未来移动通信的发展趋势

    移动通信业务之所以发展迅猛，主要原因是其满足了人们在任何时间、任何地点与任何个人进行通信的愿望。在信息支撑技术、市场竞争和需求的共同作用下，移动通信技术的发展更是突飞猛进，呈现出以下几大趋势：网络业务数据化、分组化，移动通信的宽带化，宽带技术的移动化，多网络共存并趋于融合^[3]。

移动通信的发展趋势

    随着计算机和微电子技术的飞速发展，移动通信网络正朝着高带宽、高性能方向演进。短短几十年，移动通信从最初的模拟技术，到第二代数字技术，发展到了第三代移动通信（3G）^[4]。第三代移动通信系统以TD-SCDMA、WCDMA以及CDMA2000主流技术为代表，可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务，如高速数据、慢速图像、手机电视、高精度定位等。随着用户数的迅猛增加，现有的系统也很难满足用户数持续发展的需要。传统的蜂窝移动通信系统向下一代移动通信系统(4G)演进是必然的发展方向。

宽带无线接入技术的发展

    伴随着移动通信技术的发展，宽带无线接入技术获得了长足进步。以IEEE802系列标准为代表的无线宽带接入新技术专门针对不同的无线应用场景设计，与传统的蜂窝移动通信网一起，为用户提供了多样化、个性化的无线接入方式和业务模式。无线局域网WLAN（IEEE 802.11a/b/g）已普遍部署在公司、高校、机场、宾馆等公共场所，覆盖热点地区，提供高速数据传输速率和低移动性支持的热点区域服务。倍受业界关注的WiMAX（IEEE 802.16e）无线接入标准提供高速移动性支持和QoS保证的全球覆盖服务，具有在移动的环境（120km/h的车速）下高速数据传输能力和城域范围内良好的宽带移动性。

无线接入网络共存与融合

    随着技术的发展、市场需求的变化和市场竞争的加剧，移动通信网和宽带无线接入网络分别朝着各自的发展方向不断演进。如图1所示^[5]，多样化的无线接入网络具有不同的特征和业务提供能力，适应不同场景下用户对通信服务个性化的需求。但是新出现的无线接入技术很难替代已有的接入技术，提供尽力而为服务的无线宽带网络WiMAX、WLAN、Wi-Fi与提供电信级质量保障的2G、3G移动通信网络必将朝着全IP网络发展，宽带化、泛在化、协同化，逐步演化成为一个异构互联的融合网络成为未来宽带无线通信发展的主旋律。

图1 各种无线接入技术的特征比较

异构网络融合的基础

    下一代移动通信网络将是一个融合了多种无线接入技术的统一网络，多种无线移动接入技术并存且协同提供多样化的无线移动接入服务。WiMAX的发展代表了宽带接入技术的无线化，而3G和B3G的发展则是移动技术的宽带化，因此未来通信系统将是趋于统一的无线移动接入方式和开放互联的网络结构。在各种无线通信系统独立发展、相互借鉴的过程中，所采用的无线移动技术也有着趋于融合甚至统一化的趋势。3G与WiMAX在市场、技术和业务方面都存在很好的互补性，这是它们融合发展的基础^[3]。

产业和市场的机会

    根据权威部门预测，如果中国在2008年启动3G网络，到2013年中国3G用户累计将发展到2亿户左右。中国3G运营业务收入将上升到3 000亿元左右，5年累计业务收入可接近1万亿元。从2008年到2013年，3G业务占移动业务收入的比重将上升到50%以上；在整个电信业务收入中的比重则会达到30%左右。数据业务成长显著，将成为未来电信运营业重要业务的增长点。作为我国自主制定的第三代移动通信标准，TD-SCDMA应该好好把握这次机遇。
    在2001年，Intel刚发起WiMAX论坛，传统的通信设备厂家响应的寥寥无几，而在近两年间，WiMAX论坛成员已经膨胀到400多位，其中包括爱立信、诺基亚、摩托罗拉等3G主流厂商。根据国外公司预测，2004～2007年WiMAX基站和用户端设备的销售收入年均增长率将达到14%～25%；在2008～2009年，市场将进入快速增长期，销售收入将分别增长47%和66%。到2009年，市场规模将达到26亿美元。

技术互补和共存

    不管是TD-SCDMA还是WiMAX都面临着前所未有的机遇和挑战。目前，很多国际知名厂商都已经看到了3G与WiMAX融合所带来的价值，从而积极地展开相关技术的研究。将TD-SCDMA与WiMAX二者进行融合，优势互补，是赢得市场的光明之路。因此我们应该抓住机遇，尽快制定出TD-SCDMA与WiMAX的融合方案，快速占领市场。
    由于TD-SCDMA采用了可调整上下行切换点的时分双工技术、智能天线技术、联合检测技术等关键技术，在系统抗干扰和系统容量、对混合业务的高效支持以及系统自身的持续发展和技术演进性方面具有很多优势。但是，从目前技术演进步伐以及所处的商用进程看，与WCDMA、CDMA2000相比，TD-SCDMA还存在着差距。WiMAX目前定位于宽带无线城域网范畴，数据传输速率可远远超过3G，其覆盖范围用低阶调制时比3G更远，市场定位和业务能力都与3G不相同，因此与3G潜在的市场尺寸也有巨大差异，在短期内WiMAX不会成为3G的替代者^[3]。TD-SCDMA与WiMAX基本技术指标的对比情况如表1所示。

业务能力的互补

    TD-SCDMA可提供话音业务和最高2Mbps的数据业务。WiMAX可向用户提供面向互联网的高速连接，覆盖范围可达50km，最大数据速率可达75Mbps，但移动性较TD－SCDMA网络较差，且不具有漫游功能。从以上业务能力来讲，WiMAX是一种以宽带多媒体业务为主，话音为辅的固定网络；而TD－SCDMA则是一个以话音为主、以数据为辅的移动广域网。它们分别针对不同的业务模式和用户群，前者追求可运营、可管理、高质量；后者追求低成本、高速率、高效率。
    从更好地支撑未来移动互联业务的角度来看，TD-SCDMA和WiMAX二者正好可以取长补短，共同为用户提供差异化的服务。TD-SCDMA仍然专注于提供公众移动通信服务，支持广域漫游、安全特性、终端便携和移动等特性；而WiMAX专注于提供低成本的高速数据接入服务，从而实现真正意义上的宽带无线移动服务。

TD-SCDMA和WiMAX的融合方案

    从TD-SCDMA和WiMAX各自的技术特点来看，两者具有很强的互补性。它们之间的融合可以有效利用彼此之间的优势，弥补各自的不足，向用户提供高质量的多媒体数据业务。
    TD-SCDMA系统提供广域无线覆盖，支持高移动性，提供话音业务和中、低速数据业务；WiMAX提供热点区域覆盖，支持游牧移动性，提供高带宽流媒体数据服务。双模终端在TD-SCDMA与WiMAX网络的重叠覆盖区域，根据业务和负载情况选择合适的接入网络。图2描述了TD-SCDMA和WiMAX的应用场景。

图2 TD-SCDMA和WiMAX网络融合场景

    根据3GPP提出的WLAN/ UMTS互联方案中的六种互操作场景，借鉴欧洲电信标准协会（ETSI）中松耦合和紧耦合两种方案^[6]，提出相应的TD-SCDMA与WiMAX网络融合方案，满足用户对数据业务的使用要求，有力支持TD-SCDMA大规模独立组网，增强TD-SCDMA的竞争力，同时也为TD-SCDMA系统的演进和跨越式发展提出新的思路。
    如图3所示，在松耦合方案中，WiMAX通过Gi参考点与TD-SCDMA核心网连接；在紧耦合方案中，WiMAX数据通过Gb或Iu-PS参考点连接到TD-SCDMA核心网。

图3 融合方案的耦合参考点

紧耦合方案

    图4描述了紧耦合方案的系统结构。可以看出，TD-SCDMA互操作模块（IF）是系统中的一个关键功能实体。它通过Gb接口与SGSN 连接，对SGSN屏蔽了WiMAX的特性，使得SGSN把WiMAX系统看作是一个单独的基站（BS）子系统。紧耦合方式具有如下特点：（1）可以实现与WiMAX之间业务的连续性；（2）可以共享使用TD-SCDMA系统中鉴权和计费系统；（3）可以充分利用现有TD-SCDMA网络资源，保护蜂窝运营商的投资；（4）能够完成部分移动性管理功能；（5）在WiMAX加密的基础上，可以在上层使用TD-SCDMA鉴权和加密机制；（6）可以通过WiMAX使用定位、SMS和MMS等TD-SCDMA核心业务。
    紧耦合方案中WiMAX是作为TD-SCDMA网络的一个无线接入网而存在的，使用TD-SCDMA网络的鉴权、计费和认证，上层运行的是TD-SCDMA相关协议，因此需要对WiMAX协议栈进行改造，增加与TD-SCDMA协议栈之间的接口。用户使用双模终端可以实现在WiMAX和TD-SCDMA网络间的无缝切换。对于TD-SCDMA核心网来说，用户在两个网络间的切换就相当于在两个独立的小区间进行一样。

图4 紧耦合系统结构

松耦合方案

    图5描述了松耦合方案的系统结构。可以看出，WiMAX系统网关（GW）通过Gi接口与TD-SCDMA系统的GGSN 相连，实现两个系统的业务互连互通。在松耦合方案中，WiMAX系统和TD-SCDMA系统结构上相对独立，功能上相互补充，两种网络间的耦合程度极低，彼此互不干扰。WiMAX上层协议使用的是标准的各类Internet协议，不必对协议栈进行改造。WiMAX系统支持基于SIM的鉴权，可以与TD-SCDMA系统共享用户数据、鉴权和计费功能（AAA）。

图5 松耦合系统结构

两种方案的比较

    两种融合方案各有特色，各自适用不同的应用场合。它们优缺点比较如表2所示。

    对于运营商来说，选择哪种耦合方式取决于诸多因素。如果目前的无线网络包括众多WiMAX 运营商和蜂窝运营商，那么采用松耦合方式无疑是一种理想的选择。若WiMAX和蜂窝网属于同一个运营商，显然紧耦合方式具有巨大的吸引力。无论采用哪种耦合方式，在TD-SCDMA中融合进WiMAX 技术都将为用户带来高质量的多媒体服务。

未来网络的融合和演进

    TD-SCDMA和WiMAX网络之间有很强的互补性，两者技术互相融合和促进，推动TD-SCDMA由3G系统向Super3G以及未来的4G系统的演进，为用户提供更好的服务。TD-SCDMA与WiMAX网络融合和演进可分为三个步骤^[3]：
    第一步骤：TD-SCDMA和WiMAX采用松耦合/紧耦合方式集成组网。用TD-SCDMA覆盖广大的地区，提供语音和低速数据服务，支持高移动性；用WiMAX覆盖城市中心区域或者热点地区，提供高速数据服务；两者共享一个核心网；双模移动终端可以通过统一的鉴权、认证和计费方式接入并访问核心网的服务。
    第二步骤：在第一步骤的基础上，实现两种接入网络的融合，支持移动终端在不同接入网之间的无缝切换和漫游。采用网络层移动性管理等技术(如移动IP)来实现终端的移动性。移动终端可以根据需要选择接入一个网络或者两个网络，充分利用重叠覆盖网络的资源，获得更多的带宽和速率。当移动终端离开一个网络进入另一个网络时，由于网络的带宽和时延等特征不同，采用联合无线资源管理等方式实现平滑的切换以保证服务质量。
    第三步骤：在第二步骤的基础上，实现空中接口的融合。由于TD-SCDMA与WiMAX在底层技术的差异，使得二者无法进行真正意义上的融合。因为两者都是基于时分双工（TDD）方式的，为空中接口的融合提供了可行性。在前两个阶段的基础上，TD-SCDMA吸收WiMAX的先进技术，形成以时分双工-正交频分复用（TDD-OFDM）等为主要特征的底层关键技术，支持高速数据服务、实时语音服务以及用户高移动性。
    通过多种类型和不同特性无线网络的融合，用户可以获得无处不在和有质量保证的业务，真正实现“任何人在任何时间、任何地点与任何人进行任何种类的信息交换”的目标。在激烈的竞争环境中，TD-SCDMA的发展面临着来自各方面的挑战。如果能够与互补性较强的WiMAX融合，则TD-SCDMA会具有更大的发展空间和未来。对于TD-SCDMA网络运营商来说，如果在建设3G网络的初期，考虑与WiMAX 融合的方案，并以此作为TD-SCDMA网络建设及业务推广的切入点和启动点，对于TD-SCDMA网络运营商在3G开展的初期快速进入和占领电信市场，并在激烈的市场竞争中占据有力地位具有非常重要的意义。
参考文献
[1] TERO O，RAMJEE P著，朱旭红，卢学军等译.宽带CDMA：第三代移动通信技术.北京：人民邮电出版社，2000.
[2] 李军，宋梅，宋俊德.一种通用的Beyond 3G Multi-radio接入架构.武汉大学学报，2005，51(S2)：95-98.
[3] 信息产业部技术报告.TD-SCDMA&WiMAX 技术融合的宽带无线移动通信系统的研究.2005.12.
[4] 彭林，朱小敏，朱凌霄.WCDMA无线通信技术及演化.北京：中国铁道出版社，2004.4.
[5] http：//www.antd.nist.gov/seamlessmobility.ppt.
[6] http：//www.3gpp.org