移动数据通信的商用专网

1 移动数据通信发展大趋势
社会对移动数据通信的需求十分广泛，主要的需求可举例如下：电子交易，如电子银行业务、证券交易、金融保险业务、电子购物、列线POS业务等；交通运输，如车辆自动定位、车队管理调度、交通路由导引、车流量测控、汽车防盗、出租车移动刷卡消费等；遥测、遥控、遥调等，如三表（电表、水表、气表）抄读、环境监控、危险场合监控、医疗保健监测、水文点监测、工业控制、无线自动柜员机等；移动办公，如政府官员、新闻记者、税务人员、交警、巡警、刑警警务、社区安全报警等，可通过移动数据终端查询数据库、进行数据交换、访问及控制等；特种服务，如为政府和军、警单位提供VPN（虚拟专用网）业务、数字签名、数字认证和数据加密等；移动上网，如利用PDA（个人数字助理）、卡式PC机等，配以微型数据收发信机，通过移动数据通信网与Internet网互联，从而使用户可在移动之中上Internet网了。
移动数据通信的用户群非常庞大。蜂窝电话网的用户主要是人，通常一个人只用一部手机，那么人数将是蜂窝电话的极限值；移动数据网的用户除了人以外，更多的是各种各样的“机器”，这些“机器”可能包括动物、植物、设备、建筑物等等，而“机器”的数量比人的数量大得多，例如日本NTT DoCoMo公司预测近期日本需要3.6亿部移动数据终端设备，这个数字是日本人口总数的三倍。
移动数据通信的市场前景十分乐观。欧洲的移动数据市场，预计2005年可达600亿美元；美国预计到2007年将拥有900万遥测用户（如电表、水表、气表等），平均每年有66亿美元的无线遥测市场；英国的移动数据通信网将覆盖全国93%以上的人口，每年将有10亿美元的市场；其它许多国家，如韩国、加拿大、土尔其、瑞典、委内瑞拉、印度尼西亚、荷兰、澳大利亚……等，在许多不同的领域广泛推广了移动数据通信的应用。预计今后5至10年内市场还会突飞猛进地发展。
中国的移动数据通信刚刚起步。无线PDA和无线POS的发展势头看好；众多的单位、个人和运营商已经认识到其价值所在，市场正在培育和发展之中；一个由设备制造商、网络运营商、服务提供商、营业零售商和最终用户组成的移动数据通信价值链正在形成。国际厂商普遍看好中国市场，认为中国是世界上最有潜力的、最大的移动数据通信市场，今后5年将是发展最快、最关键的5年。
2 移动数据通信的商用专网势在必行
企业专网不能取代商用专网。企业专网在某些地方、某些单位、某个时期、某些特定用途下有其存在的必要性和可能性，特别是在商用网覆盖不到的地区更是如此。但企业专网往往是用户少、业务量小；独家占据频率资源，频谱利用率低；维护技术力量弱，故障修复不及时；开发技术力量弱，系统难于升级换代；经济效益低或不产生经济效益，相对而言设备难于更新。企业专网只能局部、少量、一定时期使用，而不能抗衡商用专网的发展。
数据兼容网不能取代数据专网。目前我国的移动数据业务大部分是由移动电话网来传输。例如GSM可以信令信道提供SMS（短消息业务），以住处信道（时隙）提供9.6kbps的用户数据传输；GPRS则在GSM上叠加了无线分组业务，利用信道统计复用和分组交换技术使用户数据速率峰值可达117kbps，而平均速率也只有19.2kbps；基于AMPS（模拟制的先进移动电话业务网）的CDPD（蜂窝数字分组数据网）提供9.6kbps的用户数据速率；第三代数字蜂窝网可能提供144kbps至2Mbps的用户数据速率，但目前还不是现实；数字集群通信网可为用户提供SMS，4.8kbps的电路交换数据速率、64kbps的分组交换数据速率等。在这些数据兼容网中往往是话音优先，会导致数据通信处于不稳定状态；在GSM、GPRS和CDPD中，由于采用简单的空间传输协议而使数据传输的安全性得不到充分保障；数字集群网传输数据则缺乏价格优势。
全国联网的窄带的移动数据通信商用专网势在必行。商用专网可为用户提供稳定、安全、及时的数据传输业务，可更好地满足用户的需求；商用专网可以更合理地配置频率，有效地提高频谱利用率；“不把鸡蛋放在一个篮子里”，一个独立于GSM、3G和数字集群的专用数据网在应付天灾人祸、突发事件中可能会发挥更好的作用；商用专网可为某些特殊需求的用户提供VPN（虚拟专网）服务，用户既有一定的独立自主权，又可获得周到可靠的网络服务；特别值得指出的是，只有商用专网的运营商可能拿到全国统一的、数量足够的频率资源，建设覆盖全国大部分人群的移动数据网。
中国正在致力于数字中国、数字城市、数字小区甚至于数字公民的建设，而移动数据通信网将为数字化提供“无处不网”的传输手段。
中国有600多个城市，城市人口约4.56亿，若每200人拥有一部POS机，则需要228万部，其中的无线POS机若占30%，则需无线POS机68.4万部；中国的PDA用户年增长率约为100%，三年内可能达到1500万户，其中无线PDA若占30%，则分别为1500万和9000万户；机器对机器之间的数据通信将逐步成为新的热点，其应用领域十分广泛，预计这种数据通信的普及率会超过人口的300%，若其中移动数据业务占10%，中国也会需要近4亿个终端，其市场价值是不言而喻的。
3 移动数据通信商用专网的系统结构
3.1建设申请
我国已经为移动数据业务划出了2*4MHz频谱带宽，即下行为821－825MHz，上行为866－870MHz。
运营商须向国家信息产业部无线电管理局提出具体的频点申请并获得指配；网络中的无线通信设备亦要获得无线电管理局的入网核准证；运营商还须到信息产业部电信管理局办理运营许可证；其它配套设施也要取得相关部门的入网证书。
3.2无线覆盖
目前的移动数据通信网多采用无线蜂窝网的方式，组网迅速、架设方便、易于实现无缝覆盖。考虑到需要、可能和效益，“无缝”只局限于某个地区特别是高端用户集中的地区，而不同的地区之间可通过电信公网进行互联漫游，逐步扩大覆盖范围。
无线网络必须具有很高的可靠性、电磁兼容性、保密性和抗干扰性。可靠性要以设备、工程、维护、互联互通来保证；电磁兼容性则须靠合理的频率规划和干扰协调来解决；保密性要按规定进行空中加密和端对端加密；抗干扰性则要依赖设备的抗干扰技术和组网的抗干扰措施来解决。
无线蜂窝网的频率配置方法有许多种，但所使用的频点对数越少，导致的系统PER（误组率）就越高，比较典型的对应关系是：7对频点时PER=8%；9对频点时PER=4%；12对频点时PER=1%；13对频点时PER=0.5%；15对频点时PER=0.1%（注：分组长度为90字节，瑞利衰落带宽为3Hz）。通常兼顾频率的节约使用和系统的低误组率，宜选用12对频点以上的小区配置方案。
为了节省建设经费，又兼顾到800MHz频段的建筑物穿透损耗的影响，蜂窝半径不宜取得太小以免投资过大。例如市区、郊区、乡村的蜂窝半径可分别选为4km、8km和20km，小区重迭系数选为20%，主要提供室外覆盖；而为保证室内覆盖或延伸可采用增设直放站的办法加以解决。
3.3系统配置
（1）网控中心
每个城市可设置一个网控中心，它既与移动数据网中各移动交换机互联，又与国家公共电信网互联；特别是还要与一些相关资料库互联，例如机动车调度中心、犯罪资料中心、旅游信息资料库等；还要与一些紧急支援单位，如消防队、急救中心、汽车维修中心等，保持及时的互联。
（2）本地移动交换机
每个移动数据交换机通过有线或无线数据信道可与多至上百个基站进行互联，并与当地的公用电信网、应用服务器等互联、完成数据分组交换任务。
（3）无线基站
无线基站的设置要满足人员密集区的容量要求、满足公路沿线的线无缝覆盖、满足该地区的室外无缝覆盖等，并以机动的车载基站满足某些突发事件现场的应急移动数据通信需求。
（4）用户终端
用户终端是多种多样的，按安装方式可分为固定台、车载台、便携台、手持终端等，按用途可分为无线POS、无线PDA、调度终端、报警终端、定位终端、无线股票机、电子银行终端、物流终端、遥测终端等。
（5）全国网络管理中心
当需要异地联网甚至全国联网时，各本地交换机可通过国家公共电信网进行互联，并设一个全国性的网络管理中心（NMC）。

4 移动数据通信商用专网的系统功能

（1）采用高效的频谱应用方式和信息应用方式
采用先进的调制解调、信源编码、信道编码、数字信号处理、智能天线、窄扇区、抗干扰技术等，尽量提高频谱利用率、增加数据吞吐量。
（2）网络优化
选用先进的设备，进行精心的设计和施工，组织有效的维护管理，从而保证网络有效的覆盖，高的稳定性和可靠性，较高传输速率、较低的时延、较高的保密性、按用户和业务设置不同的优先级、足够的用户容量、通信协议的一致性、较好的可扩展性等。
（3）QoS（服务质量）
QoS要由移动数据网的物理层、MAC层、链路层、IP层、TCP层和应用层共同来保障，各层要
根据无线移动环境的特点和应用业务的要求采用相应的措施，进行优化、改进和适配。
典型的QoS参数包括：连接建立时延、连接故障率、数据吞吐量、传输时延、残留差错率、授权保护、优先等级和自恢复连接能力等。
（4）提供VPN服务
即允许用户利用商用专网的资源建立一个专用的网VPN，可向VPN内的用户提供区别于商用专网的编号计划，VPN内部用户进行内部呼叫时可用缩位编号，而呼叫外部时须加引示号。
随着VPN的应用而产生了MVNO(移动虚拟网络运营商)，MVNO通过其他移动网络运营商（MNO）的网络为自己的用户提供通信业务。MVNO可分为三类：第一类是仅仅租借网络容量，自己有独立记费系统和用户管理系统，可为特殊用户提供特色服务；第二类是租用网络容量，自己又独立记费、用户管理、业务平台（包括归属位置登记和认证中心）等，但自己没有移动交换机；第三类是仅租借无线基站设备，其他资源全部自己配置，这是完整的MVNO方式，MVNO往往可为用户提供更多的移动业务选项、更多的增值业务和更低廉的消费价格。
5 网络运行中的若干问题
（1） 扩展用户容量的方法
a.在原有的基站分布基础上增加新基站，实质是缩小蜂窝半径、增大基站分布密度；
b.每个蜂窝使用更多的频点，实质是增加无线手发机的数量；
c.将一个基站分成若干个扇区，最常用的是三扇区。
（2） 移动终端的复合集成
以股票交易为例。用户可能需要随时了解股市行情，往往下行信息最大且频繁，移动数据终端可能满足不了这种需求，一个可选方案是利用MOTOROLA的FLEX BP机在150/280MHZ频段单收下行信息；上行信息量小且不频繁，则可用移动数据终端上传；而显示和处理信息可选用PAD。即将三者复合集成为一部完整的股票交易用无线移动数据终端了。
（3） 电波传播的穿透损耗
在800MHZ频段，市区的建筑物穿透损耗平均值为18db，乡村为6db,本组数据可供用户对室内覆盖程度作出估算。
（4） 互放站的运用
在某些需要延伸或扩大覆盖的地方，或某些大的建筑物内（如商场、写字楼等），可以采用互放站来达到自己的。
6 一个典型的移动数据通信网
瑞典ERICSSON公司的Mobitex移动数据通信网已经在五大洲的30多个国家获得应用，其中包括美国、英国、加拿大和澳大利亚等通信强国。Mobitex是移动数据通信领域中一个开放的国际标准，Mobitex运营商协会（MOA）负责保持其开放性，并为新的运营商提供帮助，目前全球有数百家公司正在从事与Mobitex相关的开发、研制和生产。Mobitex是蜂窝式分组交谈专用数据通信网，其主要系统参数如下：
工作频段：下行821—825MHZ 上行866—870MHZ(中国市场)；
相邻频道间隔：12.5KHZ；
收发频道间隔：45MHZ;
双工方式：FDD;
用户数据率：上、下行军为8Kbps；
频谱利用率：0.64bit/Hz;
随机差错控制方式：12，8汉明码；
突发差错控制方式：交织编码（深度21bit）；
抗衰落性能：能抗2.6ms的衰落；
信道接入方式：时隙CSMA(载波侦听多址)；
频点资源：采用15对12.5KHZ信道组成蜂窝网时。建立一个覆盖全国的Mobitex网只需2*187.5KHZ的频带宽度；
系统容量：每个信道可为25000个自动抄表用户、或800个无线POS用户或600个E—mail用户服务，但往往一个信道内要容纳多种多样不同用户，使容量难以确定，但大致平均而言，每个12.5KHZ信道可容纳不同类型用户1000户；
广播方式：采用现代组波技术UNIVAST；
延时：传输延时≤5S，网络排队延时≤10S,平均电池延时≤20S
复合方式：时分复用，频用复用；
安全性：空间协议和系统协议均保证安全；
可靠性：确保信息送达；
投资成本：一个含40个基站的Mobitex系统设备（不含数据终端设备）大约需380万美元。