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下一代无线通信系统和支撑业务探讨 |
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作者：彭木根 王文博 |
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摘要：首先详细介绍了各种未来无线通信系统的有关情况。然后着重介绍了未来无线通信系统支撑业务的类型和网络参考模型，最后展望了下一代无线通信系统的光明前景。
关键词：下一代无线通信系统B3G/4G移动通信系统无线宽带通信系统支撑业务
1、前言
下一代无线通信系统包含B3G/4G移动通信系统和无线宽带通信系统，它能够提供各种传输速率、高质量的多媒体业务，如多媒体动画、电影、电视广播等。因此，目前在以语音业务为代表的传统移动业务基础上，将会增加一系列的视频、音频和数据业务。这些业务包括基于用户位置的信息服务以及在紧急情况下发送图片和/或用户位置信息的服务，此外还有更多新的增值业务有待开发。
2、未来无线通信系统及其特点
目前，3G业务已在包括韩国、日本等少数国家开始运营，然而尚存在很多问题。最主要的问题是3G缺乏优于2G/2.5G的关键应用；另一个问题是投资3G的高额费用已经超过固有的通话费。为此，全球许多3G牌照的持有者推迟或取消了计划好的3G商用进程，而那些需要使用高数据速率和大容量数据业务的用户正考虑使用无线局域网来替代3G的业务。
ITU-R提出了B3G无线通信系统的概念，该系统的需求包括高数据速率、低费用、采用IPv6、支持高速移动以及无限覆盖等。ITU-R同时提出了B3G系统的新无线空中接口要求，这种接口可以在移动接入时提供接近100Mbit/s的数据传输速率，而在移动状态或本地无线接入时可以提供接近1Gbit/s的速率。在各种下一代无线通信系统演进提案中，有两条发展路线正在朝同一个方向会合，即无线宽带化或者宽带无线化。不同系统及其演进关系如图1所示。
图1未来无线通信系统的发展
2.13GPP数据增强系统
为了满足更高传输速率和更少延迟的业务要求，3GPP对空中接口做了改进，引入了HSDPA技术，使之可以支持高达10Mbit/s的峰值速率。HSDPA是3GPP R5提出的一种增强方案，同时适用于WCDMA和TD-SCDMA系统，HSDPA的主要目标是高速支持“尽力而为”分组数据报业务，数据速率要求远远超过IMT-2000的2Mbit/s要求，并且可获得更少的时间延迟、更高的系统吞吐容量和更有力的QoS保证。HSDPA主要采用AMC、HARQ和快速调度技术。其实，上述3种技术都属于链路自适应技术，也可以看成是CDMA技术中可变扩频技术和功率控制技术的进一步提升。
目前已经有HSDPA的商用试验系统，由于我国自主知识产权的TD-SCDMA系统向HSDPA的演进严重滞后，在HSDPA方面没有任何知识产权优势，所以TD-SCDMA的数据传输增强可以采取其他方案，例如和WiMAX共同组网来提供高速数据业务支撑。
2.2cdma2000 1x高速数据传输演进
随着无线宽带接入技术的日益成熟，无线局域网、无线城域网愈来愈对传统的移动运营商形成竞争，3GPP2也开始考虑cdma2000空中接口演进，初步确定将cdma2000 AIE(Air Interface Evolution，空中接口演进)划分为两个阶段，阶段一设计目标在于提高峰值数据速率；保持后向兼容性，技术增强应尽量减小对基础硬件的影响，重点是MAC和高层的改进；而阶段二则基于和其他技术的竞争，制定详细的性能目标，采用增强的CDMA、增强的均衡器、IFDMA、干扰抵消、MIMO和其他先进的天线技术、OFDM(A)以及其他先进的编码技术等。目前针对阶段一，已经有多个厂商开始提交阶段二的文档，主要涉及对称或不对称多载波的分配、RLP修改、MAC层修改等。
2.33GPP LTE
未来几年内，3GPP无线接入技术将会面临激烈的竞争，为了保证在未来的一段时间内3GPP无线接入技术具备竞争性，3GPP提出了长期演进(LTE)技术概念，以进行UTRA和UTRAN的演进。
LTE的目标主要包括降低时延、提高用户数据速率、增加系统容量和覆盖、降低运营成本等。它的研究主要围绕以下几方面展开：
●无线接口物理层(包括上行链路和下行链路)；
●无线接口的2层和3层；
●UTRAN结构；
●射频(RF)设置。
2.4B3G/4G系统
B3G是在第三代移动技术的基础上进一步开发的后三代移动通信，又称第四代移动通信(4G)。从技术的角度来说，B3G/4G移动通信应与IMT-2000以及目前正在制定中的增强型3G标准有本质性的区别，其核心网络可以以演进形式发展，但空中接口应当是革命性的。
B3G/4G移动通信的基本概念还处于研究阶段，目前还难以用准确的语言加以描述。概括起来，未来的第四代移动通信应当具备以下基本特征：
●业务。无论何时何地，能够为终端用户提供“身临其境”的高分辨率业务。
●网络。能够使用无所不在的“空间分集”技术提供广域服务，对抗更高频段上的电波传输特性。
●终端。在体积受限的情况下，能够使用革命性的多天线技术，为用户提供高质量的无线通信服务。
目前，已经有一些由国际标准化组织、欧洲研究机构或通信公司提出未来4G通信系统方案，例如我国的未来无线通信通用环境(FuTURE)计划、欧洲IST MATRICE项目等。
2.5WiMAX通信系统
WiMAX主要基于IEEE 802.16标准，它的优势主要表现在这一技术集成了Wi-Fi无线接入技术的移动性与灵活性，以及DSL与Cable Modem等基于线缆的传统宽带接入技术的高带宽特性和相对理想的QoS。
IEEE 802.16是适用于2-66GHz的空中接口规范，涵盖了物理层和媒质接入控制层的相关规范，此外还有与空中接口协议相关的一致性测试以及不同无线接入系统之间的共存规范。根据使用频段高低的不同，IEEE 802.16系统可分为应用于视距和非视距两种，其中使用2～11GHz频段的系统应用于非视距范围，而使用11-66GHz频段的系统应用于视距范围。IEEE 802.16标准系列又可分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准，其中的IEEE 802.16、IEEE802.16a、IEEE 802.16d属于固定无线接入空中接口标准，而IEEE802.16e属于移动宽带无线接入空中接口标准。
2.6通用无线宽带移动通信系统
随着移动因特网技术的发展，人们在日常生活和商务活动中总希望能够以移动方式灵活地接入网络。然而，无论是Wi-Fi还是WiMAX宽带无线通信系统，其覆盖范围均非常有限，这就需要一种保证高速数据连接的同时，覆盖范围和蜂窝移动通信系统相当的无线宽带网络，基于IEEE 802.20的移动无线宽带接入系统正是基于这样的背景而产生的。
IEEE 802.20主要研究完全基于IP的空中接口方案，将IEEE 802系列标准拓展到移动通信领域，它的目标是建立一个全世界范围内都能使用的、普通大众能够消费得起的、普遍服务的移动宽带无线接入网络(MBWA，Mobile Broadband Wireless Access)，以满足商务用户以及家庭用户的需求。
IEEE 802.20制定了物理层和媒体接入层规范，工作在3.5GHz频段，期望的单用户峰值速率能够达到1Mbit/s，支持用户移动速度最高可达250km/h。IEEE 802.20将主要针对IP数据的传输，通过VoIP提供话音业务，省略电路域部分使网络设计能够简化很多。IEEE 802.20期望的频谱效率、数据速率以及支持的用户数量都将大大超过现有的移动网络。
3、未来无线通信系统支撑业务
下一代无线通信系统支撑业务不仅能够提供诸如Internet接入和电子商务等基于有线网络的在线业务，同时能提供不同领域的无线移动业务；并且，移动通信技术及业务的进步势必引出一种无处不在的革命，从而减少生活中时间空间的限制，最终从根本上改变我们的生活方式。
3.13层业务类型
为了分析下一代无线通信系统支撑业务，可以将各种业务与其所对应的核心技术区分。根据业务的特性和成熟程度，将不同业务分为3层：底层(L1)、中间层(L2)和顶层(L3)。3层业务的定义如下：
●L1：基本业务技术层，一般由几种通信系统核心技术共同来支持和实现。
●L2：业务功能层，由部分L1业务联合组成业务功能，用户能直接访问。
●L3：业务范围层，能被用户在实际情况下使用的各种业务。
需要说明的是，L1的基本业务技术不同于其所对应的通信系统核心技术，通信系统核心技术涉及基本通信和信号处理技术，它是组成L1的基本业务技术所必需的技术基础。而一种L1的基本业务技术一般由几种通信系统核心技术共同来支撑。
根据使用的核心技术不同可以将未来的无线通信系统所支撑的业务定义为不同的L1业务技术，例如VoIP、广播组播系统(MBMS)等，L1业务技术可以认为是支持所有高层业务的基本技术。L2业务可以由部分L1业务联合实现，一个L3业务范围包含不同L2业务功能。比如：交通业务包含导航业务、基于内容的业务、定位业务等。图2定义了8种下一代无线通信系统支撑业务范围，即8种L3业务范围。
图2L1/L2/L3业务关系
3.2参考网络模型
为了支撑未来移动通信系统的丰富多彩的业务，需要一个新的网络参考体系架构，参考网络体系结构的设计需要着眼于L1业务技术的实现，具体如图3所示。该网络参考体系架构可分为4个模块：用户设备及接入模块、网络业务提供层模块、网络控制层模块及固定网络运营业务模块。
●用户设备及接入模块：描述与用户设备之间的网络配置元素及功能。为提供下一代无线通信系统支撑业务，需要配置一些网络功能和业务元素，包括归属服务器、移动接入服务器、用户设备资料服务器、呼叫管理、多模用户设备、移动网关和智能记录管理服务器等。
●网络业务提供层模块：描述用户设备及接入端与业务提供网络段间的网络配置元素及功能，包括LBS服务器、消息服务器、支付服务器、移动入口服务器和存储服务器等在内的网络功能和业务元素。
●网络控制层模块：负责控制网络业务提供层模块，需要启动与转换编码服务器、接入网关、媒体网关/媒体资源处理器、位置信息服务器、VoIP服务器以及QoS管理服务器等。
●固定网络运营业务模块：描述通过运营商而不是业务提供者与网络业务提供层模块相连接的增值功能及网络配置单元。组成包括背景服务器、用户及设备资料服务器、移动接入服务器、支付代理服务器、呼叫中心以及存储服务器等。
4、总结
随着信息通信产业的飞速发展，无线通信技术和计算机技术的融合已经成为必然趋势，因特网普及加快了两种技术的融合。全球通信产业呈现出移动化、宽带化、IP化的趋势。因特网应用的迅猛发展，以及便携机、PDA等移动智能终端使用率的日益增长，给广大用户提供了诸多便利，同时也导致用户对网络和业务提出了更高的要求，如随时随处自由接入因特网、能享受更多的业务，更高的服务质量、安全且有保障的网络等，其发展前景可以乐见，是下一代通信网络重要的组成部分。(end)
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(3/27/2006) |
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