PHS数据通信技术的发展及业务运营探讨

    个人手持电话系统(PHS)起源于日本，1995年7月在日本开通语音业务，并于1997年底引入中国。在中国，PHS(又被称为PCS)技术作为固定市话网络的补充和延伸，被应用于无线市话领域。
    目前PHS的业务主要局限于语音通信等传统电信业务、文本型短消息业务以及部分智能业务，部分地区开通了数据业务及相应的增值业务(如终端上网业务)，但还未形成规模。
    移动数据业务已经成为移动技术的发展方向。在当前3G业务徘徊不前的情况下，移动数据业务将成为PHS新的增长点。
    本文主要论述PHS数据通信技术的发展，并对数据通信业务及其相关业务的运营进行探讨。

1 PHS数据通信技术
    PHS数据通信技术最早商用于1997年，支持单信道32 Kb/s非限制数据通信，属于电路型数据业务。1999年PHS空中接口标准RCR STD-28 Ver3.0通过，使得PHS通过捆绑两个空中业务信道，实现了64 Kb/s的非限制数据业务。
    由于无线传输空间干扰大、时延长、基站覆盖范围小(PHS采用微蜂窝技术，一般在200～500 m之间)，导致数据传输误码率高，切换频繁，传输质量差。
    为了提高数据吞吐量，1995年10月成立了PHS互联网接入论坛，并于1996年4月制订了统一的PHS数据传输控制协议——PIAFS。
    PHS互联网接入协议(PIAFS)是定位于数据链路层的端到端协议，采用高效的差错控制规程和带内协商规程，具有完备的控制功能和扩展功能，可与点到点协议(PPP)配合形成高质量的可靠的数据通道；PHS利用32 Kb/s或64 Kb/s非限制数据承载能力，可以支持32 Kb/s、64 Kb/s的PIAFS数据传输，既可组成无线局域网（WLAN）用于移动办公，也能方便地接入Internet[1]。

1.1 组网方案
    PHS进行数据通信的典型组网结构如图1所示。

    用户使用通用串行总线(USB)接口的PIAFS转接卡将数据终端(如PC、便携机、PDA等)与PHS手机相连，或直接采用集成了PIAFS和无线接口的PCMCIA接口卡，在数据终端上拨打数据业务特服号，接入PHS交换网，建立与远程接入服务器(RAS)的电路连接。RAS解析并终结PIAFS协议和PPP，并与因特网业务服务商(ISP)相连，完成与Internet的接入。
    分析用户利用PHS终端设备进行数据通信时的协议栈可以看出，PHS数据通信的组网结构和协议栈与传统固话的窄带数据业务几乎完全一样，不同的仅仅是链路层协议。

1.2 技术特点
    PHS电路型数据业务具有以下一些优点：
    (1)高抗干扰性
    由于采用了PIAFS协议，可确保在干扰严重、误码率较高的无线传输环境中有较高的数据吞吐量，适合大数据量传送。
    (2)高传输速率，速率智能可选
    目前可以提供32 Kb/s和64 Kb/s的数据传输，基站根据信道忙闲自动选择数据传输速率。
    PHS电路型数据业务存在以下一些不足之处：
    (1)PIAFS协议采用电路交换，数据传输时将独占空中信道，易造成无线资源的浪费。
    (2)无法按流量计费，不能适应移动互连时代的潮流。
    (3)无法实现永远在线。
    (4)无法实现多用户的无线资源的共享。

2 PHS数据通信最新技术
    PHS数据通信技术经过近10年的发展，已从当初单纯地支持语音通信发展到支持数据通信。按移动通信技术代的概念划分，今天的PHS相当于移动通信的2.5代技术，而且PHS数据通信技术还在不断地发展和演进。
    目前PHS最新的技术发展主要集中在提高PHS数据通信能力方面，正努力使PHS向着更高、更快的方向发展，这也是PHS过渡到3G时代的必然选择。

2.1 分组交换
    电路交换不太适合以IP为基础的互联网服务，而分组交换在先天上就有与IP技术融合的优势。为了解决PHS与IP融合的问题，2001年日本推出了PHS空中分组交换技术，该技术采用了以下先进技术：
    (1)立足于现有的PHS系统技术，引入PHS分组管理协议(PPMP)，支持空中分组数据传输。
    (2)优化空中接口，使一个空中信道的传输速率下行达到35.2 Kb/s，上行达到21.6 Kb/s。
    (3)支持同一基站或不同基站的4个信道捆绑，使数据传输速率达到128 Kb/s。
    (4)利用控制信道的空闲时间进行数据传送，提高无线资源的利用率(对现在语音业务的影响几乎可以忽略不计)。
    (5)使大部分基站通过软件升级就可以支持分组业务，降低网络建设成本。
根据PHS协议规程，PHS的超帧为100 ms，共计20帧，其中每一帧各有上、下行4个时隙，3个时隙为业务信道(TCH)，用于传送用户信息和有关呼叫控制的随路信令；一个时隙为控制信道(CCH)，用于传送系统信息和寻呼消息[2]。
    目前在运营的PHS系统中，CCH一个超帧中只有一个下行时隙用于基站寻呼消息或广播消息的下发，其余19个下行时隙是空闲的。在CCH上行时隙中，手机通过20个上行时隙的任何一个时隙随机接入，可以认为上行时隙也基本处于空闲状态。
    分组数据业务可以将控制信道和业务信道设定为通用分组业务信道(USPCH)，利用CCH信道的空闲时刻或空闲的TCH传递数据。此外，根据PPMP协议，分组数据业务可以实现多用户同时接入，共享分组信道，提高无线资源利用率。
分组数据业务的组网图如图2所示。图2中的相关主要网元功能说明如下：

    (1)基站
    基站(CS)完成分组数据业务的接入、控制和管理，并将分组数据封装成X.25数据包，通过PHS交换网传送给FEP节点。
    (2)PHS网络
    PHS网络完成基站的管理和控制，并完成分组数据到FEP节点的接续控制。
    (3)FEP节点
    FEP节点将从无线侧传送过来的数据封包为IP数据包，在IP网络上进行传送，即提供X.25 over IP的功能。
    (4)SPDS
SPDS相当于GPRS网络的SGSN，主要终结X.25协议并对接入的基站进行认证，将用户数据包转换为IP数据包并选择合适的GPDS进行发送。
(5)GPDS
GPDS相当于GPRS网络的GGSN，主要终结PPMP及PPP，将用户数据包传送给因特网业务服务商(ISP)，并对用户的合法性进行检查。

2.2 PHS无线接入技术
PHS无线接入技术主要体现在以下几个方面：
(1)采用新的调制技术，如16相正交幅度调制(16QAM)，并兼容现有的π/4移位正交移相键控(QPSK)调制方式。这样可以将现有的每信道通信速率提高1倍。
(2)通过slot linking(一种基于连接的时隙配置技术)进行更有效的时隙配置，使数据传送效率提高1.2倍。
(3)将载频间距从300 kHz扩大到900 kHz，并提高滚降系数，使现有系统的数据传输速率提高3.3倍。
(4)增加每帧的时隙数，使无线数据传送速率提高1倍。
以上技术将使PHS系统数据传输速率达到1 Mb/s。

2.3 PHS终端技术
    PHS终端技术主要有：
    (1)PHS无线上网卡
    PHS无线上网卡支持64 Kb/s电路型数据业务及32 Kb/s到128 Kb/s的分组通信，具有USB、PCMICA或CF接口，可用于便携机、PDA等数据终端。
    (2)PHS＋WLAN双模无线上网卡
    PHS＋WLAN双模无线上网卡已正式推出，除具备PHS无线上网卡的功能外还可通过WLAN接入Internet。
    (3)直接上网终端
    直接上网终端又名浏览手机，手机内置NetFront、Opera等浏览器，支持32 Kb/s、64 Kb/s电路型和32 Kb/s分组通信功能，支持开放标准的HTML4.0、POP3、SMTP等协议，可以直接浏览网页，收发邮件，支持图片和铃声下载。

3 基于PHS数据通信的业务

3.1 日本PHS数据通信业务的发展
    1995年底日本有3家PHS运营商开始PHS运营，初期得到迅速发展，到1997年9月共发展了700多万用户，随着其他移动通信的竞争，用户逐渐流失，用户数逐月下降。
    1999年，日本PHS最大的运营商DDI Pocket为挽回PHS发展的颓势，推出了H``系统，该系统采用500 mW大基站，支持64 Kb/s的数据通信，同时推出P-Mail DX移动互联网增值业务，终于在2000年底止住了用户数下降的趋势，开始吸引新的用户。
    2002年6月DDI Pocket推出空中H``分组数据业务，开始提供128 Kb/s的分组数据业务，并准备在2004年推出256 Kb/s的分组数据业务，预计将极大地吸引用户，增强PHS的竞争力。日本现有的PHS用户一半以上使用数据通信业务。

3.2 中国PHS数据通信业务探讨
3.2.1  PHS的发展空间
    日本的PHS发展历程证明，发展数据通信是PHS的必由之路，这也是第3代移动通信的立命之本。基于现存的市场及资源，PHS数据业务有很大发展空间，理由如下：
    (1)PHS的时分双工(TDD)方式有较高的频谱资源利用率，同样的数据通信带宽的运营成本比其他移动技术低。
    (2)现有的PHS基站绝大部分支持64 Kb/s的PIAFS数据通信，而且只需软件的升级就可以支持分组业务，为PHS数据通信的发展提供了技术基础。
    (3)终端方面已经有很多终端厂商介入研发和生产。尤其是部分厂商推出了直接上网终端，这将极大地刺激PHS数据通信的市场需求。同时，因PHS采用微蜂窝方式，终端功耗低，待机时间长，比起其他移动通信产品更符合移动上网的需求。
    (4)未来的移动数据市场将是高度细化的市场，收入较低而对信息有较高要求的用户，如学生、新潮一族将是PHS数据业务的主要服务对象。
(5)PHS业务将和3G等移动业务融合，为用户提供完善丰富的数据增值业务，如浏览业务、邮件业务、多媒体消息业务、定位业务等。

3.2.2  运营策略探讨
    面对电信业由语音业务向数据业务进行战略性转变的时代，探讨PHS的数据通信业务及相关业务的运营具有一定的现实和战略意义。目前一个明显的事实是，因特网使电信业进入一个怪圈：带宽增长快于业务增长，业务增长快于成本增长，而成本增长又快于业务收入增长。通过分析可知，制约数据业务发展的因素主要有3个方面[3]：
    (1)服务和收费模式单一，不利于把各种层次的消费群体吸纳到网络上来。
    (2)缺乏成熟的商业运营模式，没有建立比较完善的价值生态链吸引各种资源充实网络的内容。
    (3)缺乏业务，缺乏用户确实感兴趣同时又消费得起的业务。
分析PHS数据业务的特点，将有助于理解PHS数据业务运营的可行性。PHS数据业务的特点主要有：
    (1)和3G等移动技术相比，PHS的数据通信带宽基本满足目前的因特网浏览类业务。
    (2)PHS数据业务能充分利用现有网络充裕的资源，这是因为现有网络的利用率还不到网络容量的80%，并且在PHS网络规划之初，运营商就预留了10%的容量发展新业务。因此在当前开始运营数据业务后，业务量的增长并不会导致运营成本的线性增长。
    (3)由于业务量的增长会增加运营收益，而同时运营成本增长很少，因此PHS数据业务运营的风险低，PHS数据业务的运营有可能进入一个良性循环。
    借鉴3G的概念和运营理念，研究和制订PHS数据发展的策略，将能促进PHS数据业务的发展：
    (1)借鉴3G的各种计费策略
可借鉴3G的各种计费策略，采用多种服务和收费模式，如基于流量计费、时长计费、内容计费以及在此之上的各种计费策略的组合，吸引各个层次的用户群体。
    (2)借鉴日本的成功运营模式和经验
    日本i-mode的成功，证明构建从用户到PHS运营商再到ISP及SP/ICP的成功价值链是可行的。
    (3)发挥PHS的优势
    PHS的运营成本较其他移动产品低，电路型数据业务在带宽上优于GSM、CDMA无线窄带移动技术，移动性优于有线窄带，分组业务在带宽上优于或相当于通用分组无线业务等2.5代移动技术。充分发挥PHS在成本、移动、带宽上的比较优势，将是PHS数据业务成功的关键因素。
    综上所述，PHS数据业务具备低风险、高收益的特点，其业务运营成功机会将高于其他移动互连业务。

4 总结
    通过以上分析，不难看出PHS数据业务拥有美好的前景，是PHS技术和市场发展的方向，其推广和应用将为运营商带来很大的收益，主要表现在以下几个方面：
    (1)能提高用户的ARPU值，使运营商获得运营收益。
    (2)可开展基于数据通信的业务，在激烈的移动通信市场竞争中吸引更多的用户。
    (3)可为3G业务的运营做准备，培养用户使用数据业务的习惯。
(4)可为将来的3G运营积累丰富的移动运营经验。

5 参考文献

[1] ARIB STD-76 Ver1.0. PIAFS标准规定 [S].
[2] RCR STD-28 Ver3.2. 个人手持电话系统(PHS) [S].
[3] 陈天雄. 运营级IP网发展之路 [N]. 通信产业报, 2002-12-25(A2).

收稿日期：2003-11-12

[摘要] 文章概述了个人手持电话系统(PHS)的发展过程，对其最新技术进行了介绍，并在对PHS数据通信业务的发展及运营策略进行深入分析和探讨的基础上，展望了该业务的应用前景。

[关键词] 个人手持电话系统；数据通信；分组交换；运营

[Abstract] With the overview of the development of personal handy-phone system (PHS), the up-to-date technologies of the system are introduced. Based on the in-depth analysis and discussion of the development and operation strategy of PHS data communication services, the future applications of the service are prospected.

[Keywords] PHS; data communication; packet switch; operation