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第三代移动通信技术替代进程分析
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从1987 年引入第一代模拟移动通信技术开始,中国的移动通信产业取得了惊人的发展,根据信息产业部公布的数字,我国的移动通信网覆盖了全国100 %地(市) 和96 %以上的县(市) ,国际漫游通达范围达到68 个国家和地区和129 个运营商,到2001 年6 月底,我国移动通信用户数(主要为第二代GSM移动通信用户) 接近1. 2 亿,已经超过美国而成为世界移动通信第一大国。预计到2005 年,中国移动通信用户将达到3 亿。而在新世纪之初,以支持高速移动多媒体业务为特征、全面突破传统电路交换通信模式的第三代移动通信技术已经呼之欲出。由于中国市场在世界移动通信产业中举足轻重的地位,有关各国都在密切关注它将如何深刻影响中国移动通信的未来。因此对我国移动运营企业如何从第二代通信系统向第三代演进替代进行研究具有很强的理论和现实意义。
本文将尝试从技术创新管理学角度就今后一段时间我国移动通信向第三代系统演进替代进程的理论模型、替代速度和替代程度等问题进行一个初步分析和探讨。
1 我国引入第三代移动通信系统的必要性
我国目前广泛应用的第二代蜂窝移动通信技术为欧洲的GSM 系统技术以及北美的窄带CDMA 系统技术。我国从1995 年开始大规模建设GSM网络,从1996 年开始在4 个城市进行800MHz 窄带CDMA的商用试验,而且中国联通公司还将建设新的窄带CDMA 网络。但由于目前两大移动通信运营企业中国移动集团和中国联通公司的上亿用户中99 %以上为GSM 网用户,因此这里主要讨论以GSM 为主的第二代移动通信系统运营商的技术演进替代路线。
由于第二代移动通信系统应用的巨大成功,由此产生的两大矛盾在各国特别是发达国家渐趋明显:一个是移动用户的高速增长与有限网络频率资源的矛盾,另一个是用户的大量移动数据服务需求和现有网络基本局限语音服务之间的矛盾,这有力推动了第三代移动通信研发进程。第三代移动通信(即IMT - 2000 ,也可简称3G) 的概念及主要技术目标最早于1985 年由国际电信联盟( ITU) 提出。从1997 年开始,第三代移动通信的标准化工作开始逐渐进入实质阶段。与前两代移动通信系统相比,第三代移动
通信网络的主要特征是可提供移动多媒体数据业务,其中高速移动环境支持144kbPs ,步行慢速移动环境支持384kbPs ,在室内支持2MbPs 的数据在输。整体来看,3G的设计目是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量,而且要能在全球范围内更大程度地实现基本无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务。
随着中国经济与世界经济的日益接轨,社会流动性的增大和相关信息量的爆炸性增长,在大城市和东部沿海地区,IP 网络开始深刻地影响越来越多人的工作和生活,同时广大企业用户和个人用户需要新的通信频率和新的通信技术来满足日益增长的移动数据交流需求,显然第二代移动通信技术的特点无法满足这种需求。作为结合了移动通信技术和数据通信技术尤其是Internet 技术的第三代移动通信无疑将成为移动通信发展的方向。与此同时,由于移动用户的剧增,移动用户的职业特征和收入特征趋于分散化,造成移动通信运营商的每用户月通话分钟数(MOU) 和每用户月收(ARPU) 均趋于下降,移动通信运营企业也急切需要开发移动数据这一广阔市场前景的市场,来提高企业的经济收益。
2 第三代技术替代的渐进性选择
移动通信网络的核心技术与规范主要集中在核心网选择和无线接口技术两部分,ITU(国际电联) 在1999 年底通过了IMT - 2000 的无线接口技术规范,这标志着第三代移动通信技术的格局已最终确定,它分为CDMA 和TDMA 两大娄共五种技术,其中主流技术标准为以下三种CDMA 技术:WCDMA、CD2MA2000 和TD-SCDMA ,其中TD - SCDMA 是我国提出的技术标准。而这三大技术标准的系列体系已经建立,正在进行技术标准的系列版本的细化工作,与此同时,国际上主要的设备生产制造厂家正在进行商用设备的试验工作。
对于GSM和窄带CDMA 技术向第三代移动通信技术的演进,我国现有的移动通信企业面临两种替代定位选择:突破性技术选择和渐进性技术选择。所谓突破性技术选择即从目前的第三代移动通信网络系统直接跳跃采用到3G- IMT - 2000 网络系统。而渐进性技术选择方式则是即先在部分地区选用过渡性2. 5G技术这里指GPRS(通用分组数据业务) 技术,并在今后保留部分2. 5G核心网交换设备的基础上,经过若干阶段比较平滑地演进性的技术选择,其中的最主要决定因素是目标市场需求,技术成熟程度和转换成本。
目前国内各地区GSM通信业务的应用发展很不均衡,根据信息产业部公布的数字,2001 年初国内移动电话普及率为6. 8 % ,但是在上海、北京等地的普及率均超过25 % ,中心市区的移动话务量已经达到800Er 1.PKM2 (相当于4 万移动用户PKm2 ) ,而移动数据业务的引入将使业务量在三年内高达2500～3000Er 1.PKm2 ,显然仅能提供9. 6kbPs 数据传输的第二代移动通信系统已经不能满足需要,只有2. 5G 和3G网络高传输速率才能充分支持各种移动等数据业务业务的需求。但是目前广大西部地区还处在基本移动语音业务的导入期,西部各省区移动电话普及率基本在4 %以下,因此不均衡的市场需求结构决定了渐进性的技术选择方式。
同时移动通信产业投资规模巨大,仅中国移动和中国联通两家企业2001 年固定资产投资计划就超过1500 亿元,而GSM系统已进入低投入、高产出的技术成熟期,运营企业在从2G向3G演进过程中必然考虑到对2G既有和预期投资的保护,以降低技术演进替代的转换成本,另外运营商还需要调整和实施显然要比旧系统复杂得多的新计费战略和解决方案。如果等到第三代技术成熟期时形成系统和终端设备的多厂家供货环境,将使运营企业有望获得性能价格比更好的设备,从而大大降低新网络的建设费用。
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移动通信技术从80 年代初开始进入商用领域,至今不到20 年的时间。纵观移动通信技术的发展应用差不多是以10 年为一个周期,已经经历了80 年代的第一代模拟移动通信技术,90 年代初开始商用的第二代数字移动通信技术。与第一代模拟蜂窝移动通信相比,第二代数字移动通信系统具有保密性、频谱利用率较高、能提供多种业务、标准化程度高等特点,已毋容质疑地跃居移动通信的主导技术地位。
由于技术替代是一个逐步完成的过程,新旧技术将在一定时期内共存交替。在此过程中新技术应用比率将逐渐增加,旧技术应用比率逐渐减少,到了一定阶段,技术性能迅速改进。(见图2)
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如前所述,向广大移动信用户提供更高速率的数据业务是推动移动通信技术由第二代技术向第三代技术演进的关键推动因素,因此可以选择替代进程中某一阶段移动通信网络的数据传输实际速率值(而非理论数值或技术设计值) ,作为研究移动通信技术替代进程的关键性能指标。
我们知道,技术成长的一般规律是:在新技术引入的初期,技术性能改进较慢;到了一定阶段后改进加速,最后性能趋于某一极限。由于在移动通信领域,一项技术的率先用户群对后来用户群有很强的消费示范效应,在这里可以采用技术预测分析中常用的生长曲线法来分析第三代移动通信技术替代过程。
参考Raymond Pearl 提出的技术预测Pearl 模型的变换形式,在技术替代进程中存在以下关系:y = In[ (L - y)Py] = Ina - bt 式中,y 为t 时刻技术性能预测值,L 为y 的理论极限值,a 为常数可以看出,模型中技术替代速率(参数b) 的大小与yP(L - y) 呈一种正相关的关系,它是由已替代部分和未替代部分两个因素叠加决定的,这表明技术替代进程既受到新技术本身实际性能改进程度的影响,又受到新技术替代旧技术成功程度示范效应的影响,而且替代速率随技术替代的增加而加速,这是符合移动通信技术和业务发展实际情况的。
实际上,由于受到相关网络设备、终端设备和专业系统软件的商用技术成熟度等因素制约,现实网络环境中移动数据传输速率与网络设计的性能理论值往往存在相当差距,这会直接影响移动通信运营企业新业务的服务范围和服务质理,如现在正在启动的GPRS 网络对于用户提供数据业务的最高理论速率为170dbPs ,为GSM传输速率的17 倍,但是目前在国内预商用阶段传输速率一般只达到20 - 30kbPs左右,只有GSM的2 - 3 倍左右。这就需要在相关替代演进进程中不断进行网络信道优化,系统与终端
设备改进,使网络性能指标逐步上升,推动移动技术替代进程向前演进。在移动通信技术替代演进的过程中,对技术替代的进度可以从时间维度和空间维度两方面进行考虑。
4 时间维度上的替代进度考虑
关于时间维度上的技术替代研究,可以从网络系统技术演进和移动新业务开发两部分考虑。在系统技术方面,要制定正确的技术战略,主要是保持适当的技术替代速度,有选择的采用新技术,且保证新技术之间有一定间隔。在移动通信核心网络部分,应考虑与已有第二代系统的良好的兼容性,在现有第二代电路交换型网络的基础上,梯资式引入2. 5G分组交换的新网络单元,由于GPRS 在核心网络首次引入了分组数据交换部分的设备,因此可在GPRS 核心网交换设备的基础上,逐步演进到3G的IP 核心网络,即一个核心网络能够同时承载话音和数据业务,并全部采用IP 技术,从而达到经过若干阶段比较平滑地演进到3G核心网络的高级阶段的最终目的。
而移动通信系统的无线接入网络部分设备,在GSM 向2. 5G阶段演进时不发生革命性变化,到3G阶段将完全跳跃式采用3G的无线接入网络设备标准,业界一般认为这个转变的开始时间将在2003 年- 2004 年。
由于移动通信技术的替代进程将受到新技术替代旧技术部分示范因素的影响,业务开发工作的重要性不言而喻,因此运营通信企业要努力向目标市场和潜在用户群提供基于GPRS 平台的移动互联网业务,包括信息类、通信类、娱乐类、商务类等的各种移动数据内容和应用服务,特别是象可视电话和移动定位等新兴业务,以培育消费理念,探索第三代移动通信的商业模式、业力内容、营销策略和资源需求,从而确保满足用户对移动新技术的服务质量和内容价值的预期。
另外,移动运营企业要与系统集成商和内容提供商密切合作,保持通信网络结构的相对稳定性,保证移动网在逐步加入新业务的同时仍支持原有业务,同时积极开发移动数据新业务,开发企业与个人用户对中高速多媒体业务的需求,形成规模收入流,以保证运营商各阶段网络投资的回收。
5 空间维度上的替代进度考虑
为适应国内不同地区移动通信消费水平和现有网络容量结构的巨大差异,移动运营企业在不同地区将采取不同的网络覆盖策略。
在今后的2 - 3 年内,移动网络覆盖将体现目标市场的需求导向性,即单纯的话音密集区尽量优先部署2G网络;中低速数据业务流较大的地区,可以配合GPRS 网络的部署;真正出现的高速多媒体业务的特定热点地区才考虑用3G网络满足通信需求。
为了把握技术替代的节奏和重点,现有的移动通信运营商在东部高业务密度的发达地区进行2G网络的扩容型投资的同进,应尽早部署覆盖2. 5G网络,能够向这些地区的密集商务用户群和年轻时尚族提供中高速移动多媒体业务,以便今后向3G过渡。而在中西部地区话音导向地区尽量2G网络覆盖优先,配以中心城市的2. 5G网络覆盖,逐步演进。同时在今后东部发达地区网络由2. 5G网络向3G演进时,替换下的网络设备如基站设备可以转移中西部地区的2G网络的技术演进中使用。(见图3)
另外,非常重要的是在技术替代过程中,应保证相关移动通信网络用户的跨区切换和漫游。为适应国内不同地区移动消费水平和现有移动网络容量结构,在相关微电子和软件技术的研发支持下,3G移动网络与终端应该具有后向兼容的业务功能,从而为用户提供可以同时支持2G、2. 5G和3G的多模终端。
6 结语
在中国这个仍在高速增长的世界移动通信第一大国,要完成从第二代通信系统向第三代的技术演进替代,移动通信运营企业要与众多的有关制造企业、系统集成企业、网络内容服务企业以及有关研究机构和政府决策部门密切合作,进行技术层面、财务层面、业务层面及配套产业层面的充分合作和准备,无疑这个技术替代过程将是一个极其复杂的系统工程,对其进行理论探索会涉及多方面的问题。因此对移动通信技术演进替代进程的相关模型理论和策略的进一步研究和完善也是很有必要的。
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