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B3G技术的研究及发展趋势

2006/2/28/14:37 来源:泰尔网 作者:万屹,李扬
  【导读】本文介绍了B3G技术的市场背景,B3G技术的定义,并详细介绍了B3G技术的研究及发展趋势和一些考虑。 

  1、引言 

  “使用一代,研究一代,准备一代”是维持国家和企业领先地位的基本方式之一。许多有实力的国家和企业不仅仅关注当前可以创造利润的产品,也同时密切关注未来可以创造利润的产品。这是企业长期发展的根本保证。 

  经过几年的延迟以后,3G系统已经逐步在全世界范围内进入商用状态。在这种情况下,很多国家和企业逐步将研发的重点转移到下一代移动通信系统中。因此,在全球范围内形成了一个对新移动通信技术的研究热潮。 

  在移动通信高速增长的背景下,业界普遍认为移动通信市场,特别是移动数据通信市场仍然有巨大的发展空间。在这种市场趋势的推动下,许多国家、国际组织、区域性组织和企业都投入了巨大的力量开展移动新技术的研究。 

  许多原先占据了大量市场份额的公司在努力保护自己的既得市场份额。与此同时,不少在移动通信领域占有份额很少的公司也力图进入这个极具潜力的市场。这种形势使移动通信市场变成一个竞争无比激烈的市场。 

  2、B3G的定义 

  经过多年的努力,ITU-R WP8F终于在2003年6月完成了一个里程碑式的文件,即《Future development of IMT-2000 and systems beyond IMT-2000》,又被简称为Vision,翻译为愿景。 

  图1就是该建议中非常著名的描述未来系统能力的“VAN”图。从图1中我们可以看到对3G系统的未来发展及B3G系统的远景规划,及其不同的组成部分间的关系。 

  

  1.黑色指示现有能力,中度灰色指示增强的IMT-2000,浅灰色指示超IMT-2000系统的能力 

  2.移动程度按此分类:低移动性:步行速度;高速60-250km/h(高速公路或快速列车) 

图1 描述未来系统能力的“VAN”示意图 

  根据这个图的定义,新的空中接口希望能达到高移动性下(如移动接入)最高约100Mbit/s,低速移动性下(如游牧或固定无线接入)最高约1Gbit/s的速率目标。 

  根据ITU的预测,B3G系统应该在2010以后投入商用。 

  3、主要国际组织和项目 

  3.1 ITU 

  ITU的B3G标准化工作分为两大部分。一部分是由ITU-R的WP8F负责,另一部分是由ITU-T的SG19负责。ITU-R WP8F的主要任务是负责3G的未来发展和B3G的标准化研究目标,通过B3G业务与市场分析报告、频谱估计报告、新技术报告等,在WRC-07上提出B3G的频谱分配方案和形成ITU的B3G建议等,其B3G标准化研究工作非常积极;ITU-TSG19主要负责在核心网层面进行相应的标准制定工作,其工作相对不活跃。 

  ITU-R WP8F的核心工作是在WRC-07前,完成BeyondIMT-2000的频谱计算方法、业务分析、频谱需求量分析、频谱规划等。ITU-R WP8F完成了B3G的愿景文件以后,立即开始了具体的研究工作。为了完成上述任务,ITU-R WP8F的工作目前划分为以下几个部分: 

  ●频谱需求计算方法的理论研究和计算 

  从2003年开始,ITU就开始寻找可以准确预测未来移动通信频率需求的理论和方法。确定频谱需求有两种方法。一种叫做蒙特卡罗仿真方法,主要是使用计算机模拟用户的行为,从而得出特定时间下实际使用的频率资源数量。另外一种方法被称为确定性的方法,主要是从业务出发,分析每种业务的使用情况,频率资源的占用情况,然后汇总所有业务的频谱需求,从而得出频率资源需求。 

  从理论上说,蒙特卡罗仿真方法可以得到比较高的准确率。但是,由于B3G采用的技术还没有确定,仿真工作需要的输入数据不足,影响了仿真实际能够达到的准确度。所以,ITU最后决定采用确定性的方法。 

  目前,ITU-R WP8F已经基本完成理论工作,并开始了具体的计算过程。 

  ●确定可以使用的频段 

  ITU-R WP8F在2004年10月完成了一份频谱资源调研函,了解各个国家对B3G频谱分配的期望,以及6GHz以下频谱资源的使用情况。ITU将在各国反馈的基础上,尽力统一世界范围内的B3G通信系统使用的频率。 

  目前很多国家已经向ITU反馈了各自的情况和建议。 

  ●未来业务和市场的研究 

  2004年6月,ITU-R WP8F向各个成员国调研对未来B3G业务和市场的预测。在各个成员国答复的基础上,ITU将完成了业务和市场的研究报告。之后,ITU-R WP8F将起草B3G业务建议和B3G市场研究报告。这两个文件是对ITU的B3G愿景的进一步细化和完善,也是将来开展B3G技术研究的市场需求基础。另外,这个研究报告也是进行频谱需求计算的输入数据。 

  ●新技术的研究 

  ITU-R WP8F目前正在开展未来移动通信新技术的研究。其研究重点是新技术的频谱资源利用率,主要是作为上述频谱资源需求分析的输入参数。ITU-R WP8F将未来移动通信的使用情况划分为几个特定的场景,分析每个场景可能采用的新技术,分析相应的技术可以达到的频谱资源利用率,从而为频谱计算提供支持。 

  3.2 WWRF 

  2001年8月,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下设6个工作组,分别讨论业务、市场、结构、接口、核心技术等问题。WWRF的特点是其人员不仅来自于企业,还来自于大学等研究机构,因此将从市场以及学术两方面进行问题探讨。目前,全世界已经有140多家企业和大学加入了WWRF。 

  WWRF和ITU、IEEE比较起来,ITU和IEEE是进行技术标准化的场所;WWRF则是在标准化确定之前促使企业和研究机构达成共识的场所,以使ITU和IEEE等标准化工作的内部磋商更加顺利。 

  WWRF非常关注中国未来移动通讯技术的发展。第八届世界无线研究论坛于2004年2月首次在中国召开,表明中国在亚洲乃至世界无线通讯领域的重要地位。在加拿大多伦多召开的WWRF第12次会议上,北京邮电大学电信工程学院无线新技术研究室主任张平教授成功当选为WWRF副主席,负责WWRF在亚太地区及澳大利亚的相关事务,包括推动和协调该地区无线通信研究的发展及合作关系,以及与世界其它地区的沟通及合作等。 

  3.3 WINNER 

  为了加强欧盟国与国之间的科研合作,欧盟从1984年开始实施名为“框架计划(Framework Programmes)”的研发计划。欧盟框架计划是4年一期的滚动项目,目前正在实施的是第六个框架计划(2002-2006)。欧盟框架计划的研究水平高、涉及领域广、投资力度大、参与国家多,资金投入也不断增加,第四个框架计划资金投入为132.15亿欧元,第五个框架计划为149.6亿欧元,到第六个框架计划则增至175亿欧元。 

  在第六个框架计划中,信息科学技术领域的投资总共36亿欧元,其中为了巩固欧盟在移动通信领域的领先地位,欧盟在3G技术刚刚开始商用的时候,已经开始对B3G系统开展深入的研究,WINNER(Wireless World Initiative New Radio)项目第一阶段(2004-2005)的资金投入为2100万欧元,旨在研发一种创新的无线通信技术。 

  WINNER项目旨在研发一种创新的无线接入技术,具有更高的灵活性和可扩展性,能够在不同的无线环境下提供多种数据速率的服务。WINNER希望以一个无处不在的无线通信系统代替目前多种系统(蜂窝、WLAN和近距离无线接入等)共存的格局,这个系统能够在近距离到广域全面覆盖,在各种无线环境下自适应地提供各种业务和应用。 

  WINNER项目主要分为三个阶段:第一阶段(2004-2005):需求分析、技术评估和初步系统设计。第二阶段(2006-2007):进一步系统设计、优化,准备技术试验。第三阶段(2008-2009):系统优化和技术试验。 

  WINNER项目PhaseⅠ中共包括39个成员,Phase Ⅱ又在众多申请者中经过多次筛选增加了4个成员,总共将包括43个成员。 

  3.4 mITF 

  日本于2001年6月成立了mITF,下设B3G移动通信委员会,由运营商、制造商和高等院校参加。日本的ARIB(Association of Radio Industry and Business)在mITF中发挥了主导作用。mITF的B3G研究委员会还下设技术子委员会和应用子委员会。 

  成立移动IT论坛的目标是通过早日开展关于未来移动通信系统和服务的研发,研究其标准化问题,协调相关组织,采集信息,采取促进和指导性活动,实现未来移动通信系统和服务,例如第四代移动通信系统和移动商务,由此为无线频谱的合理应用做出贡献。 

  到目前为止,mITF已经完成了B3G技术的Vision、系统要求和技术分析三个文档。 

  Vision文档又名“飞毯(Flying Carpet)”,以一种幽默可爱的笔调,描述了未来社会中无线通信技术的地位和作用。系统需求文档从业务、业务平台、核心网和无线技术四个部分分析了B3G系统的需求。技术分析文档分为无线技术和终端要求两个部分。遗憾的是,这两个文档还没有英文版本。 

  3.5 NGMC 

  韩国信息通信部MIC于2003年9月29日成立了下一代移动通信论坛NGMC(Next Generation Mobile Communications Committee)来专门进行B3G通信系统方面的研究。该组织如同WWRF,mITF,FuTURE组织一样将工作目标定位为B3G技术及其应用的展望与研发,力图出台本国的B3G标准并进行紧密的国际合作以及对B3G的频谱分配和使用进行调研和规划。 

  NGMC下设业务与市场子工作组、系统与技术子工作组和频谱历史临时任务组,分别负责业务、技术和频谱方面的工作。到目前为止,NGMC已经完成了Vision方面的工作,但是这些文件仍然没有英文版本。 

  4、类似技术的发展趋势 

  4.1 LTE和AIE 

  3GPP从2004年下半年开始启动了“长期演进”项目,简写为LTE项目。 

  从时间上看,该项目计划在2007年年中完成标准的制定工作,在2008年或者2009年将产品推向市场。其中标准化工作又划分为两个阶段,第一阶段定在2006年年中,主要完成相关的技术研究,形成研究报告。然而使用一年左右的时间,完成标准的撰写工作。 

  从技术要求方面来看,3GPP的奋斗目标是实现一个下行达到100Mbit/s,上行达到50Mbit/s的系统。这个系统的重点是提供数据业务,常规的语音业务不再考虑。为了支持更多的用户和更多的业务量,这个系统要求频谱效率比现有的系统提高3-4倍,即达到5bit/s/Hz的水平。为了实现前述奋斗目标,3GPP考虑引入大量的先进技术,这样与现有的WCDMA系统的后向兼容将不再是一个重点考虑的问题。 

  经过大半年的努力,3GPP已经取得了一系列重要的进展。在无线接口方面,已经确定前向采用OFDMA技术,而反向采用SC-FDMA技术。在网络结构方面,正在考虑采用简化的网络结构,例如将Node B直接接入到分组网络中,以减少网络层次,降低数据传输时延和呼叫建立时延,满足实时数据业务的需要。 

  在3GPP开展研究工作的同时,3GPP2也在2005年初启动了“空中接口演进”项目,简称AIE项目。 

  在技术目标方面,3GPP2的部分目标是与3GPP相似的,如提高频谱资源利用率,提高数据业务的传输速率等。但是,也有部分目标是不同的。3GPP2在强调提高数据业务速率的时候,同时也强调提高语音业务的容量。同时,按照cdma2000系列标准的一贯传统,强调技术的后向兼容性。 

  为了实现预定的技术目标,3GPP2将工作分成了两个阶段。 

  第一阶段主要目的是尽快向市场推出高速数据业务,同时保持后向兼容性。为了达到这个目的,3GPP2采用了多载波技术,将多个EV-DO的载波捆绑在一起,共同提供高速数据业务。由于每个载波都与原来的载波相同,所以维持了良好的后向兼容性,同时标准化和市场化的进程都很快。预计在2006年的2月,相关的标准制定工作就可以完成。 

  3GPP2的第二阶段工作刚刚启动。预计在这个阶段中,将引入大量的新技术。根据工作计划,3GPP2将在2006年3月完成候选技术的征集工作,然后在这些候选技术的基础上进行选择和融合工作,计划在2007年年中结束标准化工作。 

  4.2 宽带无线接入技术 

  IEEE802.16标准又称为IEEE Wireless MAN空中接口标准,简称WiMAX,它对工作于不同频段的宽带无线接入系统空中接口进行了规范。WiMAX被设计用于广范围的宽带无线接入部署场景,包括室外视距(LOS)条件下长距离(高达50km)的部署直至市区环境非视距(NLOS)短距离的部署。在这些场景中,基于IEEE802.16标准的高速无线宽带技术为运营商、无线互联网服务提供商和设备制造商带了一个全新的、经济可行的市场机遇。IEEE 802.16无线技术可帮助弥补宽带覆盖范围空白区域,为家庭和企业用户享受无线宽带接入服务提供新的选择。 

  IEEE 802.16标准系列到目前为止包括802.16,802.16a,802.16c,802.16d,802.16e,802.16f和802.16g共七个标准。其中802.16,16a,16d属于固定无线接入空中接口标准,而802.16e属于移动宽带无线接入空中标准。 

  802.16e标准相对于前几个标准的最大区别在于对移动性的支持。该标准规定了可同时支持固定和移动宽带无线接入的系统,工作在大于6GHz适宜于移动性的许可频段,可支持用户终端以车辆速度移动,同时802.16d规定的固定无线接入用户能力并不因此受到影响。802.16e标准规定了支持基站或扇区间高层切换的功能。802.16e标准已于2005年12月批准。 

  802.16f是2004年7月正式成立的任务组,该任务组将负责制定802.16f标准,定义802.16固定无线接入系统MAC层和物理层的管理信息库(MIB)以及相关的管理流程。标准目前的版本为D6,计划2006年发布。 

  802.16g也是2004年7月正式成立的任务组,标准制定的目的是为了规定802.16管理流程和接口,从而能够实现802.16设备的互操作性和对网络资源、移动性和频谱的有效管理。802.16g标准的主要工作是围绕管理平面进行,与WiMAX论坛网络工作组(NWG)关系密切。该标准的制定工作目前正处于制定baseline阶段,计划2007年发布。 

  5、我国的一些考虑 

  在移动通信高速发展的市场背景下,各种力量都在这个充满希望的领域进行博弈。总的来说,可以划分为两个基本的利益团体。 

  一是既得利益者,主要包括爱立信、诺基亚和高通等公司,他们利用3GPP和3GPP2等组织不断推进传统蜂窝技术的发展和改进。 

  二是新进入者,包括以韩国为代表的新兴国家,以及以INTEL为代表的IT领域的厂商。他们通常以宽带无线接入技术,或者其他方式力图进入移动通信市场。 

  在某种意义上,我国也是移动通信领域的新兴国家,也希望在未来的移动通信市场上占有更大的份额。因此,我们也需要付出更大的努力。 

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