无线通信前沿技术

1、移动通信是近几年通信各领域中发展最快的领域之一,本文从全球的视角来分析移动通信的发展态势。移动通信是近几年通信各领域中发展最快的领域之一。据全球 GSM 运营商联盟统 计， 2003 年底 GSM 用户已达到 9.7亿，其中新增用户 1.8 亿，共占全球新增用户的 80。 又据移动通信的另一组织 CDMA发展组织(CDG)宣布，2003年全球CDMA新增用户4200 多万，增长率达 29，用户总量突破 1.88 亿。在系统技术层面上，第二代数字移动通信 ( 2G )和第二代半移动通信 ( 2.5G )技术已发展 成熟；第三代移动通信 ( 3G )技术也在日益发展完善， 形成了以欧洲宽带码分多址

2、 (WCDMA) 、 美洲 cdma2000 和中国 TD-SCDMA 为代表的几大技术阵营；而且，后 3G 技术的研发也已 经展开，并取得了一些试验成果。在系统应用层面上，第一代模拟移动通信系骋淹顺鍪谐。壳案鞴 毡椴捎 ?2G 或2.5G 系统，并正在向 3G 系统过渡。从 2G 向 3G 过渡20002004年是移动通信系统从 2G向3G过渡的重要阶段。如果说 2G的发 展是由用户需求牵引的话，那么3G 的发展则在很大程度上是由技术发展来引导消费的。通过几年的发展、演变，目前由2G 向 3G 过渡逐步形成了两种不同的技术演进途径，即GSM GPRSWCDMA 和 cdmaOne(IS-95

3、) cdma2000，其中 GPRS 为 2.5G。在向 3G 过渡的过程中， 如何保护现有的网络投资并使其产生最大的效益是首先值 得重视的问题。因此，在满足业务发展需要的同时，充分利用已建的2G 网络，保护用户业务的连续性，这就要求新建的 3G 网络必须与第二代网络有很好的后向兼容性。目前 GSM 从技术成熟度、运营商数量、厂商支持广泛程度、用户数量等方面在全 球占据着主导地位，是目前全球最大的移动通信系统，为 WCDMA 的发展提供了很好的基 础。但是， WCDMA 最初阶段的发展过程并不顺利。 2001 年 10月 NTT DoCoMo 公司在 日本首先开通了基于 WCDMA 技术的 3

4、G 服务一一 FOMA ，可是该系统业务的发展并不如 之后 KDDI 在日本运营的 cdma2000 1x 系统。其主要原因是技术发展还有待成熟， 成本过高， 而且 3G 手机不能与日本第二代手机 PDC 手机互通。 在欧洲， 3G 的发展也受投资过大和 不能与 GSM 兼容的影响而一直不能走上正轨。 为了顺利地过渡到 WCDMA 系统， GPRS 系 统商用速度加快，目前全球上百家运营商已开通了GPRS业务。同时，通信制造商积极开发WCDMA 手机，降低手机成本。到 2004 年 1月底，已经发放了 120份 WCDMA 牌照，签 署了 89份商业部署合同， 21个网络投入商用， WCDMA

5、 用户大约有 350 万，推出的新型业 务包括视频会议、高速数据、多任务。 WCDMA 系统在未来的 3G 市场上将占居有利的地 位。另一方面，由于美国的cdma2000标准在开发之初就考虑到与现有的IS-95网络兼容，在商用后便取得了成功。在日本FOMA业务开通不久，cdma2000系统在日本、韩国、美国及加拿大等地先后开始商用。 2002 年 1 月韩国又在全球率先启动了数据传输速率最高达 2.4Mb /s的cdma2000 1x EV-DO系统，使cdma2000技术标准势力进一步得到巩固。预计 2006 年 cdma2000lxEV-DV 系统将投入商用。 cdma2000 系统由于能

6、很好地与第二代系统 CDMA 兼容，使得该系统一开始商用就获得了成功， 用户发展很快。 到 2003 年底， cdma2000 用户占所有 3G 用户的 97。全球近 40 的 CDMA 用户在使用 cdma2000 网络。目前， cdma20001xEV-DO 用户的数量为 440 万。中国大唐电信自主研发推出的 TD-SCDMA 技术标准虽然技术上具有一定的优势， 并已获得国际电联的批准，成为三大技术标准之一，但由于起步晚，要取得市场发展， 还需 标准尽快产业化。 2003 年， TD-SCDMA 的国际影响在这一年中进一步扩大。 TD-SCDMA 技术论坛的规模进一步扩大， 其会员已经达

7、到 420 家。而且 TD-SCDMA 论坛正式成为 3GPP 市场代表伙伴，使 TD-SCDMA 技术能够有更多机会被世界所认识，这对 TD-SCDMA 技术 的传播以及产业化的推进有着十分重要的意义。目前， TD-CDMA 产业链已基本形成， 中国政府已明确表示，中国 3G 的发展将由市场来确定。超 3G 技术的发展当第三代移动通信技术还在发展时， 下一代移动移动通信技术的研究已经开始。 ITU 已 将 3G 之后的移动通信技术定义为超 3G (Systems BeyondIMT-2000) ，目前有些国家称为 4G 。1999 年成立的 ITU-R 的 WP 8F 工作组的主要任务是负责

8、 3G 未来发展和超 3G 的 研究。在 2001 年 10月日本举行的第六次会议上讨论提出了“IMT-2000 未来发展及超IMT-2000 的远景框架及总目标 (IMT-VIS) 该文件定义的目标数据传输速率为： IMT-2000 的未 来发展在 2005 年左右实现最高约 30 Mbs 的速率， 而超 3G 在 2010 年左右在高速移动 环境支持最高约 100 Mbs 的速率，在低速移动环境达到1Gbs 速率。WP 8F 提出的超 3G 系统的要求主要包括：高速数据传输，根据移动速度支持各种传输速度(3km / h100Mb / s, 60km / h20Mb/s, 250km /h2

9、Mb /s, 500km /hxMb /s);以 lP 为基础的无线接续，支持 QOS；各系统 (IMT-2000 、WLAN 、 BWA 、卫星、广播 )之间无缝的业务支持,并支持全球漫 游;支持多重模式、支持对称 /非对称业务。Systems Beyond IMT-2000 的含义及数据速率达到 100Mb/s 的概念,在 2002 年 10 月的会议上被通过。超 3G 的概念可称为宽带 (Broad band) 接入和分布网络,技术优势在于通话质量及数据 通信速度。另外,将努力确保投资成本减少,未来的通信费用降低。目前,美国、日本、韩 国、欧洲以及中国都已先后开始了超 3G 的研究,并取

10、得了一定的成果。1日本先行起步日本政府希望日本能够在超 3G 的国际标准方面占有领先地位,为此,日本政府在2001年1月发布的“eapan战略”计划中，规划在2005年前制定4G核心技术标准，并使 之在 2010 年普及。同年 5 月日本总务省官员表示,政府与主要移动通信企业已为4G 技术拟定了基础计划。 6 月 15 日 ,日本信息通信审议会专门委员会完成了 4G 标准提案。该提案将 4G 的实用期定在 2010 年。 IMT-2000 的最大数据通信速度为 2Mbs， 4G 则 将速度提高到了 100Mb / s。另外，通过统一终端的标准，使用户可以自由选择终端的合同 运营商。日本的 4G

11、 研发以 NTT DoCoMo 为主。 2002 年年初 NTT DoCoMo 公司宣称，他们 将投入 4G 无线分组数据传输技术的研发，并开始着手构建初始的实验网络。4G 网络的实验基地位于东京的横须贺市技术开发园， 包括实验的基站和移动终点站。 2002 年 10月， NTT DoCoMo 在室内成功地进行了 4G 传输试验，下行和上行传输速度分别可以达到 100Mb / s和20Mb / s。在此次传输试验中 NTT OoCoMo采用的接入方式为该公司自行开发 的可变扩展因数一正交频分码分多路复用 (VSF-OFCDM) 方式。这种方式像正交频分多路复 用(OFDM) 一样采用多载波，使

12、用与CDMA相同的扩散处理来增大容量。其最大的特点在于，可以根据具体的通信服务来改变时间方向与频率方向的扩散率。这样， 就可以在类似热点的孤立区域， 通过降低扩散率来优先增大容量， 而在手机的多单元环境下， 能够提高扩散 率、增加容量。2韩国政府与企业密切合作韩国政府已计划投资 125 亿韩元开始发展 4G 移动技术，并决定在 2010 年之前再增 加 15 的资金。2002 年 3 月，韩国电子通信研究院 (ETRI) 成立了 4G 远景协会。 对于 4G 移动通信系 统， ETRI 将其定义为是一个高速无线传输技术(高层系统技术 )、热点移动传输技术 (低层系统技术 )、数据网络移动系统技

13、术和世纪业务的通信系统。低层系统技术是支持高速、低成 本的热点地区的移动 Internet 接入业务。低层系统技术目前的一个后选方案是高速移动 Internet 系统 (Hmi) 。高层系统技术是支持高速、大范围的移动 Internet 接入业务。为了实现该远景计划，ETRI计划20022007年进行第一阶段的研究和开发，20082011年进行第二阶段的研究和开发。其中，高层系统试验平台预计20032005年达到100Mb/s的传输速率，20062007年之问加强系统整合；至于低层的高速移动In ternet系统(Hmi)预计在 20032004年达到100Mb / s的传输速率，200620

14、07年超过100Mb /s的传输速率，20082010年达到1Gb/s的速率。目前，韩国政府和商业团体正在从事制定 4G 通信标准工作。韩国电信、 KTM 通信、 SK 电信、 LG 电子和三星电子五大公司已组成了专门研究小组。三星在伦敦还成立了一个 研究小组 Seri。3欧洲强调系统融合在欧洲，超 3G研究活动是以欧盟的信息社会技术(IST)研究计划为中心来进行的。欧盟的研究活动是 4 年一个周期，每个周期都会制定一个框架研究计划。第六框架计划(FP6)的有效期是从 2003 年到 2006 年。欧盟已经将超 3G 的研究列入政府支持的计划中。在 FP6中，1ST被列作优先支持的项目，有总额

15、为36 25亿欧元的经费支持。 在IST中，超3G移动和无线通信系统技术的研究项目获得了最先获得了 9000万欧元的预支经费，占总预支 经费的 80。2001 年 8 月由欧洲主要厂商发起成立了无线世界研究论坛 (WWRF) ，现该论坛已向全 球发展，对 ITU 的工作影响较大。欧洲国家一般认为，超 3G 是一种可以有效地使用频谱的数据通信技术，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 就可以把现有的各种不同的网络融合在一起，比如超3G 网络将会融合卫星和平流层通信并且可以系统、数字广播电视系统，各种蜂窝和准蜂窝系统，无

16、线本地环路和无线局域网， 和 2G 、 3G 兼容。4美国研究移动装备无线访问 Internet 技术美国希望把无线局域网 (WLAN) 技术进行扩展，从而演进为 4G 基础。美国 AT&T 公司已经在实验室中研究 4G 技术，其研究目的是提高蜂窝电话和其他移 动装置无线访问 Internet 的速率。 AT&T 推出的 4G 通信网络的实验，可以配合目前的增强 型数据率传输服务 (EDGE Enhanced Data for Global Evolution) 进行无线上传，并通过 0FDM 技术达到快速下载的目的。 AT&T 称，大约还需要 5 年，这项技术才能发布

17、。5中国也启动了开发新一代无线移动通信系统的步伐中国在成功推出 TD-SCDMA 第三代移动通信技术标准后， 于 2002 年也正式启动了开 发新一代无线移动通信系统的步伐。中国科学技术部已经在国家 “863” 计划中将超 3G 4G 的研究作为战略研究重点领域之一，称为 FuTURE 计划。作为新一代无线移动通信系统技术研究开发的重要项目之一， 2002 年武汉汉网高技术 有限公司、华中科技大学和上海交通大学联手攻克 4G 的核心技术全 IP 蜂窝移动通信 技术，它的数据传输速率是 3G 移动电话的 50 倍，能同时传输语音、文字、图像、视频等 不同类型的数据。尤为重要的是，它融合了 Internet 技术和新一代移动通信技术，这有别于3G 完全脱离现有基础而另建一个网络系统的方式， 将在很大程度上解决 3G 面临的带宽利 用率低、建网和运营成靖摺(15)没褂贸杀靖叩任侍狻?目前，华中科技大学在破解技术难题的基础上， 正致力于建设覆盖半径两公里的实验网， 向产品技术实用化迈进，并开始与运营商、网络厂商、终端设备厂商寻求合作，4G 手