B3G技術(shù)的研究及發(fā)展趨勢

1、引言

“使用一代，研究一代，準(zhǔn)備一代”是維持國家和企業(yè)領(lǐng)先地位的基本方式之一。許多有實(shí)力的國家和企業(yè)不僅僅關(guān)注當(dāng)前可以創(chuàng)造利潤的產(chǎn)品，也同時(shí)密切關(guān)注未來可以創(chuàng)造利潤的產(chǎn)品。這是企業(yè)長期發(fā)展的根本保證。

經(jīng)過幾年的延遲以后，3G系統(tǒng)已經(jīng)逐步在全世界范圍內(nèi)進(jìn)入商用狀態(tài)。在這種情況下，很多國家和企業(yè)逐步將研發(fā)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中。因此，在全球范圍內(nèi)形成了一個(gè)對新移動(dòng)通信技術(shù)的研究熱潮。

在移動(dòng)通信高速增長的背景下，業(yè)界普遍認(rèn)為移動(dòng)通信市場，特別是移動(dòng)數(shù)據(jù)通信市場仍然有巨大的發(fā)展空間。在這種市場趨勢的推動(dòng)下，許多國家、國際組織、區(qū)域性組織和企業(yè)都投入了巨大的力量開展移動(dòng)新技術(shù)的研究。

許多原先占據(jù)了大量市場份額的公司在努力保護(hù)自己的既得市場份額。與此同時(shí)，不少在移動(dòng)通信領(lǐng)域占有份額很少的公司也力圖進(jìn)入這個(gè)極具潛力的市場。這種形勢使移動(dòng)通信市場變成一個(gè)競爭無比激烈的市場。

2、B3G的定義
經(jīng)過多年的努力，ITU-RWP8F終于在2003年6月完成了一個(gè)里程碑式的文件，即《Futuredevelopmentof IMT-2000 and systems beyond IMT-2000》，又被簡稱為Vision，翻譯為愿景。

圖1就是該建議中非常著名的描述未來系統(tǒng)能力的“VAN”圖。從圖1中我們可以看到對3G系統(tǒng)的未來發(fā)展及B3G系統(tǒng)的遠(yuǎn)景規(guī)劃，及其不同的組成部分間的關(guān)系。

1.黑色指示現(xiàn)有能力，中度灰色指示增強(qiáng)的IMT-2000，淺灰色指示超IMT-2000系統(tǒng)的能力

2.移動(dòng)程度按此分類：低移動(dòng)性：步行速度；高速60-250km/h(高速公路或快速列車)

圖1描述未來系統(tǒng)能力的“VAN”示意圖

根據(jù)這個(gè)圖的定義，新的空中接口希望能達(dá)到高移動(dòng)性下(如移動(dòng)接入)最高約100Mbit/s，低速移動(dòng)性下(如游牧或固定無線接入)最高約1Gbit/s的速率目標(biāo)。

根據(jù)ITU的預(yù)測，B3G系統(tǒng)應(yīng)該在2010以后投入商用。

3、主要國際組織和項(xiàng)目

3.1ITU

ITU 的B3G標(biāo)準(zhǔn)化工作分為兩大部分。一部分是由ITU-R的WP8F負(fù)責(zé)，另一部分是由ITU-T的SG19負(fù)責(zé)。ITU-RWP8F的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)3G 的未來發(fā)展和B3G的標(biāo)準(zhǔn)化研究目標(biāo)，通過B3G業(yè)務(wù)與市場分析報(bào)告、頻譜估計(jì)報(bào)告、新技術(shù)報(bào)告等，在WRC-07上提出B3G的頻譜分配方案和形成 ITU的B3G建議等，其B3G標(biāo)準(zhǔn)化研究工作非常積極；ITU-TSG19主要負(fù)責(zé)在核心網(wǎng)層面進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，其工作相對不活躍。
ITU -RWP8F的核心工作是在WRC-07前，完成BeyondIMT-2000的頻譜計(jì)算方法、業(yè)務(wù)分析、頻譜需求量分析、頻譜規(guī)劃等。ITU- RWP8F完成了B3G的愿景文件以后，立即開始了具體的研究工作。為了完成上述任務(wù)，ITU-RWP8F的工作目前劃分為以下幾個(gè)部分：

●頻譜需求計(jì)算方法的理論研究和計(jì)算

從2003 年開始，ITU就開始尋找可以準(zhǔn)確預(yù)測未來移動(dòng)通信頻率需求的理論和方法。確定頻譜需求有兩種方法。一種叫做蒙特卡羅仿真方法，主要是使用計(jì)算機(jī)模擬用戶的行為，從而得出特定時(shí)間下實(shí)際使用的頻率資源數(shù)量。另外一種方法被稱為確定性的方法，主要是從業(yè)務(wù)出發(fā)，分析每種業(yè)務(wù)的使用情況，頻率資源的占用情況，然后匯總所有業(yè)務(wù)的頻譜需求，從而得出頻率資源需求。

從理論上說，蒙特卡羅仿真方法可以得到比較高的準(zhǔn)確率。但是，由于B3G采用的技術(shù)還沒有確定，仿真工作需要的輸入數(shù)據(jù)不足，影響了仿真實(shí)際能夠達(dá)到的準(zhǔn)確度。所以，ITU最后決定采用確定性的方法。

目前，ITU-RWP8F已經(jīng)基本完成理論工作，并開始了具體的計(jì)算過程。

●確定可以使用的頻段

ITU-RWP8F在2004年10月完成了一份頻譜資源調(diào)研函，了解各個(gè)國家對B3G頻譜分配的期望，以及6GHz以下頻譜資源的使用情況。ITU將在各國反饋的基礎(chǔ)上，盡力統(tǒng)一世界范圍內(nèi)的B3G通信系統(tǒng)使用的頻率。

目前很多國家已經(jīng)向ITU反饋了各自的情況和建議。

●未來業(yè)務(wù)和市場的研究

2004 年6月，ITU-RWP8F向各個(gè)成員國調(diào)研對未來B3G業(yè)務(wù)和市場的預(yù)測。在各個(gè)成員國答復(fù)的基礎(chǔ)上，ITU將完成了業(yè)務(wù)和市場的研究報(bào)告。之后， ITU-RWP8F將起草B3G業(yè)務(wù)建議和B3G市場研究報(bào)告。這兩個(gè)文件是對ITU的B3G愿景的進(jìn)一步細(xì)化和完善，也是將來開展B3G技術(shù)研究的市場需求基礎(chǔ)。另外，這個(gè)研究報(bào)告也是進(jìn)行頻譜需求計(jì)算的輸入數(shù)據(jù)。

●新技術(shù)的研究

ITU -RWP8F目前正在開展未來移動(dòng)通信新技術(shù)的研究。其研究重點(diǎn)是新技術(shù)的頻譜資源利用率，主要是作為上述頻譜資源需求分析的輸入?yún)��?shù)。ITU- RWP8F將未來移動(dòng)通信的使用情況劃分為幾個(gè)特定的場景，分析每個(gè)場景可能采用的新技術(shù)，分析相應(yīng)的技術(shù)可以達(dá)到的頻譜資源利用率，從而為頻譜計(jì)算提供支持。

3.2WWRF

2001 年8月，以歐美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)為中心成立了WWRF。該組織的主要目標(biāo)是邀請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。WWRF下設(shè)6個(gè)工作組，分別討論業(yè)務(wù)、市場、結(jié)構(gòu)、接口、核心技術(shù)等問題。WWRF的特點(diǎn)是其人員不僅來自于企業(yè)，還來自于大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)，因此將從市場以及學(xué)術(shù)兩方面進(jìn)行問題探討。目前，全世界已經(jīng)有140多家企業(yè)和大學(xué)加入了WWRF。

WWRF和ITU、IEEE比較起來，ITU和IEEE是進(jìn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的場所；WWRF則是在標(biāo)準(zhǔn)化確定之前促使企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)達(dá)成共識(shí)的場所，以使ITU和IEEE等標(biāo)準(zhǔn)化工作的內(nèi)部磋商更加順利。

WWRF 非常關(guān)注中國未來移動(dòng)通訊技術(shù)的發(fā)展。第八屆世界無線研究論壇于2004年2月首次在中國召開，表明中國在亞洲乃至世界無線通訊領(lǐng)域的重要地位。在加拿大多倫多召開的WWRF第12次會(huì)議上，北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院無線新技術(shù)研究室主任張平教授成功當(dāng)選為WWRF副主席，負(fù)責(zé)WWRF在亞太地區(qū)及澳大利亞的相關(guān)事務(wù)，包括推動(dòng)和協(xié)調(diào)該地區(qū)無線通信研究的發(fā)展及合作關(guān)系，以及與世界其它地區(qū)的溝通及合作等。

3.3WINNER
為了加強(qiáng)歐盟國與國之間的科研合作，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)劃是4年一期的滾動(dòng)項(xiàng)目，目前正在實(shí)施的是第六個(gè)框架計(jì)劃(2002-2006)。歐盟框架計(jì)劃的研究水平高、涉及領(lǐng)域廣、投資力度大、參與國家多，資金投入也不斷增加，第四個(gè)框架計(jì)劃資金投入為132.15億歐元，第五個(gè)框架計(jì)劃為149.6億歐元，到第六個(gè)框架計(jì)劃則增至175億歐元�！�

在第六個(gè)框架計(jì)劃中，信息科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的投資總共36億歐元，其中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 B3G系統(tǒng)開展深入的研究，WINNER(WirelessWorldInitiativeNew Radio)項(xiàng)目第一階段(2004-2005)的資金投入為2100萬歐元，旨在研發(fā)一種創(chuàng)新的無線通信技術(shù)。

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)能夠在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：第一階段(2004-2005)：需求分析、技術(shù)評估和初步系統(tǒng)設(shè)計(jì)。第二階段(2006-2007)：進(jìn)一步系統(tǒng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化，準(zhǔn)備技術(shù)試驗(yàn)。第三階段(2008-2009)：系統(tǒng)優(yōu)化和技術(shù)試驗(yàn)。

WINNER項(xiàng)目PhaseⅠ中共包括39個(gè)成員，PhaseⅡ又在眾多申請者中經(jīng)過多次篩選增加了4個(gè)成員，總共將包括43個(gè)成員。

3.4mITF

日本于2001年6月成立了mITF，下設(shè)B3G移動(dòng)通信委員會(huì)，由運(yùn)營商、制造商和高等院校參加。日本的ARIB (AssociationofRadioIndustry and Business)在mITF中發(fā)揮了主導(dǎo)作用。mITF的B3G研究委員會(huì)還下設(shè)技術(shù)子委員會(huì)和應(yīng)用子委員會(huì)。

成立移動(dòng)IT論壇的目標(biāo)是通過早日開展關(guān)于未來移動(dòng)通信系統(tǒng)和服務(wù)的研發(fā)，研究其標(biāo)準(zhǔn)化問題，協(xié)調(diào)相關(guān)組織，采集信息，采取促進(jìn)和指導(dǎo)性活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)未來移動(dòng)通信系統(tǒng)和服務(wù)，例如第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)和移動(dòng)商務(wù)，由此為無線頻譜的合理應(yīng)用做出貢獻(xiàn)。

到目前為止，mITF已經(jīng)完成了B3G技術(shù)的Vision、系統(tǒng)要求和技術(shù)分析三個(gè)文檔。

Vision 文檔又名“飛毯(FlyingCarpet)”，以一種幽默可愛的筆調(diào)，描述了未來社會(huì)中無線通信技術(shù)的地位和作用。系統(tǒng)需求文檔從業(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)平臺(tái)、核心網(wǎng)和無線技術(shù)四個(gè)部分分析了B3G系統(tǒng)的需求。技術(shù)分析文檔分為無線技術(shù)和終端要求兩個(gè)部分。遺憾的是，這兩個(gè)文檔還沒有英文版本。

3.5NGMC
韓國信息通信部MIC于2003年9月29日成立了下一代移動(dòng)通信論壇NGMC(NextGenerationMobileCommunications Committee)來專門進(jìn)行B3G通信系統(tǒng)方面的研究。該組織如同WWRF，mITF，F(xiàn)uTURE組織一樣將工作目標(biāo)定位為B3G技術(shù)及其應(yīng)用的展望與研發(fā)，力圖出臺(tái)本國的B3G標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行緊密的國際合作以及對B3G的頻譜分配和使用進(jìn)行調(diào)研和規(guī)劃。

NGMC下設(shè)業(yè)務(wù)與市場子工作組、系統(tǒng)與技術(shù)子工作組和頻譜歷史臨時(shí)任務(wù)組，分別負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)、技術(shù)和頻譜方面的工作。到目前為止，NGMC已經(jīng)完成了Vision方面的工作，但是這些文件仍然沒有英文版本。

4、類似技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1LTE和AIE

3GPP從2004年下半年開始啟動(dòng)了“長期演進(jìn)”項(xiàng)目，簡寫為LTE項(xiàng)目。

從時(shí)間上看，該項(xiàng)目計(jì)劃在2007年年中完成標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，在2008年或者2009年將產(chǎn)品推向市場。其中標(biāo)準(zhǔn)化工作又劃分為兩個(gè)階段，第一階段定在2006年年中，主要完成相關(guān)的技術(shù)研究，形成研究報(bào)告。然而使用一年左右的時(shí)間，完成標(biāo)準(zhǔn)的撰寫工作。

從技術(shù)要求方面來看，3GPP的奮斗目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)下行達(dá)到100Mbit/s，上行達(dá)到50Mbit/s的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的重點(diǎn)是提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，常規(guī)的語音業(yè)務(wù)不再考慮。為了支持更多的用戶和更多的業(yè)務(wù)量，這個(gè)系統(tǒng)要求頻譜效率比現(xiàn)有的系統(tǒng)提高3-4倍，即達(dá)到5bit/s/Hz的水平。為了實(shí)現(xiàn)前述奮斗目標(biāo)，3GPP考慮引入大量的先進(jìn)技術(shù)，這樣與現(xiàn)有的WCDMA系統(tǒng)的后向兼容將不再是一個(gè)重點(diǎn)考慮的問題。

經(jīng)過大半年的努力，3GPP已經(jīng)取得了一系列重要的進(jìn)展。在無線接口方面，已經(jīng)確定前向采用OFDMA技術(shù)，而反向采用SC-FDMA技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，正在考慮采用簡化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，例如將NodeB直接接入到分組網(wǎng)絡(luò)中，以減少網(wǎng)絡(luò)層次，降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延和呼叫建立時(shí)延，滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需要。

在3GPP開展研究工作的同時(shí)，3GPP2也在2005年初啟動(dòng)了“空中接口演進(jìn)”項(xiàng)目，簡稱AIE項(xiàng)目。

在技術(shù)目標(biāo)方面，3GPP2的部分目標(biāo)是與3GPP相似的，如提高頻譜資源利用率，提高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸速率等。但是，也有部分目標(biāo)是不同的。3GPP2在強(qiáng)調(diào)提高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率的時(shí)候，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)提高語音業(yè)務(wù)的容量。同時(shí)，按照cdma2000系列標(biāo)準(zhǔn)的一貫傳統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)技術(shù)的后向兼容性。

為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定的技術(shù)目標(biāo)，3GPP2將工作分成了兩個(gè)階段。

第一階段主要目的是盡快向市場推出高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時(shí)保持后向兼容性。為了達(dá)到這個(gè)目的，3GPP2采用了多載波技術(shù)，將多個(gè)EV-DO的載波捆綁在一起，共同提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由于每個(gè)載波都與原來的載波相同，所以維持了良好的后向兼容性，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化和市場化的進(jìn)程都很快。預(yù)計(jì)在2006年的2月，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作就可以完成。

3GPP2的第二階段工作剛剛啟動(dòng)。預(yù)計(jì)在這個(gè)階段中，將引入大量的新技術(shù)。根據(jù)工作計(jì)劃，3GPP2將在2006年3月完成候選技術(shù)的征集工作，然后在這些候選技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇和融合工作，計(jì)劃在2007年年中結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)化工作。

4.2寬帶無線接入技術(shù)

IEEE802.16 標(biāo)準(zhǔn)又稱為IEEEWirelessMAN空中接口標(biāo)準(zhǔn)，簡稱WiMAX，它對工作于不同頻段的寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口進(jìn)行了規(guī)范。WiMAX被設(shè)計(jì)用于廣范圍的寬帶無線接入部署場景，包括室外視距(LOS)條件下長距離(高達(dá)50km)的部署直至市區(qū)環(huán)境非視距(NLOS)短距離的部署。在這些場景中，基于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的高速無線寬帶技術(shù)為運(yùn)營商、無線互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商和設(shè)備制造商帶了一個(gè)全新的、經(jīng)濟(jì)可行的市場機(jī)遇。 IEEE802.16無線技術(shù)可幫助彌補(bǔ)寬帶覆蓋范圍空白區(qū)域，為家庭和企業(yè)用戶享受無線寬帶接入服務(wù)提供新的選擇。

IEEE802.16 標(biāo)準(zhǔn)系列到目前為止包括802.16，802.16a，802.16c，802.16d，802.16e，802.16f和802.16g共七個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。其中802.16，16a，16d屬于固定無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)，而802.16e屬于移動(dòng)寬帶無線接入空中標(biāo)準(zhǔn)。

802.16e 標(biāo)準(zhǔn)相對于前幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的最大區(qū)別在于對移動(dòng)性的支持。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了可同時(shí)支持固定和移動(dòng)寬帶無線接入的系統(tǒng)，工作在大于6GHz適宜于移動(dòng)性的許可頻段，可支持用戶終端以車輛速度移動(dòng)，同時(shí)802.16d規(guī)定的固定無線接入用戶能力并不因此受到影響。802.16e標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了支持基站或扇區(qū)間高層切換的功能。802.16e標(biāo)準(zhǔn)已于2005年12月批準(zhǔn)。

802.16f是2004年7月正式成立的任務(wù)組，該任務(wù)組將負(fù)責(zé)制定802.16f標(biāo)準(zhǔn)，定義802.16固定無線接入系統(tǒng)MAC層和物理層的管理信息庫(MIB)以及相關(guān)的管理流程。標(biāo)準(zhǔn)目前的版本為D6，計(jì)劃2006年發(fā)布。

802.16g 也是2004年7月正式成立的任務(wù)組，標(biāo)準(zhǔn)制定的目的是為了規(guī)定802.16管理流程和接口，從而能夠?qū)崿F(xiàn)802.16設(shè)備的互操作性和對網(wǎng)絡(luò)資源、移動(dòng)性和頻譜的有效管理。802.16g標(biāo)準(zhǔn)的主要工作是圍繞管理平面進(jìn)行，與WiMAX論壇網(wǎng)絡(luò)工作組(NWG)關(guān)系密切。該標(biāo)準(zhǔn)的制定工作目前正處于制定 baseline階段，計(jì)劃2007年發(fā)布。

5、我國的一些考慮

在移動(dòng)通信高速發(fā)展的市場背景下，各種力量都在這個(gè)充滿希望的領(lǐng)域進(jìn)行博弈�？偟膩碚f，可以劃分為兩個(gè)基本的利益團(tuán)體。

一是既得利益者，主要包括愛立信、諾基亞和高通等公司，他們利用3GPP和3GPP2等組織不斷推進(jìn)傳統(tǒng)蜂窩技術(shù)的發(fā)展和改進(jìn)。

二是新進(jìn)入者，包括以韓國為代表的新興國家，以及以INTEL為代表的IT領(lǐng)域的廠商。他們通常以寬帶無線接入技術(shù)，或者其他方式力圖進(jìn)入移動(dòng)通信市場。

在某種意義上，我國也是移動(dòng)通信領(lǐng)域的新興國家，也希望在未來的移動(dòng)通信市場上占有更大的份額。因此，我們也需要付出更大的努力。