移动数据网应用技术前瞻

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摘 要：随着互联网的迅速发展及普及，人们开始对互联网有了依赖性。随时随地上网的需求，产生了大量的WLAN服务需求。WiFi，这个通信时代最热门的无线技术基本上可以满足人们的需要。

关键词：3G 网络 WiFi

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0018-02

随着第三代移动通信的大规模应用和智能手机的井喷式普及，数据业务已逐渐代替传统语音业务，成为用户最为重要的应用业务。

在当今移动互联网如火如荼发展的大背景下，电信运营商感受到前所未有的网络流量的压力。WiFi有效地缓减了3G网络的移动数据流量压力。一时间，WiFi成为电信运营商的新宠，WiFi建设风起云涌，WiFi的部署从以万计迅速上升到以百万计。WiFi实际上已经成为电信运营商移动通信网络的一部分，运营商已经把移动数据网和WiFi视为一个网络整体对待。

1 大背景：移动数据流量激增

随着智能手机、平板电脑等各种移动终端的日渐普及，全球范围的移动互联网流量呈现指数式增长。2011年，全球通用移动通信系统（UMTS）论坛预测，移动网络中的语音和数据流量将在今后的十年中增长30倍以上。

有机构预测认为2016年全球移动互联网通讯的数据流量将扩大至目前的18倍，达到平均每月10.8E字节。到2016年，将有60%的移动用户（30亿人）每月平均产生1G字节以上的移动数据流量，而2011年这一比例仅为0.5%。

进入移动互联网时代之后，数据流量激增，我国已经进入数据爆发的拐点，三大运营商2010年数据流量增速超过150%，其无线网络利用率在2010年中达到了危险的78.32%（警戒线为70%）。如此巨大的移动数据流量压力将是3G网络难以承载的。如今，只有WiFi能担当起来承载巨大移动数据流量的重任。

2 骨架网络——第三代移动通信网络

相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、TDMA等数字手机（2G），第三代移动通信网络，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，在国内有WCDMA、CDMA2000和TD-CDMA。

3G是定位于移动数据和移动多媒体业务的，它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2 Mbps（兆字节/每秒）、384 kbps（千字节/每秒）以及144 kbps的传输速度。3G网络最显著的特性：高速的移动数据传输技术，其数据速率为2G的200倍！据专家介绍，由于3G技术在数据业务上的频谱利用率比2G提高了3倍以上，再加上频谱带宽的成倍增长，3G的数据传输能力大幅提高。在理想环境下，其数据速率可以达到2G的200倍。也就是说通过手机，使用者能像用电脑连接宽带上网一样，轻松实现高速网络游戏、视频在线观看、高压缩率音频在线收听等功能，这些业务在现有的2G网络上是根本无法想象的。

3G在技术上不仅兼顾了2G成熟的应用技术，但它不是完全抛弃了2G，而是充分借鉴了2G的网络运营经验，再根据IMT-2000确立目标，蜂窝移动通信技术主要包括多址/双工等寻址手段、射频信息参数、小区复用及复用模式、纠错技术，帧结构和物理信道等诸多方面。3G系统网络具有灵活性和全覆盖能力，无线技术试用多业务坏境，高频谱利用率和高业务质量，现行的无线技术在诸多方面进行了大量创新，其主要有以下5个方面内容。

（1）应用了高频段的频谱资源。

为了创造更加宽广的频谱空间以实现通信网络的全球漫游等诸多业务，更加好满足人民对宽带业务，达到3G网络容量发展，依据ITU的最新规定，IMT-2000会全部统一使用2G频段，其可用宽带空间多达230 MHz，而其中，无线卫星网络拥有60 MHz空间，陆地网络拥有170 MHz空间。

（2）采用宽带射频信道，支持高速率业务。

3G射频载波信道应该根据业务要求，更好提高码片速率的同时，让系统抗多径衰弱能力大大的提高之外，也能承受多媒体的业务需要。

（3）实现多业务、多速率传送。

在现今的宽带信道上，通信技术应该体现出宽带的多速率、可以采用QOS将具有不同速率的业务通过不同的扩频因子，保证宽带的速度传送。

（4）快速功率控制。

3G技术在总体上应用了改善系统，性能是非常好的，通过普及应用闭环功率的快速控制技术实现了下行信道换代升级，其应用目标在于改善和提升下行信道的传输性能，尽管该技术的应用有效地提升了通信系统规避多径衰退的水平，但由于现行多径信道的干扰造成码分多址的扩频用户通信质量的降低，进而强化了通信系统自干扰的误差度。

（5）采用自适应天线及软件无线电技术。

3G无线电技术软件在基站及终端产品中，应该做到降低成本、提高系统灵活性，起到非常重要的作用，可以应用携带电子编程相位的新型天线阵列，加大通信系统容量，还能够实施波束赋行，提高接受灵敏度，做到自适调整功率，从而减小系统的自干扰。

但3G技术与用户的大数据流量的业务要求有一定的矛盾，一是网络能力上无法支撑；二是经济上费用昂贵，普通消费者不可能像有线网络那样无限制的使用数据业务。由此便捷便宜的WiFi技术成为用户接入层面的有效补充。

3 WiFi技术概述

WiFi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。简单来说其实就是IEEE802.11b的别称，是由一个名为“无线以太网相容联盟”（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA）的组织所的业界术语，它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。随着技术的发展，以及IEEE802.11a及IEEE802.11g等标准的出现，现在IEEE802.11这个标准已被统称作WiFi。它可以帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒体。它为用户提供了无线的宽带互联网访问。同时，它也是在家里、办公室或在旅途中上网的快速、便捷的途径。WiFi无线网络是由AP（AccessPoint）和无线网卡组成的无线网络。在开放性区域，通讯距离可达305 m；在封闭性区域，通讯距离为76～122 m，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。WiFi以其自身诸多优点，受到人们推崇。

4 WiFi技术特点

4.1 无线电波的覆盖范围广

WiFi的半径则可达100 m，适合办公室及单位楼层内部使用。而蓝牙技术只能覆盖15 m内。

4.2 速度快，可靠性高

802.11b无线网络规范是IEEE802.11网络规范的变种，最高带宽为11 Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5 Mbps、2 Mbps和1 Mbps，带宽的自动调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。

4.3 无需布线

WiFi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，具有广阔市场前景。目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展开去，甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。

4.4 健康安全

IEEE802.11规定的发射功率不可超过100 mW，实际发射功率约60～70 mW，手机的发射功率约200 mW～1 W间，手持式对讲机高达5 W，而且无线网络使用方式并非像手机直接接触人体，是绝对安全的。

当然WiFi技术也有其一定的局限，如带宽不高、覆盖半径小、切换时间长等，使得其不能很好地支持移动VoIP等实时性要求高的应用；并且无线网络系统对上层业务开发不开放，使得适合IP移动环境的业务难以开发。此前定位于家庭用户的WLAN产品在很多地方不能满足运营商在网络运营、维护上的要求。但由于运营商的网络是以3G网络为骨架的电信级通信网络，这些短板正好骨干网络互补。

5 WiFi与3G的融合

3G网络与WiFi具有天然的融合优势，两者具有明显的互补性，WiFi技术数据高速传输的特点可以弥补3G网络数据传输速率受限的不足之处，而WiFi技术所欠缺的签权和计费机制又是3G技术的强项，另外3G网络运营商级的广阔覆盖为WiFi提供了多点接入切换的条件。总之，3G网络和WiFi的融合，在技术上水到渠成。

5.1 终端的融合

终端是直接面向用户的设备，在整个产业链条中至关重要，目前大多数手机及支持WiFi也支持3G，唯一不足之处是在3G网络和WiFi网络切换时，需要手动进行，尤其是在进入新的WiFi网络时，不支持自动切入，但随着用户需求的增加，人们期盼的WLAN/3G双模芯片或终端的研究也在进行。

5.2 网络的融合

无线局域网可以通过两种方式和3G移动网络相结合：松散和紧凑模式。

（1）紧凑模式。

所谓紧凑模式就是WiFi网络和3G网络共用核心网设备，即通过WiFi网络和3G网络共用Iu接口。这种方式的优点是，WiFi网络能够利用3G网络成熟的安全和服务机制，能够为用户提供两网间的无缝切换。但这种模式也有显而易见的缺点，第一，WiFi网络产生的数据流量和信令与3G网络完全不同，其移动模式和业务流量的差异使得现有3G网络需要做出很大的改造。第二，为了直接与3G核心网络相连，WiFi网络也需要重新修改和定制已有的产品。也就是说紧凑模式虽有融合优势，但投资很大。

（2）松散模式。

所谓松散模式就是WiFi网络和3G网络各自保持独立性，WiFi网络只作为3G网络的补充，只有鉴权、计费信令从Gi接口进入3G核心网。这样避免了紧凑模式下WiFi网络和3G网络不同的数据流混合带来的网络改造压力。松散模式下，两个网络完全分开，完全独立，对WLAN的IEEE802.11标准没有任何改变。松散方式会导致较高的时延，但可以使用移动IP支持网间的移动性。松散方案中分享AAA的架构，使3G的运营商在混合的网络环境中可以使用一致的用户鉴权机制，也可以使电信运营商更好的建立自己独有的业务模型，以充分利用原有的计费系统和客户关系。WiFi可利用3G的USIM卡的安全机制来保证WiFi用户的鉴权，即将USIM卡的信息读出来，通过WiFi网络传送到AS，再到HLR里进行鉴权，然后允许客户使用WiFi，并将WLAN的计费信息传送到计费系统，将费用算在该USIM的帐户上，生成包含3G和WiFi使用情况的统一客户账单。