怎样向第三代移动通信系统演进

彭 景 先

　　[摘要]：如何向第三代演进作了详尽的分析，并提出抓住机遇发展我国移动通信产业的口号和做法。本文首先提出了第三代移动通信系统的目标，接着对这种未来系统的综合功能及其网络结构作了详细的阐述，最后对我国移动通信

　　[关键词]：第三代移动通信系统　演进　网络结构

1　第三代移动通信系统的目标

　　第三代移动通信系统的主要目标就是要将包括卫星在内的所有网络融合为可以替代众多网络功能的统一系统。它能提供宽带业务并实现全球无缝覆盖。

　　该系统应能：

　　(1)提供全球无缝覆盖和漫游；

　　(2)提供第二代系统不能提供的多媒体业务(速率可高达2Mb／s)；

　　(3)适应多种业务环境：蜂窝、无绳、卫星移动、PSTN、数据网、IP等；

　　(4)具有单一个通信号码；

　　(5)保证高的服务质量，按需分配带宽；

　　(6)有多频／多模通用的手机；

　　(7)频谱利用率高，容量大；

　　(8)网络结构能适用无线、有线多种业务要求；

　　(9)系统起始配置能充分利用第二代设备和设施，随后可平滑升级。

　　它所涉及的技术也十分广泛。主要有核心网平台中的无线ATM技术、分布数据库软件

技术、多址(CDMA、TDMA)技术、智能天线技术、软件无线电技术、智能网技术等。

2　第三代移动通信系统的网络结构框架

2.1　第三代移动通信系统的综合功能

　　上面提到的第三代移动通信系统所要实现的目标与系统的特点中，最核心的问题应该是提供不同环境下的多媒体业务及实现包含水、陆、空的全球无缝覆盖。因而它将要求实现多种业务与多种网络的综合。具体而言，它涵盖以下六个方面。

　　(1)无线网与无线网的综合

　　第三代移动通信系统是在第二代移动通信系统已经拥有庞大的基础网络与众多客户的基础上发展起来的。无疑它首先要考虑与第二代系统(在中国特别是GSM和DCS－1800)的互联和兼容，以实现在最初阶段两大系统并存时的综合利用。有人估计，从长远看第三代移动通信系统的最大市场可能是亚太地区。而该地区的最大市场在中国。据估计2010年该地区用户数可能是西欧及北美用户总数的两倍以上。因此对中国市场的两大系统共存下的综合与平滑过渡问题应该予以足够的关注。

　　从第三代系统开始提供业务时，就应提供IMT－2000／GSM的低价双模终端(或IMT－2000／GSM／DCS－1800的低价三模终端)，能实现两网(或三网)间的漫游，能在通话过程中实现两网(或三网)之间的切换。实现两代系统间的业务移动性和终端移动性，以保证实现易于为用户和运营商可接受的平滑过渡。

　　(2)移动网与固定网的融合

　　在第三代移动通信系统商用之日(估计在2005年左右)，移动用户将达到数亿之多。用户需求将不断扩大，通信的对方将不限于同一蜂窝网内，而可能要与市内、全国或全球的固定用户相互通信，其业务必然渗透到固定网络。而个人业务本身亦是固定和移动业务的融合。

　　对用户而言，当他们既需使用移动通信又同时需要使用固定通信时，他们不愿意使用不同的号码、不同的帐单、不同的业务使用方式，而宁愿由运营商为其提供一套覆盖范围广、内容更加丰富，并且费用结算简单的业务。

　　对运营商而言，它们更乐于将固定网、蜂窝网、数据网融为一体，使之协同作用，为用户提供丰富多彩的多功能服务，以便更迅速的扩展用户，增加收入。

　　为实现上述目的，要求：

　　. 在无线和有线环境下，为用户提供统一的业务使用方式；

　　.支持多种混合通信业务的移动技术；

　　.按不同业务需求灵活分配带宽；

　　.允许在固定网与移动网间完全漫游，

　　因此，需要有将移动业务与固定业融合在一起的接入网和交换设备。在技术上必须解决：
　　*同一交换机能支持移动用户和固定用户的接入；

　　*无论是固定交换机还是无线交换机都应采用ATM技术；

　　*宽带无线接入网能和固定网、分组网、IP网连通；

　　*建立统一的用户数据库；

　　*建立统一的智能网(IN)平台。

　　在研制固定／移动混合网中的软件库时，应特别注意两个问题：

　　①接入信令协议之间的互通。

　　②用户数据库的统一。

　　固定／移动混合网中将有一个多功能交换平台。GSM、DCS－1800、DECT、CDMA、ISDN、B－ISDN等都是该多功能交换平台的服务对象。多功能用户数据库是存放上述所有用户业务特点的超集。各种用户数据库的互通依赖于网络协议来连接。

　　用户数据库目前是分置于交换机、HLR和SCP等处。将来会演进成分布于全网的众多设备中。

　　(3)陆地网与卫星网的综合

　　据某些咨询公司预测，到2010年世界的全球卫星移动个人通信系统(GMPCS)用户将达500万～4000万。亚洲将占全球市场的15%，而中国将占亚洲市场的40%(即占全球市场的6%)。

　　第三代移动通信系统标准IMT－2000和UMTS的目标之一是它将包含多种无线电接口，以实现不同频段和模式的系统间自动漫游。无线电接口中也综合了卫星移动通信系统。其目的在于使陆地网覆盖不到的地方能实现无缝覆盖。目前已有铱系统、全球星、ICO等三个低、中轨(LEO)卫星系统正在建设中，稍后还有TELEDESIC系统计划在2001年发射。

　　由于多波束天线、大功率平台和快速信号处理技术的进展，将推动静止轨道(GEO)卫星用于区域性卫星移动通信。据报道，未来五年将计划推出十多个这样的系统。

　　卫星移动系统在低和中等人口密度地区，或海上、空中、沙漠、高山、人迹罕到地区补充陆地移动系统的覆盖，因而两个系统的综合是不可回避的。

　　事实上由于卫星波束所照射之处和陆地移动网的覆盖范围有重叠，因此必须采取技术措施来协调，以综合发挥它们各自的长处，避免资源浪费和互相制约。

　　①频率协调问题

　　1992年世界无线电行政大会(WARC－92)为第三代移动通信系统分配了1885MHz～2025MHz和2110MHz～2200MHz频段(共230MHz带宽)。

　　WRC－95年会上，为解决频率拥挤问题，对卫星移动通信(MSS)频段作了修改，分配给它的频率范围为1980MHz～2025MHz和2160MHz～2200MHz。

　　上述两种业务频段有部分是重叠的。使用时，陆地网与卫星网之间需要进行协调，避免相互干扰。

　　②陆地和卫星网间的路由选择问题

　　对于国际通信，用户呼出和呼入可以通过当地设置的关口站进出。

　　对于国内通信，在卫星网和陆地网重叠覆盖的地区，用户间相互通信应优先选用陆地网，以提高通信效率，降低费用。

　　③网间漫游

　　在陆地网与卫星网不重叠覆盖的地区之间，用户可实现自动漫游。

　　(4)多种终端集成

　　终端移动性和个人移动性是第三代移动通信系统追求的目标。移动个人用户尽管只有一个唯一的通信号码，但其携带的手机必须兼容在第二代和第三代移动通信网中工作。第二代、第三代系统可能工作在不同频段或者不同多址模式与不同的数据格式。因此将多种不同终端的功能集成于一体开发出一种多频／多模手机，能实现不同网络间的自动漫游是十分必要的。目前已有GSM900／DCS1800的双频手机投入市场。有的公司正在开发接入固定网、移动网的双模手机GSM／DECT。希望能有更多模式集成的手机出现。

　　欧共体的ACTS FIRST项目将软件无线电技术应用设计多频／多模(可兼容GSM、DCS1800、W－CDMA、现有的大多数模拟体制)可编程手机。

　　这种手机可自动检测接受的信号以接入不同的网络，且能适应不同接续时间的要求。

　　(5)多种业务的综合－向无线宽带业务拓展

　　有线通信已经向多媒体业务发展。第三代移动通信系统与现有移动通信系统最大不同之处之一，就是它也向无线宽带多媒体业务拓展。

　　(6)各种频段的集合

　　第三代移动通信系统将蜂窝、无绳、卫星移动通信设备等无线系统综合应用。占用的频谱将是各种频段的集合。其中包括800MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2GHz等频段。电磁兼容是多频段集合使用的关键。

2.2　网络结构框架

　　第三代移动通信系统中众多的要求，复杂的功能，集中了几乎是通信领域中所有难点于一身。因此，该系统不可能想象是一个单一的系统，它应该是一组系统和子系统(包括现在的系统和未来的系统)的不同组合。许多专家称之为“系统家族”是不过份的。

　　这样的系统其结构框架可能要包含核心网、接入网、终端设备、应用业务控制中心四个领域。

　　核心网必须是一个通用的传送和交换平台。它能连接现有的无线接入设备和新的无线接入设备。该核心网还要能支持移动网和固定网的融合，能够连接有线接入设备和数据接入设备。

　　接入网可由若干种类型的设备组成。它们可以采用现存的和未来的接入技术，包括有线的(光纤、铜线)和无线的接入设备。

　　欧洲目前正在开发ATM无线接入通信系统(AWACS和CABSINET)。该两系统支持宽带接入，可通用于固定网和移动网。

　　为了解决不同接入网与核心网之间接口处的互通问题，应开发通用接口设备。为照顾现存系统又能支持新的系统，一种可行的方式是改造现有的接口设备使之能容纳新的接口功能。另一种方式是开发全新的接口设备来连接接入网与核心网。

　　接入网可支持不同的终端(有线的和无线的)以接入多种业务。

　　业务控制中心支持移动通信管理、业务管理和安全性管理。

　　上述的网络结构是采用ATM技术提供宽带综合业务的核心网结构。由于它具有通用的网络接口功能，故能将第二代(如GSM、DCS－1800、DECT)和第三代移动通信系统以及有线话音网、数据网连接至核心网。在业务控制中心的控制下，智能地完成多种业务的传送与交换。

　　这种网络结构可以使运营者根据当前和未来的业务计划自由地决定如何由第二代系统向第三代系统的演进步骤，这将使他们享有充分的自主权来选择由第二代移动通信系统向第三代过渡的方式和实施时间。

3　对第三代移动通信系统的期望

3.1　第二代应向第三代系统平滑过渡

　　我们是在继续使用第二代移动通信系统的同时引进了新的第三代系统。第二代系统中的GSM已在80多个国家投入使用，由190多家运营商经营。运营商、投资商和众多用户都不愿意第二代系统的庞大基础设施毁于一旦，而希望继续发挥其效益。预计第三代系统与第二代系统将在较长时间内处于共存的局面。

　　因此，第三代系统的切入是否能支持第二代系统继续发挥作用并能平滑地向第三代系统演进是第三代系统能否成功的关键。

　　在处理这一关系时，我赞成“两边都向对方靠拢”的思路。

　　在研究和开发第三代移动通信系统时，应考虑以下诸因素：

　　. 它能否重复使用第二代系统的某些网络设备。如：BTS、MSC、计费系统、智能平台与PSDN的接口、用户数据库等。

　　. 它能否重复使用第二代系统空中接口协议(呼叫传递、软切换等)和网络接口协议(如ANSI－41、MAP)。

　　. 能否实现两代系统间的漫游和软切换。

　　. 能否在新系统上除了支持本身业务外，还可支持第二代系统的业务。

　　. 系统间频谱规划的兼容性。

　　. 使用SIM卡支持全球漫游。

　　为此，IMT－2000的发展策略已经改变了过去“一统”的概念，而注意到以各地区现有第二代系统网络基础为参考来制定比较现实的过渡办法，并在1997年3月的中间会议上一致通过了“IMT－2000家族”的概念。它放弃了在空中接口、网络技术等方面一致性的努力，而致力于制定网络接口的标准和互通方案。也就是说，考虑到不同地区现有的第二代系统标准各异的情况下，在向第三代系统演进过程中，只要该系统能在网络和业务能力上满足要求，都可成为IMT－2000的家族成员。

　　“家族”将系统分为四大部分：用户识别模块(UIM)、移动终端(MT)、无线接入网
(RAN)、核心网(CN)。
　　目前许多厂商在开发上述“家族”中各种平台时都充分地注意到了综合不同网络(无线与无线、有线与无线等)功能以实现彼此间的互通。例如，欧洲第三代正在开发的通用无线接入网(GRANS)，能使GSM与W－CDMA互连。GSM网络中加入GRANS后，可获得115kb／s的数据业务速率(单用户速率达384kb／s)。日本NTT DoCoMo开发的ATM交换平台可与GSM和W－CDMA网络平台兼容并能与PSTN和ISDN互连。

　　在改进现有的第二代系统加速向第三代演变方面，近几年来也取得了可喜的进展。现在的GSM系统正在引入新的业务和功能，使其性能逐步升级以进入多媒体的第三代移动通信系统。GSM自从1996年推出GSM2(phase two)以来，增值业务功能不断涌现，而且实现了与DCS－1800的双频运作。它采用增强的全速率话音编码(EFR)技术，已使其话音质量可与固定网媲美。

　　GSM 2＋(phase 2 plus)将引入高比特的数据业务——通用分组无线业务(GPRS)。此外高速电路交换型数据(HSCSD)业务是GSM对其现有电路交换中的数据业务的一个扩展。

　　GPRS将GSM业务扩展至与X.25公用分组数据网和国际互联网互连。

　　HSCSD可支持64kb／s(透明)和4×9.6=38.4kb／s与4×14.4=57.6kb／s(非透明)比特率的数据业务。

　　HSCSD和GPRS宽带数据业务的开发，除了能满足GSM系统现时数据通信需要外，同时也代表了GSM向下一代移动通信系统发展的方向。特别是GPRS采用了IN设计思想的通用数据通信平台，有革命性的突破，为GSM向IMT－2000的平滑过渡奠定了良好的基础。

　　GSM还在实施新的功能CAMEL(移动通信高级逻辑的客户化应用程序)。

　　据报导，GTE和南贝尔(Bellsouth)已经开始在其蜂窝网络上提供综合有线和无线的Tele-co业务。

　　爱立信公司宣布，明年将上市一种新的终端－“世界电话”。该终端能在GSM900、GSM1800、D－AMPS800、D－AMPS1900、AMPS800几种模式下工作。重量小于135克，高度为105mm。

　　第二代和第三代系统的所有这些努力为它们之间的平滑过渡迎来了曙光。我们期盼着未来为实现两代系统间的平滑过渡有一个完美的结果。

3.2　对陆地与卫星系统的研究应该并重

　　卫星移动通信系统虽然只是地面蜂窝系统和地面固定网的补充和延伸，而且用户数量也远比后二者为少。但它却是实现无通信盲区，全面覆盖地域、空域、海域达到全球无缝覆盖的关键手段。因此，对卫星移动通信系统的研究显得十分重要。

　　而在第三代系统的系统家族中，地面蜂窝系统与卫星移动通信系统这两大家族成员的综合尤为重要。我们不能只注重地面系统的研究，而忽视了对卫星移动通信系统的研究和忽视了对此二者综合技术的研究。

　　目前，正在建设中的并有望在2000年左右成为商用的全球性卫星移动通信系统有：

　　铱系统(LEO：TDMA、FDMA体制)—已建成；

　　全球星系统(LEO：CDMA、FDMA体制)；

　　ICO系统(MEO：TDMA、FDMA体制)。

　　TELEDESIC宽带移动卫星通信系统计划在2001年发射。

　　全球卫星移动通信系统是一件新生事物。现在还没有一个国际性的组织来协调技术和商务问题。

　　对参加该类系统，有下列问题值得重视和研究：

　　. 参加一个全球网，还是参加几个全球网?这不仅是技术问题，还牵涉到国家政策、市场准入等问题，需要由国家有关部门研究决策。

　　. 即使是参与一个全球系统，也应该认真研究卫星移动通信系统与地面系统在技术上如何接轨的问题，以便实现比较完美的综合。如果同时参与几个全球系统，技术上如何接轨就更需认真研究。这里存在频率协调问题，地面网与卫星网的综合问题等。

　　. 卫星移动通信系统的技术风险分析。众所周知，该类系统是一个先进的、规模庞大、结构复杂的技术系统。有史以来还从未作过充分的系统运行试验，更未作为一个整体投入商用。该系统寿命周期短(只有5～7年)。轨道运行环境恶劣，容易遭到轨道碎片的撞击。对地面的波束切换较为频繁，加上星上处理和星际链路的操作技术十分复杂。其卫星发射的失败概率很难保证小于GEO发射的水平(10%左右)。这些都有待于我们认真研究。

　　. 其它还有各类许可证(运营、关口站设立、终端等许可证)的发放、价格制定、计费与网间结算、各参与国利益分享协议、与地面移动网的竞争政策等问题。

3.3　软件与硬件的研究开发应该并重

　　第三代移动通信系统综合了公众电话网、蜂窝移动网、无绳电话网、数据网(包括IP)以及卫星移动通信网，以提供无缝隙通信。其实施除了要有复杂的硬设备支持外，尚有赖于一个复杂、庞大、技术层次很高的软件系统的支持。

　　首先，是建立庞大复杂的数据库体系。为确保用户使用一个唯一的个人通信号码，跨网络移动并顺利进行正常通信，除了依靠软切换、用户位置跟踪等技术外，还要解决一个移动用户的管理问题，这就必然要涉及到编号及寻址技术。大量的用户信息及业务信息在业务控制点的数据库进行存贮。其中存贮的信息量非常大而且存贮十分频繁，并随时有可能被查询和修改。而大量的业务控制点中的数据库将组成全国性的乃至全球性的分布式数据库网络。大规模分布式数据库网络的建立是一个浩繁的工程，有必要提早研究。

　　其次，要特别重视软件无线电中新的算法的研究。软件无线电技术是解决多频／多模移动终端和基站的利器。据报导，美国Airnet公司1996年推出模式宽带基站，可支持多种模拟的和数字的移动通信体制。但由于当前器件水平所限，软件无线电技术在基带处理部分能发挥其作用，射频部分仍只能采用传统方法处理。因此，应该组织科研人员积极探索新的算法(不依赖于特定的硬件水平)，为更好的解决多频／多模问题铺平道路。

3.4　加强对智能网技术的研究与推广

　　在以上讨论中已涉及智能网在PSTN、移动网、B－ISDN、IP网上为用户提供多种业务的问题。它将是今后较长的时间内为电信运营商改善服务、增加收入的主要途径之一，也是第三代移动通信系统的命脉。

　　. 智能网与移动网的结合可以在现有的网上作小的修改，然后过渡到智能网中的数据库，与第三代移动通信网中的多种数据库实现统一的、有机的结合，构成统一的分布式数据库网络，以实现多种智能业务。

　　. 智能网的网间互连应及早制定规划，并不断补充完善我国的C－INAP，制定安全
标准。

　　. 智能网与Internet的结合，基于B－ISDN的智能业务的研究，应作为重点工作来抓。

　　. 为鼓励竞争和刺激IN的技术进步，应尽早研究实施号码可移植性业务。

4　抓住机遇，发展我国移动通信产业

　　众所周知，我国已经成为移动通信发展速度最快的国家之一；我国未来的移动通信拥有世界上最大的市场；国外电信运营商、设备制造商都在千方百计地进入和扩大中国市场。

　　因此，本世纪末至下世纪将是我国移动通信发展的黄金时期。把握时机，抓柱机遇，以市场换技术，建成和发展中国品牌的移动通信产业，至为重要。

　　目前，我国已积极参与IMT－2000国际标准的制定活动。我们要认真深入地对各国所建议的RTT标准进行评估，并参与其它的相关标准的研究，以借鉴国外之所长，结合本国实际，制定我国的第三代移动通信标准。
　　另外，要加强第三代移动通信设备的研制工作，实行战略产业重组，组成各方面联合的强大、精锐的国家集团军，建立名符其实的移动通信的民族产业。

　　在第一代和第二代移动通信系统发展进程中，由于种种原因，我们未能真正形成自己的民族工业。而第三代移动通信的发展进程给我们国家提供了不可多得的机遇，这是许多专家和领导经过多年思考所形成的共识，希望我们再也不要错过这一机遇。

　　根据以往的经验，第三代移动通信应重视以下最关键的两点：

　　(1)由政府出面组织各相关部门集体攻关，切忌各自为政。

　　(2)提前启动，赢得开发时间。

摘自《移动通信在线》