從網(wǎng)絡(luò)、傳輸、終端剖析4G系統(tǒng)需求

作者：未來移動(dòng)通信論壇用戶與系統(tǒng)需求工作組 姚靜
FuTURE論壇理事會(huì)下轄的用戶與系統(tǒng)需求工作組承擔(dān)著未來移動(dòng)通訊系統(tǒng)的需求研究，研究內(nèi)容基于系統(tǒng)支撐的業(yè)務(wù)、性能需求、系統(tǒng)能力、移動(dòng)性、點(diǎn)對點(diǎn)的通訊技術(shù)、QoS管理以及終端需求等，包括了網(wǎng)絡(luò)需求、無線傳輸需求和終端需求的研究。

網(wǎng)絡(luò)需求


工作組研究認(rèn)為，未來移動(dòng)通訊系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)在100MHz系統(tǒng)帶寬上實(shí)現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài)下1Gbit/s的峰值速率，移動(dòng)狀態(tài)下100Mbit/s的峰值速率。FDD系統(tǒng)和TDD系統(tǒng)帶寬的設(shè)計(jì)都應(yīng)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(shí)現(xiàn)低成本方案。

未來移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)該提供高效的QoS管理架構(gòu)，在提高性能等級的同時(shí)盡量降低復(fù)雜度和成本、保證一定的業(yè)務(wù)速率以及降低時(shí)延等。

未來移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)該有效支持各種類型的業(yè)務(wù)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(wù)相關(guān)的需求


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未來移動(dòng)通信系統(tǒng)中高速移動(dòng)性需求應(yīng)該滿足：15km/h低時(shí)速下系統(tǒng)性能最優(yōu)；中等時(shí)速120km/h下保證網(wǎng)絡(luò)可以達(dá)到高性能；高速350km/h下蜂窩網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接可以保持；超高速500km/h時(shí)網(wǎng)絡(luò)可以保持信令連接。

系統(tǒng)切換時(shí)延應(yīng)該同時(shí)考慮到無線資源效率和用戶感受。工作組研究認(rèn)為：RAT內(nèi)切換時(shí)延應(yīng)該小于20ms；RAT間實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的時(shí)延應(yīng)該小于300ms；RAT間非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的時(shí)延應(yīng)該小于500ms。

未來移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)該支持宏蜂窩、微蜂窩、熱點(diǎn)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(yīng)該支持和舊網(wǎng)絡(luò)中遺留下的系統(tǒng)交互工作，該遺留下的系統(tǒng)包括移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和固定網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及它們的演進(jìn)系統(tǒng)。

安全性對于系統(tǒng)至關(guān)重要，因?yàn)榘踩珕栴}是運(yùn)營商和用戶之間的重要關(guān)系紐帶。隱私是個(gè)體保護(hù)自己的信息在個(gè)人的控制下進(jìn)行披露的權(quán)利，是通信系統(tǒng)安全性需求的動(dòng)因。在廣播業(yè)務(wù)中如何保護(hù)數(shù)字版權(quán)內(nèi)容也同樣需要考慮。

未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的RAN設(shè)計(jì)應(yīng)該基于蜂窩技術(shù)，系統(tǒng)需求的滿足和性能的提高應(yīng)該不依賴于無線中繼和分布式天線技術(shù)的使用。系統(tǒng)復(fù)雜度可以靈活地配置滿足不同架構(gòu)，如系統(tǒng)天線數(shù)目可以配置（包括單天線）。當(dāng)達(dá)到同樣性能時(shí)，應(yīng)該盡可能降低復(fù)雜度及優(yōu)化協(xié)議架構(gòu)。

無線傳輸需求

未來移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)該應(yīng)用高性能的無線寬帶接入技術(shù)。

除了部署大范圍的宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)，分布式或自組織的傳輸技術(shù)如無線中繼、Adhoc網(wǎng)絡(luò)、終端點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)或通過感知無線電技術(shù)共享低頻率頻譜等技術(shù)，均可以擴(kuò)大蜂窩網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，減少低收入用戶的話費(fèi)成本。

出于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本考慮，系統(tǒng)應(yīng)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(wǎng)絡(luò)的部署，以下平均頻譜效率的5％CDF頻譜效率需要同時(shí)被滿足，并且部署的天線數(shù)目應(yīng)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(shù)用于移動(dòng)終端上可以擴(kuò)大系統(tǒng)覆蓋范圍消除盲點(diǎn)，并降低傳輸功耗。終端間建立的Adhoc網(wǎng)絡(luò)（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(yīng)該提供自配置這樣一項(xiàng)重要功能，可以自適應(yīng)地根據(jù)用戶所在地點(diǎn)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(shí)自適應(yīng)地選擇最優(yōu)的配置。因此，系統(tǒng)應(yīng)該提供可以自適應(yīng)的配置技術(shù)，例如調(diào)制算法、傳輸速率、錯(cuò)誤修正、天線技術(shù)、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(dòng)通信系統(tǒng)的小區(qū)規(guī)劃，運(yùn)營商需要考慮更加靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、先進(jìn)的無線資源管理以及頻譜管理。小區(qū)規(guī)劃過程應(yīng)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(gòu)網(wǎng)絡(luò)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(dòng)通信系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)化應(yīng)該盡量改進(jìn)無線節(jié)點(diǎn)的功能以減少復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，整個(gè)未來無線通信系統(tǒng)和協(xié)議架構(gòu)應(yīng)該簡化。

未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的部署應(yīng)該最大可能地重用現(xiàn)有站點(diǎn)和天線系統(tǒng)來達(dá)到覆蓋要求。系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)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(dòng)通信系統(tǒng)是以用戶為中心的，用戶可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何人進(jìn)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(jī)、MP3、地圖導(dǎo)航、電子錢包以及其他功能。為了滿足這些需求，設(shè)計(jì)所有功能集于一體的終端技術(shù)簡單歸納如下。

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

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

●個(gè)性化。用戶應(yīng)該能夠調(diào)整終端的配置來滿足自己的需求、習(xí)慣和愛好。終端應(yīng)該能夠在沒有用戶干預(yù)的情況下智能記錄用戶行為并自動(dòng)調(diào)整配置滿足用戶個(gè)性化需求。

●易攜帶。終端應(yīng)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(gè)傳統(tǒng)手機(jī)大小的設(shè)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(shí)間操作的重要設(shè)備，終端應(yīng)該能夠支持超過1天的滿負(fù)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(wù)。未來燃料電池、太陽能電池等其他方式的電源會(huì)應(yīng)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(yīng)。由于電池能力的限制，其他多種方式的能量供應(yīng)需要著重考慮。理想情況是通過微波、光波等方式實(shí)現(xiàn)無接觸電力供應(yīng)。

綜上所述，未來移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)該不依賴于當(dāng)前接入網(wǎng)絡(luò)，能提供無縫的移動(dòng)性功能。換言之，系統(tǒng)應(yīng)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(shí)現(xiàn)無縫的移動(dòng)性管理以支持業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

多模制式的用戶終端可以在重新配置后適應(yīng)不同的無線網(wǎng)絡(luò)，這樣用戶在接入不同無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)不必使用多個(gè)終端。

未來移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)該支持多種終端等級，用來支持不同的復(fù)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。