3G看寬帶無(wú)線接入的未來(lái)

未來(lái)寬帶接入的最主要的應(yīng)用是多媒體通信、對(duì)寬帶固定網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線接入和不同系統(tǒng)之間的無(wú)縫隙漫

游。

寬帶接入系統(tǒng)的發(fā)展和基本特征

自80年代第一代系統(tǒng)問(wèn)世以來(lái)，寬帶接入技術(shù)每10年產(chǎn)生一次新的飛躍。未來(lái)幾代移動(dòng)通信將是多媒

體通信，對(duì)寬帶固定網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線接入和不同系統(tǒng)之間的漫游。

移動(dòng)通信系統(tǒng)從80年代誕生以來(lái)，到2020年將大體經(jīng)過(guò)5代的發(fā)展歷程(見(jiàn)表1)，而且到2010年，將從

第3代過(guò)渡到第4代(4G)。到4G，除蜂窩電話系統(tǒng)外，寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)、毫米波LAN、智能傳輸系統(tǒng)(ITS)

和同溫層平臺(tái)(HAPS)系統(tǒng)將投入使用。

未來(lái)幾代移動(dòng)通信系統(tǒng)最明顯的趨勢(shì)是要求高數(shù)據(jù)速率、高機(jī)動(dòng)性和無(wú)縫隙漫游。實(shí)現(xiàn)這些要求在技

術(shù)上將面臨更大挑戰(zhàn)。此外，系統(tǒng)性能(如蜂窩規(guī)模和傳輸速率)在很大程度上將取決于頻率的高低�？紤]

到這些技術(shù)問(wèn)題，有的系統(tǒng)將側(cè)重提供高數(shù)據(jù)速率，有的系統(tǒng)將側(cè)重增強(qiáng)機(jī)動(dòng)性或擴(kuò)大覆蓋范圍。

從用戶角度看，可以使用的接入技術(shù)包括：蜂窩移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)，如3G；無(wú)繩系統(tǒng)，如DECT；近距離通

信系統(tǒng)，如藍(lán)牙和DECT數(shù)據(jù)系統(tǒng)；無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)；固定無(wú)線接入或無(wú)線本地環(huán)系統(tǒng)；衛(wèi)星系統(tǒng)；

廣播系統(tǒng)，如DAB和DVB-T；ADSL和Cable Modem。

上述這些系統(tǒng)盡管用途不同，但都適合傳輸數(shù)據(jù)。WLAN系統(tǒng)將設(shè)計(jì)成適合高數(shù)據(jù)速率接入，但通信距

離較近，機(jī)動(dòng)性較低，適用于企業(yè)網(wǎng)和公共接入，如公司園區(qū)、會(huì)議中心、機(jī)場(chǎng)、飯店和火車站等熱點(diǎn)通

信。HIPERLAN 2和IEEE 802.11a均可實(shí)現(xiàn)全球漫游。此外，對(duì)新的接口的研究將支持高機(jī)動(dòng)性和高數(shù)據(jù)速

率。在這些系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)將在多點(diǎn)傳輸環(huán)境中起轉(zhuǎn)發(fā)作用。移動(dòng)臺(tái)均能支持基站功能，并可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)

之間的直接呼叫。因此，新的寬帶接入系統(tǒng)將具有如下

基本特征：

①?gòu)?G到5G的各種寬帶接入系統(tǒng)將支持2、10、20、50、100、156、600Mbps等高數(shù)據(jù)速率。

②共享頻率，從而能夠在不同系統(tǒng)和不同運(yùn)營(yíng)商之間更好地利用頻率資源。

③新型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)管理，如特設(shè)網(wǎng)絡(luò)和自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)重新配置，以及支持通用平臺(tái)上

的各種接入系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頻率分配。

④頻分雙工(FDD)和時(shí)分雙工(TDD)系統(tǒng)支持對(duì)稱和非對(duì)稱業(yè)務(wù)，并為非對(duì)稱業(yè)務(wù)優(yōu)化傳輸鏈路。

⑤核心網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線接入網(wǎng)支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的QoS要求，從而使分組數(shù)據(jù)傳輸更有效，基于IP的核心網(wǎng)絡(luò)和

無(wú)線接入網(wǎng)，將能更加即時(shí)地提供新業(yè)務(wù)，集成新的網(wǎng)絡(luò)要素更加容易，而且成本更低。

⑥多方式終端和新的裝置將是關(guān)鍵部件，這些部件包括攝像機(jī)、視頻和高分辨率Internet應(yīng)用的顯示

屏以及特設(shè)網(wǎng)絡(luò)與其他業(yè)務(wù)組網(wǎng)的近距離接入系統(tǒng)，而且均是基于信號(hào)處理功率高的自適應(yīng)系統(tǒng)。

⑦現(xiàn)有的和新的接入技術(shù)在通用平臺(tái)上的集成及其與多方式終端的無(wú)縫隙互連將是未來(lái)幾代系統(tǒng)的關(guān)

鍵特性。這些系統(tǒng)依靠網(wǎng)絡(luò)管理模式、自適應(yīng)頻率分配和自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)特性可以靈活配置，從而支持未來(lái)通

信系統(tǒng)中不同終端和用戶的需要。

未來(lái)系統(tǒng)和性能要求

從技術(shù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)程度看，未來(lái)系統(tǒng)包括4G蜂窩、寬帶無(wú)線接入、LAN、ITS和HAPS系統(tǒng)等。

4G蜂窩系統(tǒng)

4G蜂窩系統(tǒng)不僅是高速而且是高容量系統(tǒng)。為了在適當(dāng)頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)高容量，4G系統(tǒng)的蜂窩半徑比目前

的蜂窩系統(tǒng)��；但是，通過(guò)構(gòu)造基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，3G、4G、WLAN和固定網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)縫隙連接，從而實(shí)

現(xiàn)更大范圍的覆蓋將是可能的。 4G蜂窩系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用可分為三層，即物理網(wǎng)絡(luò)、中間件環(huán)境

和應(yīng)用環(huán)境。物理網(wǎng)絡(luò)以綜合信息格式對(duì)無(wú)線和核心網(wǎng)絡(luò)提供接入和漫游功能。中間件軟件環(huán)境在應(yīng)用和

物理網(wǎng)絡(luò)之間起連接作用，其功能包括QoS映射、地址變換、即插即用、安全管理等。 物理網(wǎng)絡(luò)和中間件

及應(yīng)用之間的接口是開(kāi)放IP接口。

寬帶無(wú)線接口和局域網(wǎng)

寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)將使用毫米波，頻率將高達(dá)5GHz。寬帶接入系統(tǒng)將提供兩種類型的高速無(wú)線接入通

信。一種是用于戶內(nèi)和戶外的寬帶移動(dòng)通信，在5.2GHz頻段內(nèi)能夠傳輸30Mbps的數(shù)據(jù)；二是提供超高速WL

AN內(nèi)通信，使用60GHz的毫米波頻率能傳送600Mbps的高速信號(hào)。毫米波WLAN的原型系統(tǒng)已在發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)發(fā)

出來(lái)，并演示了60GHz WALN系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)率高達(dá)155Mbps的異步傳輸方式(ATM)的可行性。

智能傳輸系統(tǒng)

智能傳輸系統(tǒng)(ITS)是一種新的傳輸系統(tǒng)。它包括供移動(dòng)用戶使用的先進(jìn)的信息和電信網(wǎng)絡(luò)，不僅能夠

解決業(yè)務(wù)突發(fā)擁塞問(wèn)題，而且還將提供多媒體服務(wù)。

從目前的研究情況看，ITS包含9個(gè)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，如導(dǎo)航系統(tǒng)、電子長(zhǎng)途通信(ETC)系統(tǒng)、安全駕駛助理

等。ITS的第一步是推出采用5.8GHz的頻段ETC，通過(guò)基站實(shí)現(xiàn)與途中的車輛通信和車輛間通信。ITS被看作

是最有希望的多媒體通信業(yè)務(wù)之一，市場(chǎng)潛力很大，就日本的潛在市場(chǎng)而言，將高達(dá)5000萬(wàn)億日元。

高空同溫層平臺(tái)系統(tǒng)

高空同溫層平臺(tái)通信系統(tǒng)(HAPS)，是一種很有發(fā)展前途的多媒體通信系統(tǒng)，它有可能成為繼地面和衛(wèi)

星通信系統(tǒng)之后的第三種重要基礎(chǔ)設(shè)施。

HAPS的基本構(gòu)成是，平臺(tái)位于高20公里的同溫層中，通過(guò)互通鏈路在天空構(gòu)成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，而平臺(tái)和用

戶臺(tái)之間由寬帶接入鏈路連接，接入鏈路的頻率將采用毫米波。

該系統(tǒng)可支持固定、移動(dòng)和便攜式等各種用戶終端。接入鏈路的數(shù)據(jù)率一般為25Mbps。如果采用較大

的天線，用戶終端的數(shù)據(jù)率可達(dá)幾兆比特。由于采用毫米波頻段，采用增益高的小天線是可行的。例如，

采用20dBi增益的5cm碟式天線，可對(duì)車輛提供14kbps的數(shù)據(jù)速率。

從發(fā)展趨勢(shì)看，無(wú)論采用哪種接入系統(tǒng)都將滿足下屬性能要求：

①高業(yè)務(wù)量。2010年，在3G系統(tǒng)中將廣泛采用多媒體業(yè)務(wù)，上下行鏈路的話音和多媒體業(yè)務(wù)量之間的

比率預(yù)計(jì)約為1∶2。到2010后，假若多媒體業(yè)務(wù)量年增長(zhǎng)率為40%，那么它將是目前水平的23倍，多媒體和

話音業(yè)務(wù)量的比率將是10∶1。為了適應(yīng)業(yè)務(wù)量的高速增長(zhǎng)，到2010年，頻寬將增加160MHz。因此，對(duì)4G系

統(tǒng)的研究包含提供頻譜利用率和開(kāi)發(fā)新的頻段，以適應(yīng)用戶業(yè)務(wù)量的增長(zhǎng)。

②高機(jī)動(dòng)性。4G蜂窩系統(tǒng)將對(duì)移動(dòng)用戶提供至少2Mbps的數(shù)據(jù)率。盡管高數(shù)據(jù)率系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高機(jī)動(dòng)性相當(dāng)

困難，但5.8GHz的智能傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這一要求是可能的。上述ITS是專用于運(yùn)輸車輛的通信系統(tǒng)，但它將向

通用系統(tǒng)發(fā)展，將在毫米波頻段提供50～200Mbps的數(shù)據(jù)率。

③覆蓋地域廣和不同系統(tǒng)之間的無(wú)縫隙漫游。由于未來(lái)系統(tǒng)的目標(biāo)數(shù)據(jù)率將比目前系統(tǒng)高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，

蜂窩半徑將縮小；但是，利用距地面高20公里的同溫層平臺(tái)(HAPS)可以實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋。同時(shí)，對(duì)戶內(nèi)WLAN

、戶外寬帶接入系統(tǒng)和ITS等其他系統(tǒng)的平滑切換，是未來(lái)系統(tǒng)的極其重要的功能。實(shí)現(xiàn)這種漫游功能的第

一步是構(gòu)造基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，支持下一代Internet。

④低成本。鑒于到2010年，4G系統(tǒng)的每單位面積的容量將是3G蜂窩系統(tǒng)的10倍，而傳輸信息的成本將

大幅度下降。

⑤無(wú)線QoS資源控制。無(wú)線系統(tǒng)使用有限的資源(頻率和發(fā)射功率)，而且易于受擁塞的影響，因此無(wú)

線QoS資源控制對(duì)于保證服務(wù)質(zhì)量、支持各種應(yīng)用和不同類型的服務(wù)將發(fā)揮重要作用，同時(shí)也是擴(kuò)大用戶數(shù)

量的重要保證。

面臨的問(wèn)題和解決辦法

為實(shí)現(xiàn)繼3G之后的新系統(tǒng)，必須通過(guò)廣泛研究解決許多技術(shù)問(wèn)題。未來(lái)系統(tǒng)最重要的要求是在通用平

臺(tái)上實(shí)現(xiàn)不同的接入系統(tǒng)以及不同接入系統(tǒng)和多種業(yè)務(wù)所必需的多方式或自適應(yīng)和多頻段終端的互聯(lián)互通。

實(shí)現(xiàn)這一要求所面臨的主要問(wèn)題是無(wú)線接口、無(wú)線接入和核心網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成，以及與服務(wù)有關(guān)的措施。同時(shí)，

未來(lái)系統(tǒng)還必須盡可能有效利用頻譜資源。因此，將采取下面的一些措施解決發(fā)展過(guò)程中所面臨的問(wèn)題：

①實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)組網(wǎng)和自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)重新配置，使網(wǎng)絡(luò)具有適應(yīng)用戶需求的更大靈活性。

②通過(guò)水平和垂直切換以及業(yè)務(wù)協(xié)商和網(wǎng)絡(luò)管理，在較高協(xié)議層上實(shí)現(xiàn)不同接入系統(tǒng)的互通。

③通過(guò)改進(jìn)調(diào)制和信道編碼模式使現(xiàn)有系統(tǒng)更加完善和開(kāi)發(fā)新的接入系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間頻譜

共享和動(dòng)態(tài)頻率分配，研究不同的無(wú)線接入系統(tǒng)之間的共存條件，以進(jìn)一步增強(qiáng)頻譜效率和系統(tǒng)性能。

④采用先進(jìn)的信號(hào)處理算法，在提高鏈路性能和計(jì)算復(fù)雜性方面求得合理平衡。同時(shí)根據(jù)信道條件、

業(yè)務(wù)量實(shí)現(xiàn)鏈路自適應(yīng)，以更好地利用頻率資源并改善系統(tǒng)性能。

⑤采用先進(jìn)的檢測(cè)模式，檢測(cè)用戶業(yè)務(wù)狀況，并采用先進(jìn)的干擾消除技術(shù)，以消除蜂窩內(nèi)和蜂窩間的

干擾。

⑥采用先進(jìn)的天線技術(shù)，以提高鏈路質(zhì)量和信道容量。

⑦相對(duì)于服務(wù)要求(如QoS)，特別是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的延遲要求，支持實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。

⑧采用諸如認(rèn)證、授權(quán)和賬戶管理等先進(jìn)的安全機(jī)制，保證業(yè)務(wù)安全。