從網絡、傳輸、終端剖析4G系統(tǒng)需求

作者：未來移動通信論壇用戶與系統(tǒng)需求工作組 姚靜
FuTURE論壇理事會下轄的用戶與系統(tǒng)需求工作組承擔著未來移動通訊系統(tǒng)的需求研究，研究內容基于系統(tǒng)支撐的業(yè)務、性能需求、系統(tǒng)能力、移動性、點對點的通訊技術、QoS管理以及終端需求等，包括了網絡需求、無線傳輸需求和終端需求的研究。

網絡需求


工作組研究認為，未來移動通訊系統(tǒng)應該設計在100MHz系統(tǒng)帶寬上實現(xiàn)靜止狀態(tài)下1Gbit/s的峰值速率，移動狀態(tài)下100Mbit/s的峰值速率。FDD系統(tǒng)和TDD系統(tǒng)帶寬的設計都應該支持可變帶寬，最小不低于5MHz，最大不高于100MHz。高頻譜帶寬用于提供高的峰值速率，低頻譜帶寬用于實現(xiàn)低成本方案。

未來移動通信系統(tǒng)應該提供高效的QoS管理架構，在提高性能等級的同時盡量降低復雜度和成本、保證一定的業(yè)務速率以及降低時延等。

未來移動通信系統(tǒng)應該有效支持各種類型的業(yè)務需求，具體可以參見表1。

表1 未來無線通信系統(tǒng)中業(yè)務相關的需求


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未來移動通信系統(tǒng)中高速移動性需求應該滿足：15km/h低時速下系統(tǒng)性能最優(yōu)；中等時速120km/h下保證網絡可以達到高性能；高速350km/h下蜂窩網絡聯(lián)接可以保持；超高速500km/h時網絡可以保持信令連接。

系統(tǒng)切換時延應該同時考慮到無線資源效率和用戶感受。工作組研究認為：RAT內切換時延應該小于20ms；RAT間實時業(yè)務的時延應該小于300ms；RAT間非實時業(yè)務的時延應該小于500ms。

未來移動通信系統(tǒng)應該支持宏蜂窩、微蜂窩、熱點地區(qū)的不同覆蓋需求，支持最大250km、最小50m的覆蓋需求。系統(tǒng)應該支持和舊網絡中遺留下的系統(tǒng)交互工作，該遺留下的系統(tǒng)包括移動網絡系統(tǒng)和固定網絡系統(tǒng)及它們的演進系統(tǒng)。

安全性對于系統(tǒng)至關重要，因為安全問題是運營商和用戶之間的重要關系紐帶。隱私是個體保護自己的信息在個人的控制下進行披露的權利，是通信系統(tǒng)安全性需求的動因。在廣播業(yè)務中如何保護數(shù)字版權內容也同樣需要考慮。

未來移動通信系統(tǒng)的RAN設計應該基于蜂窩技術，系統(tǒng)需求的滿足和性能的提高應該不依賴于無線中繼和分布式天線技術的使用。系統(tǒng)復雜度可以靈活地配置滿足不同架構，如系統(tǒng)天線數(shù)目可以配置（包括單天線）。當達到同樣性能時，應該盡可能降低復雜度及優(yōu)化協(xié)議架構。

無線傳輸需求

未來移動通信系統(tǒng)應該應用高性能的無線寬帶接入技術。

除了部署大范圍的宏蜂窩網絡，分布式或自組織的傳輸技術如無線中繼、Adhoc網絡、終端點對點技術或通過感知無線電技術共享低頻率頻譜等技術，均可以擴大蜂窩網絡的覆蓋范圍，減少低收入用戶的話費成本。

出于網絡運營成本考慮，系統(tǒng)應該能夠非常高的頻譜利用效率，環(huán)境因素和天線數(shù)目越來越限制網絡的部署，以下平均頻譜效率的5％CDF頻譜效率需要同時被滿足，并且部署的天線數(shù)目應該盡可能地少。

●下行平均頻譜效率：基本值3bit/s/Hz；推薦值4bit/s/Hz。

●上行平均頻譜效率：基本值2bit/s/Hz；推薦值3bit/s/Hz。

●下行5%CDF 頻譜效率： 基本值1bit/s/Hz；推薦值1.3bit/s/Hz。

●上行5%CDF頻譜效率：基本值0.7bit/s/Hz；推薦值1bit/s/Hz。

Adhoc技術用于移動終端上可以擴大系統(tǒng)覆蓋范圍消除盲點，并降低傳輸功耗。終端間建立的Adhoc網絡（1跳或多跳）可以不和基站建立連接，也可以通過基站完成連接。

系統(tǒng)還應該提供自配置這樣一項重要功能，可以自適應地根據用戶所在地點選擇最優(yōu)的系統(tǒng)，或者在用戶系統(tǒng)、用戶環(huán)境發(fā)生變化時自適應地選擇最優(yōu)的配置。因此，系統(tǒng)應該提供可以自適應的配置技術，例如調制算法、傳輸速率、錯誤修正、天線技術、多入多出、傳輸功率控制。并且配置功能一定要簡單并易于完成。

為了滿足未來移動通信系統(tǒng)的小區(qū)規(guī)劃，運營商需要考慮更加靈活的網絡架構、先進的無線資源管理以及頻譜管理。小區(qū)規(guī)劃過程應該不僅考慮無線資源特性，還要考慮流量需求，可變的資源和流量配置，異構網絡間的互操作以及頻譜資源管理等提高系統(tǒng)性能，有效降低CAPEX和OPEX。

未來移動通信系統(tǒng)架構的優(yōu)化應該盡量改進無線節(jié)點的功能以減少復雜節(jié)點，整個未來無線通信系統(tǒng)和協(xié)議架構應該簡化。

未來移動通信系統(tǒng)的部署應該最大可能地重用現(xiàn)有站點和天線系統(tǒng)來達到覆蓋要求。系統(tǒng)需要設計為外型減小、重量減輕、低功耗、低成本，且能夠提供較高性能。

終端需求

下一代移動通信系統(tǒng)是以用戶為中心的，用戶可以在任何時間、任何地點與任何人進行通信。用戶希望終端功能多樣化，能夠提供傳統(tǒng)電話功能以及數(shù)碼相機、MP3、地圖導航、電子錢包以及其他功能。為了滿足這些需求，設計所有功能集于一體的終端技術簡單歸納如下。

●智能交互接口。終端應該支持語音識別、翻譯自然語言等功能；用戶在和他人進行操作交互時應該能夠同樣使用自然語言等方式控制終端。

●先進顯示技術。未來移動通信系統(tǒng)應該使用高清晰度、低耗電的顯示技術，能夠提供靜止圖片和連續(xù)視頻的嵌入式相機應該作為基本配置。

●個性化。用戶應該能夠調整終端的配置來滿足自己的需求、習慣和愛好。終端應該能夠在沒有用戶干預的情況下智能記錄用戶行為并自動調整配置滿足用戶個性化需求。

●易攜帶。終端應該支持解放用戶雙手的功能，不再像過去一樣用戶需要在口袋里裝一個傳統(tǒng)手機大小的設備。未來的終端可以嵌入在眼鏡、帽子、衣服、鞋子等里面，并提供傳統(tǒng)終端能夠提供的功能。

●電池。電池是終端長時間操作的重要設備，終端應該能夠支持超過1天的滿負荷工作，包括豐富的媒體語音、視頻監(jiān)控、游戲、音樂下載等服務。未來燃料電池、太陽能電池等其他方式的電源會應用，在保持大小和重量不變的情況下提供數(shù)倍于目前電池的容量。

●不接觸電力供應。由于電池能力的限制，其他多種方式的能量供應需要著重考慮。理想情況是通過微波、光波等方式實現(xiàn)無接觸電力供應。

綜上所述，未來移動通信系統(tǒng)應該不依賴于當前接入網絡，能提供無縫的移動性功能。換言之，系統(tǒng)應該支持在承載系統(tǒng)與其他無線接入系統(tǒng)（如WLAN、WPAN系統(tǒng)）間實現(xiàn)無縫的移動性管理以支持業(yè)務的連續(xù)性。

多模制式的用戶終端可以在重新配置后適應不同的無線網絡，這樣用戶在接入不同無線網絡時不必使用多個終端。

未來移動通信系統(tǒng)應該支持多種終端等級，用來支持不同的復雜性、成本、性能以及其他要素。舉例來說，不同的終端類型的天線數(shù)目不同，單天線用來支持低成本終端，多天線用來支持高性能終端。