摘 要：未來移動通信網(wǎng)絡將是各種無線網(wǎng)絡共存、相互補充、協(xié)同工作、支持終端無縫移動性的全IP異構(gòu)融合網(wǎng)絡。根據(jù)TD-SCDMA" title="TD-SCDMA">TD-SCDMA和WiMAX接入網(wǎng)絡各自的特點和互補性，提出基于緊耦合" title="緊耦合">緊耦合和松耦合" title="松耦合">松耦合的TD-SCDMA與WiMAX網(wǎng)絡融合方案" title="融合方案">融合方案，提出了逐步實施融合的方案建議，最終目的是整合網(wǎng)絡資源，為用戶提供無處不在的服務。
關鍵詞：異構(gòu)網(wǎng)絡? 融合? TD-SCDMA? WiMAX? 緊耦合? 松耦合
?
??? 從二十世紀70年代起，移動通信技術發(fā)生了巨大而深刻的變化，大大改變了人類的生活方式。隨著移動通信技術和寬帶無線的迅猛發(fā)展，人們逐漸認識到未來移動通信發(fā)展的趨勢已經(jīng)不再是某種無線通信技術一統(tǒng)天下，而是多種無線接入技術" title="接入技術">接入技術共存、相互補充，提供多樣化的移動接入服務，實現(xiàn)無縫的移動性、可靠的傳輸手段和連接方式，更加有效靈活地滿足個人通信和信息獲取的需求[1]。不同類型無線網(wǎng)絡的“融合”成為未來寬帶無線通信發(fā)展的必然趨勢。為了將所有的無線接入技術整合到一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡環(huán)境中，達到有效利用全網(wǎng)無線資源，為用戶提供全球無縫漫游服務的目標，有必要深入研究和討論異構(gòu)網(wǎng)絡融合的技術[2]。
未來移動通信的發(fā)展趨勢
??? 移動通信業(yè)務之所以發(fā)展迅猛，主要原因是其滿足了人們在任何時間、任何地點與任何個人進行通信的愿望。在信息支撐技術、市場競爭和需求的共同作用下，移動通信技術的發(fā)展更是突飛猛進，呈現(xiàn)出以下幾大趨勢：網(wǎng)絡業(yè)務數(shù)據(jù)化、分組化，移動通信的寬帶化，寬帶技術的移動化，多網(wǎng)絡共存并趨于融合[3]。
移動通信的發(fā)展趨勢
??? 隨著計算機和微電子技術的飛速發(fā)展，移動通信網(wǎng)絡正朝著高帶寬、高性能方向演進。短短幾十年，移動通信從最初的模擬技術，到第二代數(shù)字技術，發(fā)展到了第三代移動通信（3G）[4]。第三代移動通信系統(tǒng)以TD-SCDMA、WCDMA以及CDMA2000主流技術為代表，可以提供前兩代產(chǎn)品不能提供的各種寬帶信息業(yè)務，如高速數(shù)據(jù)、慢速圖像、手機電視、高精度定位等。隨著用戶數(shù)的迅猛增加，現(xiàn)有的系統(tǒng)也很難滿足用戶數(shù)持續(xù)發(fā)展的需要。傳統(tǒng)的蜂窩移動通信系統(tǒng)向下一代移動通信系統(tǒng)(4G)演進是必然的發(fā)展方向。
寬帶無線接入技術的發(fā)展
??? 伴隨著移動通信技術的發(fā)展，寬帶無線接入技術獲得了長足進步。以IEEE802系列標準為代表的無線寬帶接入新技術專門針對不同的無線應用場景設計，與傳統(tǒng)的蜂窩移動通信網(wǎng)一起，為用戶提供了多樣化、個性化的無線接入方式和業(yè)務模式。無線局域網(wǎng)WLAN（IEEE 802.11a/b/g）已普遍部署在公司、高校、機場、賓館等公共場所，覆蓋熱點地區(qū)，提供高速數(shù)據(jù)傳輸速率和低移動性支持的熱點區(qū)域服務。倍受業(yè)界關注的WiMAX（IEEE 802.16e）無線接入標準提供高速移動性支持和QoS保證的全球覆蓋服務，具有在移動的環(huán)境（120km/h的車速）下高速數(shù)據(jù)傳輸能力和城域范圍內(nèi)良好的寬帶移動性。
無線接入網(wǎng)絡共存與融合
??? 隨著技術的發(fā)展、市場需求的變化和市場競爭的加劇，移動通信網(wǎng)和寬帶無線接入網(wǎng)絡分別朝著各自的發(fā)展方向不斷演進。如圖1所示[5]，多樣化的無線接入網(wǎng)絡具有不同的特征和業(yè)務提供能力，適應不同場景下用戶對通信服務個性化的需求。但是新出現(xiàn)的無線接入技術很難替代已有的接入技術，提供盡力而為服務的無線寬帶網(wǎng)絡WiMAX、WLAN、Wi-Fi與提供電信級質(zhì)量保障的2G、3G移動通信網(wǎng)絡必將朝著全IP網(wǎng)絡發(fā)展，寬帶化、泛在化、協(xié)同化，逐步演化成為一個異構(gòu)互聯(lián)的融合網(wǎng)絡成為未來寬帶無線通信發(fā)展的主旋律。
?
?
圖1 各種無線接入技術的特征比較
異構(gòu)網(wǎng)絡融合的基礎
??? 下一代移動通信網(wǎng)絡將是一個融合了多種無線接入技術的統(tǒng)一網(wǎng)絡，多種無線移動接入技術并存且協(xié)同提供多樣化的無線移動接入服務。WiMAX的發(fā)展代表了寬帶接入技術的無線化，而3G和B3G的發(fā)展則是移動技術的寬帶化，因此未來通信系統(tǒng)將是趨于統(tǒng)一的無線移動接入方式和開放互聯(lián)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。在各種無線通信系統(tǒng)獨立發(fā)展、相互借鑒的過程中，所采用的無線移動技術也有著趨于融合甚至統(tǒng)一化的趨勢。3G與WiMAX在市場、技術和業(yè)務方面都存在很好的互補性，這是它們?nèi)诤习l(fā)展的基礎[3]。
產(chǎn)業(yè)和市場的機會
??? 根據(jù)權威部門預測，如果中國在2008年啟動3G網(wǎng)絡，到2013年中國3G用戶累計將發(fā)展到2億戶左右。中國3G運營業(yè)務收入將上升到3 000億元左右，5年累計業(yè)務收入可接近1萬億元。從2008年到2013年，3G業(yè)務占移動業(yè)務收入的比重將上升到50%以上；在整個電信業(yè)務收入中的比重則會達到30%左右。數(shù)據(jù)業(yè)務成長顯著，將成為未來電信運營業(yè)重要業(yè)務的增長點。作為我國自主制定的第三代移動通信標準，TD-SCDMA應該好好把握這次機遇。
??? 在2001年，Intel剛發(fā)起WiMAX論壇，傳統(tǒng)的通信設備廠家響應的寥寥無幾，而在近兩年間，WiMAX論壇成員已經(jīng)膨脹到400多位，其中包括愛立信、諾基亞、摩托羅拉等3G主流廠商。根據(jù)國外公司預測，2004～2007年WiMAX基站和用戶端設備的銷售收入年均增長率將達到14%～25%；在2008～2009年，市場將進入快速增長期，銷售收入將分別增長47%和66%。到2009年，市場規(guī)模將達到26億美元。
技術互補和共存
??? 不管是TD-SCDMA還是WiMAX都面臨著前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。目前，很多國際知名廠商都已經(jīng)看到了3G與WiMAX融合所帶來的價值，從而積極地展開相關技術的研究。將TD-SCDMA與WiMAX二者進行融合，優(yōu)勢互補，是贏得市場的光明之路。因此我們應該抓住機遇，盡快制定出TD-SCDMA與WiMAX的融合方案，快速占領市場。
??? 由于TD-SCDMA采用了可調(diào)整上下行切換點的時分雙工技術、智能天線技術、聯(lián)合檢測技術等關鍵技術，在系統(tǒng)抗干擾和系統(tǒng)容量、對混合業(yè)務的高效支持以及系統(tǒng)自身的持續(xù)發(fā)展和技術演進性方面具有很多優(yōu)勢。但是，從目前技術演進步伐以及所處的商用進程看，與WCDMA、CDMA2000相比，TD-SCDMA還存在著差距。WiMAX目前定位于寬帶無線城域網(wǎng)范疇，數(shù)據(jù)傳輸速率可遠遠超過3G，其覆蓋范圍用低階調(diào)制時比3G更遠，市場定位和業(yè)務能力都與3G不相同，因此與3G潛在的市場尺寸也有巨大差異，在短期內(nèi)WiMAX不會成為3G的替代者[3]。TD-SCDMA與WiMAX基本技術指標的對比情況如表1所示。
?
?
業(yè)務能力的互補
??? TD-SCDMA可提供話音業(yè)務和最高2Mbps的數(shù)據(jù)業(yè)務。WiMAX可向用戶提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，覆蓋范圍可達50km，最大數(shù)據(jù)速率可達75Mbps，但移動性較TD－SCDMA網(wǎng)絡較差，且不具有漫游功能。從以上業(yè)務能力來講，WiMAX是一種以寬帶多媒體業(yè)務為主，話音為輔的固定網(wǎng)絡；而TD－SCDMA則是一個以話音為主、以數(shù)據(jù)為輔的移動廣域網(wǎng)。它們分別針對不同的業(yè)務模式和用戶群，前者追求可運營、可管理、高質(zhì)量；后者追求低成本、高速率、高效率。
??? 從更好地支撐未來移動互聯(lián)業(yè)務的角度來看，TD-SCDMA和WiMAX二者正好可以取長補短，共同為用戶提供差異化的服務。TD-SCDMA仍然專注于提供公眾移動通信服務，支持廣域漫游、安全特性、終端便攜和移動等特性；而WiMAX專注于提供低成本的高速數(shù)據(jù)接入服務，從而實現(xiàn)真正意義上的寬帶無線移動服務。
TD-SCDMA和WiMAX的融合方案
??? 從TD-SCDMA和WiMAX各自的技術特點來看，兩者具有很強的互補性。它們之間的融合可以有效利用彼此之間的優(yōu)勢，彌補各自的不足，向用戶提供高質(zhì)量的多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務。
??? TD-SCDMA系統(tǒng)提供廣域無線覆蓋，支持高移動性，提供話音業(yè)務和中、低速數(shù)據(jù)業(yè)務；WiMAX提供熱點區(qū)域覆蓋，支持游牧移動性，提供高帶寬流媒體數(shù)據(jù)服務。雙模終端在TD-SCDMA與WiMAX網(wǎng)絡的重疊覆蓋區(qū)域，根據(jù)業(yè)務和負載情況選擇合適的接入網(wǎng)絡。圖2描述了TD-SCDMA和WiMAX的應用場景。
?
?
圖2 TD-SCDMA和WiMAX網(wǎng)絡融合場景
??? 根據(jù)3GPP提出的WLAN/ UMTS互聯(lián)方案中的六種互操作場景，借鑒歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）中松耦合和緊耦合兩種方案[6]，提出相應的TD-SCDMA與WiMAX網(wǎng)絡融合方案，滿足用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務的使用要求，有力支持TD-SCDMA大規(guī)模獨立組網(wǎng)，增強TD-SCDMA的競爭力，同時也為TD-SCDMA系統(tǒng)的演進和跨越式發(fā)展提出新的思路。
??? 如圖3所示，在松耦合方案中，WiMAX通過Gi參考點與TD-SCDMA核心網(wǎng)連接；在緊耦合方案中，WiMAX數(shù)據(jù)通過Gb或Iu-PS參考點連接到TD-SCDMA核心網(wǎng)。
?
?
圖3 融合方案的耦合參考點
緊耦合方案
??? 圖4描述了緊耦合方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。可以看出，TD-SCDMA互操作模塊（IF）是系統(tǒng)中的一個關鍵功能實體。它通過Gb接口與SGSN 連接，對SGSN屏蔽了WiMAX的特性，使得SGSN把WiMAX系統(tǒng)看作是一個單獨的基站（BS）子系統(tǒng)。緊耦合方式具有如下特點：（1）可以實現(xiàn)與WiMAX之間業(yè)務的連續(xù)性；（2）可以共享使用TD-SCDMA系統(tǒng)中鑒權和計費系統(tǒng)；（3）可以充分利用現(xiàn)有TD-SCDMA網(wǎng)絡資源，保護蜂窩運營商的投資；（4）能夠完成部分移動性管理功能；（5）在WiMAX加密的基礎上，可以在上層使用TD-SCDMA鑒權和加密機制；（6）可以通過WiMAX使用定位、SMS和MMS等TD-SCDMA核心業(yè)務。
??? 緊耦合方案中WiMAX是作為TD-SCDMA網(wǎng)絡的一個無線接入網(wǎng)而存在的，使用TD-SCDMA網(wǎng)絡的鑒權、計費和認證，上層運行的是TD-SCDMA相關協(xié)議，因此需要對WiMAX協(xié)議棧進行改造，增加與TD-SCDMA協(xié)議棧之間的接口。用戶使用雙模終端可以實現(xiàn)在WiMAX和TD-SCDMA網(wǎng)絡間的無縫切換。對于TD-SCDMA核心網(wǎng)來說，用戶在兩個網(wǎng)絡間的切換就相當于在兩個獨立的小區(qū)間進行一樣。
?
?
圖4 緊耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
松耦合方案
??? 圖5描述了松耦合方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。可以看出，WiMAX系統(tǒng)網(wǎng)關（GW）通過Gi接口與TD-SCDMA系統(tǒng)的GGSN 相連，實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的業(yè)務互連互通。在松耦合方案中，WiMAX系統(tǒng)和TD-SCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上相對獨立，功能上相互補充，兩種網(wǎng)絡間的耦合程度極低，彼此互不干擾。WiMAX上層協(xié)議使用的是標準的各類Internet協(xié)議，不必對協(xié)議棧進行改造。WiMAX系統(tǒng)支持基于SIM的鑒權，可以與TD-SCDMA系統(tǒng)共享用戶數(shù)據(jù)、鑒權和計費功能（AAA）。
?
?
圖5 松耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
兩種方案的比較
??? 兩種融合方案各有特色，各自適用不同的應用場合。它們優(yōu)缺點比較如表2所示。
?
??? 對于運營商來說，選擇哪種耦合方式取決于諸多因素。如果目前的無線網(wǎng)絡包括眾多WiMAX 運營商和蜂窩運營商，那么采用松耦合方式無疑是一種理想的選擇。若WiMAX和蜂窩網(wǎng)屬于同一個運營商，顯然緊耦合方式具有巨大的吸引力。無論采用哪種耦合方式，在TD-SCDMA中融合進WiMAX 技術都將為用戶帶來高質(zhì)量的多媒體服務。
未來網(wǎng)絡的融合和演進
??? TD-SCDMA和WiMAX網(wǎng)絡之間有很強的互補性，兩者技術互相融合和促進，推動TD-SCDMA由3G系統(tǒng)向Super3G以及未來的4G系統(tǒng)的演進，為用戶提供更好的服務。TD-SCDMA與WiMAX網(wǎng)絡融合和演進可分為三個步驟[3]：
??? 第一步驟：TD-SCDMA和WiMAX采用松耦合/緊耦合方式集成組網(wǎng)。用TD-SCDMA覆蓋廣大的地區(qū)，提供語音和低速數(shù)據(jù)服務，支持高移動性；用WiMAX覆蓋城市中心區(qū)域或者熱點地區(qū)，提供高速數(shù)據(jù)服務；兩者共享一個核心網(wǎng)；雙模移動終端可以通過統(tǒng)一的鑒權、認證和計費方式接入并訪問核心網(wǎng)的服務。
??? 第二步驟：在第一步驟的基礎上，實現(xiàn)兩種接入網(wǎng)絡的融合，支持移動終端在不同接入網(wǎng)之間的無縫切換和漫游。采用網(wǎng)絡層移動性管理等技術(如移動IP)來實現(xiàn)終端的移動性。移動終端可以根據(jù)需要選擇接入一個網(wǎng)絡或者兩個網(wǎng)絡，充分利用重疊覆蓋網(wǎng)絡的資源，獲得更多的帶寬和速率。當移動終端離開一個網(wǎng)絡進入另一個網(wǎng)絡時，由于網(wǎng)絡的帶寬和時延等特征不同，采用聯(lián)合無線資源管理等方式實現(xiàn)平滑的切換以保證服務質(zhì)量。
??? 第三步驟：在第二步驟的基礎上，實現(xiàn)空中接口的融合。由于TD-SCDMA與WiMAX在底層技術的差異，使得二者無法進行真正意義上的融合。因為兩者都是基于時分雙工（TDD）方式的，為空中接口的融合提供了可行性。在前兩個階段的基礎上，TD-SCDMA吸收WiMAX的先進技術，形成以時分雙工-正交頻分復用（TDD-OFDM）等為主要特征的底層關鍵技術，支持高速數(shù)據(jù)服務、實時語音服務以及用戶高移動性。
??? 通過多種類型和不同特性無線網(wǎng)絡的融合，用戶可以獲得無處不在和有質(zhì)量保證的業(yè)務，真正實現(xiàn)“任何人在任何時間、任何地點與任何人進行任何種類的信息交換”的目標。在激烈的競爭環(huán)境中，TD-SCDMA的發(fā)展面臨著來自各方面的挑戰(zhàn)。如果能夠與互補性較強的WiMAX融合，則TD-SCDMA會具有更大的發(fā)展空間和未來。對于TD-SCDMA網(wǎng)絡運營商來說，如果在建設3G網(wǎng)絡的初期，考慮與WiMAX 融合的方案，并以此作為TD-SCDMA網(wǎng)絡建設及業(yè)務推廣的切入點和啟動點，對于TD-SCDMA網(wǎng)絡運營商在3G開展的初期快速進入和占領電信市場，并在激烈的市場競爭中占據(jù)有力地位具有非常重要的意義。
參考文獻
[1] TERO O，RAMJEE P著，朱旭紅，盧學軍等譯.寬帶CDMA：第三代移動通信技術.北京：人民郵電出版社，2000.
[2] 李軍，宋梅，宋俊德.一種通用的Beyond 3G Multi-radio接入架構(gòu).武漢大學學報，2005，51(S2)：95-98.
[3] 信息產(chǎn)業(yè)部技術報告.TD-SCDMA&WiMAX 技術融合的寬帶無線移動通信系統(tǒng)的研究.2005.12.
[4] 彭林，朱小敏，朱凌霄.WCDMA無線通信技術及演化.北京：中國鐵道出版社，2004.4.
[5] http：//www.antd.nist.gov/seamlessmobility.ppt.
[6] http：//www.3gpp.org