中國聯(lián)通研究院Wi-Fi與3G融合方案淺析

　　相對2G而言，3G的主要特征是具有更高的小區(qū)吞吐量。以WCDMA為例，現(xiàn)在“HSPA+64QaM”與MIMO技術(shù)已經(jīng)成熟，理論上小區(qū)容量可以達到42Mbit/s。從應(yīng)用場景來看，提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的3G網(wǎng)絡(luò)特性決定了其大部分業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)或者相對固定的環(huán)境中。

　　由于3G為自干擾系統(tǒng)，其容量隨著用戶數(shù)的增加而減小，覆蓋半徑也會減小，考慮到3G大部分業(yè)務(wù)在室內(nèi)發(fā)生的情況，室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)對于3G而言尤為重要。眾所周知，室分建設(shè)中物業(yè)協(xié)調(diào)、工程改造難度大，隨著用戶數(shù)的增加和業(yè)務(wù)的不斷創(chuàng)新，傳統(tǒng)的室分解決方法會造成室內(nèi)用戶體驗下降，迫使運營商不得不對現(xiàn)網(wǎng)進行擴容和對室分進行改造。如果運營商陷入這樣一個循環(huán)中，其收益投資比就會下降，因此運營商非常被動。

　　Wi-Fi正好可以作為3G的補充，為用戶開辟另一高速通道，在提升用戶體驗的同時，減少3G投資的壓力。相信隨著政策的放開，Wi-Fi在作為移動通信補充方面，尤其是在室內(nèi)覆蓋的補充方面，將會得到不斷的發(fā)展，其解決方案也將不斷豐富和完善。

Wi-Fi為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)開辟高速通道

　　Wi-Fi具有802.11b、802.11g、802.11a、802.11n等一系列標準，其中802.11b理論上只能提供11Mbit/s的速率，已經(jīng)不是主流，目前應(yīng)用越來越多地使用802.11g標準，其理論速率是54Mbit/s，去除無線開銷，實際測試最高速率在23Mbit/s左右。此外，理論速率達300Mbit/s的802.11n新一代產(chǎn)品也已經(jīng)面世，實測最高速率可達150Mbit/s左右。

　　Wi-Fi是基于IP的技術(shù)，天然為數(shù)據(jù)用戶設(shè)計，每個單射頻AP可支持幾十個用戶同時在線，每個用戶實際可獲得的速率最高可達1Mbit/s。另外，具有Wi-Fi功能的終端設(shè)備的普及，使得用戶可以很容易地擁有3G與Wi-Fi雙模終端，為3G卸載空口壓力到Wi-Fi提供了極大的方便。

　　在過去的幾年中，Wi-Fi市場得到快速增長。目前Wi-Fi技術(shù)已經(jīng)嵌入到許多手機、相機和游戲機中，一些令人眼花繚亂的Wi-Fi設(shè)備也在日益增多。

　　2009年6月，中國開始允許支持WAPI功能的Wi-Fi手機進入通訊市場。這一解禁消息意味著Wi-Fi技術(shù)將在更廣的范圍內(nèi)獲得應(yīng)用。

　　Wi-Fi采用射頻技術(shù)構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，是室內(nèi)微小區(qū)尤其是熱點地區(qū)重要的高速無線數(shù)據(jù)接入手段之一，可以在接入速率和適應(yīng)環(huán)境上與3G互補。由于Wi-Fi可以與PHS、3G共用室內(nèi)分布式系統(tǒng)（要求該系統(tǒng)支持2.4Gbit/s的工作頻率），因此運營商可以在已有PHS/3G室內(nèi)分布式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)快速部署Wi-Fi。

　　Wi-Fi設(shè)備成本低，布網(wǎng)成本也很低，運營商在室內(nèi)熱點地方部署Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，與3G室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)形成相互補充，可以在降低設(shè)備投資的基礎(chǔ)上大大提升用戶體驗，此外，運營商還可以實現(xiàn)家電一體化的控制，為業(yè)務(wù)融合提供很好的基礎(chǔ)。這種建網(wǎng)思路已經(jīng)被部分運營商采納，而且將會在以后的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和發(fā)展中得到不斷的發(fā)展和深入。

Wi-Fi與3G的融合方案

Wi-Fi與3G融合的技術(shù)實現(xiàn)

　　如圖1所示，Wi-Fi與3G是兩個互相獨立的通訊業(yè)務(wù)系統(tǒng)。Wi-Fi以往的應(yīng)用只是有線寬帶接入方式的一個補充和完善，其在固定接入的基礎(chǔ)上，提供了一定的移動性，用戶可以通過帶有Wi-Fi終端功能的設(shè)備方便地接入互聯(lián)網(wǎng)。和2G/2.5G移動通訊系統(tǒng)一樣，3G的架構(gòu)仍然為“無線接入網(wǎng)+核心網(wǎng)”的架構(gòu)，不同的只是其無線空口帶寬更寬，能夠支持更多的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為移動互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。用戶通過使用3G的終端或數(shù)據(jù)卡，享受運營商在語音和數(shù)據(jù)域提供的相對封閉的增值服務(wù)，如鈴聲下載、短信、彩信等。

　　從通信系統(tǒng)角度講，Wi-Fi與3G系統(tǒng)都由終端、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)三部分組成，這點從圖1不難看出。因此，Wi-Fi與3G系統(tǒng)的融合，涉及到多個方面，包括終端融合、網(wǎng)絡(luò)融合和業(yè)務(wù)融合。每個方面的融合既相互獨立，又相互關(guān)聯(lián)。

　　終端融合是指終端具有使用多種接入技術(shù)的能力。目前有很多非正規(guī)終端具備這種能力，此外大部分帶有Wi-Fi功能的筆記本電腦，在插上了3G數(shù)據(jù)卡之后就相當于一個雙模終端。在工業(yè)和信息化部同意帶WAPI功能的Wi-Fi進入手機終端后，未來大部分手機都將成為3G與Wi-Fi融合的雙模終端。

　　網(wǎng)絡(luò)融合是指實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)的互通與互訪，簡單點說，就是實現(xiàn)IP承載網(wǎng)絡(luò)的融合，運營商通過單一網(wǎng)絡(luò)劃分VPN的方式，或者不同網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過網(wǎng)關(guān)互通的方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互通與互訪?？傊?，網(wǎng)絡(luò)融合方案可以節(jié)省成本，提高資源使用效率。

　　業(yè)務(wù)的融合是指用戶可以方便地同時享用兩個系統(tǒng)的服務(wù)。業(yè)務(wù)融合有不同的發(fā)展階段，初期階段，大多為營銷策略上的業(yè)務(wù)捆綁，或合并出統(tǒng)一帳單；隨著業(yè)務(wù)的豐富和發(fā)展，到成熟階段，深度的業(yè)務(wù)融合將出現(xiàn)，即同一個業(yè)務(wù)種類同時為兩種接入方式提供服務(wù)；之后，在用戶與使用業(yè)務(wù)的管理上，也將出現(xiàn)用戶定制的所有業(yè)務(wù)統(tǒng)一管理，而不是每種業(yè)務(wù)有各自獨立的用戶管理。

Wi-Fi與3G融合的場景

　　根據(jù)Wi-Fi與3G融合深度的不同，對于一個能夠同時使用Wi-Fi與3G融合服務(wù)的用戶來說，運營商可以提供不同的使用場景。

1．融合客戶通過不同方式接入，系統(tǒng)進行統(tǒng)一記賬。

　　這是一種最簡單的互連方案，只需在計費時統(tǒng)一把Wi-Fi的費用合并記在3G系統(tǒng)帳戶中。

2．融合客戶通過Wi-Fi接入，統(tǒng)一通過3G系統(tǒng)進行認證計費。

　　這種情況下，用戶從Wi-Fi接入，但其使用的認證方式卻與從3G接入時一樣，因為認證服務(wù)器等后臺系統(tǒng)使用的是一套系統(tǒng)。這一點可以借助Radiusproxy技術(shù)和EAP-AKA技術(shù)在現(xiàn)有設(shè)備上略加改造實現(xiàn)。所以，即使融合用戶從Wi-Fi接入，也仍然可以使用SIM/UIM卡信息認證，不必再輸入用戶名與密碼。

3．融合客戶通過Wi-Fi接入，可以訪問移動網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)，并且系統(tǒng)保持業(yè)務(wù)連續(xù)性。

　　在Wi-Fi與3G沒有融合之前，從Wi-Fi接入的用戶只能訪問互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)，不能享受移動網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)。在這種融合程度下，融合用戶可以一邊用Wi-Fi高速上網(wǎng)，一邊收彩信。另外，隨著融合的深入，運營商可以逐漸做到Wi-Fi和3G兩種接入技術(shù)的無縫切換，從而保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

4．融合客戶通過Wi-Fi接入，可以訪問移動網(wǎng)絡(luò)的語音增值業(yè)務(wù)，并且系統(tǒng)保持業(yè)務(wù)連續(xù)性。

　　在這種融合程度下，從Wi-Fi接入的融合用戶不僅可以訪問移動網(wǎng)絡(luò)的語音增值業(yè)務(wù)，同時還可以訪問移動網(wǎng)絡(luò)的語音增值業(yè)務(wù)。比如，用戶可以一邊用Wi-Fi高速上網(wǎng)，一邊打3G電話、收短信。另外，隨著融合的深入，運營商可以逐漸做到Wi-Fi和3G兩種接入技術(shù)的無縫切換，從而保證語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

Wi-Fi與3G網(wǎng)絡(luò)融合的主要方式

　　如果用戶不僅僅能體驗到一張賬單及統(tǒng)一認證方式的好處，還要能夠在從Wi-Fi接入時能夠訪問移動網(wǎng)絡(luò)中的增值業(yè)務(wù)，則運營商需要進行深度的網(wǎng)絡(luò)融合。

　　總體來看，網(wǎng)絡(luò)融合有兩種方式，一種是緊耦合方式，一種是松耦合方式，如圖2所示。

　　緊耦合方式的代表方法是UMA（UnlicensedMobileAccess），UMA網(wǎng)絡(luò)主要由客戶端的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備（AP）、支持UMA的雙模手機和網(wǎng)絡(luò)側(cè)的UMA網(wǎng)絡(luò)控制器（UNC）等組成，其基本原理是用戶通過模擬移動網(wǎng)絡(luò)的基站接入，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過UNC的協(xié)議轉(zhuǎn)換，使得移動網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備（SGSN、MSC）感覺不到不同無線接入技術(shù)的差異。這種方式屏蔽了不同無線接入方式的差異，但需要用戶終端與UNC與原有移動網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)協(xié)議處理保持一致，并跟隨系統(tǒng)的升級而升級，因而對移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的耦合性要求很高。

　　松耦合方式的代表方法是3GPP規(guī)定的Wi-Fi與3G融合的方法。為了達到從Wi-Fi接入能夠訪問移動網(wǎng)絡(luò)增值業(yè)務(wù)的目的，運營商需要在IP網(wǎng)絡(luò)和移動核心網(wǎng)之間增加一個業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)不會像UNC一樣做協(xié)議轉(zhuǎn)換的工作，主要作用類似移動網(wǎng)絡(luò)增值業(yè)務(wù)的接口人，如果要訪問移動網(wǎng)絡(luò)的增值業(yè)務(wù)需要經(jīng)過這里進行業(yè)務(wù)把關(guān)和控制。該設(shè)備在3GPP中被稱為PDG（PacketDataGateway）。

　　在確定融合方式時，運營商需要根據(jù)自身網(wǎng)絡(luò)的情況，參考國際標準，選擇或定制最符合自身發(fā)展的方式。