第三代移动通信业务剖析

第三代移动通信业务剖析

深圳市中兴通讯股份有限公司 赵建平 吴晓文

 

　　通信网络的发展已使得信息化的步伐大大加快，表现为：统一网络的趋势日趋明显，信息可以大范围、多形式交换；人们的生活、工作已经与信息的传递、加工、分析越来越密不可分，电子商务正成为一种新的工作、生活方式。

　　正如GSM的标准化吸收了N-ISDN发展成果一样，第三代移动通信系统（简称3G，本文3G特指W-CDMA，2.5G特指GPRS，2G特指GSM）也试图吸收目前通信领域发展的最新成果，并考虑可预见未来技术所能达到的高度，实现一个先进的通信设施。

　　3G网络是指单个运营商管理的电信网络，包括以W-CDMA、TD-CDMA技术实现的UTRAN接入网络、GPRS核心网或者3G核心网。3G网络运营者分为两类：第一类运营者由于没有传统网络的负担，可以直接采用较新的技术，如全IP核心网和具有较高频谱效率的UTRAN接入网络为最终用户提供业务；第二类运营者已经有一个2G
网络或者2.5G 网络，在构造3G网络时需要考虑利用已有网络的覆盖和网络设备，因此需要考虑将GSM网络演进到第三代。

　　3G的目标是：世界范围内设计上的高度一致性；与固定网络各种业务的相互兼容；高服务质量；具有全球漫游能力；支持多媒体功能及广泛业务的终端。为了实现上述目标，对第三代无线传输技术（RTT）提出了支持多媒体业务（高速移动环境，144kb/s；室外步行环境，384kb/s；室内环境，2Mb/s）、比现有系统有更高的频谱效率等基本要求。

　　随着3GPP标准（包括RTT、核心网标准）逐步出台，3G的开发和试验也在紧张进行。对于设备制造商和网络运营商来讲，关注3G业务是十分必要的，在一定程度上讲，能否正确理解3G的业务将是能否获得竞争优势的关键因素。

　　3G业务概述

　　3G业务能力

　　承载业务是两个接入点之间的信号传输，属于低层能力；电信业务则提供了用户之间所有信息传递的能力，包括终端适配，信息的表达等，属于高层能力。

　　3G业务能力是指接入点之间的所有用QoS参数描述的承载以及承载控制机制的集合。业务能力实际上可以理解为承载业务为电信业务提供的服务。

　　3G以前的移动通信系统都定义了一系列的标准电信业务，其弊端是网络结构受制于电信业务，2G主要提供语音业务，因此在基站子系统中普遍采用了电路交换和STM传输，2G网络只有通过重新定义物理信道、标准G系列接口，引入网络设备GSN才能过渡到能提供较高速率数据业务的GPRS，尽管引入智能网已经使新业务的提供、开发比较方便，但由于2G或2.5G系统基站子系统本质上是以电路传输、交换为主，制约了业务提供的效率、质量和能力。另外，只定义标准电信业务，使得业务提供范围受制于运营者本身的能力，用户一旦选择了一个网络运营者，也就意味着只能享受这个网络所能提供的业务。

　　3G标准化过程中不再定义标准的电信业务，而将重点放在3G业务能力的标准化，这样使得网络结构不再受制于电信业务。3G网络的最大特征是具有全程数字化、智能化和分组化的统一结构。从接入方式看，由于采用了统计复用的CDMA技术，信息以统一的时隙方式传送；在RNC内部、Iub、Iu接口采用了ATM交换、传输，信息以信元的方式传送；在3G核心网中采用全IP网络，信息以统一的IP包传送，即使考虑到初期采用GPRS
网络将电路业务和分组业务分开，但逻辑上仍是一个统一的网络。3G统一网络提供了一个多业务实现平台，可以方便承载各种电信业务，3G对一些基本电信业务如语音、短消息标准化，也只是考虑到3G网络用户与异种网络（如GSM网络）用户之间的互通性与业务的继承性。

　　3G业务结构

　　3G业务涉及三个层面的建设：业务承载平台的建设、业务应用开发平台的建设以及业务的开发。

　　3G有线子网（核心网）和无线子网（无线接入网UTRAN）提供了具有灵活QoS特性的3G承载业务。对于业务开发平台来讲，无线传输环境以及RTT技术都是透明的，承载控制、呼叫控制和移动控制是业务承载平台为业务开发平台提供的功能。承载控制的主要作用是承载通路的建立、释放和重新建立。在3G标准中，一次呼叫可以同时建立多个承载通路，在每个呼叫的生命周期中，承载通路可以自由地被释放，也可以加入新的承载通路。呼叫控制和移动控制分别负责移动台的呼叫建立、位置管理。

　　业务开发平台为网络运营商、业务提供者支持、创建和控制电信业务及承载业务提供了标准应用开发接口API，网络运营商、业务提供者可以在此基础上设计电信业务。业务开发平台甚至还为最终用户提供了控制电信业务的可能，用户可以在一定的范围内生成自己感兴趣的业务。业务开发平台的设计原则是：新业务开发代价最小、开发时间最短、不影响网上正在运行的其它电信业务。

　　3G业务特点 3G电信业务应当具备如下四个特点：

　　* 业务的智能化

　　业务的智能化主要体现在网络业务提供的灵活性、终端的智能化，例如除输入密码外，还可以通过语音、指纹来识别用户身份。

　　* 业务的多媒体化

　　3G的信息由语音、图像、数据等多种媒体构成，信息的表达能力和信息传递的深度都比2G有很大的提高，基本上可以实现多媒体业务在无线、有线网之间的无缝传输。

　　* 业务的个性化

　　用户可以在终端、网络能力的范围内，设计自己的业务，这是实现个性化的首要前提；网络运营商为用户提供虚拟归属环境即VHE能力，使用户在拜访网络时可以享受到与归属网络一致的服务，保证个性化业务的全网一致性；网络运营商为了领先竞争对手留住客户，可以依靠3G强大的业务开发能力，不断开发新的业务；业务提供者也可以相对于网络运营者独立地开发业务，典型的为互联网业务提供商，通过WAP网关将WWW业务传输到移动终端；今后3G终端的形式几乎是无限的。

　　* 业务的人性化

　　业务的人性化就是要满足人的基本需要。人在移动中处理信息的能力比较有限，信息的有效传输和表达尤其重要，带宽并不是越宽越好，要用最少的码元传输量使用户获取最多、最有用的信息；要考虑用户在安全性、可靠性方面的需求，达到固定网的水平。

　　3G网络的承载能力和电信业务承载能力

　　这里的承载能力是指3G承载业务的特性，包括信息传输特性和QoS特性两个方面，信息传输特性表达的是信息传递的方式，QoS特性描述了承载业务的质量。

　　（1）3G网络承载业务的信息传输特性主要有：无连接、有连接，CBR、实时VBR、非实时VBR，点对点（单/双向、对称/不对称）、点对多点（广播/多播）等。

　　（2）3G网络承载业务的QoS特性主要有：数据率、BER、最大传输时延、时延抖动等。

　　3G网络无线接口采用可变扩频增益以适应不同的信息传输速率，并采用短的帧结构、DTX、多码传输、ARQ和信道编码技术，为电信业务设计提供具有灵活QoS的承载能力。3G网络提供的最大速率在乡村为144kb/s，在城市和郊区为384kb/s，室内通信则高达2048kb/s。许多网络（如GSM网络、CDPD、GPRS）都有一定的数据承载能力，但与3G相比，在数据速率方面有很大差距，最重要的一点是无法支持很多用户同时用较高的速率传送信息，3G可以采用宽带扩频技术、智能天线和多用户检测等保证较高的频谱效率和网络总的承载量(kbit/MHz/Cell)。

　　电信业务

　　3G支持的电信业务主要参考ITU-T F.700。F.700定义了一组网络独立的多媒体业务，分别为：会议业务，会话业务，信息业务，分发业务，检索业务等。在未来设计电信业务中要考虑到：检索类业务如互联网业务的不对称性；在支持用户主动获取信息的同时，还要主动为用户提供有价值的信息，如天气预报、股市信息等；未来的电信业务还要支持媒体转换功能，如文本和语音之间的相互转换。
在目前看来有三项业务是主要的：1.语音业务，不仅是其占有无线资源低，更由于语音在信息传递的实时性、有效性上的优势，另外语音对于人有亲切感；2.
SMS、E-Mail、语音Mail、多媒体短信息（MMS）等信息类业务，在实时性要求不高的情况下，或者实时性要求比较高但对接收者为突发性的有效信息如股票信息的情况，资讯类业务都可能是最经济有效的信息传递方式；3.WWW/FTP，当用户在移动中需要主动获取信息时，互联网无疑是未来最大的信息来源。AOL和时代华纳合并证明了传统的信息将更多借助电子方式来传递。无线互联网网的发展取决于网络设施的状况，更取决于信息化程度和个人的消费习惯，在一定意义上，GPRS与其说是向3G过渡的重要阶段，还不如说是在为3G培育无线数据市场。

　　VHE和业务个性化的实现

　　VHE的含义和实现

　　归属环境(Home Envirnment)通过对用户资料文件的管理，负责为用户提供各种电信业务，个人业务的信息在用户资料文件中描述，用户可以定义在不同通信环境中使用的用户资料文件。例如，用户可以定义一个室内移动使用的用户资料文件，同时还可以定义一个室外移动使用的用户资料文件，用户还可以在网络、终端许可的范围内方便修改用户资料文件，定制不同的业务。用户资料文件可以保存在MS，也可以保存在归属环境如HLR。

　　用户除了享受到网络运营商提供的业务以外，还可以享受到增值业务提供商VASP提供的业务，VASP很有可能就是一个ICP。VASP分为两类，HE
VASP和独立VASP。HE VASP是与归属环境有关的增值业务提供商，如网络运营商的合作伙伴，用户资料文件中可以定义HE
VASP提供业务的方式。用户也可以不受归属环境约束直接享受独立VASP提供的业务。

　　个人业务环境是用户实际工作的环境或访问环境，个人业务环境包括访问网络和使用终端两方面内容。VHE的概念是：用户在任何访问环境均可以得到用户资料文件描述的业务。

　　VHE具有如下特点：

　　* 给用户提供个性化业务类型，例如接收天气预报;

　　* 给用户提供个性化的接口界面，例如用户可以定制信息的表达方式（英文、中文或其它）;

　　* 在接入网络（固定、移动）、终端容许的范围内，业务具有一致性。例如用户完全可能使用cdma2000终端，在cdma2000网络中享受到归属的W-CDMA网络定义的业务;

　　VHE使移动用户充分感受到个人通信带来的好处。

　　用户资料文件格式

　　用户资料文件主要包括用户接口描述、用户业务描述两部分内容。

　　用户接口描述给出了信息显示和表示方式，如菜单结构、图标形式、振铃音类型、语言类型、文本格式、字体大小等。

　　用户业务描述内容有：用户使用业务组合方式，如语音、SMS、视频电话；业务激活状态，用户可以对自己的业务进行适当控制；业务条件，对于股票这样的信息类业务，在业务提供范围内可以由用户确定条件下传送何种信息。

　　3G终端

　　3G业务终端具有多样化的特征，终端既是通信工具，又是一个计算工具和娱乐工具。终端作为计算工具，就需要提到移动执行环境MExE（Mobile
Station Application Execation Environment），MExE实际是一个分布计算环境。来自任何厂家的用户终端，在存储、显示和计算能力的范围内，都可以对来自网络的内容如无线标志语言WML进行显示，执行来自网络的Applet和应用，网络运营商或者VASP都可以利用标准的API和工具箱，实现标准内容、Applet和应用。未来的3G终端也因此具有更多的智能。

　　3G业务价值链

　　互联网已经创造了ISP、ICP和网络门户（Portal）这样基础网络经营和业务经营分离的崭新的业务提供模式，由于互联网业务在3G中的重要性，与2G业务提供相比，3G业务的提供方式必然会有较大的变化。

　　业务价值链，说明提供3G业务需要做的工作，说明了内容提供者、网络门户、网络运营商、网络设备制造商和终端设备制造商之间的相互关系，在这个价值链中，所有的工作将以满足最终用户的需求紧密地联系起来。

　　网络运营商的专长在于建造、维护网络基础设施和提供传统的电信业务，还在于实现网络互连互通。在3G业务的整个价值链中，最根本的任务是为最终用户提供高质量的，丰富多彩的业务，所有3G业务参与者必须协调好各自的关系才能达到这一目标，如果单靠网络运营商远远不够。首先寻找内容来源和组织内容非常重要，如果内容的质量、数量和表现方式不能使用户满意，用户将不会接受这样的业务。网络运营商在这方面的能力非常有限，互联网上各种各样的内容则能解决这一问题，没有必要也不可能为无线网络独立设计内容，唯一需要考虑的是由于终端、网络能力限制而需要修改信息的表现方式。另外，网络运营商也需要依靠第三方提供服务。

　　正像有线网上终端多样化一样，3G终端不可能只有单一形式。网络设备制造商除了提供优良的承载网络设备外，可以不再考虑别的因素。终端设备制造商可能需要与网络运营商一起确定目标市场，联合设计业务，在此基础上确定终端形式。为了形成多供应商的局面，定义标准的内容描述形式如WML很有必要，终端设备制造商一个重要的工作就是根据自己的专长设计内容的表现方式，如显示、输入和身份识别等。

　　2G/2.5G业务与3G业务的关系

　　在2G向3G的过渡中，2.5G通常是一个重要环节，一般地3G将在2G/2.5G网络基础上先以孤岛、叠加的形式引入。过渡的问题可以从三个层次上理解：

　　1.无线接入网络的过渡，即从GSM BSS到GPRS BSS再到3G UTRAN。从GSM
BSS到GPRS BSS变化比较小，成本较低，而在GSM BSS或GPRS BSS上叠加3G UTRAN，变化将是本质的，相当于在一个全新的频段上用更高频谱效率的技术构建网络，成本因此也较高。

　　2.核心网的过渡，在电路交换机MSC基础上叠加支持分组交换的设备GSN，这些设备将在3G网络中重复使用。

　　3.业务的过渡，2G/2.5G业务是3G业务的一个子集。在上述三个层次的过渡中，业务的过渡是最重要的，3G业务过渡使得运营商可以根据市场需求，在不同的时间、不同的地点通过网络设备的更新和投资，逐步引入2.5G和3G业务。
尽管完全可以在某些区域不依靠2.5G(GPRS)阶段而直接将2G （GSM）提升到3G ，但如果没有GPRS，3G高速率业务用户在3G引入初期就会得不到大范围漫游支持，除非迅速建设一个巨大的3G网络。

　　3G业务过渡还表现在Phase 2 +已经定义了VHE、无线电定位业务等这些3G中延用的概念。在2.5G网络运营的过程中，网络运营模式已经在向3G运营模式过渡。在中国，美通这样的无线网络门户已经出现，WAP已经受到普遍重视并将刺激25G和3G的发展，用户享受到的业务将不再完全受制于网络运营者，用户也逐渐习惯了在移动中进行除话音外的通信，如无线上网、短信息等。3G的市场正在形成和培育。

　　另外，2G/2.5G网络与3G网络不是竞争而是相互协作的关系。由于3G网络叠加在2G/2.5G网络上，在2G/2.5G/3G网络覆盖区，业务分流或垂直切换显得尤其重要。已经提出的一种方式是2G/2.5G网络只支持语音和低速率数据业务，3G网络支持高速率数据业务。这样的方式忽略了3G网络的高频谱利用率，因此需要修改，当3G网络资源空闲时，即使是语音业务，对于2G/3G双模终端也可以考虑优先使用3G网络。

　　针对3G业务的特点，有关各方（如内容和服务提供者、网络门户、网络运营商、网络设备制造商和终端设备制造商）只有仔细分析并达成共识和共同努力，才能更好地利用3G网络强大的承载能力，更好地为用户提供服务。（中兴通讯）