输速率：从32kb/s到20Mb/s；

＊采用软件可定义和OTA（over-the-air）技术的程序化模块；

＊开放式的核心网络：多个可重配置的内核和通用无线接口基本输入输出系统。

    无线通信应用向着多维化发展的同时，由于用户的应用需求不同，每天都会有不同的新的标准出现，但如果仔细研究它们的体系结构，可以发现它们中的大部分都是相同或相似的：全IP层将是最通用的网络平台；服务也是基于安全的无线Internet；融合也就是把不同的用户需要以及传输技术集中起来。

    从技术实现角度来看，将来构造的开放式的无线通信网络平台，软件会占整个工作的75%，而硬件将只有25%。

    数字模块部分将会集中到一个系统中，最终会集成到一个芯片上，模拟部分则是为了作为支持不同的CAI标准的开放式模块对象而出现的。随着超导技术的发展，这个模拟块可能就成为仅仅是一个独立的模拟端头，通过这个硬件构成的宽带传输信道就具有可重新配置和自适应的功能，CAI BIOS将是接入和控制这个通用硬件平台的核心软件部分。

    业务融合后的宽带无线通信系统中的硬件的主要功能，当然这些功能的实现也是需要一些控制软件来配合的，系统主要有四个功能模块：无线接口模块、基带处理单元、数字的宽带收发装置和智能天线阵列，这些模块的详细的功能对于我们设想的综合多种业务的无线宽带系统的实现来说都是必不可少的。

    这种无线宽带系统的通信终端结构的一个具体的实例。其中的DSP、CAI BIOS和软件无线API以及中央处理器（MPU/CPU）是三个最重要的单元；射频/中频（RF/IF）子系统是一个单独的单元，主要是为了支持移动通信和无线接入的多种应用而配置的；数字上行转换器（DDC）、数字下行转换器（DUC）、模数转化器（ADC）和数模转换器（DAC）都是数字宽带收发装置的部件；SIG模块完成处理不同的协议栈的信令（例如全IP或无线IP）的工作。

    目前设想中的4G移动通信是这种融合移动通信和无线接入业务的宽带无线系统的理想的模型，经过重新配置后的4G网络和通信终端将会具备以下各项性能：

＊根据不同的业务流量、信道条件和服务环境进行自适应资源分配；

＊新的网络是固定/移动/广播网络的综合体，不同的功能实体完成所分配的不同的工作；

＊使用的协议栈支持网络动态的适应传输通道条件的变化、支持低速率和高速率的用户需求、支持高速率用户在基站之间的越区切换，随着传输通道的条件的变化，阻塞控制算法也会随着调整等；

＊数字宽带毫米波系统概念的发展可以满足宽带无线接入应用的更高数据率的要求。

    因此4G网络可以通过使用多个频段在多个无线移动和接入网络的基础上提供高速率的无缝隙的服务，这种服务可以同多个无线标准相适应，也可以在不同带宽的无线信道上支持实时性的或者是非实时性的应用，并可以通过多个网络服务提供商来充分满足由用户所要求的不同QoS级别的服务。

摘自《通讯世界》2001.12