移動數據通信的商用專網

1 移動數據通信發展大趨勢
社會對移動數據通信的需求十分廣泛，主要的需求可舉例如下：電子交易，如電子銀行業務、證券交易、金融保險業務、電子購物、列線POS業務等；交通運輸，如車輛自動定位、車隊管理調度、交通路由導引、車流量測控、汽車防盜、出租車移動刷卡消費等；遙測、遙控、遙調等，如三表（電表、水表、氣表）抄讀、環境監控、危險場合監控、醫療保健監測、水文點監測、工業控制、無線自動柜員機等；移動辦公，如政府官員、新聞記者、稅務人員、交警、巡警、刑警警務、社區安全報警等，可通過移動數據終端查詢數據庫、進行數據交換、訪問及控制等；特種服務，如為政府和軍、警單位提供VPN（虛擬專用網）業務、數字簽名、數字認證和數據加密等；移動上網，如利用PDA（個人數字助理）、卡式PC機等，配以微型數據收發信機，通過移動數據通信網與Internet網互聯，從而使用戶可在移動之中上Internet網了。
移動數據通信的用戶群非常龐大。蜂窩電話網的用戶主要是人，通常一個人只用一部手機，那么人數將是蜂窩電話的極限值；移動數據網的用戶除了人以外，更多的是各種各樣的“機器”，這些“機器”可能包括動物、植物、設備、建筑物等等，而“機器”的數量比人的數量大得多，例如日本NTT DoCoMo公司預測近期日本需要3.6億部移動數據終端設備，這個數字是日本人口總數的三倍。
移動數據通信的市場前景十分樂觀。歐洲的移動數據市場，預計2005年可達600億美元；美國預計到2007年將擁有900萬遙測用戶（如電表、水表、氣表等），平均每年有66億美元的無線遙測市場；英國的移動數據通信網將覆蓋全國93%以上的人口，每年將有10億美元的市場；其它許多國家，如韓國、加拿大、土爾其、瑞典、委內瑞拉、印度尼西亞、荷蘭、澳大利亞……等，在許多不同的領域廣泛推廣了移動數據通信的應用。預計今后5至10年內市場還會突飛猛進地發展。
中國的移動數據通信剛剛起步。無線PDA和無線POS的發展勢頭看好；眾多的單位、個人和運營商已經認識到其價值所在，市場正在培育和發展之中；一個由設備制造商、網絡運營商、服務提供商、營業零售商和最終用戶組成的移動數據通信價值鏈正在形成。國際廠商普遍看好中國市場，認為中國是世界上最有潛力的、最大的移動數據通信市場，今后5年將是發展最快、最關鍵的5年。
2 移動數據通信的商用專網勢在必行
企業專網不能取代商用專網。企業專網在某些地方、某些單位、某個時期、某些特定用途下有其存在的必要性和可能性，特別是在商用網覆蓋不到的地區更是如此。但企業專網往往是用戶少、業務量小；獨家占據頻率資源，頻譜利用率低；維護技術力量弱，故障修復不及時；開發技術力量弱，系統難于升級換代；經濟效益低或不產生經濟效益，相對而言設備難于更新。企業專網只能局部、少量、一定時期使用，而不能抗衡商用專網的發展。
數據兼容網不能取代數據專網。目前我國的移動數據業務大部分是由移動電話網來傳輸。例如GSM可以信令信道提供SMS（短消息業務），以住處信道（時隙）提供9.6kbps的用戶數據傳輸；GPRS則在GSM上疊加了無線分組業務，利用信道統計復用和分組交換技術使用戶數據速率峰值可達117kbps，而平均速率也只有19.2kbps；基于AMPS（模擬制的先進移動電話業務網）的CDPD（蜂窩數字分組數據網）提供9.6kbps的用戶數據速率；第三代數字蜂窩網可能提供144kbps至2Mbps的用戶數據速率，但目前還不是現實；數字集群通信網可為用戶提供SMS，4.8kbps的電路交換數據速率、64kbps的分組交換數據速率等。在這些數據兼容網中往往是話音優先，會導致數據通信處于不穩定狀態；在GSM、GPRS和CDPD中，由于采用簡單的空間傳輸協議而使數據傳輸的安全性得不到充分保障；數字集群網傳輸數據則缺乏價格優勢。
全國聯網的窄帶的移動數據通信商用專網勢在必行。商用專網可為用戶提供穩定、安全、及時的數據傳輸業務，可更好地滿足用戶的需求；商用專網可以更合理地配置頻率，有效地提高頻譜利用率；“不把雞蛋放在一個籃子里”，一個獨立于GSM、3G和數字集群的專用數據網在應付天災人禍、突發事件中可能會發揮更好的作用；商用專網可為某些特殊需求的用戶提供VPN（虛擬專網）服務，用戶既有一定的獨立自主權，又可獲得周到可靠的網絡服務；特別值得指出的是，只有商用專網的運營商可能拿到全國統一的、數量足夠的頻率資源，建設覆蓋全國大部分人群的移動數據網。
中國正在致力于數字中國、數字城市、數字小區甚至于數字公民的建設，而移動數據通信網將為數字化提供“無處不網”的傳輸手段。
中國有600多個城市，城市人口約4.56億，若每200人擁有一部POS機，則需要228萬部，其中的無線POS機若占30%，則需無線POS機68.4萬部；中國的PDA用戶年增長率約為100%，三年內可能達到1500萬戶，其中無線PDA若占30%，則分別為1500萬和9000萬戶；機器對機器之間的數據通信將逐步成為新的熱點，其應用領域十分廣泛，預計這種數據通信的普及率會超過人口的300%，若其中移動數據業務占10%，中國也會需要近4億個終端，其市場價值是不言而喻的。
3 移動數據通信商用專網的系統結構
3.1建設申請
我國已經為移動數據業務劃出了2*4MHz頻譜帶寬，即下行為821－825MHz，上行為866－870MHz。
運營商須向國家信息產業部無線電管理局提出具體的頻點申請并獲得指配；網絡中的無線通信設備亦要獲得無線電管理局的入網核準證；運營商還須到信息產業部電信管理局辦理運營許可證；其它配套設施也要取得相關部門的入網證書。
3.2無線覆蓋
目前的移動數據通信網多采用無線蜂窩網的方式，組網迅速、架設方便、易于實現無縫覆蓋。考慮到需要、可能和效益，“無縫”只局限于某個地區特別是高端用戶集中的地區，而不同的地區之間可通過電信公網進行互聯漫游，逐步擴大覆蓋范圍。
無線網絡必須具有很高的可靠性、電磁兼容性、保密性和抗干擾性。可靠性要以設備、工程、維護、互聯互通來保證；電磁兼容性則須靠合理的頻率規劃和干擾協調來解決；保密性要按規定進行空中加密和端對端加密；抗干擾性則要依賴設備的抗干擾技術和組網的抗干擾措施來解決。
無線蜂窩網的頻率配置方法有許多種，但所使用的頻點對數越少，導致的系統PER（誤組率）就越高，比較典型的對應關系是：7對頻點時PER=8%；9對頻點時PER=4%；12對頻點時PER=1%；13對頻點時PER=0.5%；15對頻點時PER=0.1%（注：分組長度為90字節，瑞利衰落帶寬為3Hz）。通常兼顧頻率的節約使用和系統的低誤組率，宜選用12對頻點以上的小區配置方案。
為了節省建設經費，又兼顧到800MHz頻段的建筑物穿透損耗的影響，蜂窩半徑不宜取得太小以免投資過大。例如市區、郊區、鄉村的蜂窩半徑可分別選為4km、8km和20km，小區重迭系數選為20%，主要提供室外覆蓋；而為保證室內覆蓋或延伸可采用增設直放站的辦法加以解決。
3.3系統配置
（1）網控中心
每個城市可設置一個網控中心，它既與移動數據網中各移動交換機互聯，又與國家公共電信網互聯；特別是還要與一些相關資料庫互聯，例如機動車調度中心、犯罪資料中心、旅游信息資料庫等；還要與一些緊急支援單位，如消防隊、急救中心、汽車維修中心等，保持及時的互聯。
（2）本地移動交換機
每個移動數據交換機通過有線或無線數據信道可與多至上百個基站進行互聯，并與當地的公用電信網、應用服務器等互聯、完成數據分組交換任務。
（3）無線基站
無線基站的設置要滿足人員密集區的容量要求、滿足公路沿線的線無縫覆蓋、滿足該地區的室外無縫覆蓋等，并以機動的車載基站滿足某些突發事件現場的應急移動數據通信需求。
（4）用戶終端
用戶終端是多種多樣的，按安裝方式可分為固定臺、車載臺、便攜臺、手持終端等，按用途可分為無線POS、無線PDA、調度終端、報警終端、定位終端、無線股票機、電子銀行終端、物流終端、遙測終端等。
（5）全國網絡管理中心
當需要異地聯網甚至全國聯網時，各本地交換機可通過國家公共電信網進行互聯，并設一個全國性的網絡管理中心（NMC）。

4 移動數據通信商用專網的系統功能

（1）采用高效的頻譜應用方式和信息應用方式
采用先進的調制解調、信源編碼、信道編碼、數字信號處理、智能天線、窄扇區、抗干擾技術等，盡量提高頻譜利用率、增加數據吞吐量。
（2）網絡優化
選用先進的設備，進行精心的設計和施工，組織有效的維護管理，從而保證網絡有效的覆蓋，高的穩定性和可靠性，較高傳輸速率、較低的時延、較高的保密性、按用戶和業務設置不同的優先級、足夠的用戶容量、通信協議的一致性、較好的可擴展性等。
（3）QoS（服務質量）
QoS要由移動數據網的物理層、MAC層、鏈路層、IP層、TCP層和應用層共同來保障，各層要
根據無線移動環境的特點和應用業務的要求采用相應的措施，進行優化、改進和適配。
典型的QoS參數包括：連接建立時延、連接故障率、數據吞吐量、傳輸時延、殘留差錯率、授權保護、優先等級和自恢復連接能力等。
（4）提供VPN服務
即允許用戶利用商用專網的資源建立一個專用的網VPN，可向VPN內的用戶提供區別于商用專網的編號計劃，VPN內部用戶進行內部呼叫時可用縮位編號，而呼叫外部時須加引示號。
隨著VPN的應用而產生了MVNO(移動虛擬網絡運營商)，MVNO通過其他移動網絡運營商（MNO）的網絡為自己的用戶提供通信業務。MVNO可分為三類：第一類是僅僅租借網絡容量，自己有獨立記費系統和用戶管理系統，可為特殊用戶提供特色服務；第二類是租用網絡容量，自己又獨立記費、用戶管理、業務平臺（包括歸屬位置登記和認證中心）等，但自己沒有移動交換機；第三類是僅租借無線基站設備，其他資源全部自己配置，這是完整的MVNO方式，MVNO往往可為用戶提供更多的移動業務選項、更多的增值業務和更低廉的消費價格。
5 網絡運行中的若干問題
（1） 擴展用戶容量的方法
a.在原有的基站分布基礎上增加新基站，實質是縮小蜂窩半徑、增大基站分布密度；
b.每個蜂窩使用更多的頻點，實質是增加無線手發機的數量；
c.將一個基站分成若干個扇區，最常用的是三扇區。
（2） 移動終端的復合集成
以股票交易為例。用戶可能需要隨時了解股市行情，往往下行信息最大且頻繁，移動數據終端可能滿足不了這種需求，一個可選方案是利用MOTOROLA的FLEX BP機在150/280MHZ頻段單收下行信息；上行信息量小且不頻繁，則可用移動數據終端上傳；而顯示和處理信息可選用PAD。即將三者復合集成為一部完整的股票交易用無線移動數據終端了。
（3） 電波傳播的穿透損耗
在800MHZ頻段，市區的建筑物穿透損耗平均值為18db，鄉村為6db,本組數據可供用戶對室內覆蓋程度作出估算。
（4） 互放站的運用
在某些需要延伸或擴大覆蓋的地方，或某些大的建筑物內（如商場、寫字樓等），可以采用互放站來達到自己的。
6 一個典型的移動數據通信網
瑞典ERICSSON公司的Mobitex移動數據通信網已經在五大洲的30多個國家獲得應用，其中包括美國、英國、加拿大和澳大利亞等通信強國。Mobitex是移動數據通信領域中一個開放的國際標準，Mobitex運營商協會（MOA）負責保持其開放性，并為新的運營商提供幫助，目前全球有數百家公司正在從事與Mobitex相關的開發、研制和生產。Mobitex是蜂窩式分組交談專用數據通信網，其主要系統參數如下：
工作頻段：下行821—825MHZ 上行866—870MHZ(中國市場)；
相鄰頻道間隔：12.5KHZ；
收發頻道間隔：45MHZ;
雙工方式：FDD;
用戶數據率：上、下行軍為8Kbps；
頻譜利用率：0.64bit/Hz;
隨機差錯控制方式：12，8漢明碼；
突發差錯控制方式：交織編碼（深度21bit）；
抗衰落性能：能抗2.6ms的衰落；
信道接入方式：時隙CSMA(載波偵聽多址)；
頻點資源：采用15對12.5KHZ信道組成蜂窩網時。建立一個覆蓋全國的Mobitex網只需2*187.5KHZ的頻帶寬度；
系統容量：每個信道可為25000個自動抄表用戶、或800個無線POS用戶或600個E—mail用戶服務，但往往一個信道內要容納多種多樣不同用戶，使容量難以確定，但大致平均而言，每個12.5KHZ信道可容納不同類型用戶1000戶；
廣播方式：采用現代組波技術UNIVAST；
延時：傳輸延時≤5S，網絡排隊延時≤10S,平均電池延時≤20S
復合方式：時分復用，頻用復用；
安全性：空間協議和系統協議均保證安全；
可靠性：確保信息送達；
投資成本：一個含40個基站的Mobitex系統設備（不含數據終端設備）大約需380萬美元。