[转帖]2004年看第四代移动通信的发展

南帝--hnss

2004年看第四代移动通信的发展

庾志成

l、引言

　　近年来由于3G发展的不顺利，有人对3G的发展前景提出了置疑，认为3G没有存在的价值，应该抛开3G而直接上4G。关于应不应该上3G的争论几年来一直在继续。

　　进入2004年，移动通信市场出现了一些新的特点。首先是全球3G市场发展开始加速。在cdma2000用户继续稳步增长的同时，日本和欧洲的WCDMA用户开始快速增长，到2004年7月底已经达到了879万。与此同时，WCDMA商用网络数量也迅速增加。2004年1月1日之前全球只有11个WCDMA商用网络，而2004年上半年刚过，WCDMA商用网络就新增了24个。第二是Wi-Fi和WiMax等无线通信技术快速发展。Wi-Fi的热点数量继续以惊人的速度增加，因特网的迅驰笔记本电脑的热销也激发了普通用户对WLAN业务的需求。而WiMax虽然没有大规模商用，但其上升势头之猛似乎还要超过Wi-Fi。2004年通信市场的发展似乎同时给了争论双方一样有力的证据，看来关于上不上3G的争论还将会继续下去。

　　与此同时，我们注意到，各国对4G的研发都已经悄然开展起来，在舆论界争吵的时候，4G仍旧在稳步前进。我们首先屏蔽掉这些争论的影响，来看看全球4G到底发展到什么地步，也许从这里我们可以找到答案。

2、2004年各国4G研发的现状

　　为了共同推动4G技术和标准的发展，各方组织了如WWRF，mITF、SDR论坛，4G论坛、M-VCE等多个论坛和联合体。他们致力于在4G的正式标准化组织成立之前，联合更多的力量，推出自己的技术标准，以圈在4G时代创造对自己发展有力的态势。对于4G的标准，欧洲、北美、东亚地区的政府和研究机构，以及诺基亚、爱立信、NTT DoCoMo等企业表现非常积极。下面把一些企业已经推出的4G技术进行比较。表l、表2为现有4G技术比较表。的4G技术进行比较。表l、表2为现有4G技术比较表。

表1　现有4G技术比较之一

公司名称/技术（产品）名称
Wi-LAN/WOFDM
NextNet Wireless/
Expedience
Flarion/Flash-
OFDM
Broadstorm/Broad@ir


频谱宽度（GNz）
3.5
2.5-2.7
0.22-3.5
0.7-3.4

复用/多址接入
OFDM-TDMA/TDD
OFDM-TDMA/TDD
FH-OFDMA/FDD
OFDMA/TDD

调制方式
QPSK,16QAM,64QAM
QPSK(16QAM,64QAM)
QPSK,16QAM
QPSK,8PSK,16
QAM,64QAM

天线
单天线
定向天线
Opportunistic
Beam forming
发射分集

误码修正保护
RS
RS-CC
矢量-LDPC
CC(Turbo,LDPC)

目标对象/市场
MMDS
MMDS
蜂窝系统
MMDS,固定无线电系统，蜂窝系统


表2　现有4G技术比较之二

公司名称/技术（产品）名称
NTT DoCoMo/VSF-OFCDM
Navini网络公司/Ripwave
IP Wireless/IPWirelss

频谱宽度（GNz）
5
2.596-2.686
1.9,2,2.5-2.7,3.4

复用/多址接入
OFDM-CDMA/FDD
SCDMA/TDD
TC-CDMA/TDD

调制方式
QPSK,16QAM,64QAM
QPSK,8PSK,16QAM,64QAM
QPSK,8PSK,16QAM

天线
适配性天线，MIMO
自适应相位阵天线
发射分集

误码修正保护
Turbo
RS
CC,Turbo

目标对象/市场
蜂窝
固定无线电
MMDS，固定无线电


　　2.1　欧洲

　　欧洲国家一般认为4G是一种可以有效使用频谱的无线数据通信技术，并且一定是以IPv6为基础的，网络上的所有单位都有自己的IP地址。通过在移动通信网络中引入IPv6把现有的各种不同的网络融合在一起。4G网络将会融合卫星和平流层通信系统、数字关广播电视系统，各种蜂窝和准蜂窝系统，无线本地环路和无线局域网，并且可以和2G、3G兼容。

　　诺基亚的观点是，4G应该能够让运营商在投资最小的情况下最大限度地提高网络性能。4G网络应该是有线无线的统一，为了提高无线传输速率而采用新无线接入技术的全IP网络。

　　爱立信则把4G的发展分为两个阶段。第一阶段是把现有的蜂窝、WLAN、WPAN等多种无线通信系统整合，让用户可以在任何地方任何时间都能够享受最好的无线服务。最终的4G应该是以IPv6为基础的共同核心网，多种无线接入网络共存的网络。为了提高频谱使用效率，用户可以在多种无线接入网络(3G、WLAN、其他新的无线接入系统)中选择最适合的，同时，使用先进的天线技术(如智能天线、MIMO等)。此外，还利用OFDM和多载波技术来提高系统性能。

　　2.2　北美

　　北美的部分厂商和欧洲的厂商保持一致，比如摩托罗拉。有些厂商则认为WLAN应该在4G中发挥更大的作用。

　　摩托罗拉参照有线通信的发展历程来推测下一代无线通信的发展。他们认为，首先是有线通信系统上的话音业务无线化，然后是数据通信业务也转移到无线通信网络上，最后，有线通信网络上所有的内容服务，也在向无线网络上转移。4G网络的核心网也是IPv6网络，接入系统则是多种无线接入方式的统一。摩托罗拉认为以IPv6核心网为中心，有线无线的接入方式将实现统一。基于此，摩托罗拉的研究领域几乎覆盖了所有的通信领域，包括无线系统设计、多媒体技术、用户中心设计、无线应用、IP网络、代理技术、WLAN、语音技术、无线H/W技术，还有IC设计等等。

　　而朗讯则是利用其信息热点构架的概念来诠释第四代移动通信网络的。他们认为4G是从3G一步步发展来的，是现有的移动通信系统和WLAN的结合。4G是单基础网络和多种技术规格共存的系统。为此，朗讯在积极研究全IP网络、智能天线技术、网络自组织技术等等。

　　2.3　日本

　　日本的4G研究是以mITF为中心来进行的，近几年已经进行了很多项课题研究。这个mITF组织的主要目标包括3G之后的移动通信系统的构造、4G系统的核心技术分析与研究、技术层面的要求事项和性能提高的方法论。以此为基础，日本的企业在进行着积极的研究，其中NTT DoCoMo最为活跃。据称在2004年6月的试验中，NTT DoCoMo的4G试验系统的下向传输速率已经达到了300Mb/s。

　　NTT DoCoMo的4G研究大体上可以分为IP(以IP为基础的IMT平台)和VSF(可变的扩频系数)—OFCDM技术的无线接入技术两大部分。4G系统的主要目标是大容量的多媒体系统构成、移动性支援系统、多样化的无线接入方式、无间断的服务延续性等4个核心技术构成。

　　2.4　韩国

　　韩国政府和严/学/研部门共同组成了4G前景委员会，该委员会确定了4G的发展前景目标以及需要研究的核心技术。近期，韩国又成立了下一代移动通信论坛(NGMC)来专门进行4G系统方面的研究。按照韩国政府制定的4G系统发展计划，韩国将从国家层面上积极开发宽带移动通信系统、便携式互联网系统、智能型融合移动终端、多媒体移动终端内使用的核心部件、移动终端使用的极低功率的RF/HW/SW模块等战略产品。

　　韩国的情报通信部已经制定了中长期的发展计划，分两个阶段进行4G的研发活动。第一阶段的研究是以ETRI为主导，从2002年1月开始启动，到2007年能够研发出4G移动通信的主要核心技术和试验系统。他们要求这些核心技术应该能够比国际上的其他企业的相应技术具备一定的优势。试验系统的传输速率应该可以达到100Mb/s。第二阶段则要把这一最高速率提高到1Gb/s。韩国的各大企业和研究机构在情报通信部计划的指导下，各自制定了自己的4G发展计划。

　　SKT的4G战略是以软件无线电(SDR)为基础，实现泛在的网络，和3G相比频谱使用效率高5倍，利用全IP网络提供的低价业务。泛在网络的概念是不论用户使用什么样的终端设备、身处何地、所处的网络环境如何，都可以使用SKT的所有业务。在SKT看来，网络发展的方向就是以全IP网络为核心的，有无线接入系统相结合的，用户希望使用的所有内容和业务都可以得到满足的网络。

　　KTF则计划分3步实现自己的4G系统开发计划。第一阶段是对4G系统的业务和通信环境预测，设定发展前景和目标，第二阶段是对SDR、智能天线、全IP网络等核心技术进行研究和开发；第三阶段是为了进行4G的商用化，对现有的各种无线通信网进行整合。

　　ETRI的4G目标是泛在的宽带移动接入系统，该系统具有最好的宽带接入和成本条件，当前的主要目标是寻找特定的一种无线接入技术，从而可以提高频谱使用效率。ETRI为此在进行OFDMA、MIMO、LDPC、OAM等方面技术的研究。

3、4G标准化组织动态

　　3.1　ITU的超3G(Systems beyond IMT2000)

　　ITU的B3G标准化工作大体上可以分为两大部分。一部分是由ITU-R的WP8F负责，另一部分是由ITU-T的SSG负责。WP8F的目标是在WRC-07上提出B3G的频谱分配方案，因此目前在进行非常积极的研究准备工作；ITU-T的SSG组主要负责在网络层面进行相应的标准制定工作。

　　1999年成立的ITU-R的WP8F工作组的主要任务是负责3G未来发展和超3G的研究。在2001年10月日本举行的WP8F第六次会议上，该工作组讨论通过了“IMT-2000未来发展及超IMT-2000的远景框架及总目标(IMT-VIS)”，对超3G进行了定义。图l是WP8F对超3G能力的介绍。主要包括三个方面的内容。首先是3G的未来发展。从该图的左部可以看出，增强型IMT2000的传输速率大约在10Mb/s左右，而到2005年，IMT2000将支持最高30Mb/s的数据传输速率。第二部分是超3G系统的新的通信能力，在图的右部，即超3G的目标。通过新的无线接人技术的引入，达到低速移动1Gb/s，高速移动100Mb/s的传输速率。第三方面的内容是IMT2000、B3G和其他无线接入技术将会是一个相互融合的局面，实现相互的联动。



图1 TMT-2000及超IMT-2000的能力示意图

　　3.2　IEEE

　　IEEE内的802局域网和城域网标准委员会执行了部分B3G标准的制定工作。在IEEE中，802委员会负责制定WLAN、WMAN和WPAN的标准，这些标准都属于图1下部的低速和固定的无线接入系统的范畴。此外，在新的移动通信技术领域，IEEE 802还在制定包括802.16e以及802.20等具有很高移动性的高速移动通信系统的标准。2004年，IEEE还成立了802.21研究组，准备进行WPAN、WMAN以及WLAN相互融合的工作。

　　3.3　WWRF

　　2001年8月份，以欧美5大通信设备制造商(阿尔卡特、爱立信、摩托罗拉、诺基亚、西门子)为中心成立了“无线世界研究论坛(WWRF)”。该组织的主要目标是邀请有兴趣的各方一起研究未来移动通信系统的发展趋势。

　　WWRF认为3G采用的是CDMA，4G则应该采用OFDM作为其核心技术。目前WWRF设想的4G包含很多现有的以及新兴的无线技术。4G所采用的无线技术不仅是利用新频段和新兴技术的移动通信系统，还包括现行的移动通信(2G及3G)、无线LAN以及蓝牙等近距离通信技术，以及数字广播电视技术。

　　3.4　移动IT论坛(mITF)

　　日本2002年年初成立了移动IT论坛，下设4G研究委员会，由运营商、制造商和高等院校参加。日本的标准化组织ARIB在mITF中发挥了主导的作用。mITF的4G研究委员会还下设一个技术子委员会和应用子委员会。

　　mITF的4G委员会的目标是：

　　◆明确4G的系统结构和主要应用；

　　◆按照预想的在2010年引入4G的商用计划，规划一系列的具体研究和实验活动；

　　◆支持业界和研究机构的研发和标准化活动。

　　近期的活动包括：

　　◆制定一个研发和标准化的框架，准备在10年内创造一个新的4G市场；

　　◆研究4G的体系结构和发展方案；

　　◆选择、研究和评估新技术项目；

　　◆研究实现各个系统之间无缝漫游的方案；

　　◆与世界上其他研究机构之间的合作；

　　◆提前分析4G的商业模式，从而明确其启动要求。

4、3G不可跨越

　　从上世纪80年代初第一代模拟通信系统开始商用以来，通信系统已经开始进入第三代。目前，对第四代移动通信系统标准和概念的讨论也开始了好几年。一般来说，一代通信系统从概念提出到标准成熟，大约会持续十年左右的时间；从商用系统开始部署到达顶峰大约需要10到15年的时间，而从开始被新技术取代到退出历史舞台大约不到10年时间，如表3所示：

表3　各代移动通信系统发展演进过程一览


系统名称
概念提出
研发/标准成熟
开始商用—市场成熟

第一代模拟移动通信系统
美国AMPS、英国TACS、日本NAMTS、北欧NMTS
1971年
80年代初
80年代开始商用，90年代初达到顶峰

第二代数字通信
GSM
1982年
1986年标准初步完成，1990年完成规范
1991年开通第一个系统。截止到达2003年6月用户达到8.3亿

CdmaOne
70年代末

1995年香港第一次商用2003年6月全球用户1.5亿

第三代移动多媒体通信系统
Cdma2000
1986年
1998-2000方案征集，2002-2003规范稳定
2000年10月韩国开始商用2001年10月日本开始商用，预计2004年以后市场逐渐成熟

第四代
WCDMA/TD-SCDMA
2002年
预计2010年完成标准化
预计2010年试验2015年大规模商用


　　通过上面的介绍我们可以看出，第四代移动通信的研究还处于初期阶段，其基本功能、核心技术还处于早期的设想和研究阶段。如同现有的3G系统渐进地发展和取代2G系统的过程一样，4G不会在一夜之间取代3G系统，更不可能跨越3G系统而直接投入应用。发生在3G标准制定过程中的种种问题，多多少少在4G身上也会出现。制订一个全世界统一的4G标准决非易事，4G走向商用化也需要整个通信行业的努力。从这个角度来讲，4G还有很长的路要走，我们不能对它要求太高。