移動數據網應用技術前瞻

摘 要：隨著互聯網的迅速發展及普及，人們開始對互聯網有了依賴性。隨時隨地上網的需求，產生了大量的WLAN服務需求。WiFi，這個通信時代最熱門的無線技術基本上可以滿足人們的需要。

關鍵詞：3G 網絡 WiFi

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（b）-0018-02

隨著第三代移動通信的大規模應用和智能手機的井噴式普及，數據業務已逐漸代替傳統語音業務，成為用戶最為重要的應用業務。

在當今移動互聯網如火如荼發展的大背景下，電信運營商感受到前所未有的網絡流量的壓力。WiFi有效地緩減了3G網絡的移動數據流量壓力。一時間，WiFi成為電信運營商的新寵，WiFi建設風起云涌，WiFi的部署從以萬計迅速上升到以百萬計。WiFi實際上已經成為電信運營商移動通信網絡的一部分，運營商已經把移動數據網和WiFi視為一個網絡整體對待。

1 大背景：移動數據流量激增

隨著智能手機、平板電腦等各種移動終端的日漸普及，全球范圍的移動互聯網流量呈現指數式增長。2011年，全球通用移動通信系統（UMTS）論壇預測，移動網絡中的語音和數據流量將在今后的十年中增長30倍以上。

有機構預測認為2VEyQp7DbnrOKAeEVWf+fcZbwukpXaS28smscnRvnUJQ=016年全球移動互聯網通訊的數據流量將擴大至目前的18倍，達到平均每月10.8E字節。到2016年，將有60%的移動用戶（30億人）每月平均產生1G字節以上的移動數據流量，而2011年這一比例僅為0.5%。

進入移動互聯網時代之后，數據流量激增，我國已經進入數據爆發的拐點，三大運營商2010年數據流量增速超過150%，其無線網絡利用率在2010年中達到了危險的78.32%（警戒線為70%）。如此巨大的移動數據流量壓力將是3G網絡難以承載的。如今，只有WiFi能擔當起來承載巨大移動數據流量的重任。

2 骨架網絡——第三代移動通信網絡

相對第一代模擬制式手機（1G）和第二代GSM、TDMA等數字手機（2G），第三代移動通信網絡，是指將無線通信與國際互聯網等多媒體通信結合的新一代移動通信系統，在國內有WCDMA、CDMA2000和TD-CDMA。

3G是定位于移動數據和移動多媒體業務的，它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務。為了提供這種服務，無線網絡必須能夠支持不同的數據傳輸速度，也就是說在室內、室外和行車的環境中能夠分別支持至少2 Mbps（兆字節/每秒）、384 kbps（千字節/每秒）以及144 kbps的傳輸速度。3G網絡最顯著的特性：高速的移動數據傳輸技術，其數據速率為2G的200倍！據專家介紹，由于3G技術在數據業務上的頻譜利用率比2G提高了3倍以上，再加上頻譜帶寬的成倍增長，3G的數據傳輸能力大幅提高。在理想環境下，其數據速率可以達到2G的200倍。也就是說通過手機，使用者能像用電腦連接寬帶上網一樣，輕松實現高速網絡游戲、視頻在線觀看、高壓縮率音頻在線收聽等功能，這些業務在現有的2G網絡上是根本無法想象的。

3G在技術上不僅兼顧了2G成熟的應用技術，但它不是完全拋棄了2G，而是充分借鑒了2G的網絡運營經驗，再根據IMT-2000確立目標，蜂窩移動通信技術主要包括多址/雙工等尋址手段、射頻信息參數、小區復用及復用模式、糾錯技術，幀結構和物理信道等諸多方面。3G系統網絡具有靈活性和全覆蓋能力，無線技術試用多業務壞境，高頻譜利用率和高業務質量，現行的無線技術在諸多方面進行了大量創新，其主要有以下5個方面內容。

（1）應用了高頻段的頻譜資源。

為了創造更加寬廣的頻譜空間以實現通信網絡的全球漫游等諸多業務，更加好滿足人民對寬帶業務，達到3G網絡容量發展，依據ITU的最新規定，IMT-2000會全部統一使用2G頻段，其可用寬帶空間多達230 MHz，而其中，無線衛星網絡擁有60 MHz空間，陸地網絡擁有170 MHz空間。

（2）采用寬帶射頻信道，支持高速率業務。

3G射頻載波信道應該根據業務要求，更好提高碼片速率的同時，讓系統抗多徑衰弱能力大大的提高之外，也能承受多媒體的業務需要。

（3）實現多業務、多速率傳送。

在現今的寬帶信道上，通信技術應該體現出寬帶的多速率、可以采用QOS將具有不同速率的業務通過不同的擴頻因子，保證寬帶的速度傳送。

（4）快速功率控制。

3G技術在總體上應用了改善系統，性能是非常好的，通過普及應用閉環功率的快速控制技術實現了下行信道換代升級，其應用目標在于改善和提升下行信道的傳輸性能，盡管該技術的應用有效地提升了通信系統規避多徑衰退的水平，但由于現行多徑信道的干擾造成碼分多址的擴頻用戶通信質量的降低，進而強化了通信系統自干擾的誤差度。

（5）采用自適應天線及軟件無線電技術。

3G無線電技術軟件在基站及終端產品中，應該做到降低成本、提高系統靈活性，起到非常重要的作用，可以應用攜帶電子編程相位的新型天線陣列，加大通信系統容量，還能夠實施波束賦行，提高接受靈敏度，做到自適調整功率，從而減小系統的自干擾。

但3G技術與用戶的大數據流量的業務要求有一定的矛盾，一是網絡能力上無法支撐；二是經濟上費用昂貴，普通消費者不可能像有線網絡那樣無限制的使用數據業務。由此便捷便宜的WiFi技術成為用戶接入層面的有效補充。

3 WiFi技術概述

WiFi是一種可以將個人電腦、手持設備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術。簡單來說其實就是IEEE802.11b的別稱，是由一個名為“無線以太網相容聯盟”（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA）的組織所發布的業界術語，它是一種短程無線傳輸技術，能夠在數百英尺范圍內支持互聯網接入的無線電信號。隨著技術的發展，以及IEEE802.11a及IEEE802.11g等標準的出現，現在IEEE802.11這個標準已被統稱作WiFi。它可以幫助用戶訪問電子郵件、Web和流式媒體。它為用戶提供了無線的寬帶互聯網訪問。同時，它也是在家里、辦公室或在旅途中上網的快速、便捷的途徑。WiFi無線網絡是由AP（AccessPoint）和無線網卡組成的無線網絡。在開放性區域，通訊距離可達305 m；在封閉性區域，通訊距離為76～122 m，方便與現有的有線以太網絡整合，組網的成本更低。WiFi以其自身諸多優點，受到人們推崇。

4 WiFi技術特點

4.1 無線電波的覆蓋范圍廣

WiFi的半徑則可達100 m，適合辦公室及單位樓層內部使用。而藍牙技術只能覆蓋15 m內。

4.2 速度快，可靠性高

802.11b無線網絡規范是IEEE802.11網絡規范的變種，最高帶寬為11 Mbps，在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調整為5.5 Mbps、2 Mbps和1 Mbps，帶寬的自動調整，有效地保障了網絡的穩定性和可靠性。

4.3 無需布線

WiFi最主要的優勢在于不需要布線，可以不受布線條件的限制，因此非常適合移動辦公用戶的需要，具有廣闊市場前景。目前它已經從傳統的醫療保健、庫存控制和管理服務等特殊行業向更多行業拓展開去，甚至開始進入家庭以及教育機構等領域。

4.4 健康安全

IEEE802.11規定的發射功率不可超過100 mW，實際發射功率約60～70 mW，手機的發射功率約200 mW～1 W間，手持式對講機高達5 W，而且無線網絡使用方式并非像手機直接接觸人體，是絕對安全的。

當然WiFi技術也有其一定的局限，如帶寬不高、覆蓋半徑小、切換時間長等，使得其不能很好地支持移動VoIP等實時性要求高的應用；并且無線網絡系統對上層業務開發不開放，使得適合IP移動環境的業務難以開發。此前定位于家庭用戶的WLAN產品在很多地方不能滿足運營商在網絡運營、維護上的要求。但由于運營商的網絡是以3G網絡為骨架的電信級通信網絡，這些短板正好骨干網絡互補。

5 WiFi與3G的融合

3G網絡與WiFi具有天然的融合優勢，兩者具有明顯的互補性，WiFi技術數據高速傳輸的特點可以彌補3G網絡數據傳輸速率受限的不足之處，而WiFi技術所欠缺的簽權和計費機制又是3G技術的強項，另外3G網絡運營商級的廣闊覆蓋為WiFi提供了多點接入切換的條件?？傊?，3G網絡和WiFi的融合，在技術上水到渠成。

5.1 終端的融合

終端是直接面向用戶的設備，在整個產業鏈條中至關重要，目前大多數手機及支持WiFi也支持3G，唯一不足之處是在3G網絡和WiFi網絡切換時，需要手動進行，尤其是在進入新的WiFi網絡時，不支持自動切入，但隨著用戶需求的增加，人們期盼的WLAN/3G雙模芯片或終端的研究也在進行。

5.2 網絡的融合

無線局域網可以通過兩種方式和3G移動網絡相結合：松散和緊湊模式。

（1）緊湊模式。

所謂緊湊模式就是WiFi網絡和3G網絡共用核心網設備，即通過WiFi網絡和3G網絡共用Iu接口。這種方式的優點是，WiFi網絡能夠利用3G網絡成熟的安全和服務機制，能夠為用戶提供兩網間的無縫切換。但這種模式也有顯而易見的缺點，第一，WiFi網絡產生的數據流量和信令與3G網絡完全不同，其移動模式和業務流量的差異使得現有3G網絡需要做出很大的改造。第二，為了直接與3G核心網絡相連，WiFi網絡也需要重新修改和定制已有的產品。也就是說緊湊模式雖有融合優勢，但投資很大。

（2）松散模式。

所謂松散模式就是WiFi網絡和3G網絡各自保持獨立性，WiFi網絡只作為3G網絡的補充，只有鑒權、計費信令從Gi接口進入3G核心網。這樣避免了緊湊模式下WiFi網絡和3G網絡不同的數據流混合帶來的網絡改造壓力。松散模式下，兩個網絡完全分開，完全獨立，對WLAN的IEEE802.11標準沒有任何改變。松散方式會導致較高的時延，但可以使用移動IP支持網間的移動性。松散方案中分享AAA的架構，使3G的運營商在混合的網絡環境中可以使用一致的用戶鑒權機制，也可以使電信運營商更好的建立自己獨有的業務模型，以充分利用原有的計費系統和客戶關系。WiFi可利用3G的USIM卡的安全機制來保證WiFi用戶的鑒權，即將USIM卡的信息讀出來，通過WiFi網絡傳送到AS，再到HLR里進行鑒權，然后允許客戶使用WiFi，并將WLAN的計費信息傳送到計費系統，將費用算在該USIM的帳戶上，生成包含3G和WiFi使用情況的統一客戶賬單。