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摘要：在3G大規(guī)模商用以后，多媒體服務(wù)與應(yīng)用將會(huì)得到廣泛推廣，而3G在速率、服務(wù)質(zhì)量、無(wú)縫傳輸?shù)确矫娴木窒扌砸矊⑷找骘@露出來(lái)，勢(shì)必需要帶寬更寬的無(wú)線系統(tǒng)。故移動(dòng)通信的下一步必定是走向容量更大、速率更高、功能更強(qiáng)的4G，以在移動(dòng)環(huán)境中支持高清晰度視像和其它寬帶多媒體業(yè)務(wù)與應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信 3G 后3G 4G
20世紀(jì)90年代以來(lái)，移動(dòng)通信飛速發(fā)展，到2002年底全球移動(dòng)用戶數(shù)超過(guò)了固定用戶數(shù)。目前，中國(guó)、美國(guó)、日本占據(jù)了世界移動(dòng)市場(chǎng)的前三位。中國(guó)的移動(dòng)用戶數(shù)超過(guò)了2．5億，美國(guó)超過(guò)了1億，日本為8200萬(wàn)。其中日本的移動(dòng)用戶數(shù)于2000年率先超過(guò)固定用戶數(shù)，且成為世界第一個(gè)引入3G并開(kāi)始商用的國(guó)家。目前日本有6000萬(wàn)以上的人使用移動(dòng)電話接入互聯(lián)網(wǎng)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)已被廣泛接受。移動(dòng)通信的下一步是走向容量更大、速率更高、功能更強(qiáng)的4G。本文旨在探討移動(dòng)通信的未來(lái)研究方向。
未來(lái)移動(dòng)通信的定位
從服務(wù)的角度看，雖然移動(dòng)通信最初是為了在移動(dòng)環(huán)境中打電話而發(fā)明的，但是21世紀(jì)的移動(dòng)通信絕不是單單為了打電話，必須要有新的服務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)。因此，3G一開(kāi)始就定位于多媒體業(yè)務(wù)。除了多媒體業(yè)務(wù)，未來(lái)移動(dòng)通信還要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)重要方面，即提供無(wú)所不在的服務(wù)和全球性的服務(wù)。
多媒體業(yè)務(wù)將向用戶提供聲、像、圖、文并茂的多種業(yè)務(wù)，使網(wǎng)上的業(yè)務(wù)量大大增加。無(wú)所不在的服務(wù)意指要把通信服務(wù)的對(duì)象從人擴(kuò)展到任何一件東西。例如，可以把一個(gè)非常小的無(wú)線芯片貼在一只正在投遞的袋子上，那么就可以對(duì)此袋子進(jìn)行跟蹤，更好地完成對(duì)整個(gè)投遞過(guò)程的管理。因此，如果任何一件移動(dòng)的東西都成為移動(dòng)通信的對(duì)象的話，移動(dòng)通信終端的數(shù)量將大大增加，網(wǎng)上流量也將劇增。全球性服務(wù)即通過(guò)全球范圍的標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信的全球化。為了在多媒體業(yè)務(wù)、無(wú)所不在的服務(wù)和全球性服務(wù)這三個(gè)方面取得成功，有許多技術(shù)問(wèn)題和管理問(wèn)題需要解決，尤其在多媒體和無(wú)所不在這兩方面存在的問(wèn)題更是突出。在具有先進(jìn)多媒體和無(wú)所不在服務(wù)的環(huán)境中，計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備將遍布所有地方，通信方式不僅是人與人之間，而且還包括人－機(jī)之間和機(jī)－機(jī)之間的通信。為了促進(jìn)在這種環(huán)境下的多媒體移動(dòng)通信，需要給所有移動(dòng)物體賦予無(wú)線通信功能；給所有難以安裝固定線路的地方賦予無(wú)線通信功能；給所有執(zhí)行命令、驗(yàn)證和控制功能的用戶隨身配件賦予無(wú)線通信功能。
在計(jì)及各種家電和需要跟蹤的包裹的情況下，日本曾大膽預(yù)測(cè)，到2010年僅日本一個(gè)國(guó)家，連接在移動(dòng)網(wǎng)上的移動(dòng)通信終端總數(shù)將超過(guò)5億。屆時(shí)，一個(gè)用戶可能使用幾個(gè)用于不同目的和場(chǎng)合的終端。終端的數(shù)量有可能大大超過(guò)人口數(shù)。
將來(lái)的移動(dòng)網(wǎng)必須具有極強(qiáng)的平臺(tái)功能，能為大量無(wú)所不在的終端提供不同的服務(wù)。根據(jù)終端的數(shù)量和服務(wù)的類型，還要為每一種服務(wù)提出一種贏利的商業(yè)模式。
從3G走向4G
移動(dòng)通信經(jīng)歷了1G和2G，完成了從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的過(guò)渡，現(xiàn)正在向3G過(guò)渡和走向更遠(yuǎn)的4G，把移動(dòng)通信從窄帶推向?qū)拵А?br />
3G定位于多媒體IP業(yè)務(wù)，傳輸容量更大，靈活性更高，形成了家族式的世界單一標(biāo)準(zhǔn)，并將引入新的商業(yè)模式。前一階段，由于面臨標(biāo)準(zhǔn)不穩(wěn)定、產(chǎn)品不成熟、資金不充足、服務(wù)不摸門等困難，3G的發(fā)展并不順利。2004年將是3G走向大規(guī)模商用的關(guān)鍵年。
從日本發(fā)展移動(dòng)多媒體通信的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，它們主要著力于以下5個(gè)方面來(lái)開(kāi)發(fā)新的業(yè)務(wù)：互聯(lián)網(wǎng)、位置信息、信息分發(fā)、遙感/遙控和支付�；ヂ�(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)包括ｉ－ｍｏｄｅ。截至2003年1月，ｉ－ｍｏｄｅ已有3 650萬(wàn)用戶，所提供業(yè)務(wù)從電子郵件、Web文本瀏覽擴(kuò)展到內(nèi)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。ｉ－ｍｏｄｅ終端采用了彩色液晶顯示，具有多種鈴音。以后又引入了Ｊａｖａ，可以下載名為ｉ－ａｐｐｌｉ的應(yīng)用程序，速率提高到28．8 ｋｂｉｔ/ｓ，并增加了紅外通信功能，可與其它機(jī)器（如零售機(jī)等）互動(dòng)。位置服務(wù)包括向用戶提供位置信息和汽車導(dǎo)航等。信息分發(fā)業(yè)務(wù)包括內(nèi)容分發(fā)（如游戲）、視像分發(fā)（如廣告、促銷視像、音樂(lè)分發(fā)），可以根據(jù)用戶愛(ài)好定制。遙測(cè)/遙控業(yè)務(wù)包括對(duì)零售機(jī)庫(kù)存狀態(tài)的管理、對(duì)信息家電的遙控等。支付業(yè)務(wù)關(guān)系到移動(dòng)電子商務(wù)，用移動(dòng)終端來(lái)代替錢包購(gòu)買公共汽車票、火車票、音樂(lè)會(huì)票以及購(gòu)物等。
為了促進(jìn)這些多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展，日本決定采用高速低價(jià)的發(fā)展策略，故率先開(kāi)發(fā)實(shí)施了3G系統(tǒng)IMT－2000，成為世界上3G最早商用化的國(guó)家。第一個(gè)開(kāi)通3G的運(yùn)營(yíng)商是日本NTT DoCoMo，它采用WCDMA標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)務(wù)名稱為FOMA，向用戶提供各種高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)，包括話音和圖像。所提供的業(yè)務(wù)如表1所示。
可以預(yù)料，在3G大規(guī)模商用以后，多媒體服務(wù)與應(yīng)用將會(huì)得到廣泛應(yīng)用，而隨之3G在速率、QoS、無(wú)縫傳輸?shù)确矫娴木窒扌砸矊⑷找骘@露出來(lái)，勢(shì)必需要帶寬更寬的無(wú)線系統(tǒng)。故移動(dòng)通信的下一步必定是走向容量更大、速率更高、功能更強(qiáng)的4G，以在移動(dòng)環(huán)境中支持高清晰度視像和其它寬帶多媒體業(yè)務(wù)與應(yīng)用。
自20世紀(jì)90年代末以來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)在全世界迅速增長(zhǎng)，利用ADSL，CATV和FTTH等技術(shù)推動(dòng)了寬帶接入的發(fā)展，同時(shí)通信費(fèi)用卻在不斷下降，使寬帶業(yè)務(wù)的市場(chǎng)滲透率迅速提高。這說(shuō)明通信公司必須通過(guò)科學(xué)管理而不是惡性價(jià)格戰(zhàn)來(lái)降低通信費(fèi)用，提高市場(chǎng)滲透率。對(duì)移動(dòng)通信來(lái)說(shuō)同樣如此，需要通過(guò)擴(kuò)大系統(tǒng)容量來(lái)降低投資成本。作為寬帶多媒體信息社會(huì)中的無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施，4G系統(tǒng)具有極其重要的位置。故降低其系統(tǒng)成本，使建造經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)成為頭等重要的事情。當(dāng)然，除此以外還有其它一些重要問(wèn)題，包括提供無(wú)縫服務(wù)，提高傳輸速率，改善用戶使用方便性，把3G網(wǎng)、固定無(wú)線接入網(wǎng)、WLAN等網(wǎng)絡(luò)綜合在一起，營(yíng)造一個(gè)無(wú)所不在的通信環(huán)境，建立新的商業(yè)模式等。為了解決這些問(wèn)題，必須加大研發(fā)力度。
圖1表示后3G（包括4G）系統(tǒng)的定位。圖1中縱軸代表移動(dòng)性，橫軸代表以Ｍｂｉｔ/ｓ計(jì)的信息速度。從圖1中看，4G系統(tǒng)的業(yè)務(wù)范圍與移動(dòng)性必須與3G系統(tǒng)兼容，故4G必將基于蜂窩系統(tǒng)，但在有限的移動(dòng)范圍內(nèi)它還必須容納WLAN，以獲得高速。在4G系統(tǒng)中還要增加一條軸，代表無(wú)所不在的能力。為了提供這種能力，要求網(wǎng)絡(luò)能夠處理完全不同于現(xiàn)有通信的業(yè)務(wù)模型。例如，可以要求網(wǎng)絡(luò)有效處理低速傳輸?shù)拈g歇信號(hào)，它們由許多終端產(chǎn)生，但每個(gè)信號(hào)的業(yè)務(wù)量很小。在有些情況下，終端之間的連接主要基于特別連接（ａｄ ｈｏｃ）的局部網(wǎng)絡(luò)。
因此，在4G時(shí)代，需要多種多樣的接入和組網(wǎng)能力。4G系統(tǒng)需要新的射頻技術(shù)、高效的無(wú)線接入技術(shù)、新的自適應(yīng)多址和信道編碼技術(shù)、基于軟件無(wú)線電的多模終端與基站技術(shù)、系統(tǒng)兼容和演進(jìn)技術(shù)與策略、“天－地”一體化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)。
4G系統(tǒng)的實(shí)施與普及將有助于彌合醫(yī)療、教育、信息和其它方面的鴻溝，對(duì)環(huán)境問(wèn)題和老齡化社會(huì)將作出巨大貢獻(xiàn)。
在一個(gè)布滿4G系統(tǒng)的社會(huì)中，家庭醫(yī)療和遠(yuǎn)程診斷將成為常事，在家里和人口稀少地區(qū)就可以基于高清晰度圖像傳輸技術(shù)進(jìn)行專家檢查、開(kāi)處方。沒(méi)有常駐醫(yī)生的遠(yuǎn)程手術(shù)室和虛擬醫(yī)院也將成為現(xiàn)實(shí)。對(duì)于個(gè)人健康管理，借助4G可以采取預(yù)防性醫(yī)療措施。個(gè)人相關(guān)數(shù)據(jù)可以通過(guò)內(nèi)置于手表、附件和其它日用物件的傳感器被傳送到醫(yī)院，診斷結(jié)果則回送給個(gè)人。
在教育方面，預(yù)期在偏僻地區(qū)與大城市之間利用視像的多媒體教育以及利用移動(dòng)終端的室外現(xiàn)場(chǎng)工作將會(huì)很快發(fā)展起來(lái)。
另外，各種信息終端的接口將被簡(jiǎn)化，無(wú)論老幼均能方便使用。不管所用語(yǔ)言的不同，使用這些終端都能使日常生活變得更加方便。配備無(wú)線通信功能的傳感器和控制芯片將附著在物體、動(dòng)物和植物的身上，對(duì)提高后勤工作效率、保護(hù)全球環(huán)境和防止災(zāi)難等方面作出貢獻(xiàn)。
對(duì)4G系統(tǒng)的技術(shù)要求
未來(lái)4G的系統(tǒng)容量必須至少10倍于3G系統(tǒng)，而每比特成本卻要降低為3G的1/10～1/100，以致不會(huì)讓用戶在擴(kuò)大信息量時(shí)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)過(guò)重。為了按用戶需求提供多種多媒體業(yè)務(wù)，4G必須引入各種ＱｏＳ水平。在IP網(wǎng)中還必須支持IPｖ6，好給移動(dòng)終端提供巨量的IP地址，尤其在人－機(jī)通信和機(jī)－機(jī)通信中使用。從用戶友好的角度看，4G要大大縮短接入服務(wù)器的耗費(fèi)時(shí)間，從而保證無(wú)縫服務(wù)，這在3G系統(tǒng)中也是不夠的。具體的主要技術(shù)要求如下：
·高速傳輸（平均速率可達(dá)200 Ｍｂｉｔ/ｓ，高峰時(shí)下降至50～100 Ｍｂｉｔ/ｓ）；
·大容量（約10倍于3G系統(tǒng)）；
·支持下一代互聯(lián)網(wǎng)（IPｖ6，ＱｏＳ）；
·無(wú)縫服務(wù)；
·靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
·使用微波頻段（3～6 GＨｚ）；
·低系統(tǒng)成本（3G系統(tǒng)的 1/10～1/100）。
在組網(wǎng)方面，關(guān)鍵是構(gòu)成一個(gè)具有足夠可靠性的IP網(wǎng)和提供靈活的網(wǎng)絡(luò)配置，能使各種接入方法（將來(lái)接入方法會(huì)更多）實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。至于終端，除了現(xiàn)有終端進(jìn)一步演進(jìn)成為通用的幾合一移動(dòng)終端以外，功能有限的芯片型終端（非常之小，自身不能提供任何業(yè)務(wù)）可望浮出水面，形成無(wú)所不在的環(huán)境。
在服務(wù)方面，4G與3G相比將有很大不同。例如傳送一個(gè)10 MB的文件，4G的下載時(shí)間只需1 ｓ，而3G需要200 ｓ。因此4G比3G能以更高的速率來(lái)完成多媒體應(yīng)用。在傳輸大量圖像信息時(shí)，4G移動(dòng)終端將能顯示虛擬三維高質(zhì)量圖像，而3G不能。借助于這種能力，家長(zhǎng)可以觀察他們的孩子在托兒所做什么，科學(xué)家可以從遠(yuǎn)處監(jiān)視野生動(dòng)物的生活，人們可以不出門看電影，如此等等。4G還可傳送帶有真實(shí)情感的通信場(chǎng)景，其中三維的聲音、光線和氣氛都可傳到對(duì)端，再生現(xiàn)場(chǎng)情況，從而實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)，讓你感到身臨其境。例如，你在遠(yuǎn)地就能感受到現(xiàn)場(chǎng)采訪的氛圍，能感知采訪人與被采訪人的真實(shí)情感。這用二維的圖像與聲音是做不到的。利用這種能力不僅可增強(qiáng)會(huì)議電視的效果，而且還可能在遠(yuǎn)地進(jìn)行復(fù)雜的外科手術(shù)，或者與機(jī)器人和工人一起配合組裝設(shè)備。
未來(lái)的移動(dòng)通信技術(shù)
21世紀(jì)我們將進(jìn)入信息社會(huì)——一個(gè)以人為本、更加注重精神糧食的社會(huì)，人性、環(huán)境和信息將成為這個(gè)社會(huì)的關(guān)鍵詞。因此在21世紀(jì)的信息通信系統(tǒng)必須圍繞以人為本來(lái)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。潛在的研究方向包括：如何滿足人性的需求和充分利用五個(gè)感官（觸、嘗、聽(tīng)、看、聞）及人工智能；如何通過(guò)智能化來(lái)補(bǔ)充人的能力；如何通過(guò)機(jī)器人和可佩帶設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)新的通信方式；如何克服通信質(zhì)量的限制來(lái)擴(kuò)大人的空間。
在人類通信中，如何很好地實(shí)現(xiàn)感情的相互傳遞是今后十分重要的課題。雖然可視電話和虛擬現(xiàn)實(shí)能夠完成用戶影像和活動(dòng)情況（在電腦空間的有限范圍之內(nèi)）的傳遞，但是對(duì)傳遞感情而言它們是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。如果我們能把聲音、圖像或數(shù)據(jù)加在一起，再加入真實(shí)的感覺(jué)（包括通信時(shí)的感情、用戶周圍的氛圍以及用戶實(shí)際活動(dòng)情況），那么就有可能建立更加充滿感情的通信方式，有人把這種通信方式稱作“遙現(xiàn)”（Ｔｅｌｅｐｒｅｓｅｎｃｅ）。例如，日本現(xiàn)正在開(kāi)發(fā)一種叫“替身”（Ａｖａｔａｒ）的接口。這種接口能把你自己的實(shí)際感覺(jué)傳送給有形的機(jī)器人，利用手勢(shì)和機(jī)器人的攝像頭來(lái)遙控機(jī)器人，完成與另一方的通信。人的腦電波、肌電能力和其它生物信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)傳給替身機(jī)器人，此機(jī)器人不僅用作虛擬替身，而且還用作有重量和大小的實(shí)際替身。這種全新的無(wú)線通信方式的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)O其廣泛，包括公共場(chǎng)所、住家和娛樂(lè)場(chǎng)所等。
在21世紀(jì)，預(yù)計(jì)移動(dòng)通信在信息通信領(lǐng)域的發(fā)展將達(dá)到頂峰，世界各國(guó)的用戶數(shù)將繼續(xù)增長(zhǎng)。移動(dòng)通信將成為寬帶信息通信的使能器，使無(wú)所不在的通信成為現(xiàn)實(shí)。為了使移動(dòng)多媒體得到充分的發(fā)展，除了在每個(gè)國(guó)家及時(shí)引入和不斷擴(kuò)展ＩＭＴ－2000之外，還需要不斷改進(jìn)無(wú)線系統(tǒng)和核心網(wǎng)，開(kāi)拓新的服務(wù)應(yīng)用，開(kāi)發(fā)小型高功能終端。技術(shù)創(chuàng)新和挑戰(zhàn)在未來(lái)必將接二連三。為了迎接挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)人類的目標(biāo)，全世界從事移動(dòng)通信的研究人員和工程師必須互相交流、共同合作，在全球范圍內(nèi)一起推動(dòng)研發(fā)工作和標(biāo)準(zhǔn)化工作的開(kāi)展，攜手共進(jìn)。
摘自 世界電信
