3G设备的未来挑战及发展趋势

P C Whale，TTPCom公司终端设备产品经理

　　导论

　　本文探讨了构建及部署2G移动网络，尤其是GSM网络所取得的重大进步，同时与全新的3G移动网络的主要动力和可见成果进行了对比。本文剖析了一系列创建3G设备和服务的重要元素，并且分析了3G设备设计商当前所面临的挑战。

　　3G之前－2G革命

　　GSM背景概况。当首个GSM网络于九十年代初投入服务之际，移动通讯领域也随之大举革新。欧洲电信标准协会(ETSI)自1982年起不断推出有关Group Special Mobile (GSM)标准化的活动，务求可构建覆盖全欧洲的第二代数字移动通讯系统。

　　GSM为数以百万计的用户带来的部分革命性进步包括：

　　· 提供国际漫游服务 （即使出外远游，仍可享受通畅的电话服务）

　　· 提高频谱利用率（以相同的频谱处理更多语音通话，从而支持更多用户，最终令通话费有所下降）

　　· 减低耗电量 （可长时间通话而无须为电池充电）

　　· 提供先进的基于ISDN的语音电话服务 （一系列的为使用者度身而定的服务）

　　· 为语音通话加密 （保证通话者的隐私）

　　· 用户不受电话束缚 （即使更换电话，所有用户资料均可保留于SIM卡内）

　　有趣的是，由于大部分专利数据方案的推出时间早于GSM网络，用户通过2G网络以无线方式传送数据实在不足为奇。事实上，在GSM网络上传送数据效果很不理想，根本不足以被称为是革新技术。但是值得注意的是，3G网络的出众之处却正在于此。

　　GSM的历史地位－电路交换网络

　　最初构建GSM网络时，标准化小组有一个宏观规划即采用全球最先进的数字固网系统－综合业务数字网(Integrated Services Digital Network, ISDN)， 然后转型至无线系统。为达到此目标，他们必须首先推行一系列ISDN标准化工作，例如设定电路交换语音（或数据）通话的监控程序、引进专为高端电话功能（如多方通话）而设的配套服务，以及通过基于网络的互通功能，把电路交换数据通话性能结合至模拟调制解调器和X.25域。

　　在推行GSM标准化的80年代初期，互联网的应用还没有大行其道。美军是首批使用互联网的用户，然后是学术机构，但仍没有在商业或消费者用户中普及。具有讽刺意味的是，通讯领域的两项重大革新，包括第二代移动通讯及互联网应用，都是在九十年代初开始成为主流的通讯方式，而当时两者的发展过程完全互不相干。由于用户渴望能通过更高的带宽，传送载有互联网内容的基于IP的多媒体及分组服务，因而造就了3G网络的诞生。

　　值得强调的是，从2G演变为2.5G网络的过程，为GSM增添了以分组为基础的重叠性能，以支持基于IP的分组服务，让我们可通过IP网络把简单的多媒体服务传送至移动设备，有效弥补2G网络的弱点。从2G过渡到2.5G，与从2.5G过渡到3G网络相比，无疑是一项更大的突破。因为前者意味着从电路交换迁移至分组交换网络；而纯粹的3G网络可以看作是在现有2.5G网络上提供分组业务的一个更宽的"数据通道"(data pipe)。由此可见，3G网络所面对的重大危机，就是2.5G网络一旦足以满足用户对数据服务的需求，那么部署初期发展未成气候，而且更为昂贵的3G方案又该处于何种地位呢。

　　推动3G发展的主要因素

　　探讨过2G网络后，我们了解到2.5G分组服务可弥补2G网络的主要缺点，接下来我们将剖析3G网络的发展未来。

　　首先，让我们了解促进3G发展的主要因素。概括地说，3G能够通过无线网络，为用户提供高带宽、IP分组交换业务和丰富的信息内容。

　　让我们从不同层面逐一了解3G的定义。

　　高带宽。3G服务理论上为每位用户每秒提供介于384kbit以至2Mbit的数据内容。当利用下行链路回放动画和召开视频电话的假设具备可行性时，业界对于哪一种高带宽服务即将面世，存在很大的争议。3G网络能够提供更高的带宽，这是2G/2.5G网络无可比拟的独特优势。

　　IP分组交换。互联网协议(IP)能在复杂的网络拓朴结构以内，以高效和快捷的方式传送大量的分组信息。即使转用IPv6协议困难重重，可是为了配合大量的固定IP地址的3G设备，此举势在必行。业界更为TCP/IP协议增添若干扩展性能，全面提高数据交换的效率。语音数据在IP领域当中，只是另一种数据种类，而基于IP的语音技术正好提供了有效的语音通话支持。

　　丰富的内容。这是3G网络的重点之一。能够以低成本为用户有效提供多元化的数据种类，对3G服务的蓬勃发展至关重要。此外，移动运营商也必须区分不同种类的数据，以便根据服务内容对用户的价值来收取费用，而并非纯粹计算用户收发的数据量。

　　在无线网络上。尽管通过无线网络传送信息往往涉及非常高深的技术，但移动设备用户却没有兴趣了解这些。从他们的角度来看，移动电话只不过是可以使用一至两年的消费电子设备，使用方法简单明了。作为工程协会的成员，我们所担当的角色是鉴定和处理与高频率和高带宽的无线传输相关的技术性问题，以确保用户可以体验到通畅的服务。

　　3G网络当前面临的主要挑战是提供卓越且不间断的无线传输，让一般用户可把精力集中在享受"消费服务"，而不是信号的强弱，同频干扰或类似的问题。

　　3G设备制造商所面对的技术挑战

　　此部分将探讨在构建令用户满意的3G设备时，所遇到的整体性技术问题，这也是影响用户是否广泛采用3G服务的最关键所在。

　　3G设备与2.5G设备看齐

　　短期来说，引进3G设备的首要挑战是确保3G设备的效能最低要达到与现有的2G/2.5G设备的水平。转用3G服务的用户往往以2G作为出发点，对3G服务的质量抱有极高期望，而其中的大部分要求，又与2G设备提供的主要革新功能相关，包括：

　　· 服务普及化-打破地域限制，使我们可以随时随地使用移动电话。

　　· 电池寿命-能于一周内反复使用电话，而无须为电池充电。

　　· 机身体积-电话体积纤巧，方便存放于口袋或手提包，而且设计时尚。

　　· 灵活无比-虽然电话是消费类电子产品，但不会出现个人计算机的"当机"情况。

　　· 经济实惠-移动通讯为我们的生活方式带来莫大便利，所以我们乐意缴纳电话费。

　　· 产品售价-假如新一代的电话能够提供更多功能，我们必定乐意选购价钱更高的新产品。

　　· 产品应用-移动电话所提供的若干功能与我们的职业和生活息息相关。当然，它也可能会提供很多其它用处不大的功能。

　　· 使用性能-3G电话的使用起来应该和2G电话一样，并提供更多有趣/实用/全新的功能。

　　以上各项要点都是3G设备设计商短期内所面对的重大挑战。这是由于早期推出的3G设备无论在整体性能及成熟程度方面都不能与2G设备匹敌。除此之外，3G产品和服务，包括一系列的多媒体服务(如WAP、MMS和Java)必须发展成熟，才能逐步通过复杂的互通性能测试(Inter-Operability Testing, IOT)，全面配合用户的需求。

　　我们必须了解到3G设备仍然处于初期发展阶段，或者需要经过十五年的时间，才能使用户从1982年推行的GSM标准概念，过渡到发展成熟的3G设备与服务。我们要做的工作还很多！

　　3G设备必须超越2.5G设备

　　除了和2G设备看齐外，3G设备与相关的3G服务也必须具备比2G更胜一筹的优势，最主要的来源将是极具吸引力的3G服务。2.5G设备现在已经可以支持相机、高分辨率彩色屏幕和多重音响。当然，而部分3G服务还可能会额外提供三维图像、立体声或质量更高的音响效果、以及专为"口袋设备"设计的移动服务（移动商务），还有更先进的输入接口设备（高级语音识别、迷你控制杆和触控板等）。然而，2.5G设备也可以增加这些功能，因此3G设备能否受到推崇，便取决于能否建立及提供吸引用户的服务。此外，3G设备能否支持使用简易的3G服务，更是除产品售价之外，又一左右用户采纳3G服务的重要因素。

　　凭借现有技术设计3G设备

　　芯片组合。目前的3G设备大多由一项名"Velcro-ed"的3G方案和一项现有的2G/2.5G方案整合而成。为了支持上述两项方案，这些设备可能需要具有分散的射频及基带芯片组、多媒体协处理器及大量的闪存和SRAM内存。对于零件供应商和手机设计商来说，这种方法虽然能够加快产品面市，但是代价同样不菲。与其它方案相比，这种设计方案的整合性不强、占用面积较大、成本更加昂贵，而且需要消耗更多的电力。再加上这种设计需要使用较多的零件，也会导致制造、保养和服务各方面的成本大幅上升。此外，早期推出的3G设备未必有能力成功协调2G与3G方案之间的过渡工作。因而我们必须冲破这层障碍，才能满足用户对平滑过渡的需求。

　　开放式操作系统。部分3G设备会利用开放式操作系统提供更加复杂的用户界面，并根据所需服务来安装和移除应用程序。一旦部分高端产品被取消、移除或遇到延迟，便会对这些操作系统的开发和设计工作构成影响。目前来说，操作系统与节能芯片组的整合仍在不断改进之中。但更为重要的是操作系统与"无线调制解调器"的整合工作。由于计算机和多媒体用户对无线技术的认识比较贫乏，而无线用户也不太了解计算机和多媒体的问题，因此操作系统与无线调制解调器之间的整合工作势必加倍艰巨！目前，市场上的领导厂商正在把这种"智能电话"引进市场，而且未来十二至十八个月内还会有更多同类型的产品面市。但当务之急是可用性问题，因为即便是最追棒智能电话的评论者，现在也只是视其为移动电话和个人数字助理(PDA)之间的衍生产品。

　　多制式的考虑。除了3G与2G双重制式方案外，3G设备制造商也有可能考虑采用3GPP (WCDMA或UMTS) 及3GPP2 (CDMA2000) 两种3G的主流衍生制式。随着制造商纷纷涉及多种制式，他们必须采用更为普及的平台。目前，业界经常讨论和研究有关"软件无线电"的课题。所谓"软件无线电"就是能够在DSP软件控制之下，以数字方式集成射频产品。这种方法可以在单一芯片上实现多种无线标准，并根据需要采用合适的协议堆栈技术。业界对通用平台推崇备至，是由于整合程度和尺寸效益越高，3G设备的成本就会越低。此外，整合型组件还有助于进一步降低耗电量。除了采用通用平台外，设备开发商还会根据瞬息万变的市场需求，在特定时期推出更加多样化的产品。

　　总括来说，3G设备设计商在未来五年将面对两大难题：

　　1) 所设计的3G设备需要媲美今时今日的2G/2.5G设备

　　2) 所设计的3G设备能直接让用户方便地使用日趋复杂的信息内容

　　3G的未来趋势和当前挑战

　　1) 我们如何以更低的价格为用户提供更有价值的信息内容？

　　2) 我们如何通过更简单的方式为用户提供更复杂的服务？

　　物超所值

　　移动运营商为了提高盈利，必须争取更多客户并从每位客户赚取更多利润。90年代中期，运营商的工作主要集中于争取更多的客户，这在当时的确使移动电话的市场渗透率大幅飙升，但最终却降低了每用户平均收益(average revenue per user, ARPU)。因此他们了解到只有把ARPU和总收益一起提升，才是经营业务的明智之举。而3G应用正好可以通过高带宽的数据信道，为用户提供更多信息，使从每名用户赚取更多的收益成为可能。

　　然而时至今日，鲜有例子证明用户真正希望和准备为享受先进的服务而付出代价。继WAP服务叫人大感失望之后，用户纷纷对多媒体信息服务 (Multimedia Messaging Service, MMS) 抱有极高的期望，希望通过移动电话收发数字彩色照片和其它图像。然而，根据日本最近公布的统计数据显示，图像信息服务的需求在用户在拥有具备相机功能手机的短短数月内急挫，不过如今还不能过早判断同样情况会否在其它地区发生。回顾过去，不少证据显示寻找新一代的"杀手级应用"，能够成为运营商增加收入的来源。实际上，运营商也必须引进一系列极具价值且易于使用的应用和服务，全面提高企业盈利。

　　如果我们反过来思考"如何以更低的价格为用户提供更有价值的信息内容？"，这个问题就会变成"如何使用最少的数据字节给用户带来最大的价值？"全球成本最昂贵的移动通讯服务其实就是短信这种文本信息。在英国，一般的短信服务支持160个字母，服务费用约为0.10英镑，换句话说，每传送1百万字节的数据，服务费用便高达80英镑！短信服务取得成功，显然不是取决于每字节传送的成本是否划算，而是基于用户只需缴付10个便士，便可迅速且轻易地向任何移动用户发送短信。10个便士对于短信服务的用户来说几乎是"免费"！由于用户每天都会传送大量文本信息，因此全球的运营商得以从中赚取数十亿英镑。

　　我们从3G服务所得到的明确启示是：最关键的一点，并不是通过网络传送了多少数据，而是这些数据对用户的价值。再者，假如3G服务对用户来说意义重大，加上货币价值处于低位，用户必然会广泛采用3G服务。

　　如果这种想法几近正确，那么3G网络所面对的难题便是处理量，而绝非带宽。这里所指的是，我们如何为最多用户有效提供高价值、低带宽的数据服务？

　　以往围绕3G的讨论主要集中在如何向用户传送高带宽服务。笔者认为运营商实在难以负担收购3G频谱和部署新网络设备的高昂成本。视频电话或视频流这类高带宽服务减低了运营商服务其他用户的能力，使服务收费变得相当昂贵。而高昂的收费又会阻碍用户采用先进的无线服务，令市场需求不稳定。

　　鉴于此，技术界人士有必要进行以下的研究工作：

　　· 研究数据编码制式，即使是传送最少数量的数据字节，也可保留丰富的信息内容。

　　· 研究不同数据种类的卷标方法，让运营商根据不同"媒体"数据种类进行计费。

　　· 研究适配型数据速率制式，以配合用户对实时带宽的需求。(可与适配型多速率语音编码器相比)

　　以更简单的方式为用户提供更复杂的服务

　　用户不单留意到3G服务极具成本效益，更着眼于其易用程度。这一点正是有待我们继续研究的范畴。

　　其中一个问题是所有用户必须管理多种信息、内容和交流信息。要设计适合复杂设备使用的直观式用户界面往往非常困难，而且必须经过非常仔细的程序设计，包括小心考虑屏幕大小和颜色深度，才可能设计出最出色的用户界面。我们发现部分现有的移动电话产品难以使用，是由于其用户界面的设计完全欠缺直观元素。

　　由于为移动电话设计良好的用户界面绝非易事，因此必须考虑下列各项因素，才能配合用户对传送丰富的数据服务的殷切需求：

　　操作系统方面。用户界面主要取决于操作系统，即"操作模式"("operating paradigm")，包括用以安装、执行及转换应用的互动模式、与接口设备的兼容程度，以及对如触摸屏幕、相机和次级储存媒体等重要接口设备的支持性能。

　　运营商方面。用户界面能让运营商提供与众不同的综合服务产品，如DoCoMo的I-Mode服务和Vodafone的Vodafone Live!服务。这两项服务对用户界面进行了更改，以切合运营商的独特需求。以Sharp GX10 (Vodafone Live！服务采用的主要电话) 为例，其用户界面专为运营商设计，与手机供应商为了与网络运营商竞争而提供"半成品"用户界面相比，显然更为用户所喜欢。

　　内容提供商方面。事实上内容提供商多不胜数。除非一切尽在运营商的掌握之中，否则第三方内容提供商所提供的每一项独立服务或应用，包括每一项互动游戏、每一项信息服务、每一项实时信息交换或每一项移动商业交易活动都会不尽相同！

　　引进崭新移动服务的成功关键并不在于传统的工程范畴，移动通讯、计算机运算和内容构建各领域的所有专业人士，都必须再次思考"以简单方式传送复杂服务" 的问题，同时致力于寻求良方，携手推行符合用户理想及实际需求的标准、技术、产品、应用和服务。

　　总结

　　第二代移动通讯服务的面世，大大革新了个人移动电话的用途。目前发展成熟的2G技术备受全球各大市场的广泛推祟。正当2G技术火速发展之际，互联网的新时代也正在诞生。3G具备雄厚潜力，将最出色的移动通讯和互联网技术引入新一代丰富的多媒体无线领域。短期来说，要建立可媲美现代2G设备的3G设备，虽说困难重重，但最终一定可以在未来数年内取得成功。目前最大的挑战仍然是如何以低成本传送服务、找到真正有价值的服务和服务的易用程度，并使3G设备在市场上发扬光大。所以今后还有很多工作要做。
摘自《END技术》