关于第四代移动通信及相关技术

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周炯磐 中国工程院 院士 北京邮电大学教授

  第四代移动通信


  现在,中国、欧洲、日本、韩国等对第四代移动通信的研究工作已经启动,欧洲的研究项目叫“第六框架”。日本、韩国都是自己独立搞。我国对第四代移动通信的研究工作也已经正式列入863项目。这次我国第四代移动通信的研究工作一开始就强调国际合作。估计我国在第四代的研究工作与国际上同步进行,不会落后的。不过,现在世界各国对第四代移动通信的研究工作都是处在初级阶段,并没有进入实质部分,谁也不能给它下一个定义,更谈不上频段的划分等。ITU计划在2004年征求第四代移动通信的方案,2010年制订出全世界统一的第四代移动通信标准。


  目前,业界人士对第四代移动通信共识的方面有:


  1.第四代移动通信以数据通信和图像通信为主;


  2.数据通信的速率比第三代要大大提高,室外移动通信的速率20Mb以上,室内移动通信速率100Mb以上;


  3.与因特网结合,通信以IP协议为基础;


  4.可能是没有基站的完全与一、二、三代不同的网络结构,包括AdHoc网----自组织网络。


  从相关技术看第四代移动通信


  第三代移动通信大家都知道,现在处于很尴尬的样子,好象骑虎难下,发展不是太理想,我的理解是技术与市场需求的关系问题。第三代的市场需求现在也不大,再加上代价比较高,很多的钱用于第三代,但大家的兴趣又不是十分大,这就造成现在第三代这样一个形势。


  人家都说第二代使用的频率已经不够用了,再不发展第三代就应付不了市场。这个看法也是各人有各人的看法,从第二代的频段来说,确实是比较紧张的,可是,第三代的频段给第二代使用也未尝不可。从外面的趋向看起来,第一个就是移动通信发展非常快,看样子还得要发展第三代移动通信,另外一个是因特网也发展的特别快,都是一年翻一番,半年翻一番。目前,我国移动通信用户已发展到两亿零三十一万,因特网用户5800万。这样的速度发展,所以发展第三人非结合Internet不可,移动通信与互联网的结合叫移动互联网,国际上的WAP论坛,OMA,国内的CWTS、CMIS等标准化组织都在研究移动互联网的标准,协议和技术规范。日本的imode,中国的移动梦网都发展的很好,也就是说靠话音业务支持第三代还不够,还需要发展数据和多媒体业务。


  在房间里利用“蓝牙”技术组成个人域网,频带很宽大概问题不大。因为范围很小,速率在100Mb,几十Mb问题不大。发展下去可以作为移动通信接入网。这也是一条道路,用这种办法实现第三代、第四代是一个方向。而且,现在WLAN大家都在研究。它有IEEE 802.11委员会负责制定标准,1997年以来制定了802.11、802.11b、802.11a、802.11g,正在酝酿中的还有802.11e、802.11f、802.11h、802.11i、802.11j等,它有比较健全的标准,可以提供比较高的速率,并且有一定的安全保障和质量要求,发展起来可能是很快的。


  美国在搞Internet Home Network,就是家里的互联网络,把家里边所有的电器,如空调、冰箱、电视、计算机等都连到手机上,因为计算机在一般家庭都有了,搞家庭自动化。这种东西,我估计比第四代要快一点。由此看来要发展一些各种各样的无线技术,然后,在这里面去看怎么样能形成一个所谓高通信速率的,能够真正多媒体的,能够真正可以看电视的,这样一个形式也有可能的。但是,现在还不能确定,所以说第四代,谁也说不清楚,第四代到底是什么样子的,定义也下不了。大概总是数据为主,图像数据为主,高速的数据为主这样的思想。现在世界上流动性太大了,家庭办公等不只是一定放到固定网络,移动网也可以使用,但到底怎么样,没有清楚的脉络,要看发展,发展到一定程度才能看出来。第四代真正的形成要将各种各样的无线技术发展起来,应用起来。用到一定程度,第四代概念才能逐步清楚。现在连是不是蜂窝都很难说,一跳跳到第四代了,所要求技术问题都有比较大的变化。


  第三代真正用起来,电池寿命很短,听说只有20分钟好用,所以,技术问题要重新考虑。技术难题不怕,总是有办法可以解决的,人们解决问题的能力越来越大,现在计算机越来越发达。第四代搞起来我们不会落后,现在我们已经开始了,而且强调国际合作,我们不能走到人家后面去。ITU计划到2004年接受第四代的建议,到2010年制定一个全世界统一的标准,第三代统一不起来了,打算在第四代制定一个统一的标准,第四代我认为制造统一的标准是可能的。第三代为什么没有统一起来,是因为第二代一个GSM一个IS95,两个标准不一样,到第三代,各自都要维护自己的利益。Qualcomm当然要用CDMA20001x--3x过渡,原来欧洲提的不少时分的,计算下来,比较下来,效率都不如码分,所以改成了码分,改成码分强调在网络上与GSM通用、过渡,这样就统一不起来。第四代为什么能统一,因为第四代可能与第三代毫无关系,比如说连蜂窝都没有了,原来的只有废掉,无所谓互通问题,最多是网络还能有用处,GSM的网还是比较完整的,WCDMA,CDMA2000都是由固定网来支持。还有就是“专利”,第三代IMT-2000提的时候,最好是没有“专利”,结果“专利”多的一塌糊涂。最近听说各厂家“专利”费要尽量压低,不然“专利”费一大,没几个厂家能生产的,竞争不起来,最后还是加到用户头上,贵了就不易发展。第四代是否有这个问题,那就很难说了,希望与GSM一样,标准公开,没有专利费。将来第四代出来以后,与第二、三代的关系不是过渡,而是在不同的频段同时在运行。第一代,第二代也同时运行很长时间。第一代还是在最近给撤掉的,因为第二代比第一代质量好、便宜,所以第一代肯定要淘汰掉的。第三代就不行了,现在没有达到这种情况,第三代手机不会比第二代手机便宜。第二代比第一代的费用低,频谱利用率也提高了很多,我们算效率是这样算的,第一赫兹在每一平方公里之内有多少比特数,CDMA各小区是采用同样的频率,它的话音采用静音措施,它的效率就比较高。现在实际上的效率CDMA与GSM差不多的原因就是CDMA并没有达到预期的目标。它的功率控制也不理想,假若理想之后它可以比GSM高的多。所以到第三代,大家都搞CDMA。到第四代的频谱利用率比第三代至少要高5倍、10倍,不然的话就无法实现。频率是有限的,而且再高到几十GHz已经不太好用了,在硬件方面也不太成熟,况且这些频段,军队雷达已经使用很多。


  信道编码,现在看来TURBO码与低密度码效率已经接近极限。真是到了极限的话,也无法再改进,也只有用这样的码了。


  信源编码:64kb/s是有线网正在使用的,无线用的是LPC(线性预测)编码,现在用的10kb/s左右,再进一步压缩,当然还是可以的。比如2.4kb/s的也有使用的,不过质量稍差一点,改进改进也可以用。信息论认为话音可压缩到100bt/s,GSM现在用8kb/s,2.4kb/s是在部队用,公共网还没有看到使用。这是提高频带利用率的办法。图像现在压的也很厉害,电视压到2Mb/s了,384kb/s可用在会议电视,不能用在广播电视,在动的不厉害的情况使用。64kb/s也可以用,就是动作快时差点,真正要用到第四代还要研究,还要改进,不改进单靠频带压缩增加利用率也比较困难。正交幅度调制,每赫兹能传8bit/s或更多,如果每赫兹传10bt,也可以,但是非常困难,在检测时信噪比要求很高,这是它的代价。假如无线信道不太好的时候就全不行了,它只能在特殊情况下可以用,具体在传输好的地方可以用。假设有衰落的情况,就麻烦了。所以,这是有它的限度的,总之,如何提高频谱利用率是第四代发展中的一个重要问题。


  LAS-CDMA TD-SCDMA发展趋势


  LAS-CDMA的想法是不错的,它打破了二值编码的框框,原来编码都是二值,它有三值,所以编出来码的性能与现在码的性能都不一样,有新的性能,如无干扰窗,但是,它也有麻烦。窗越大它的码的数量就越少,码的数量一少,用户就不能多了,所以,那就只好取拆衷,到底有多少,我没有仔细算过,听说是足够用的。他们总体来说搞的还是不错的,试验作的很好。在上海试验时,我去看了,很不错,比较稳定。TD-SCDMA单基站试验时,我去看了,单用户的智能无线跟踪已实现。今年,在北京他们完成了三个基站的试验,这是国际上TDD方式的标准,这是很有利的。但是LAS-CDMA、TD-SCDMA两都都有一定困难,合作是最好的办法,合作了,政府也好下决心。再来说LAS-CDMA吧,它提出从基站直接进入IP网,没有交换中心,这也可能是第四代的想法。他们现在正在做标准,方正支持他们,最近普天又与他们合作,另外组织合资公司作为生产的公司。普天的实力比较强。最好能够做一万多两万部手机开个商用试验网。他们说他们的手机非常便宜,因为没有干扰,没有功率控制,没有Rake接收机,这些复杂的东西都没有了,做出来的手机比第二代还要便宜,假使这能实现的话,那它是很前景的,我真希望他们弄个小网试一试,证明它是便宜的,那就有前景。而且,多媒体假设真不成熟,话音为主也可以的,话音还是有人要的。小灵通,它的移动性能并不怎么好,它便宜,现在发展很快么!



  
摘自《当代通信》
   

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