banner.jpg)
相關(guān)專題：
1、B3G系統(tǒng)集成試驗研究背景和必要性
信息技術(shù)的迅猛發(fā)展以及人們對寬帶業(yè)務日益增長的需求，為寬帶移動通信技術(shù)孕育了新一輪的發(fā)展機遇。根據(jù)業(yè)界討論達成的廣泛共識，未來移動通信系統(tǒng)的發(fā)展目標將是匯集蜂窩、固定無線接入、游牧、無線區(qū)域網(wǎng)絡等接入系統(tǒng)，結(jié)合全IP網(wǎng)絡，在高速移動和步行環(huán)境下分別為用戶提供峰值速率達100Mb/s及1Gb/s的無線傳輸能力，實現(xiàn)“任何人在任何時間、任何地點、以任何方式通信”。全球?qū)τ谛乱淮苿油ㄐ偶夹g(shù)的競爭在本世紀之交就已拉開了序幕。歐洲“第六框架研究計劃”、日本NTT DoCoMo、美國Motorola、德國Siemens等國際研究機構(gòu)和公司紛紛開始研制B3G/4G無線傳輸試驗系統(tǒng)，國際信聯(lián)ITU組織將于2007年為新一代移動通信系統(tǒng)規(guī)劃頻譜。
面對無線通信市場全球化發(fā)展趨勢，我國于2002年啟動了移動通信重大項目八六三“FuTURE計劃”，為2010年前后的無線通信應用未雨綢繆，積極開展了第四代無線通信核心技術(shù)前瞻性研究。目前，“FuTURE計劃”已經(jīng)形成以GMC/OFDM、U-MIMO、雙迭代Turbo接收、IDMA等為技術(shù)框架的FDD和TDD兩套方案，并研制出了B3G分布式蜂窩移動通信無線網(wǎng)絡試驗系統(tǒng)。為了促進B3G研究總體目標的全面實現(xiàn)，有必要建立一種針對B3G技術(shù)的測試評估機制，達到在多種無線環(huán)境及應用場景下檢驗B3G系統(tǒng)整體性能的目的。為此，我們基于“FuTURE計劃”關(guān)鍵技術(shù)研究成果，聯(lián)合合作單位研制出B3G分布式無線電集成測試試驗平臺。本文主要闡述B3G系統(tǒng)集成試驗平臺特點以及現(xiàn)場試驗情況。
2、B3G集成試驗主要特征和面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)
“FuTURE計劃”B3G試驗系統(tǒng)主要具有以下幾方面特征：①基于ROF（Radio-Over-Fiber）分布式天線無線組網(wǎng)技術(shù)；②基于GMC/OFDM的空中接口技術(shù)；③“雙渦輪”Turbo迭代接收技術(shù)；④U-MIMO多天線與環(huán)境自適應技術(shù)；⑤在大范圍覆蓋情況下峰值傳輸速率可達50Mb/s、頻譜效率可達2.5b/s/Hz/s；在熱點覆蓋地區(qū)峰值速率可達100Mb/s、頻譜利用率可達5bps/Hz/s；⑥支持多小區(qū)、多用戶、80～250km/h中高速移動；⑦比現(xiàn)有蜂窩系統(tǒng)發(fā)射功率明顯降低。
測試檢驗這樣高性能的試驗系統(tǒng)面臨很大的技術(shù)挑戰(zhàn)：首先，在比3G系統(tǒng)頻段更高的微波頻段上開展寬帶無線傳輸試驗，需抵抗無線電波在城市市區(qū)內(nèi)的嚴重損耗，避免產(chǎn)生覆蓋“盲點”；第二，現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡系統(tǒng)應用頻段較低，因此在新頻段上開展無線組網(wǎng)試驗需經(jīng)受無線信道傳播特性的考驗，尤其是MIMO多天線系統(tǒng)的移動傳輸試驗難度更大；第三，B3G技術(shù)無線應用環(huán)境的動態(tài)范圍更大，需要比傳統(tǒng)儀器儀表測試方法和測試范圍更為有效的綜合性測試評估手段；第四，現(xiàn)有無線通信的業(yè)務帶寬并不能體現(xiàn)B3G系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)傳輸速率的特點，需要嘗試新的業(yè)務應用。此外，現(xiàn)場試驗過程中還會遇到各種具體的實際問題，需要大量的協(xié)調(diào)工作。
3、B3G現(xiàn)場試驗主要測試內(nèi)容
B3G現(xiàn)場試驗不單單是測試無線鏈路峰值傳輸速率等空中接口指標，還將圍繞由多個基站多個移動終端構(gòu)成的模擬試驗網(wǎng)，考察室內(nèi)、高架路、市區(qū)、郊區(qū)等多種應用場景下，系統(tǒng)的環(huán)境自適應能力，以及對話音、視頻、流媒體等傳統(tǒng)電信業(yè)務與IP分組非對稱高速數(shù)據(jù)業(yè)務的QoS質(zhì)量，從而達到檢驗系統(tǒng)整體性能的目的。
�。�1）檢驗空中接口關(guān)鍵技術(shù)的頻譜效率和移動環(huán)境自適應
頻譜效率對于無線接口的設(shè)計十分重要。當帶寬和業(yè)務質(zhì)量給定的情況下，頻譜效率越高，傳輸?shù)臉I(yè)務量就越大。鑒于無線資源往往是有限的，支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更好的頻譜利用率是B3G系統(tǒng)的基本要求。由于頻譜效率集中反映了系統(tǒng)中調(diào)制技術(shù)、編碼技術(shù)、分集技術(shù)等B3G關(guān)鍵技術(shù)的性能，因此進行頻譜效率的測試是必要的。
移動應用使得通信系統(tǒng)的無線信道環(huán)境變得復雜多變。B3G系統(tǒng)中環(huán)境自適應（Environmental Adaptation）技術(shù)是為了能夠快速更新信道物理信息，對系統(tǒng)的功率控制、調(diào)制編碼模式、天線模式選擇進行及時調(diào)整，以保證系統(tǒng)在信道大幅變化的動態(tài)范圍內(nèi)仍能維持低誤碼率，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)傳輸數(shù)率的優(yōu)化，保證業(yè)務應用。因此對復雜信道環(huán)境的測試技術(shù)顯得尤為急迫。
�。�2）檢驗基于ROF分布式天線新型無線接入網(wǎng)絡系統(tǒng)容量
隨著人們對寬帶移動多媒體服務需求的不斷增長和用戶數(shù)量的增加，網(wǎng)絡的容量成為了整個通信網(wǎng)絡的瓶頸之一。為提高系統(tǒng)容量，蜂窩通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)正向扇區(qū)化、微小區(qū)方向發(fā)展，但小區(qū)覆蓋面積的減小往往導致干擾上升、切換頻繁等問題。B3G無線接入系統(tǒng)融合分布式多天線技術(shù)和MIMO技術(shù)，形成分布式MIMO廣義小區(qū)新型結(jié)構(gòu)，可以在發(fā)射功率不變的條件下明顯改善系統(tǒng)容量。檢驗這種新型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)容量成為B3G現(xiàn)場試驗的重要方面。
�。�3）檢測各種應用場景下無線傳輸業(yè)務QoS質(zhì)量
B3G系統(tǒng)空中接口性能測試是現(xiàn)場試驗一個重要組成部分，但是僅僅用物理層的性能指標很難全面地反映系統(tǒng)整體的性能，例如影響業(yè)務無線傳輸質(zhì)量的無線資源管理、調(diào)度算法、數(shù)據(jù)流控制等上層協(xié)議機制。而且，物理層靜態(tài)性能指標與用戶感知的傳輸效果還是有相當差距的。因此，增加對傳統(tǒng)話音業(yè)務及IP分組數(shù)據(jù)業(yè)務等的無線傳輸性能測試能夠較為全面地反映出物理層以及其上各層協(xié)議機制的協(xié)同工作能力。
4、B3G系統(tǒng)集成測試體系
為了實現(xiàn)上述測試目標，我們研制了由一個ROF分布式天線模擬試驗網(wǎng)絡環(huán)境、一個B3G集成測試平臺和一個基于IPv6業(yè)務演示平臺構(gòu)成的B3G系統(tǒng)集成測試體系，完成對B3G原型試驗系統(tǒng)、無線鏈路質(zhì)量、分布式系統(tǒng)組網(wǎng)性能以及業(yè)務應用效果的綜合測試。
（1）ROF分布式天線模擬試驗網(wǎng)絡
未來寬帶移動通信系統(tǒng)趨向工作于微波高頻段，并且能為更多業(yè)務需求提供足夠的容量以及動態(tài)的無線資源分配，而傳統(tǒng)蜂窩組網(wǎng)技術(shù)無論從前期規(guī)劃設(shè)計和后期擴容維護成本來看都將面臨很大的挑戰(zhàn)。這主要是由于高頻段電磁波在城市環(huán)境中電波繞射能力下降，路損增加，導致在發(fā)射功率相同的條件下，信號覆蓋質(zhì)量下降。而增加系統(tǒng)發(fā)射功率不僅受限于微波功率器件性能，同時還要避免對附近其它移動用戶造成干擾，而影響系統(tǒng)容量。此外，功效低耗電大還會帶來電磁兼容EMC、維護成本等一系列問題。另一種思路是通過提升微波功率轉(zhuǎn)換效率增加功率輸出，但這種方法對工藝和設(shè)計的水平要求很高，目前尚在研究階段。由此可知，雖然新一代無線通信技術(shù)能夠大幅提高系統(tǒng)頻譜效率，但是功率效率將成為未來系統(tǒng)提升容量的瓶頸。
為了使B3G系統(tǒng)的性能在頻譜效率和功率效率兩方面獲得平衡，“FuTURE計劃”提出了基于分布式天線廣義小區(qū)（Gerneralized Cell based Distributed Radio）的無線接入網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。廣義小區(qū)是傳統(tǒng)蜂窩小區(qū)概念的擴展。由于采用了分布式天線，廣義小區(qū)并不取決于單個天線的覆蓋范圍，更方便地，可定義為無線資源并行處理的多個天線構(gòu)成的一個小區(qū)。廣義小區(qū)提升系統(tǒng)性能的作用主要表現(xiàn)在四方面：其一，分散在小區(qū)內(nèi)部的天線縮短了移動終端的無線接入距離，從而達到降低發(fā)射功率和干擾的目的；其二，廣義小區(qū)內(nèi)分布式多天線電波輻射較單個集中天線更為均勻，能夠較好地改善高頻段電波覆蓋效果；其三，廣義小區(qū)利用分布式多天線接入無線資源，各天線的信道衰落空間特性可視為是獨立變化的，因而系統(tǒng)可通過宏分集增益、動態(tài)天線合并處理增益等彌補MIMO天線相關(guān)性的影響，提高頻譜效率和容量；其四，廣義小區(qū)利用宏分集有利于在移動過程中實現(xiàn)平滑切換。
基于廣義小區(qū)的分布式無線接入網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)主要包括：中央單元控制器（CUC）、基站中央單元（CU）、無線光纖（ROF）、遠端天線單元（RAU）。其中，CUC控制多個CU之間的協(xié)調(diào)工作；CU完成通信所需的信號處理功能及無線資源管理等任務；RAU用來接收和發(fā)射無線信號；CU和RAU之間的ROF實現(xiàn)無線調(diào)制信號的遠距離高性能傳輸，無線調(diào)制信號可以是數(shù)字基帶、中頻或射頻多種選擇。ROF技術(shù)使天線可靈活延伸到較遠的地方以減少盲區(qū)。基于ROF分布式天線廣義小區(qū)的接入網(wǎng)技術(shù)也將面臨挑戰(zhàn)，譬如：多天線協(xié)同工作、動態(tài)無線資源管理、ROF光纖復用等等，還需要在現(xiàn)場組網(wǎng)試驗過程中不斷完善。
�。�2）B3G集成測試平臺
B3G集成測試平臺具有開放式架構(gòu)、功能可重構(gòu)等特征，主要由一系列現(xiàn)代化通信儀器設(shè)備和測試開發(fā)構(gòu)件組成，能夠?qū)崿F(xiàn)空中接口指標測試、模擬無線信道MIMO性能測試、電波覆蓋性能移動路測、無線環(huán)境多徑信道測試、以及業(yè)務QOS性能測試等新型測試功能。
B3G集成測試平臺架構(gòu)包括頂層被測系統(tǒng)、中間儀器設(shè)備和底層綜合控制。具體功能包括：①中心控制。用于實現(xiàn)參數(shù)配置、測試流程自動化、實時高速數(shù)據(jù)采集控制、用戶界面顯示等；②測試激勵生成。包括各類生成激勵及波形的測試設(shè)備和測試開發(fā)構(gòu)件；③測試性能分析：包括各類分析信號、能量、性能的測試設(shè)備和后處理分析軟件；④無線信道模擬。主要利用多通道無線信道仿真儀模擬真實環(huán)境中的各類無線信道；⑤與試驗系統(tǒng)接口。測試平臺提供基帶、射頻、數(shù)據(jù)等多種接口，以滿足被測系統(tǒng)的需要。
（3）基于IPv6的業(yè)務演示平臺
全IP網(wǎng)絡已成為新一代網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展的趨勢。B3G業(yè)務演示平臺（見圖1）基于IPv6將B3G試驗系統(tǒng)接入到的高速數(shù)據(jù)核心網(wǎng)3TNet（“863計劃”項目），集成了IPTV數(shù)字電視、Internet、IP電話、視頻會議、VOD視頻點播、FTP等各種典型的業(yè)務應用，是檢驗B3G系統(tǒng)業(yè)務承載能力的重要手段，對于探索未來“三網(wǎng)融合”的業(yè)務應用模式也有很好的借鑒作用。此外，B3G業(yè)務演示平臺可以支持多種無線應用場景，包括室內(nèi)、城市熱點、開闊地以及高速移動等等。為了驗證B3G系統(tǒng)最大的業(yè)務支撐能力，B3G業(yè)務演示平臺采用數(shù)字高清晰度電視組播節(jié)目，可達到100Mb/s的數(shù)據(jù)帶寬。
5、B3G現(xiàn)場試驗情況
根據(jù)“FuTURE計劃”的B3G系統(tǒng)研發(fā)計劃，B3G系統(tǒng)現(xiàn)場試驗環(huán)境的研制工作于2004年啟動，先后完成了“B3G系統(tǒng)組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及集成測試方法”總體方案評估、技術(shù)可行性驗證、集成測試平臺研制及外場環(huán)境構(gòu)建、以及與B3G試驗系統(tǒng)對接等一系列工作，目前，已開放給“FuTURE計劃”B3G系統(tǒng)現(xiàn)場試驗使用。
B3G現(xiàn)場試驗情況如圖2所示。B3G外場位于上海市西北的長寧區(qū)古北地段，模擬試驗網(wǎng)是一個包含多種場景的多小區(qū)環(huán)境：在一個大學內(nèi)由四個接入點構(gòu)成了分布式兩小區(qū)，主要支持步行及車載慢速移動，移動路線包括大學操場和城市街道；另外，由兩個接入點構(gòu)成的分布式單小區(qū)，覆蓋附近的高架路，支持車載高速移動。圖2還顯示出了B3G基站中央單元原型機、遠端站天線、移動終端原型機，以及B3G測試平臺、移動測試車、業(yè)務演示環(huán)境等等。B3G現(xiàn)場試驗主要特征如表1所示。
表1 B3G現(xiàn)場試驗主要特征
B3G現(xiàn)場試驗包括在上述各種無線環(huán)境下測試單小區(qū)單用戶、單小區(qū)多用戶以及多小區(qū)多用戶的系統(tǒng)容量、切換性能，以及演示高情電視、視頻會議、VOD視頻點播、Internet、Web瀏覽、FTP等寬帶移動業(yè)務。部分測試與業(yè)務演示情況如圖3所示。
6、結(jié)論
在中國3G系統(tǒng)邁向產(chǎn)業(yè)化和國外B3G研究紛起的背景下，中國B3G系統(tǒng)在“FuTURE計劃”框架下順利進入了現(xiàn)場試驗階段。同時，融合了自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新技術(shù)的B3G系統(tǒng)研發(fā)集成試驗平臺，為我國新一代寬帶無線移動通信技術(shù)的持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了一個良好的科研服務平臺。該平臺凝聚了我國無線通信科研人員和各界精英的智慧和辛勤努力，展望未來，我國將為國際4G標準做出積極貢獻，該平臺將不斷發(fā)展與完善，力爭為促進B3G技術(shù)走向成熟、邁向國際標準發(fā)揮更大作用。
----《移動通信》
