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WiFi与3G融合解决方案浅析

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来源: 作者: 2019-03-21 11:21:48

相对2G而言,3G的主要特征是具有更高的小区吞吐量。以WCDMA为例,现在“HSPA+64QaM”与MIMO技术已经成熟,理论上小区容量可以达到42Mbit/s。从应用场景来看,提供高速数据业务的3G络特性决定了其大部分业务发生在室内或者相对固定的环境中。

由于3G为自干扰系统,其容量随着用户数的增加而减小,覆盖半径也会减小,考虑到3G大部分业务在室内发生的情况,室内分布系统的规划与建设对于3G而言尤为重要。众所周知,室分建设中物业协调、工程改造难度大,随着用户数的增加和业务的不断创新,传统的室分解决方法会造成室内用户体验下降,迫使运营商不得不对现进行扩容和对室分进行改造。如果运营商陷入这样一个循环中,其收益投资比就会下降,因此运营商非常被动。

Wi-Fi正好可以作为3G的补充,为用户开辟另一高速通道,在提升用户体验的同时,减少3G投资的压力。相信随着政策的放开,Wi-Fi在作为移动通信补充方面,尤其是在室内覆盖的补充方面,将会得到不断的发展,其解决方案也将不断丰富和完善。

Wi-Fi为数据业务开辟高速通道

Wi-Fi具有802.11b、802.11g、802.11a、802.11n等一系列标准,其中802.11b理论上只能提供11Mbit/s的速率,已经不是主流,目前应用越来越多地使用802.11g标准,其理论速率是54Mbit/s,去除无线开销,实际测试最高速率在23Mbit/s左右。此外,理论速率达300Mbit/s的802.11n新一代产品也已经面世,实测最高速率可达150Mbit/s左右。

Wi-Fi是基于IP的技术,天然为数据用户设计,每个单射频AP可支持几十个用户同时,每个用户实际可获得的速率最高可达1Mbit/s。另外,具有Wi-Fi功能的终端设备的普及,使得用户可以很容易地拥有3G与Wi-Fi双模终端,为3G卸载空口压力到Wi-Fi提供了极大的方便。

在过去的几年中,Wi-Fi市场得到快速增长。目前Wi-Fi技术已经嵌入到许多、相机和游戏机中,一些令人眼花缭乱的Wi-Fi设备也在日益增多。

2009年6月,中国开始允许支持WAPI功能的Wi-Fi进入通讯市场。这一解禁消息意味着Wi-Fi技术将在更广的范围内获得应用。

Wi-Fi采用射频技术构成局域络,是室内微小区尤其是热点地区重要的高速无线数据接入手段之一,可以在接入速率和适应环境上与3G互补。由于Wi-Fi可以与PHS、3G共用室内分布式系统(要求该系统支持2.4Gbit/s的工作频率),因此运营商可以在已有PHS/3G室内分布式系统的基础上实现快速部署Wi-Fi。

Wi-Fi设备成本低,布成本也很低,运营商在室内热点地方部署Wi-Fi络,与3G室内覆盖系统形成相互补充,可以在降低设备投资的基础上大大提升用户体验,此外,运营商还可以实现家电一体化的控制,为业务融合提供很好的基础。这种建思路已经被部分运营商采纳,而且将会在以后的络规划和发展中得到不断的发展和深入。

Wi-Fi与3G的融合方案

Wi-Fi与3G融合的技术实现

如图1所示,Wi-Fi与3G是两个互相独立的通讯业务系统。Wi-Fi以往的应用只是有线宽带接入方式的一个补充和完善,其在固定接入的基础上,提供了一定的移动性,用户可以通过带有Wi-Fi终端功能的设备方便地接入互联。和2G/2.5G移动通讯系统一样,3G的架构仍然为“无线接入+核心”的架构,不同的只是其无线空口带宽更宽,能够支持更多的数据业务,为移动互联的实现提供了基础。用户通过使用3G的终端或数据卡,享受运营商在语音和数据域提供的相对封闭的增值服务,如铃声下载、短信、彩信等。

从通信系统角度讲,Wi-Fi与3G系统都由终端、络、业务三部分组成,这点从图1不难看出。因此,Wi-Fi与3G系统的融合,涉及到多个方面,包括终端融合、络融合和业务融合。每个方面的融合既相互独立,又相互关联。

终端融合是指终端具有使用多种接入技术的能力。目前有很多非正规终端具备这种能力,此外大部分带有Wi-Fi功能的笔记本电脑,在插上了3G数据卡之后就相当于一个双模终端。在工业和信息化部同意带WAPI功能的Wi-Fi进入终端后,未来大部分都将成为3G与Wi-Fi融合的双模终端。

络融合是指实现两种络的互通与互访,简单点说,就是实现IP承载络的融合,运营商通过单一络划分VPN的方式,或者不同络经过关互通的方式实现络的互通与互访。总之,络融合方案可以节省成本,提高资源使用效率。

业务的融合是指用户可以方便地同时享用两个系统的服务。业务融合有不同的发展阶段,初期阶段,大多为营销策略上的业务捆绑,或合并出统一帐单;随着业务的丰富和发展,到成熟阶段,深度的业务融合将出现,即同一个业务种类同时为两种接入方式提供服务;之后,在用户与使用业务的管理上,也将出现用户定制的所有业务统一管理,而不是每种业务有各自独立的用户管理。

Wi-Fi与3G融合的场景

根据Wi-Fi与3G融合深度的不同,对于一个能够同时使用Wi-Fi与3G融合服务的用户来说,运营商可以提供不同的使用场景。

1.融合客户通过不同方式接入,系统进行统一记账。

这是一种最简单的互连方案,只需在计费时统一把Wi-Fi的费用合并记在3G系统帐户中。

2.融合客户通过Wi-Fi接入,统一通过3G系统进行认证计费。

这种情况下,用户从Wi-Fi接入,但其使用的认证方式却与从3G接入时一样,因为认证服务器等后台系统使用的是一套系统。这一点可以借助Radiusproxy技术和EAP-AKA技术在现有设备上略加改造实现。所以,即使融合用户从Wi-Fi接入,也仍然可以使用SIM/UIM卡信息认证,不必再输入用户名与密码。

3.融合客户通过Wi-Fi接入,可以访问移动络的数据增值业务,并且系统保持业务连续性。

在Wi-Fi与3G没有融合之前,从Wi-Fi接入的用户只能访问互联上的服务,不能享受移动络提供的服务。在这种融合程度下,融合用户可以一边用Wi-Fi高速上,一边收彩信。另外,随着融合的深入,运营商可以逐渐做到Wi-Fi和3G两种接入技术的无缝切换,从而保证数据业务的连续性。

4.融合客户通过Wi-Fi接入,可以访问移动络的语音增值业务,并且系统保持业务连续性。

在这种融合程度下,从Wi-Fi接入的融合用户不仅可以访问移动络的语音增值业务,同时还可以访问移动络的语音增值业务。比如,用户可以一边用Wi-Fi高速上,一边打3G、收短信。另外,随着融合的深入,运营商可以逐渐做到Wi-Fi和3G两种接入技术的无缝切换,从而保证语音业务的连续性。

Wi-Fi与3G络融合的主要方式

如果用户不仅仅能体验到一张账单及统一认证方式的好处,还要能够在从Wi-Fi接入时能够访问移动络中的增值业务,则运营商需要进行深度的络融合。

总体来看,络融合有两种方式,一种是紧耦合方式,一种是松耦合方式,如图2所示。

紧耦合方式的代表方法是UMA(UnlicensedMobileAccess),UMA络主要由客户端的Wi-Fi络接入设备(AP)、支持UMA的双模和络侧的UMA络控制器(UNC)等组成,其基本原理是用户通过模拟移动络的基站接入,络经过UNC的协议转换,使得移动络的核心设备(SGSN、MSC)感觉不到不同无线接入技术的差异。这种方式屏蔽了不同无线接入方式的差异,但需要用户终端与UNC与原有移动络的相关协议处理保持一致,并跟随系统的升级而升级,因而对移动络技术的耦合性要求很高。

松耦合方式的代表方法是3GPP规定的Wi-Fi与3G融合的方法。为了达到从Wi-Fi接入能够访问移动络增值业务的目的,运营商需要在IP络和移动核心之间增加一个业务关,该关不会像UNC一样做协议转换的工作,主要作用类似移动络增值业务的接口人,如果要访问移动络的增值业务需要经过这里进行业务把关和控制。该设备在3GPP中被称为PDG(PacketDataGateway)。

在确定融合方式时,运营商需要根据自身络的情况,参考国际标准,选择或定制最符合自身发展的方式。

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