用三網(wǎng)融合的概念評述4G

一、引言

　　這里所說的4G即第四代蜂窩移動通信。盡管4G的概念至今仍相當模糊，但關于4G的描述，4G的技術實現(xiàn)以及4G的試驗和產(chǎn)品的報導，已連篇累牘。ITU關于4G標準的制定時間遠在2010年之后，但某些國家的運營公司已經(jīng)宣稱2O06年將提供4G服務。因此，4G的發(fā)展不能不引起人們的極大關注。

　　4G來源于蜂窩移動通信，但其內(nèi)涵已大大超出蜂窩移動通信。事實上，它已經(jīng)涉及到計算機數(shù)據(jù)交換、移動電視和交互式視訊信息交換等。因此，它應當承擔三網(wǎng)融合的使命。而且，作為三網(wǎng)融合的共同承載網(wǎng)絡——互聯(lián)網(wǎng)，將成為貫通三網(wǎng)的核心技術。三網(wǎng)都將失去其獨立組網(wǎng)特征，而淪為下一代網(wǎng)絡(NGN)的接入網(wǎng)。所以，探討4G，必須以三網(wǎng)融合的概念為依據(jù)。

　　基于以上原因，下面所探討的通信網(wǎng)，就特指蜂窩移動通信網(wǎng)。計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)，也主要以無線局域網(wǎng)為代表。到目前為止，還沒有人將廣播電視的發(fā)展與4G扯到一起，但4G業(yè)務依然包含交互式視訊交流等信息服務內(nèi)容。而且數(shù)字電視的發(fā)展，移動數(shù)字電視進入實用，必然引發(fā)移動數(shù)字電視與4G關系的聯(lián)想。既然早有三網(wǎng)融合的夢想，順理成章，就應該將數(shù)字電視新的發(fā)展方向與4G相聯(lián)系。

二、三網(wǎng)融合的必備條件

　　通信網(wǎng)、計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)三網(wǎng)融合的夢想由來已久，但要真正實現(xiàn)這一夢想，其必備條件到現(xiàn)在才初露曙光。

　　1.信號數(shù)字化

　　數(shù)字化將使通信網(wǎng)、計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)的話音、數(shù)據(jù)和圖像信號使用統(tǒng)一的信號型式成為可能。

　　5O年代的計算機主流是模擬計算機，6O年代實現(xiàn)了計算機數(shù)字化。而通信網(wǎng)的數(shù)字化經(jīng)由信息數(shù)字化、傳輸數(shù)字化、程控交換數(shù)字化，和由固定通信網(wǎng)數(shù)字化到移動通信網(wǎng)數(shù)字化的過程，大約花了半個世紀的時間，直到20世紀晚期才最后完成。而廣播電視的數(shù)字化，目前仍在進行中。

　　三個不同的網(wǎng)絡，分別傳送話音、數(shù)據(jù)與圖像信號，只有三網(wǎng)完全實現(xiàn)了數(shù)字化，即實現(xiàn)以二進制數(shù)碼表示所有的各種信號之后，才能進行三網(wǎng)的融合。

　　2.共同的承載網(wǎng)絡

　　通信網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)字化之后，網(wǎng)絡是以程控數(shù)字交換為核心的線路交換網(wǎng)。計算機之間的數(shù)據(jù)交換最早是使用分組交換技術?；ヂ?lián)網(wǎng)的成功普及，使通信網(wǎng)和計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)很快接受了互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。而廣播電視從來就是單向的廣播式服務網(wǎng)絡，不存在交換的需求。由于近年來數(shù)字技術的推動與社會政治、經(jīng)濟、文化的發(fā)展，提出了交互式圖像服務和Peer to Peer(或稱P2P)的信息交換需求，促進了網(wǎng)絡電視的發(fā)展，使得在網(wǎng)上雙向傳送圖像信息和利用各種信息資源進行多種信息服務成為可能。因此，互聯(lián)網(wǎng)的資源為電視網(wǎng)所用就很有必要。三網(wǎng)融合是三網(wǎng)自身的發(fā)展需求，只有三網(wǎng)進入到共同的承載網(wǎng)絡，才能實現(xiàn)三網(wǎng)的最終融合。

　　實現(xiàn)三網(wǎng)融合意味著通信網(wǎng)、計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)的技術都要實現(xiàn)自身的技術提升，同時也意味著三網(wǎng)技術的相互滲透。

　　3.相同的呼叫地址型式

　　通信網(wǎng)的地址型式是十進制電話號碼，國際標準為E.164。舉例來說，86代表中國，2O代表廣州，33331111是用戶號碼。其特點是符合人們的記憶習慣，便于電話機號碼盤操作。

　　計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)最早是用互聯(lián)網(wǎng)作為承載網(wǎng)絡，使用互聯(lián)網(wǎng)的域名和地址型式?；ヂ?lián)網(wǎng)中結點的標識被稱為域名，例如在IPv4標準中，美國白宮服務器的域名即為www.white house.gov，是用英文表示的。域名所對應的數(shù)字表示即為地址，例如域名tidbits.com的IP地址是192.135.191.128。顯然，IPv4的地址型式與E.164電話號碼不一致。

　　廣播電視歷來是廣播式的單向傳輸，所以用戶并沒有地址。無線情況下，一般無需收取費用。即便是計費的無線電視或有線電視，也是靠接收點的居住地來收取，從來不需要地址表述。

　　用戶地址代表用戶的身份，每個用戶有不同的歸屬、權利和業(yè)務方式，網(wǎng)絡通過地址區(qū)分用戶的身份、消費記錄和收取費用。用戶也靠自身的地址接受他人的訪問。同一個網(wǎng)絡中的用戶要有統(tǒng)一的地址型式，才便于網(wǎng)絡管理。因此，三網(wǎng)融合必須解決目前三網(wǎng)不同地址型式的最終統(tǒng)一問題。這是一個看似簡單，實際并不簡單的問題。

　　4.信息資源共享

　　未來的蜂窩移動通信網(wǎng)、計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)的共同發(fā)展趨勢是，都能實現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)、靜止圖像和連續(xù)圖像傳輸，都需要各種信息資源的供應與交流。而信息資源的供應又都在第三方，自然大家都希望能夠做到信息資源共享。

三、三網(wǎng)融合的必然趨勢

　　通信網(wǎng)的代表性接入網(wǎng)是蜂窩移動通信網(wǎng)。計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)的代表性技術是IEEE 802系列標準，廣播電視目前基本上仍然是模擬電視(廣播模式)和近年發(fā)展的網(wǎng)絡電視。數(shù)字電視正在進入人們的生活，數(shù)字電視技術著重于研究圖像壓縮技術和傳輸編碼體制。數(shù)字電視的進入必將使人們的生活發(fā)生巨大的變化。

　　1.蜂窩移動通信

　　蜂窩移動通信的第一代是模擬移動通信，它開創(chuàng)了公眾移動通信服務。第二代是數(shù)字移動通信，為三網(wǎng)融合在信號型式上奠定了基礎。因此，這兩代都具有劃時代的意義。第三代移動通信擴大了數(shù)字信息應用領域，通過標準的演進逐步從第二代的話音業(yè)務和低速數(shù)據(jù)業(yè)務擴展到廣泛的信息服務領域。從技術體制來講，主要是繼承了2G的以干擾飽和為特征的傳統(tǒng)CDMA技術，結合TDMA的應用，在具體應用中充實了若干技術改進，提高了頻譜效率和傳輸能力，可認為是2G的延伸。從交換方式上來講，3G標準沿襲了2G從線路交換向分組交換的過渡過程。因此，嚴格講，3G不具備劃時代意義。

　　4G將在信息服務方面全面發(fā)展和逐步成熟。在NGN成為社會基礎設施的歷史條件下，4G將處于NGN的接入網(wǎng)地位。4G將提供與計算機數(shù)據(jù)通信網(wǎng)相似的完美的信息服務，它必然以公眾的IP網(wǎng)絡為依托。因此，4G也將必然是劃時代的技術。

　　2.計算機數(shù)據(jù)通信網(wǎng)

　　計算機數(shù)據(jù)通信經(jīng)歷了一個從有線到無線，從孤島通信到聯(lián)網(wǎng)通信的發(fā)展過程。典型的標準是IEEE.802系列標準。而無線的計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)標準的發(fā)展和普遍應用則是近10年內(nèi)的事情，從802.11至802.15，802.16以至正在研討的802.2O，內(nèi)容覆蓋局域網(wǎng)、個域網(wǎng)和城域網(wǎng)。其發(fā)展趨勢是追求更高的移動性、無縫連接和全覆蓋。

　　計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)從一開始就使用分組交換協(xié)議，互聯(lián)網(wǎng)的普及為計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)提供了理想的網(wǎng)絡平臺。所以，三網(wǎng)融合，無論是信號型式，還是網(wǎng)絡平臺，對計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)而言都是輕車熟路。然而，適應高速移動和全覆蓋無縫連接，諸如漫游、切換及小區(qū)間干擾等，對計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)而言，則是全新的課題。

　　3.廣播電視網(wǎng)

　　實現(xiàn)了數(shù)字化的廣播電視網(wǎng)，將會進入嶄新的服務時代。首先是用戶可以向廣播電視中心申請點播自己所希望的節(jié)目，這就要求建立反向通信鏈路。進而，又可能出現(xiàn)大量的視訊資源供應商。他們與廣播電視網(wǎng)絡合作，提供資源支持，于是又將有交互式視訊傳輸要求。進入互聯(lián)網(wǎng)時代后，可提供網(wǎng)絡電視、遠程教育和網(wǎng)絡瀏覽服務等。

四、三網(wǎng)的不同技術特點及發(fā)展趨勢

　　1.通信網(wǎng)

　　三網(wǎng)融合對固定通信網(wǎng)而言遠比移動通信網(wǎng)簡單。經(jīng)過1G-3G的發(fā)展，蜂窩移動通信在提供語音、數(shù)據(jù)、視訊信息服務方面已經(jīng)相繼成熟，其發(fā)展趨勢是向包容計算機數(shù)據(jù)通信業(yè)務和交互式視訊服務方向邁進。蜂窩移動通信作為正宗的4G候選技術是必然的趨勢。

　　蜂窩移動通信是通過特有的蜂窩型組網(wǎng)結構實現(xiàn)網(wǎng)絡的地域全覆蓋。由此產(chǎn)生的特有頻譜資源再用、小區(qū)和小區(qū)間干擾、切換及漫游等特殊技術處理，使系統(tǒng)具有以下特點：

　　●蜂窩移動通信網(wǎng)可實現(xiàn)無縫連接。

　　●蜂窩移動通信網(wǎng)可以是完全獨立的網(wǎng)絡。

　　●用戶通過向網(wǎng)絡資源管理中心申請信道的方式占用頻譜資源，所有的用戶分享頻譜資源。

　　●為適應移動性與全覆蓋的需求，蜂窩移動通信的工作頻段不能太高，即每載波同時占用信道用戶數(shù)和每用戶可用最高信息傳輸速率不能太高，否則必然限制系統(tǒng)的通信容量。

　　●在通信速率和運動載體移動速度方面采取折衷方案。

　　●為提高頻譜效率，設計追求永遠是蜂窩移動通信體制設計的核心課題。

　　當前，成熟并作為主流的技術是高通公司擁有專利的傳統(tǒng)CDMA技術。該技術的特點是，系統(tǒng)容量決定于因正交序列的相關特性不理想所引起的自干擾，所以被稱作干擾飽和系統(tǒng)。

　　我國北京郵電大學李道本教授發(fā)明并正在方正聯(lián)宇公司研究開發(fā)的LAS-CDMA技術，利用無干擾窗口理論構成的LAS碼消除了系統(tǒng)的自干擾。由于是系統(tǒng)容量決定設備內(nèi)的白噪聲，所以被稱為噪聲飽和系統(tǒng)。于是，系統(tǒng)容量大大提高，可實現(xiàn)每載波容納更多的用戶同時通信和每用戶可使用更高的數(shù)據(jù)速率。

　　新的熱門課題還有重新拾起的多入多出(MIMO)技術，即多天線發(fā)送多天線接收技術，可以進一步提高系統(tǒng)容量。

　　近來，蜂窩移動通信研究的另一個趨向是借用計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)慣用的OFDM(正交頻分復用)技術。

　　2.計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)

　　由于微型計算機的發(fā)展，資源共享成為計算機使用者的普遍需求，從而帶動了計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)的發(fā)展，到上世紀9O年代后期特別引人注目。IEEE802.16標準目標已經(jīng)瞄準了4G的發(fā)展需求，計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)技術自然是4G的有力競爭者之一。

　　源自局域網(wǎng)的計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)具有以下特點：

　　●以島式覆蓋為基本的網(wǎng)絡結構型式，因此通常并不考慮越區(qū)切換和過網(wǎng)漫游的設計。

　　●以有線線路實現(xiàn)局域網(wǎng)的對外連接，用戶間以微波作為載波，具有頻帶寬、容量大的特點，速率可達每秒幾十至幾百兆比特。

　　●用戶通常采取始終在線的連接方式，同一網(wǎng)絡的用戶群共享同一頻譜資源，而不是通過申請信道和資源分配的方式分享頻譜資源。

　　●計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)的傳輸通常使用OFDM技術，這是緣于數(shù)字音頻廣播(DAB)和數(shù)字視頻廣播(DVB)的一項成熟的技術。

　　●移動性設計不是計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)的優(yōu)勢。

　　為瞄準4G的發(fā)展需求，源自計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)的基本技術面臨以下設計改進需求：

　　●為滿足全覆蓋無縫連接的需求，必須引入切換、漫游技術，還要考慮鄰小區(qū)干擾影響。

　　●為了適應移動工作環(huán)境，應考慮多徑干擾和多仆勒效應對OFDM嚴格同步需求的影響。

　　●鑒于話音通信低速率用戶占用信道的考慮，應進一步縮小子載波間隔。

　　3.廣播電視網(wǎng)

　　我國的模擬廣播電視網(wǎng)從無線到有線乃至衛(wèi)星，覆蓋了全國。數(shù)字電視的研究和標準的制定已到最終決策階段。按照目前的計劃，應在2O05年開展數(shù)字衛(wèi)星直播電視業(yè)務，2O08年全面推廣地面數(shù)字電視業(yè)務，實現(xiàn)有線、衛(wèi)星、無線全國覆蓋。

　　實現(xiàn)數(shù)字電視后，既可獲得普通電視服務，又可獲得付費電視節(jié)目服務，還有影視點播和各種信息服務。在很多領域，與當前發(fā)展的3G和日后的4G服務相交疊。

　　數(shù)字電視的核心技術是圖像壓縮技術，壓縮范圍是從995Mbit/s的數(shù)據(jù)率壓縮至2O～30Mbit/s。所使用的標準有電視會議系統(tǒng)的H.261，靜止圖像壓縮的JPEG，連續(xù)圖像壓縮的MPEG三種。而傳輸技術則有MQAM，QPSK，VSB，COFDM等。此外，還有音頻信號的編碼與壓縮和基帶信號的復用技術等。我國的數(shù)字電視標準目前以清華和上海交大兩個建議方案(標準)為代表。清華的DMBT標準以OFDM為主體技術，并加入一些特色設計，具有自主知識產(chǎn)權。上海交大的ADTB-T標準為單載波、4/16/64QAM調(diào)制方式，也擁有自己的知識產(chǎn)權。

五、對于三網(wǎng)融合的理解

　　1.共同的承載網(wǎng)絡是融合的基點

　　蜂窩移動通信網(wǎng)的基本信息是話音和低速數(shù)據(jù)，計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)的基本信息是高速數(shù)據(jù)，電視廣播的基本信息是圖像。隨著蜂窩移動通信網(wǎng)信息服務領域的拓寬，也有了靜止圖像與連續(xù)圖像，計算機上網(wǎng)瀏覽同樣有靜止圖像與連續(xù)圖像。正在發(fā)展的Peer to Peer則是雙向多媒體業(yè)務。電視廣播的發(fā)展同樣走上了信息服務領域。這樣一來，三網(wǎng)的信息資源、服務領域越來越趨于一致，以至相互交流信息也成為必然趨勢。

　　同時，承載語音、數(shù)據(jù)、靜止圖像、連續(xù)圖像的共同承載網(wǎng)絡是互聯(lián)網(wǎng)，因此互聯(lián)網(wǎng)成為三網(wǎng)融合的基點。

　　2.宏觀上支持“無所不在，無所不能”

　　以IP為承載網(wǎng)絡的4G應該支持IP網(wǎng)的“無所不在，無所不能”的普遍特征，也就是4G網(wǎng)絡適用于所有可能的應用場合，能做任何需要做的事情。這是由于NGN的全部應用都必須通過接入網(wǎng)(NGI)來實現(xiàn)，移動NGI必然具備所有NGI所需要的功能。4G將是移動NGI，而只有移動NGI才能具備無所不在，無所不能的特性。

　　3.微觀上個性化服務

　　4G支持“無所不在，無所不能”，并不等于一個系統(tǒng)，一套設備能實現(xiàn)“無所不在，無所不能”。用戶群體各有所需，應用環(huán)境各有特點，各種設備各有所長。例如，家庭電視是大屏幕、高清晰，臺式計算機顯示信息多，操作功能強。手持終端靈巧方便，便于攜帶，可在移動中收發(fā)信息。然而，此之長，即彼之短。任何一種設備都難做到十全十美。因此，不同的用戶群體在不同的使用環(huán)境下，必然要選擇最適合的手段來應用。為了適應不同的應用需求，網(wǎng)絡必須提供有差別的服務。不能想象手機移動視訊服務能夠取代廣播電視，手機上網(wǎng)能夠取代計算機上網(wǎng)。但人們在特定條件下，用手機作視訊信息交流和上網(wǎng)獲得信息自然是重要的潛在市場，況且中國聯(lián)通已經(jīng)在其CDMA IX網(wǎng)上開通了手機電視新聞頻道。國外已通過衛(wèi)星電視網(wǎng)絡開展視訊業(yè)務及遠程教育，網(wǎng)絡瀏覽也已成熟。數(shù)字電視開通之后，電視在信息服務領域的開發(fā)以及開通手持式移動電視也是必然趨勢。

六、共用的承載網(wǎng)絡

　　共同的承載網(wǎng)絡必然是互聯(lián)網(wǎng)。目前，關于互聯(lián)網(wǎng)的體制有兩種。一種是源自美國國防部的ARPA網(wǎng)的IPv4和IPv6，其管理部門是IETF(The Internet Engineering Task Force)。但實際上，互聯(lián)網(wǎng)受控于美國是舉世皆知的事實。另一個是我國信息產(chǎn)業(yè)部頒布的十進制網(wǎng)絡標準，使用IPv9協(xié)議，我國擁有知識產(chǎn)權。盡管互聯(lián)網(wǎng)體制的安全因素與國際政治、國民經(jīng)濟息息相關，是特別重要的因素，但不是本文探討的重點，本文只從技術層面作簡單的比較說明。

　　1.互聯(lián)網(wǎng)IPv6

　　●關于IPv4及其升級到IPv6的資料已經(jīng)非常豐富。這里只列舉與IPv6相關的技術特點：

　　●IPv6的地址量為2¹²⁸，已足夠大。

　　●IPv6在移動性上有所加強，但尚未見成功的應用，特別是在3G系統(tǒng)設備上還未有成功的體現(xiàn)。

　　●IPv6在安全性上有所增強，但安全性控制在美國方面。

　　●IPv6準備建立ENUM(Telephone Number Mapping working group)，即E.164標準電話號碼映射工作組。按照這個標準，即可利用電話號碼來查找注冊人的電子郵件、IP電話號碼、統(tǒng)一信息、IP傳真或個人網(wǎng)頁等多種信息。ENUM近似于我國的數(shù)字域名，但提出時間比我國的數(shù)字域名申請專利的時間為晚。

　　2.數(shù)字域名和IPv9

　　數(shù)字域名直接用數(shù)字0-9表示，電話網(wǎng)、計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)是統(tǒng)一的。例如001 020 84001000，與電話號碼相一致。數(shù)字域名是IPv9協(xié)議中選用的域名表示方法。

　　采用數(shù)字域名的網(wǎng)絡為十進制網(wǎng)絡，中國擁有完全的知識產(chǎn)權。數(shù)字域名是我國上海通用化工技術研究所發(fā)明的，擁有技術專利。IPv9是實現(xiàn)數(shù)字域名的協(xié)議標準，其特點如下：

　　●IPv9的地址量為2²⁵⁶，比IPv6更大。

　　●IPv9可以對IPv6和IPv4后向兼容。

　　●IPv9的移動性已于2004年在LAS-CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)試驗中得到證實，是好用的。

　　●IPv9的安全性有保障。

　　●IPv9所服務的數(shù)字域名十進制網(wǎng)絡可滿足三網(wǎng)融合地址型式相同的需求。

　　IPv9用于十進制網(wǎng)絡、數(shù)字域名、蜂窩移動通信已在LAS-CDMA系統(tǒng)試驗中獲得成功驗證。

　　3.統(tǒng)一管理的骨干網(wǎng)

　　為適應NGN的發(fā)展，特別是以互聯(lián)網(wǎng)為承載網(wǎng)絡的技術需求。統(tǒng)一管理的骨干網(wǎng)是必要的。

　　當前，我國有線骨干線網(wǎng)并不統(tǒng)一，各大運營公司各搞一套，結果是重復建設，互聯(lián)互通問題很難解決。未來以互聯(lián)網(wǎng)為承載網(wǎng)絡，分不清市話還是長途，分不清本地業(yè)務還是遠程業(yè)務，如果沒有統(tǒng)一管理的骨干網(wǎng)，計費就成為無法實現(xiàn)的難題，互聯(lián)互通將更加困難。統(tǒng)一管理的骨干網(wǎng)，分散經(jīng)營的接入網(wǎng)體制才能適應發(fā)展的需要。

七、結束語

　　4G將與NGN的建設不期而遇。4G應該是NGN的一部分，4G必須適應三網(wǎng)融合的發(fā)展需求，它將在當前的三網(wǎng)基本技術基礎上發(fā)展起來，既要實現(xiàn)“無所不在，無所不能”，又要滿足個性化服務的需求。因此，多體制、多技術仍將共存，必須統(tǒng)一的將是共同的承載網(wǎng)絡——互聯(lián)網(wǎng)。