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1 我國移動通信發展現狀<BR> 移動通信是我國最具發展活力的產業之一。1987年至2000年的十余年間,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。<BR> 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,中國聯通在全國范圍內開始規模發展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系統。<BR> 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,我國將于2003年底前完成第三代移動通信系統的技術試驗,并于2004年開始第三代移動通信系統的商用化。根據有關專家的預測,2010年第三代移動通信系統的市場規模將達到10000億人民幣。<BR> 與上述移動通信市場迅速發展形成鮮明對比的是,我國移動通信制造業由于起步晚,基礎薄弱,缺乏核心技術等原因,在與國外大型制造企業的競爭中處于不利地位,民族企業的市場占有率目前僅為20%左右。由于缺乏核心競爭力,民族企業的盈利空間相對低下,經濟效益難以提高。<BR> 在國家八六三計劃和信息產業部移動通信專項基金等方面的支持下,我國在第三代移動通信系統研究開發方面取得了巨大進展,掌握了一大批核心技術,完成了WCDMA和cdma2000-1x現場試驗系統的研制,并提出了擁有自主知識產權的第三代移動通信體制標準TD-SCDMA。隨著我國在集成電路設計和加工方面取得重要進展,有望于2004年前后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。<BR> 盡管與發達國家的差距日趨縮小,但應當看到我國在無線通信領域的研發布局還不夠合理,超前性和戰略性的研究相對薄弱,未能建立一支相對穩定的超前性研發隊伍,也未能在新技術、新體制、新標準的創立初期形成研究優勢,導致在戰略上受制于人。<BR> 與我國其它領域的研究狀況類似,我國信息領域大型的研究計劃基本處于相對比較封閉的狀態。一方面,由于體制方面的原因,位于國際一流水平的國外研究機構和生產廠商無法直接參與我國信息領域的大型科研計劃。另一方面,我國信息領域的大型研究計劃常常無法直接與國際技術發展與標準化進程相銜接,參研人員走向國際舞臺的程度不高,研究成果對國際主流技術發展的影響不夠。<BR> 2 國際移動通信發展趨勢<BR> 盡管發達國家的經濟發展處于衰退的邊沿,導致移動通信產業在世界范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,基于GSM電路交換的WAP數據業務在世界范圍內遭受挫折,基于GPRS的移動數據業務也在艱難中跋涉。<BR> 盡管如此,國際上第三代移動通信的商用化逐步在全球范圍內進入實施階段。一方面,第三代移動通信技術除了能夠支持更高速率的移動多媒體業務外,還提供更高的頻譜效率和服務質量,對于新興的移動運營商具有較大的吸引力。另一方面,歐洲國家的各大運營商已經耗費了巨額資金獲得了第三代移動通信運營執照,為了應對來自資本市場的壓力,紛紛采取合作與重組的方式,逐步推進3G網絡的建設,其中歐洲的大部分運營商計劃于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已于2001年年底實現cdma2000-1x的商用化。與此同時,日本DoCoMo于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。<BR> 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等標準化組織正在制定基于全IP的第三代移動通信增強型體制標準。為迎合該方面的發展,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制定之中,其分組業務峰值傳輸速率將達到8Mbps以上。<BR> 3未來通信發展<BR> 隨著第三代移動通信系統逐漸進入商用,國內外有關第四代移動通信的研究已初見端倪。日本和韓國于2002年啟動了面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”之后的第四代移動通信研究的概念、需求與基本框架研究,并將把第四代移動通信系統列入將于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,已于近期啟動。<BR> 在ITU,有關Beyond IMT-2000的概念與需求研究于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,并初步明確了Beyond IMT-2000研究的如下基本框架:<BR> Beyond IMT-2000是指廣泛用于各種電信環境的無線系統的總和,包括蜂窩、固定無線接入、游牧(Nordic)接入系統等。Beyond IMT-2000的能力將含蓋并遠遠超出IMT-2000系統及與其進行互連的無線系統的能力,含蓋了目前的IMT-2000、無線接入、數字廣播等系統的能力,并將新增兩個部分,即支持約100Mbps的蜂窩系統和支持高達1Gbps以上速率的游牧/本地無線接入系統等。<BR> 圖1為Beyond IMT-2000的支持能力及系統組成示意圖。而Beyond 3G蜂窩通信系統將是未來研究的核心所在。<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20069291358898493.bmp" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20069291358898493.bmp" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> </P><P> 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)將于2002年6月完成,于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年之后開始商用。<BR> 由上述可知,目前國際上有關第四代移動通信的研究還處于初期階段,其基本需求、核心技術還處于萌芽階段。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年產生一代新體制的發展規律。事實上,在一代移動通信技術開始走向商用時,啟動更新一代移動通信技術的基礎性研究已經成為國際慣例。在國際上取得巨大成功的第二代移動通信標準GSM的發展始于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,并開始進入市場。國際上的有識之士,就于當時提出了面向2000年的全球統一的FPLMTS研究計劃,并經過近10年的努力,形成了成為眾所周知的第三代移動通信體制標準IMT-2000。<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20069291411549934.bmp" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20069291411549934.bmp" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> <BR> 圖2、ITU有關Beyond IMT2000研究的時間表<BR> 如同3G系統與2G系統之間的關系一樣,4G系統不可能在一夜之間取代3G系統,更不可能跨越3G系統而直接投入應用。制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系統在未來的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)將作為蜂窩系統的補充,較好地應用于局部區域的覆蓋,但由于其故有的碰撞檢測與重發機制,在用戶數極為密集的地區,頻譜效率將急劇下降,也難以適用于多小區、快速移動環境下的全程業務覆蓋。此外現有的WLAN尚不具備功率控制功能,目前尚未能解決應用于手持終端時的功耗問題,等等。從上述角度來說,3G系統是不可替代的。<BR> 另一方面,并不能因為4G系統的實用化期定于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、新體制標準產生的初期加入國際競爭,則無法掌握未來移動通信的核心知識產權,無法擺脫我國在移動通信技術發展上長期受制于人的被動局面,無法對國際主流移動通信技術和標準產生影響,使之朝著對我國未來移動通信產業有力的方向發展。<BR> 從技術的角度來說,第四代移動通信應與IMT-2000以及目前制定之中的增強型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。這是由于:<BR> 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系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技術由于其捕獲與同步方面的限制,很難直接應用于4G系統。如果生搬硬套,將無法適應這一需求。這意味著我們需運用全新的理念,設計全新的無線傳輸方法及其網絡結構,最大程度地滿足未來移動通信業務需求方面的變化。事實上,從3G增強型標準的發展來看,這種趨勢已經顯現,時分技術被更多地采用,以適應分組數據的突發傳輸特性。碼分技術的作用則被弱化,更多地被應用于無線資源的聚類(Cluster)分配,而非傳統意義上的用戶碼分配?梢灶A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。<BR> 第二,未來移動通信系統的峰值傳輸速率應為3G系統的10至50倍,達到20Mbps至100Mbps,在2GHz以上的傳統蜂窩移動通信頻段上無法滿足這一要求,需要開發頻率更高的無線資源。由此所帶來的問題是,電波的傳輸特性將更為惡劣,受天氣以及物理環境的影響更大。如果采用傳統意義上的蜂窩移動通信技術,則發射功率需相應地增加十倍甚至上百倍,電磁兼容問題將變得無法容忍。因此需要采用全新的小區結構解決此問題。<BR> 第三,可用于移動通信的頻率資源是極為有限的,必需倍加珍惜,精心設計。為在有限的頻段上為用戶提供更高的傳輸速率,需要采用全新的技術使整個系統的頻譜利用率較現有的技術提高一個量級以上。信息論的研究結果表明,采用多輸入多輸出(MIMO)的多天線技術可以使蜂窩通信的系統容量不加限制地提高,這為未來移動通信的技術發展指明了方向。但在實際系統中,特別是在體積受限的移動終端上,如何實施MIMO有許多挑戰性的理論與技術問題有待于研究?梢灶A見,未來信號處理器以及專用集成電路的大幅提高,也將使一些較為復雜的技術,如聯合發送、聯合檢測、Turbo接收等,在實現上成為可能。<BR> 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。<BR> 對于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。<BR> 第四代移動通信的基本概念還處于研究階段,目前還難以用準確地語言加以描述。概括起來,未來的第四代移動通信應當具備以下基本特征:<BR> 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。<BR> 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。<BR> 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。<BR> 基于以上考慮,我們認為4G蜂窩通信系統研究應具有以下基本特征:<BR> 基于IPv6核心網的互連互通;<BR> 地面網絡承載與控制全程分離,符合全IP發展趨勢;<BR> 支持個人可攜帶資源(MIP/M-eN)的全程漫游與切換;<BR> 無線網絡對于核心網絡透明,CC/MM位于核心網側(無線接入用戶與固定接入用戶等同),RR/LL/PL全部位于接入層;<BR> 分類端到端QoS,實時業務的QoS優于現有電信級;<BR> 全新的基于時空聯合處理、網絡分集等新技術的蜂窩系統,發射能量較3G系統降低10dB以上;頻率利用率較3G系統提高5至20倍,達到3-10Bits/Hz/s;<BR> 特別適合于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,適用于大動態范圍(10kbps-100Mbps)業務;<BR> 與區域性的無線接入系統和自組織網絡的無縫聯接等。</P><P>
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