1 我國移動通信發展現狀 移動通信是我國最具發展活力的產業之一。1987年至2000年的十餘年間,我國移動通信用戶總數以年均100%增長速率迅猛發展,目前已擁有2.1億用戶,年產值約為2000億人民幣,其規模已超過占美國,成為世界上規模最大的電信市場。據有關部門預測,2005年我國移動通信用戶數將達到3.5億,普及率將由現在的10%增加至20%。與世界上移動通信普及率最高的國家相比,我國移動通信的發展潛力巨大。 GSM是占據我國移動通信市場絕大部分份額的移動通信技術,目前約占我國移動通信用戶總數的97%。2001年初,中國聯通在全國範圍內開始規模發展800MHz IS-95A CDMA網絡。根據其規劃,至2001年CDMA網絡容量將達到1400萬,至2004年CDMA網絡容量將達到4000萬,用戶數將達2800萬。與此同時,中國移動開始在全國主要城市部署支持分組數據業務的GSM GPRS係統。 隨著移動用戶數的增加和人們物質生活水平的提高,以提供話音業務為主的傳統GSM和CDMA技術已逐漸難以滿足需求。能夠提供無線Internet業務和多媒體業務的第三代移動通信商用化已提上議事日程。按照有關部門的計劃,我國將於2003年底前完成第三代移動通信係統的技術試驗,並於2004年開始第三代移動通信係統的商用化。根據有關專家的預測,2010年第三代移動通信係統的市場規模將達到10000億人民幣。 與yu上shang述shu移yi動dong通tong信xin市shi場chang迅xun速su發fa展zhan形xing成cheng鮮xian明ming對dui比bi的de是shi,我wo國guo移yi動dong通tong信xin製zhi造zao業ye由you於yu起qi步bu晚wan,基ji礎chu薄bo弱ruo,缺que乏fa核he心xin技ji術shu等deng原yuan因yin,在zai與yu國guo外wai大da型xing製zhi造zao企qi業ye的de競jing爭zheng中zhong處chu於yu不bu利li地di位wei,民min族zu企qi業ye的de市shi場chang占zhan有you率lv目mu前qian僅jin為wei20%左右。由於缺乏核心競爭力,民族企業的盈利空間相對低下,經濟效益難以提高。 在(zai)國(guo)家(jia)八(ba)六(liu)三(san)計(ji)劃(hua)和(he)信(xin)息(xi)產(chan)業(ye)部(bu)移(yi)動(dong)通(tong)信(xin)專(zhuan)項(xiang)基(ji)金(jin)等(deng)方(fang)麵(mian)的(de)支(zhi)持(chi)下(xia),我(wo)國(guo)在(zai)第(di)三(san)代(dai)移(yi)動(dong)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)研(yan)究(jiu)開(kai)發(fa)方(fang)麵(mian)取(qu)得(de)了(le)巨(ju)大(da)進(jin)展(zhan),掌(zhang)握(wo)了(le)一(yi)大(da)批(pi)核(he)心(xin)技(ji)術(shu),完(wan)成(cheng)了(le)WCDMA和cdma2000-1x現場試驗係統的研製,並提出了擁有自主知識產權的第三代移動通信體製標準TD-SCDMA。隨著我國在集成電路設計和加工方麵取得重要進展,有望於2004年前後實現移動通信產業核心技術的重要突破,從而實現我國移動通信產業質的飛躍。 jinguanyufadaguojiadechajuriqusuoxiao,danyingdangkandaowoguozaiwuxiantongxinlingyudeyanfabujuhaibugouheli,chaoqianxinghezhanlvexingdeyanjiuxiangduiboruo,weinengjianliyizhixiangduiwendingdechaoqianxingyanfaduiwu,yeweinengzaixinjishu、新體製、新標準的創立初期形成研究優勢,導致在戰略上受製於人。 與(yu)我(wo)國(guo)其(qi)它(ta)領(ling)域(yu)的(de)研(yan)究(jiu)狀(zhuang)況(kuang)類(lei)似(si),我(wo)國(guo)信(xin)息(xi)領(ling)域(yu)大(da)型(xing)的(de)研(yan)究(jiu)計(ji)劃(hua)基(ji)本(ben)處(chu)於(yu)相(xiang)對(dui)比(bi)較(jiao)封(feng)閉(bi)的(de)狀(zhuang)態(tai)。一(yi)方(fang)麵(mian),由(you)於(yu)體(ti)製(zhi)方(fang)麵(mian)的(de)原(yuan)因(yin),位(wei)於(yu)國(guo)際(ji)一(yi)流(liu)水(shui)平(ping)的(de)國(guo)外(wai)研(yan)究(jiu)機(ji)構(gou)和(he)生(sheng)產(chan)廠(chang)商(shang)無(wu)法(fa)直(zhi)接(jie)參(can)與(yu)我(wo)國(guo)信(xin)息(xi)領(ling)域(yu)的(de)大(da)型(xing)科(ke)研(yan)計(ji)劃(hua)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian),我(wo)國(guo)信(xin)息(xi)領(ling)域(yu)的(de)大(da)型(xing)研(yan)究(jiu)計(ji)劃(hua)常(chang)常(chang)無(wu)法(fa)直(zhi)接(jie)與(yu)國(guo)際(ji)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)與(yu)標(biao)準(zhun)化(hua)進(jin)程(cheng)相(xiang)銜(xian)接(jie),參(can)研(yan)人(ren)員(yuan)走(zou)向(xiang)國(guo)際(ji)舞(wu)台(tai)的(de)程(cheng)度(du)不(bu)高(gao),研(yan)究(jiu)成(cheng)果(guo)對(dui)國(guo)際(ji)主(zhu)流(liu)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)的(de)影(ying)響(xiang)不(bu)夠(gou)。 2 國際移動通信發展趨勢 盡管發達國家的經濟發展處於衰退的邊沿,導致移動通信產業在世界範圍內的發展速度放緩,用戶平均收入(ARPU)也日趨下降,但總量仍保持兩位數以上的增長。發達國家的移動通信用戶覆蓋率大多已達到70-80%,已接近飽和,為了維持移動通信產業的進一步發展,急需推出能夠吸引用戶的高附加值數據業務。但不幸的是,移動數據業務的起飛遠非人們設想的那樣簡單,基於GSM電路交換的WAP數據業務在世界範圍內遭受挫折,基於GPRS的移動數據業務也在艱難中跋涉。 盡(jin)管(guan)如(ru)此(ci),國(guo)際(ji)上(shang)第(di)三(san)代(dai)移(yi)動(dong)通(tong)信(xin)的(de)商(shang)用(yong)化(hua)逐(zhu)步(bu)在(zai)全(quan)球(qiu)範(fan)圍(wei)內(nei)進(jin)入(ru)實(shi)施(shi)階(jie)段(duan)。一(yi)方(fang)麵(mian),第(di)三(san)代(dai)移(yi)動(dong)通(tong)信(xin)技(ji)術(shu)除(chu)了(le)能(neng)夠(gou)支(zhi)持(chi)更(geng)高(gao)速(su)率(lv)的(de)移(yi)動(dong)多(duo)媒(mei)體(ti)業(ye)務(wu)外(wai),還(hai)提(ti)供(gong)更(geng)高(gao)的(de)頻(pin)譜(pu)效(xiao)率(lv)和(he)服(fu)務(wu)質(zhi)量(liang),對(dui)於(yu)新(xin)興(xing)的(de)移(yi)動(dong)運(yun)營(ying)商(shang)具(ju)有(you)較(jiao)大(da)的(de)吸(xi)引(yin)力(li)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian),歐(ou)洲(zhou)國(guo)家(jia)的(de)各(ge)大(da)運(yun)營(ying)商(shang)已(yi)經(jing)耗(hao)費(fei)了(le)巨(ju)額(e)資(zi)金(jin)獲(huo)得(de)了(le)第(di)三(san)代(dai)移(yi)動(dong)通(tong)信(xin)運(yun)營(ying)執(zhi)照(zhao),為(wei)了(le)應(ying)對(dui)來(lai)自(zi)資(zi)本(ben)市(shi)場(chang)的(de)壓(ya)力(li),紛(fen)紛(fen)采(cai)取(qu)合(he)作(zuo)與(yu)重(zhong)組(zu)的(de)方(fang)式(shi),逐(zhu)步(bu)推(tui)進(jin)3G網絡的建設,其中歐洲的大部分運營商計劃於2003年開始對WCDMA技術進行試商用。而北美Spring PCS,Bell Mobility, Verizon Wireless,日本的KDDI及韓國的KT已於2001年年底實現cdma2000-1x的商用化。與此同時,日本DoCoMo於2001年10月初步實現了WCDMA的商用化。根據對有關電信運營商的調查,與位置有關的信息點播業務、多媒體短信業務、移動上網瀏覽業務、移動電子商務、交互式娛樂業務將是未來最具發展前景的移動通信業務。 Internet業務的日益普及,促使移動通信技術向全IP方向發展。目前3GPP和3GPP2等標準化組織正在製定基於全IP的第三代移動通信增強型體製標準。為迎合該方麵的發展,3GPP2已提出了能夠支持高速分組業務(峰值速率為4至5Mbps)的cdam2000-1x/EV標準。3GPP也在進行類似的工作,一個名為HSPDA增強性第三代移動通信標準正在製定之中,其分組業務峰值傳輸速率將達到8Mbps以上。 3未來通信發展 隨著第三代移動通信係統逐漸進入商用,國內外有關第四代移動通信的研究已初見端倪。日本和韓國於2002年啟動了麵向第四代移動通信的mTIF和K4G研究計劃。歐盟在前期研究計劃(第五框架研究計劃)的基礎上,成立了世界無線通信研究論壇(WWRF),著手進行“IMT2000”之後的第四代移動通信研究的概念、需求與基本框架研究,並將把第四代移動通信係統列入將於2003年啟動的歐盟“第六框架研究計劃”。在我國,第四代移動通信已被正式列入國家八六三“十五”研究計劃,已於近期啟動。 在ITU,有關Beyond IMT-2000的概念與需求研究於1999年被首次列入議事日程,2001年10月在東京進行的ITU-R WP8F會議上,已收到較多有關Beyond IMT-2000的研究提案,並初步明確了Beyond IMT-2000研究的如下基本框架: Beyond IMT-2000是指廣泛用於各種電信環境的無線係統的總和,包括蜂窩、固定無線接入、遊牧(Nordic)接入係統等。Beyond IMT-2000的能力將含蓋並遠遠超出IMT-2000係統及與其進行互連的無線係統的能力,含蓋了目前的IMT-2000、無線接入、數字廣播等係統的能力,並將新增兩個部分,即支持約100Mbps的蜂窩係統和支持高達1Gbps以上速率的遊牧/本地無線接入係統等。 圖1為Beyond IMT-2000的支持能力及係統組成示意圖。而Beyond 3G蜂窩通信係統將是未來研究的核心所在。 圖2示出了ITU有關Beyond IMT2000研究的時間表,其總體目標及遠景(Vision)將於2002年6月完成,於2005/2006年進行頻譜規劃,2010年左右完成全球統一的標準化工作,2012年之後開始商用。 由上述可知,目前國際上有關第四代移動通信的研究還處於初期階段,其基本需求、核心技術還處於萌芽階段。但較為明確的一點是,第四代移動通信的實用期定在2012年。這符合移動通信技術每10年(nian)產(chan)生(sheng)一(yi)代(dai)新(xin)體(ti)製(zhi)的(de)發(fa)展(zhan)規(gui)律(lv)。事(shi)實(shi)上(shang),在(zai)一(yi)代(dai)移(yi)動(dong)通(tong)信(xin)技(ji)術(shu)開(kai)始(shi)走(zou)向(xiang)商(shang)用(yong)時(shi),啟(qi)動(dong)更(geng)新(xin)一(yi)代(dai)移(yi)動(dong)通(tong)信(xin)技(ji)術(shu)的(de)基(ji)礎(chu)性(xing)研(yan)究(jiu)已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)國(guo)際(ji)慣(guan)例(li)。在(zai)國(guo)際(ji)上(shang)取(qu)得(de)巨(ju)大(da)成(cheng)功(gong)的(de)第(di)二(er)代(dai)移(yi)動(dong)通(tong)信(xin)標(biao)準(zhun)GSM的發展始於80中期,當時第一代模擬移動通信剛剛在發達國家投入商用。90年代初,歐洲的GSM、日本的PDC和美國的D-AMPS等技術已基本成熟,並開始進入市場。國際上的有識之士,就於當時提出了麵向2000年的全球統一的FPLMTS研究計劃,並經過近10年的努力,形成了成為眾所周知的第三代移動通信體製標準IMT-2000。 圖2、ITU有關Beyond IMT2000研究的時間表 如同3G係統與2G係統之間的關係一樣,4G係統不可能在一夜之間取代3G係統,更不可能跨越3G係統而直接投入應用。製定一個全世界統一的4G標準需要耗費5至7年的時間,而現有的2G係統在未來的5至7年是無法滿足日益增長的通信需求的。無線局域網(WLAN)將(jiang)作(zuo)為(wei)蜂(feng)窩(wo)係(xi)統(tong)的(de)補(bu)充(chong),較(jiao)好(hao)地(di)應(ying)用(yong)於(yu)局(ju)部(bu)區(qu)域(yu)的(de)覆(fu)蓋(gai),但(dan)由(you)於(yu)其(qi)故(gu)有(you)的(de)碰(peng)撞(zhuang)檢(jian)測(ce)與(yu)重(zhong)發(fa)機(ji)製(zhi),在(zai)用(yong)戶(hu)數(shu)極(ji)為(wei)密(mi)集(ji)的(de)地(di)區(qu),頻(pin)譜(pu)效(xiao)率(lv)將(jiang)急(ji)劇(ju)下(xia)降(jiang),也(ye)難(nan)以(yi)適(shi)用(yong)於(yu)多(duo)小(xiao)區(qu)、快速移動環境下的全程業務覆蓋。此外現有的WLAN尚不具備功率控製功能,目前尚未能解決應用於手持終端時的功耗問題,等等。從上述角度來說,3G係統是不可替代的。 另一方麵,並不能因為4G係統的實用化期定於2012年,而否定現在國內外有關4G研究工作的重大意義。未來通信產業的發展越來越多地體現在核心知識產權與標準的競爭,若不能新技術、新xin體ti製zhi標biao準zhun產chan生sheng的de初chu期qi加jia入ru國guo際ji競jing爭zheng,則ze無wu法fa掌zhang握wo未wei來lai移yi動dong通tong信xin的de核he心xin知zhi識shi產chan權quan,無wu法fa擺bai脫tuo我wo國guo在zai移yi動dong通tong信xin技ji術shu發fa展zhan上shang長chang期qi受shou製zhi於yu人ren的de被bei動dong局ju麵mian,無wu法fa對dui國guo際ji主zhu流liu移yi動dong通tong信xin技ji術shu和he標biao準zhun產chan生sheng影ying響xiang,使shi之zhi朝chao著zhe對dui我wo國guo未wei來lai移yi動dong通tong信xin產chan業ye有you力li的de方fang向xiang發fa展zhan。 從技術的角度來說,第四代移動通信應與IMT-2000以及目前製定之中的增強型3G標準有本質性的區別,其核心網絡可以以演進形式發展,但空中接口應當是革命性的。這是由於: 第一,數據業務將從從屬地位上升為主導地位,其比例將從目前總流量的10-20%上升至總流量的80%以上,分組數據業務將占據成分,話音業務的比例將逐漸降低。傳統的蜂窩移動通信係統是以滿足話音業務需求而設計的,3G所采用的直接擴頻CDMA技術由於其捕獲與同步方麵的限製,很難直接應用於4Gxitong。ruguoshengbanyingtao,jiangwufashiyingzheyixuqiu。zheyiweizhewomenxuyunyongquanxindelinian,shejiquanxindewuxianchuanshufangfajiqiwangluojiegou,zuidachengdudimanzuweilaiyidongtongxinyewuxuqiufangmiandebianhua。shishishang,cong3G增zeng強qiang型xing標biao準zhun的de發fa展zhan來lai看kan,這zhe種zhong趨qu勢shi已yi經jing顯xian現xian,時shi分fen技ji術shu被bei更geng多duo地di采cai用yong,以yi適shi應ying分fen組zu數shu據ju的de突tu發fa傳chuan輸shu特te性xing。碼ma分fen技ji術shu的de作zuo用yong則ze被bei弱ruo化hua,更geng多duo地di被bei應ying用yong於yu無wu線xian資zi源yuan的de聚ju類lei(Cluster)分配,而非傳統意義上的用戶碼分配。可以預見,OFDM以及多載波(MC)與TDMA和CDMA相結合的技術將是較具競爭力的空中接口技術。 第二,未來移動通信係統的峰值傳輸速率應為3G係統的10至50倍,達到20Mbps至100Mbps,在2GHz以(yi)上(shang)的(de)傳(chuan)統(tong)蜂(feng)窩(wo)移(yi)動(dong)通(tong)信(xin)頻(pin)段(duan)上(shang)無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)這(zhe)一(yi)要(yao)求(qiu),需(xu)要(yao)開(kai)發(fa)頻(pin)率(lv)更(geng)高(gao)的(de)無(wu)線(xian)資(zi)源(yuan)。由(you)此(ci)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)問(wen)題(ti)是(shi),電(dian)波(bo)的(de)傳(chuan)輸(shu)特(te)性(xing)將(jiang)更(geng)為(wei)惡(e)劣(lie),受(shou)天(tian)氣(qi)以(yi)及(ji)物(wu)理(li)環(huan)境(jing)的(de)影(ying)響(xiang)更(geng)大(da)。如(ru)果(guo)采(cai)用(yong)傳(chuan)統(tong)意(yi)義(yi)上(shang)的(de)蜂(feng)窩(wo)移(yi)動(dong)通(tong)信(xin)技(ji)術(shu),則(ze)發(fa)射(she)功(gong)率(lv)需(xu)相(xiang)應(ying)地(di)增(zeng)加(jia)十(shi)倍(bei)甚(shen)至(zhi)上(shang)百(bai)倍(bei),電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)問(wen)題(ti)將(jiang)變(bian)得(de)無(wu)法(fa)容(rong)忍(ren)。因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)全(quan)新(xin)的(de)小(xiao)區(qu)結(jie)構(gou)解(jie)決(jue)此(ci)問(wen)題(ti)。 第di三san,可ke用yong於yu移yi動dong通tong信xin的de頻pin率lv資zi源yuan是shi極ji為wei有you限xian的de,必bi需xu倍bei加jia珍zhen惜xi,精jing心xin設she計ji。為wei在zai有you限xian的de頻pin段duan上shang為wei用yong戶hu提ti供gong更geng高gao的de傳chuan輸shu速su率lv,需xu要yao采cai用yong全quan新xin的de技ji術shu使shi整zheng個ge係xi統tong的de頻pin譜pu利li用yong率lv較jiao現xian有you的de技ji術shu提ti高gao一yi個ge量liang級ji以yi上shang。信xin息xi論lun的de研yan究jiu結jie果guo表biao明ming,采cai用yong多duo輸shu入ru多duo輸shu出chu(MIMO)的de多duo天tian線xian技ji術shu可ke以yi使shi蜂feng窩wo通tong信xin的de係xi統tong容rong量liang不bu加jia限xian製zhi地di提ti高gao,這zhe為wei未wei來lai移yi動dong通tong信xin的de技ji術shu發fa展zhan指zhi明ming了le方fang向xiang。但dan在zai實shi際ji係xi統tong中zhong,特te別bie是shi在zai體ti積ji受shou限xian的de移yi動dong終zhong端duan上shang,如ru何he實shi施shiMIMOyouxuduotiaozhanxingdelilunyujishuwentiyoudaiyuyanjiu。keyiyujian,weilaixinhaochuliqiyijizhuanyongjichengdianludedafutigao,yejiangshiyixiejiaoweifuzadejishu,rulianhefasong、聯合檢測、Turbo接收等,在實現上成為可能。 第四,未來移動通信的峰值速率將達到100Mbps以上,但實際用戶所需要的傳輸速率可能會在10kbps至100Mbps之間動態地變化。為滿足這一需求,未來移動通信的無線資源管理調配方式必須極為靈活,能夠高效地適應這一變化。 對於4G核心網絡,IP地址的個人化是未來移動通信的主要發展趨勢之一,具有電信級QoS的IPv6將是未來的主要發展趨勢,其主要原因之一是現有的IPv4不能提供足夠的地址空間。 第di四si代dai移yi動dong通tong信xin的de基ji本ben概gai念nian還hai處chu於yu研yan究jiu階jie段duan,目mu前qian還hai難nan以yi用yong準zhun確que地di語yu言yan加jia以yi描miao述shu。概gai括kuo起qi來lai,未wei來lai的de第di四si代dai移yi動dong通tong信xin應ying當dang具ju備bei以yi下xia基ji本ben特te征zheng: 業務:無論何時何地,能夠為終端用戶提供“身臨其境”的高分辨率業務。 網絡:能夠使用無所不在的“空間分集”技術提供廣域服務,對抗更高頻段上的電波傳輸特性。 終端:在體積受限的情況下,能夠使用革命性的多天線技術,為用戶提供高質量的無線通信服務。 基於以上考慮,我們認為4G蜂窩通信係統研究應具有以下基本特征: 基於IPv6核心網的互連互通; 地麵網絡承載與控製全程分離,符合全IP發展趨勢; 支持個人可攜帶資源(MIP/M-eN)的全程漫遊與切換; 無線網絡對於核心網絡透明,CC/MM位於核心網側(無線接入用戶與固定接入用戶等同),RR/LL/PL全部位於接入層; 分類端到端QoS,實時業務的QoS優於現有電信級; 全新的基於時空聯合處理、網絡分集等新技術的蜂窩係統,發射能量較3G係統降低10dB以上;頻率利用率較3G係統提高5至20倍,達到3-10Bits/Hz/s; 特別適合於分組突發業務的空中接口,峰值傳輸速率達到20-100Mbps,可靈活調配無線資源,適用於大動態範圍(10kbps-100Mbps)業務; 與區域性的無線接入係統和自組織網絡的無縫聯接等。