超3G研究的最新進(jìn)展

王靖宇



　　摘 要：超3G在ＩＴＵ－Ｒ范圍內(nèi)的各項(xiàng)研究工作還剛剛開(kāi)始，基本上還處于制定工作計(jì)劃的階段。但目前關(guān)于對(duì)超3G頻率需求計(jì)算方法的研究，已經(jīng)有一些國(guó)家提出了自己的建議，主要是日本和德國(guó)。超3G研究工作，特別是頻譜計(jì)算、業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)、新的無(wú)線接入和核心網(wǎng)技術(shù)方面研究工作的開(kāi)展，對(duì)我國(guó)的研究機(jī)構(gòu)、相關(guān)公司和高校都是一個(gè)繼續(xù)趕超世界先進(jìn)通信技術(shù)，獲取成果的絕好機(jī)會(huì)。


　　主題詞：移動(dòng)通信　　第三代移動(dòng)通信　　超3G　　頻率需求　　頻譜 ＩＴＵ－Ｒ




　　所謂超3G即Ｓｙｓｔｅｍ Ｂｅｙｏｎｄ IMT-2000，是ＩＴＵ－Ｒ范圍內(nèi)的稱(chēng)謂，目前還沒(méi)有正式名稱(chēng)。但關(guān)于超3G會(huì)給通信業(yè)帶來(lái)什么樣的革命，給廣大用戶(hù)帶來(lái)什么業(yè)務(wù)，卻已經(jīng)在ＩＴＵ－Ｒ討論多年了。在２００２年１０月結(jié)束的ＩＴＵ－Ｒ ＷＰ８Ｆ工作組第９次會(huì)議上，關(guān)于超3G的遠(yuǎn)景已經(jīng)確定；從２００３年４月份的ＷＰ８Ｆ第十次會(huì)議開(kāi)始，ＷＰ８Ｆ的工作已經(jīng)全面轉(zhuǎn)向了超3G，超3G將是ＷＰ８Ｆ工作組今后５～１０年的核心工作。


　　3G在我國(guó)還沒(méi)有商用，現(xiàn)在談超3G似乎更遙不可及。但實(shí)際上，由于頻率分配工作往往要比實(shí)際業(yè)務(wù)開(kāi)展超前８～１０年左右開(kāi)始進(jìn)行，所以現(xiàn)在就必須開(kāi)始著手對(duì)２０１０年之后的業(yè)務(wù)進(jìn)行研究，對(duì)頻率需求進(jìn)行估計(jì)。目前ＩＴＵ－Ｒ關(guān)于超3G的工作剛剛啟動(dòng)，很多還處于制定工作計(jì)劃階段。對(duì)我國(guó)來(lái)講，現(xiàn)在正是及時(shí)進(jìn)行跟蹤，針對(duì)性地開(kāi)展研究工作，并在最后的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作中取得成果、在未來(lái)的通信系統(tǒng)中擁有更多知識(shí)產(chǎn)權(quán)（ＩＰＲ）的一個(gè)非常好的機(jī)會(huì)。


　　本文介紹超3G的遠(yuǎn)景，以及目前ＩＴＵ－Ｒ ＷＰ８Ｆ工作組關(guān)于超3G頻譜計(jì)算的最新進(jìn)展。


超3G的遠(yuǎn)景


　　超3G的遠(yuǎn)景就是ＩＴＵ為超3G系統(tǒng)制定的目標(biāo)。ＩＴＵ關(guān)于超3G系統(tǒng)的能力可用圖１表示，因?yàn)檫@個(gè)圖有點(diǎn)像汽車(chē)，因此也稱(chēng)為汽車(chē)圖。這張圖表示了IMT-2000，IMT-2000增強(qiáng)系統(tǒng)以及超3G等系統(tǒng)支持業(yè)務(wù)移動(dòng)性以及業(yè)務(wù)速率的能力。 圖１中最左邊深灰色的部分是目前IMT-2000系統(tǒng)所具有的能力，中間灰色部分指IMT-2000增強(qiáng)型系統(tǒng)的能力，最右邊淺灰色部分指超3G系統(tǒng)的能力。后兩種系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)。


１． IMT-2000增強(qiáng)技術(shù)


　　IMT-2000增強(qiáng)技術(shù)是指在IMT-2000系統(tǒng)的基礎(chǔ)上連續(xù)穩(wěn)定演進(jìn)的技術(shù)。比如目前IMT-2000中ＷＣＤＭＡ系統(tǒng)的能力可以達(dá)到８～１０ Ｍｂｉｔ／ｓ，而根據(jù)預(yù)測(cè)，今后１０年內(nèi)系統(tǒng)可達(dá)到的速率會(huì)不斷提高，在２００５年左右IMT-2000增強(qiáng)系統(tǒng)的下行速率目標(biāo)是３０ Ｍｂｉｔ／ｓ。







２．超3G系統(tǒng)


　　超3G系統(tǒng)會(huì)需要新的作為補(bǔ)充性的無(wú)線接入技術(shù)，這些補(bǔ)充性的無(wú)線接入技術(shù)也會(huì)作為IMT-2000增強(qiáng)系統(tǒng)和其他無(wú)線系統(tǒng)的補(bǔ)充，預(yù)計(jì)在２０１０年可以支持移動(dòng)環(huán)境下５０～１００ Ｍｂｉｔ／ｓ的接入速率，在低速移動(dòng)的情況下可以支持的接入速率能達(dá)到１ Ｇｂｉｔ／ｓ。
　�。桑裕諏�(duì)超3G制定了“在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)最佳接入系統(tǒng)”的目標(biāo)，這個(gè)目標(biāo)要求超3G是一個(gè)無(wú)縫的網(wǎng)絡(luò)，即各種接入系統(tǒng)都能通過(guò)媒體接入系統(tǒng) （ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ）接入同一個(gè)基于ＩＰ或分組的核心網(wǎng)。根據(jù)不同的應(yīng)用、小區(qū)范圍、無(wú)線環(huán)境，不同的接入系統(tǒng)按照分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織，各種接入技術(shù)的關(guān)系是一個(gè)在同一平臺(tái)上互補(bǔ)的關(guān)系（見(jiàn)圖２）。





ＩＴＵ關(guān)于超3G的工作計(jì)劃


　　和IMT-2000的工作方式類(lèi)似，ＩＴＵ超3G預(yù)計(jì)的是從大約２０１５年開(kāi)始的頻率需求，并將在ＷＲＣ－０７大會(huì)上討論超3G的頻率需求。 因此，ＷＰ８Ｆ工作組制定的工作計(jì)劃需要準(zhǔn)備預(yù)備性會(huì)議（ＣＰＭ）報(bào)告中關(guān)于頻率需求的部分，在ＷＲＣ－０７之后，再開(kāi)始著手在所分配的頻段中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的細(xì)節(jié)工作。


　　到目前為止，ＩＴＵ－Ｒ ＷＰ８Ｆ工作組對(duì)超3G的業(yè)務(wù)、市場(chǎng)和頻率需求的計(jì)算方法的研究工作都集中在業(yè)務(wù)組，業(yè)務(wù)組的工作內(nèi)容涉及未來(lái)業(yè)務(wù)和市場(chǎng)方面，主要為：


　　·促進(jìn)和協(xié)調(diào)市場(chǎng)預(yù)測(cè)研究；


　　·完成ＷＲＣ－０７和頻譜需求相關(guān)的業(yè)務(wù)、市場(chǎng)、頻譜計(jì)算方法的相關(guān)文件；


　　·給出超3G可能提供的業(yè)務(wù)例子；


　　·指導(dǎo)整個(gè)ＷＰ８Ｆ工作組的工作方向，并對(duì)未來(lái)市場(chǎng)和業(yè)務(wù)做出預(yù)測(cè)。


　　根據(jù)業(yè)務(wù)組的工作任務(wù)，業(yè)務(wù)組分為業(yè)務(wù)（Ｓｅｒｖｉｃｅ）、市場(chǎng)（Ｍａｒｋｅｔ）、方法（Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ）等三個(gè)子組，三個(gè)子組之間既相互聯(lián)系，又并行開(kāi)展工作，其工作流程圖見(jiàn)圖３。當(dāng)然，這些分工有可能在以后隨著研究工作的進(jìn)展發(fā)生變動(dòng)，尤其是頻率計(jì)算方法子組，目前雖然在業(yè)務(wù)組，但也有一種觀點(diǎn)認(rèn)為頻率計(jì)算方法應(yīng)放在頻譜組。因?yàn)樵诖_定頻率計(jì)算方法之后，頻譜組將按照確定的方法對(duì)超3G所需要的頻譜進(jìn)行估計(jì)。







超3G的頻率需求計(jì)算方法研究


　　關(guān)于超3G頻率需求計(jì)算的方法，遠(yuǎn)景工作組在２００２年２月份就有文稿提出，可見(jiàn)各國(guó)早已開(kāi)展了對(duì)超3G頻率需求計(jì)算方法的研究工作。２００３年４月份的ＷＰ８Ｆ工作組會(huì)議上，頻率計(jì)算方法子工作組的第一次會(huì)議中又有多篇針對(duì)頻率需求計(jì)算方法的文稿。這次會(huì)議是該組的第一次會(huì)議，重點(diǎn)是制定該組的工作計(jì)劃及頻譜計(jì)算方法的工作范圍，但卻已經(jīng)有多種計(jì)算方法提出。下面對(duì)此做簡(jiǎn)單介紹。


１．研究新的頻率需求計(jì)算方法的必要性


　�。桑裕眨�Ｒ 對(duì)IMT-2000系統(tǒng)頻率需求的計(jì)算方法采用Ｍ．１３９０建議中規(guī)定的方法，是基于從現(xiàn)在起大約到２０１０年間２Ｇ和3G的混合技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的。這種方法中的業(yè)務(wù)模型是基于語(yǔ)音業(yè)務(wù)，還包括一些峰值可達(dá)到２ Ｍｂｉｔ／ｓ的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)的模型都用一種簡(jiǎn)單的峰值流量模型來(lái)表示。對(duì)頻率的估計(jì)是基于１９９６～１９９８年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。這些方法有很多明顯的不足。


　　根據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)超3G的業(yè)務(wù)將會(huì)從面向語(yǔ)音的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向多媒體業(yè)務(wù)，基于ＩＰ的業(yè)務(wù)將會(huì)成為主要角色。正是因?yàn)檫@些原因，未來(lái)的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)會(huì)設(shè)計(jì)得能更經(jīng)濟(jì)地傳送分組數(shù)據(jù)。另外，由于業(yè)務(wù)會(huì)變得更具多樣性，對(duì)各種復(fù)雜的環(huán)境、地理區(qū)域以及不同的時(shí)間僅僅考慮峰值業(yè)務(wù)量值，也就是說(shuō)把業(yè)務(wù)和環(huán)境割裂開(kāi)來(lái)考慮也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。


　　在Ｍ．１３９０所采用的方法中，業(yè)務(wù)和環(huán)境獨(dú)立處理，比如僅通過(guò)對(duì)每種環(huán)境的各種業(yè)務(wù)的峰值相加得到總頻譜需求，而并沒(méi)有考慮到各種業(yè)務(wù)的使用實(shí)際是相關(guān)的。例如，用戶(hù)正在使用某種多媒體業(yè)務(wù)時(shí)，再使用話音業(yè)務(wù)的可能性就很小。此外，這種方法還假設(shè)每種業(yè)務(wù)的峰值流量都產(chǎn)生于同一小區(qū)，顯然計(jì)算時(shí)也是一個(gè)問(wèn)題。這種方法的局限性可以概括為：


　　·僅關(guān)注于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，而實(shí)際上未來(lái)的超3G包括多種接入技術(shù)；


　　·僅考慮了忙時(shí)的情況，而不是同時(shí)考慮和時(shí)間相關(guān)的業(yè)務(wù)以及接入策略；


　　·沒(méi)有明顯地區(qū)別分組和電路交換業(yè)務(wù)；


　　·僅限于３ ＧＨｚ之下的頻譜；


　　·對(duì)于各種接入環(huán)境和移動(dòng)性的系統(tǒng)能力沒(méi)有區(qū)別；


　　·僅簡(jiǎn)單地考慮了頻譜效率的改進(jìn)；


　　·對(duì)不同的環(huán)境只進(jìn)行獨(dú)立考慮；


　　·對(duì)于非同時(shí)產(chǎn)生的忙時(shí)話務(wù)僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的加權(quán)相加來(lái)處理。


　　由于上述的這些局限性，目前方法子工作組正在研究對(duì)超3G頻譜計(jì)算的新方法，并提出兩種觀點(diǎn)：一種是基于計(jì)算的方法，一種是基于蒙特卡羅仿真方法。根據(jù)工作計(jì)劃，這些方法將在２００３年９月底到１０月份進(jìn)行的第１１次會(huì)議進(jìn)行討論，因此目前還沒(méi)有結(jié)論。屆時(shí)還可能會(huì)有更多關(guān)于計(jì)算方法的建議提出，我國(guó)也可以根據(jù)自己的情況提出相關(guān)建議。下面介紹一下現(xiàn)在提出的這兩種方法，供大家參考。
　�。ǎ保�對(duì)Ｍ．１３９０中確定性計(jì)算的修正方法


　　日本提出了對(duì)Ｍ．１３９０確定性計(jì)算改進(jìn)的方法，引入了兩種新業(yè)務(wù)類(lèi)型ＵＨＭＭ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｍｕｌｔｉ－Ｍｅｄｉａ）和ＶＨＭＭ （Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｍｕｌｔｉ－Ｍｅｄｉａ），以及可變比特率（ＶＢＲ）和不變比特率（ＣＢＲ）兩種業(yè)務(wù)模型來(lái)計(jì)算超3G的頻譜。日本還在模型的環(huán)境中補(bǔ)充了在遠(yuǎn)景建議中提出的新無(wú)線環(huán)境“熱點(diǎn)”（Ｈｏｔ Ｓｐｏｔ），通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)滲透率進(jìn)行修正，對(duì)ＶＢＲ的業(yè)務(wù)通過(guò)加權(quán)因子修正來(lái)進(jìn)行計(jì)算。


　　對(duì)業(yè)務(wù)滲透率的修正主要通過(guò)環(huán)境加權(quán)矩陣Ｅ（式（３）來(lái)進(jìn)行修正，矩陣Ｐ（式（２））是滲透率矩陣，修正后的滲透率矩陣Ｑ（式（１））可以用式（４）表示。在兩種不相關(guān)的環(huán)境中加權(quán)因子是０。


　　對(duì)于１６種業(yè)務(wù)類(lèi)型，也可通過(guò)修正后的忙時(shí)試呼（ＢＨＣＡ）矩陣Ｂｓ（式（５）），原ＢＨＣＡ用矩陣Ｂ（式（７））表示，加權(quán)矩陣為Ｓ。


　�。ǎ玻┟商乜�羅仿真方法


　　德國(guó)提出針對(duì)超3G的蒙特卡羅仿真方法重點(diǎn)考慮了超3G系統(tǒng)中多種無(wú)線接入技術(shù)的仿真實(shí)現(xiàn)，具體的流程如圖４所示。其仿真步驟為：







　　·根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)和可能的用戶(hù)密度產(chǎn)生每種環(huán)境下的業(yè)務(wù)需求；


　　·根據(jù)系統(tǒng)定義產(chǎn)生無(wú)線接入技術(shù)的主要技術(shù)特性參數(shù)；


　　·結(jié)合以上兩條的結(jié)果，將業(yè)務(wù)映射到相應(yīng)的無(wú)線接入技術(shù)，產(chǎn)生每種環(huán)境下對(duì)每種接入技術(shù)的用戶(hù)需求；


　　·通過(guò)蒙特卡羅仿真，得到不同環(huán)境和不同傳播條件下各種接入技術(shù)所需的頻率資源；


　　·計(jì)算得到所需的頻率資源總和。


２．對(duì)兩種方法的評(píng)價(jià)


　　由于對(duì)頻譜需求計(jì)算方法在ＷＰ８Ｆ工作組還沒(méi)有進(jìn)行討論，下面談一下筆者對(duì)這兩種算法的看法。


　　通過(guò)對(duì)Ｍ．１３９０中確定性計(jì)算進(jìn)行修正的計(jì)算方法的主要優(yōu)點(diǎn)是僅僅通過(guò)計(jì)算就可以得到最終結(jié)果，比較簡(jiǎn)單清晰。這種算法需要確定加權(quán)矩陣Ｅ和Ｓ中的各個(gè)加權(quán)因子，而在3G系統(tǒng)還沒(méi)有很成功地開(kāi)展應(yīng)用的情況下進(jìn)行估計(jì)是比較困難的，而如果對(duì)加權(quán)因子的估計(jì)不正確，就會(huì)對(duì)最終結(jié)果的正確性產(chǎn)生很大的影響。另外，由于多種技術(shù)的引入，簡(jiǎn)單地通過(guò)加權(quán)因子能否確切反應(yīng)超3G系統(tǒng)的復(fù)雜性還需要進(jìn)一步研究，確定性計(jì)算也較難將不同無(wú)線接入系統(tǒng)間的動(dòng)態(tài)關(guān)系體現(xiàn)出來(lái)。



　　蒙特卡羅仿真方法如何得到正確的業(yè)務(wù)、系統(tǒng)等模型也至關(guān)重要，模型的偏差可能會(huì)導(dǎo)致致命的頻率估計(jì)錯(cuò)誤。另外，目前對(duì)超3G系統(tǒng)的性能的研究以及對(duì)各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)都有限，對(duì)發(fā)現(xiàn)正確的模型也比較困難。蒙特卡羅仿真像基于靜態(tài)的快拍�煟樱睿幔穑螅瑁铮簦牱绞阶ヅ南到y(tǒng)的瞬間狀態(tài)和性能，缺乏連續(xù)性。超3G系統(tǒng)是多種技術(shù)和系統(tǒng)的結(jié)合，對(duì)超3G系統(tǒng)的仿真應(yīng)采用何種仿真方法還有待研究。另外由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理能力有限，超3G系統(tǒng)的大業(yè)務(wù)量、多種系統(tǒng)并存的情況，對(duì)系統(tǒng)仿真系統(tǒng)本身的能力也將會(huì)是一種挑戰(zhàn)。


　　因此以上兩種方法都不盡完美，對(duì)頻率的計(jì)算都各有優(yōu)缺點(diǎn)，存在不少需改進(jìn)之處，因此可考慮兩種方法的結(jié)合運(yùn)用。相信方法子組今后會(huì)看到更多的方法建議，為超3G的頻率計(jì)算找到合適的方法。


結(jié)　　語(yǔ)


　　從前面的介紹可以看出，ＩＴＵ對(duì)于超3G的研究工作剛剛開(kāi)始，還沒(méi)有結(jié)論性的成果。因此，這是我國(guó)通信界繼續(xù)趕超國(guó)際技術(shù)發(fā)展的一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。特別是在頻譜計(jì)算、業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)以及新的無(wú)線接入和核心網(wǎng)技術(shù)方面，我國(guó)各公司、研究機(jī)構(gòu)、高校等如能積極組織起來(lái)，根據(jù)自身的特長(zhǎng)在相應(yīng)的領(lǐng)域分工合作，開(kāi)展研究，相信在超3G的領(lǐng)域中，我國(guó)定能取得更好的成果。




摘自　世界電信