歐洲B3G研究及進(jìn)展


1前言
當(dāng)前在全球范圍內(nèi)，第二代（2G）移動(dòng)通信系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用，第三代（3G）移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)逐步開始商用，但3G對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持仍然需要進(jìn)一步完善。因此，在移動(dòng)通信領(lǐng)域領(lǐng)先的國(guó)家和企業(yè)都已經(jīng)著手研究更新的移動(dòng)通信技術(shù)，以滿足市場(chǎng)需求，搶占未來移動(dòng)通信市場(chǎng)的份額。其中一項(xiàng)新技術(shù)是BeyondIMT-2000，也就是我們通常說的B3G技術(shù)，2005年l0月被ITU正式命名為IMT-Advanced。
在3G時(shí)代．很多國(guó)家都采用拍賣的方式發(fā)放3G許可證，由于全新技術(shù)的出現(xiàn)會(huì)對(duì)3G技術(shù)構(gòu)成威脅，影響運(yùn)營(yíng)商對(duì)3G投資的回收。所以，大部分國(guó)家都希望將B3G技術(shù)看成是3G技術(shù)的發(fā)展和延伸，而不是一種革命性的技術(shù)進(jìn)步。正是基于這種考慮，自2001年以來，歐洲一直致力于復(fù)合可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的研究，希望將不同的接入技術(shù)復(fù)合起來，形成一個(gè)比原有接入技術(shù)有更好服務(wù)特性的新整體，利用網(wǎng)絡(luò)和終端的可重構(gòu)性，使用戶終端以自適應(yīng)的方式，在不同接入技術(shù)覆蓋的網(wǎng)絡(luò)中漫游并獲得所需的服務(wù)。
歐洲推出的2G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)GSM系統(tǒng)在全球獲得了廣泛的應(yīng)用，雖然北美的CDMA系統(tǒng)占據(jù)了一定的市場(chǎng)，但是與GSM所占據(jù)的市場(chǎng)份額相比，還是很少。之后，被稱作2.5G的GPRS系統(tǒng)和IMT-2000中的WCDMA現(xiàn)在也得到了廣泛的認(rèn)可。由于前期歐洲在移動(dòng)通信技術(shù)方面的研究一直是比較成功的，所以，其較新的研究方向應(yīng)該引起我們的關(guān)注。
2歐洲主要研究機(jī)構(gòu)與國(guó)際組織及其研究計(jì)劃
(1)歐盟的WINNER項(xiàng)目
為了加強(qiáng)歐盟國(guó)與國(guó)之間的科研合作，歐盟從1984年開始實(shí)施名為“框架計(jì)劃（FrameworkProgrammes）”的研發(fā)計(jì)劃。歐盟框架計(jì)劃的研究水平高、涉及領(lǐng)域廣、投資力度大、參與國(guó)家多，投入資金也不斷增加。目前正在實(shí)施的是第6個(gè)框架計(jì)劃(2002～2006年)，為了鞏固歐盟在移動(dòng)通信領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，歐盟在3G技術(shù)剛剛開始商用的時(shí)候，已經(jīng)開始對(duì)B3G系統(tǒng)展開深入的研究，WINNER(WirelessWorldInitiative New Radio)項(xiàng)目第一階段（2004～2005年）的投入資金為2100萬歐元。
WINNER項(xiàng)目旨在研發(fā)一種創(chuàng)新的無線接入技術(shù)，具有更高的靈活性和可擴(kuò)展性，能夠在不同的無線環(huán)境下提供多種數(shù)據(jù)速率的服務(wù)。WINNER希望以一個(gè)無處不在的無線通信系統(tǒng)代替目前多種系統(tǒng)（蜂窩、WLAN和近距離無線接入等）共存的格局，這個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)近距離到廣域全面覆蓋，在各種無線環(huán)境下自適應(yīng)地提供各種業(yè)務(wù)和應(yīng)用。
WINNER項(xiàng)目主要分為三個(gè)階段。
l第一階段(2004～2005年):需求分析、技術(shù)評(píng)估和初步系統(tǒng)設(shè)計(jì)。包括39位成員。
l第二階段(2006～2007年):進(jìn)一步系統(tǒng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化，完成具體的技術(shù)方案，準(zhǔn)備技術(shù)試驗(yàn)。包括43位成員。
l第三階段(2008～2009年):系統(tǒng)優(yōu)化和技術(shù)試驗(yàn)，包括室內(nèi)測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等內(nèi)容。
WINNER項(xiàng)目第一階段中共包括39個(gè)成員，8個(gè)工作組，每個(gè)工作組下又分為多個(gè)項(xiàng)目組。第二階段又在眾多申請(qǐng)者中經(jīng)過多次篩選增加了4個(gè)成員，總共包括43個(gè)成員，在2005年12月啟動(dòng)，初步計(jì)劃分為6個(gè)工作組共15個(gè)任務(wù)。
(2)WWRF
2001年8月，歐美5大通信設(shè)備制造商(阿爾卡特、愛立信、摩托羅拉、諾基亞、西門子)發(fā)起成立了WWRF(WorldWire1essResearchForum)。到2005年底，成員單位已經(jīng)發(fā)展到150多個(gè)。目前，WWRF是世界上除ITU以外研究B3G最重要的國(guó)際組織。ITU是政府性組織，目前工作主要集中在頻譜方面，對(duì)具體的業(yè)務(wù)和技術(shù)方面研究不夠深入，而這方面是WWRF的強(qiáng)項(xiàng)。目前，WWRF對(duì)無線、網(wǎng)絡(luò)、安全和業(yè)務(wù)等方面的研究非�；钴S。
與其他3G領(lǐng)域的組織相比，WWRF除了設(shè)備制造商和運(yùn)營(yíng)商以外，還有不少大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)，所以有很多新的思想和新的理論產(chǎn)生。該組織的主要目標(biāo)是邀請(qǐng)有興趣的各方一起研究未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，從而推動(dòng)技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)展，但WWRF自身并不制定標(biāo)準(zhǔn)。
WWRF下設(shè)6個(gè)工作組和4個(gè)特別興趣組（SIG，SpecialInterestingGroup）。6個(gè)工作組分別是用戶的觀點(diǎn)和業(yè)務(wù)概念，業(yè)務(wù)架構(gòu)，協(xié)作和Adhoc網(wǎng)絡(luò)，新無線接口、基于中繼的系統(tǒng)和智能天線，短距離無線通信系統(tǒng)，重配置。SIG研究的內(nèi)容可能涉及多個(gè)工作組，包括頻譜、安全與互信、自組織和網(wǎng)絡(luò)融合。
WWRF的主要研究成果以白皮書的形式發(fā)布。經(jīng)過一段時(shí)間的工作以后，WWRF將所有的白皮書匯總，以書籍的形式正式出版，正式名稱為TechnologiesfortheWireless Future。
3復(fù)合可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)
(1)基本概念
復(fù)合可重構(gòu)概念的發(fā)展可以分成兩部分，復(fù)合無線電（CompositeRadio）的發(fā)展和可重構(gòu)性的發(fā)展。
網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合（Composite），就是由多種不同性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的基本網(wǎng)絡(luò)混合而成的，具有新結(jié)構(gòu)和功能特性的一個(gè)整體的新網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)介于集成網(wǎng)絡(luò)與融合網(wǎng)絡(luò)之間，即當(dāng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合到一起的時(shí)候，需要對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改變，使不同的網(wǎng)絡(luò)最終形成為一個(gè)整體，其對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)所做出的改變比集成網(wǎng)絡(luò)多，但比融合網(wǎng)絡(luò)要少。新的網(wǎng)絡(luò)可以具有不同的接入技術(shù)，但有統(tǒng)一的管理系統(tǒng)和統(tǒng)一的安全機(jī)制等。此外，新網(wǎng)絡(luò)的性能應(yīng)當(dāng)比原有的每一個(gè)復(fù)合前網(wǎng)絡(luò)的性能要好，才可以稱為復(fù)合網(wǎng)絡(luò)。
可重構(gòu)性（Reconfigurable）技術(shù)概念來源于軟件定義無線電（SoftwareDefineRadio,SDR），利用它可以很方便地改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，不但降低了設(shè)備成本，而且在系統(tǒng)的管理方面也具有先進(jìn)性，在此泛指支持終端和網(wǎng)絡(luò)單元?jiǎng)討B(tài)適應(yīng)的無線接入技術(shù)(Radio Access Technology,RAT)，即依據(jù)區(qū)域或者時(shí)區(qū)等條件判定所需提供的服務(wù)，從許多RAT中選出最適合的一個(gè)提供給終端用戶，使用戶獲得所需的服務(wù)。需要注意，在這個(gè)定義中包含了兩方面的內(nèi)容：一方面是終端的可重構(gòu)性，主要指終端對(duì)于多種接入技術(shù)進(jìn)行自適應(yīng)選擇，并在不同接入技術(shù)之間進(jìn)行無縫切換的過程；另一方面是網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)性，不但包括網(wǎng)絡(luò)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)本身故障的自動(dòng)修正，還包括對(duì)于自身運(yùn)行參數(shù)的自適應(yīng)。
復(fù)合可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將可重構(gòu)性引入復(fù)合網(wǎng)絡(luò)中，原因在于單純的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)當(dāng)需要進(jìn)行更新或者升級(jí)的時(shí)候，需要更改系統(tǒng)中的很多設(shè)備，包括終端、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施等，這給運(yùn)營(yíng)商和用戶帶來了經(jīng)濟(jì)上的花費(fèi)和諸多的不方便。而如果復(fù)合網(wǎng)絡(luò)具有了可重構(gòu)性，終端用戶在升級(jí)的時(shí)候就只需要下載一定的系統(tǒng)軟件即可使用新網(wǎng)絡(luò)了；而對(duì)運(yùn)營(yíng)商來說，在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上做很小的改動(dòng)即可增加新的接入技術(shù)或提供新的業(yè)務(wù)。并且，具有可重構(gòu)性的網(wǎng)絡(luò)的主體部分也可以依據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的狀況對(duì)自身的配置進(jìn)行調(diào)整，或者對(duì)自身出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行自適應(yīng)的改正。
對(duì)于可重構(gòu)性的研究，歐洲采用的主要方法是通過開放資源的實(shí)時(shí)平臺(tái)來支持可重構(gòu)性。在歐洲眾多的項(xiàng)目中，由摩托羅拉、諾基亞、愛立信等公司進(jìn)行研究的E2R（EndtoEndReconfigurability，端到端的可重構(gòu)性）做出了重要的貢獻(xiàn)。
(2)體系架構(gòu)
一個(gè)通信系統(tǒng)分為核心網(wǎng)絡(luò)和空中接口兩部分，而復(fù)合可重構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)由多種接入技術(shù)結(jié)合起來，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)核心網(wǎng)絡(luò)，空中接口是多個(gè)

圖1

核心網(wǎng)絡(luò)部分：目前的研究中核心網(wǎng)絡(luò)都采用全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)。圖1是E2R系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，其核心網(wǎng)絡(luò)主要承擔(dān)著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制，包括不同協(xié)議的空中接口的連接與交換，提供無線資源管理（RRM）算法、軟件定義無線電（SDR）算法和QoS（QualityofService）算法、無縫管理、移動(dòng)性管理、安全管理、AAA（AuthenticationAuthorization Accounting）以及記賬（Billing）管理等。核心網(wǎng)絡(luò)提供給終端改變接入模式所需軟件的下載。
空中接口部分包括多個(gè)子空中接口，每一種空中接口對(duì)應(yīng)著一種已有的或?qū)⒂械慕尤刖W(wǎng)絡(luò)，每種接入網(wǎng)絡(luò)都有相應(yīng)的多個(gè)基站或者AP（AccessPoint），其基礎(chǔ)設(shè)施均受到核心網(wǎng)絡(luò)的控制，而用戶終端可以在不同網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行無縫漫游和切換。
系統(tǒng)中的終端是可重構(gòu)終端，可以是計(jì)算機(jī)、PDA，也可以是移動(dòng)電話。終端設(shè)備的模式改變不須事先寫入，而是通過軟件下載及安裝來完成模式的改變，從而形成一個(gè)多頻率、多模式、多接入方式的復(fù)合可重構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)。
如前所述，各種已有網(wǎng)絡(luò)之間是相互獨(dú)立且互補(bǔ)的。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，不同制式的網(wǎng)絡(luò)相互重疊，終端可以選擇最佳條件的網(wǎng)絡(luò)接入。例如：當(dāng)快速移動(dòng)時(shí)，可以選擇移動(dòng)性支持較好的網(wǎng)絡(luò)，如UMTS之類的3G網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)需要完成高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)或多媒體業(yè)務(wù)時(shí)，就切換到WiMAX等傳輸速率比較高的網(wǎng)絡(luò)。若有一種網(wǎng)絡(luò)失效，用戶可以切換到其他網(wǎng)絡(luò)。因而，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所支持的移動(dòng)性、可靠性、可伸縮性等性能都有顯著的提高。而對(duì)用戶而言，系統(tǒng)是透明的，用戶感覺不到切換或系統(tǒng)在做什么。
(3)進(jìn)一步研究方向
復(fù)合可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)非常復(fù)雜的未來移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，所以需要大量的研究工作來確定不同的接入技術(shù)復(fù)合在一起的具體基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，并選出最合適的接入技術(shù)進(jìn)行組合，從終端的具體結(jié)構(gòu)、軟件下載機(jī)制、接入網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理、安全管理以及AAA管理等方面都需進(jìn)行更深入的討論。
4結(jié)束語
總之，復(fù)合可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是由不同的接入技術(shù)復(fù)合起來形成的一個(gè)比原有接入技術(shù)有更好服務(wù)特性的新整體，利用網(wǎng)絡(luò)和終端的可重構(gòu)性，使用戶終端以自適應(yīng)的方式，在不同接入技術(shù)覆蓋的網(wǎng)絡(luò)中漫游并獲得所需的服務(wù)。
在我國(guó)，對(duì)應(yīng)于B3G的項(xiàng)目是FuTURE（theFutureTechnologiesfor a Universal Radio Environment）計(jì)劃，該計(jì)劃中所提出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，但是沒有明確具有可重構(gòu)性。該系統(tǒng)采用的是分布式的結(jié)構(gòu)，對(duì)于現(xiàn)有運(yùn)行的2G和即將運(yùn)行的3G系統(tǒng)來說，將是一個(gè)全新的系統(tǒng)。另外，在我國(guó)，3G標(biāo)準(zhǔn)除了WCDMA和cdma 2000以外，還有國(guó)產(chǎn)的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)，而TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)也與前兩個(gè)必然不同，若要實(shí)現(xiàn)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)共存，其演進(jìn)系統(tǒng)必將要實(shí)現(xiàn)與其他標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)系統(tǒng)最終的融合。而復(fù)合可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的研究所帶來的，符合無線移動(dòng)演進(jìn)的方向和需求，不但可以降低成本，還可以體現(xiàn)很好的兼容性，是真正的可行之路。