超3G研究的最新進展

2019-11-03 09:15:00

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供稿：網友

王靖宇

　　摘要：超3G在ＩＴＵ－Ｒ范圍內的各項研究工作還剛剛開始，基本上還處于制定工作計劃的階段。但目前關于對超3G頻率需求計算方法的研究，已經有一些國家提出了自己的建議，主要是日本和德國。超3G研究工作，特別是頻譜計算、業務預測、新的無線接入和核心網技術方面研究工作的開展，對我國的研究機構、相關公司和高校都是一個繼續趕超世界先進通信技術，獲取成果的絕好機會。

　　主題詞：移動通信　　第三代移動通信　　超3G　　頻率需求　　頻譜ＩＴＵ－Ｒ

　　所謂超3G即ＳｙｓｔｅｍＢｅｙｏｎｄ IMT-2000，是ＩＴＵ－Ｒ范圍內的稱謂，目前還沒有正式名稱。但關于超3G會給通信業帶來什么樣的革命，給廣大用戶帶來什么業務，卻已經在ＩＴＵ－Ｒ討論多年了。在２００２年１０月結束的ＩＴＵ－ＲＷＰ８Ｆ工作組第９次會議上，關于超3G的遠景已經確定；從２００３年４月份的ＷＰ８Ｆ第十次會議開始，ＷＰ８Ｆ的工作已經全面轉向了超3G，超3G將是ＷＰ８Ｆ工作組今后５～１０年的核心工作。

　　3G在我國還沒有商用，現在談超3G似乎更遙不可及。但實際上，由于頻率分配工作往往要比實際業務開展超前８～１０年左右開始進行，所以現在就必須開始著手對２０１０年之后的業務進行研究，對頻率需求進行估計。目前ＩＴＵ－Ｒ關于超3G的工作剛剛啟動，很多還處于制定工作計劃階段。對我國來講，現在正是及時進行跟蹤，針對性地開展研究工作，并在最后的技術標準工作中取得成果、在未來的通信系統中擁有更多知識產權（ＩＰＲ）的一個非常好的機會。

　　本文介紹超3G的遠景，以及目前ＩＴＵ－ＲＷＰ８Ｆ工作組關于超3G頻譜計算的最新進展。

超3G的遠景

　　超3G的遠景就是ＩＴＵ為超3G系統制定的目標。ＩＴＵ關于超3G系統的能力可用圖１表示，因為這個圖有點像汽車，因此也稱為汽車圖。這張圖表示了IMT-2000，IMT-2000增強系統以及超3G等系統支持業務移動性以及業務速率的能力。圖１中最左邊深灰色的部分是目前IMT-2000系統所具有的能力，中間灰色部分指IMT-2000增強型系統的能力，最右邊淺灰色部分指超3G系統的能力。后兩種系統主要有以下特點。

１． IMT-2000增強技術

　　IMT-2000增強技術是指在IMT-2000系統的基礎上連續穩定演進的技術。比如目前IMT-2000中ＷＣＤＭＡ系統的能力可以達到８～１０Ｍｂｉｔ／ｓ，而根據預測，今后１０年內系統可達到的速率會不斷提高，在２００５年左右IMT-2000增強系統的下行速率目標是３０Ｍｂｉｔ／ｓ。

２．超3G系統

　　超3G系統會需要新的作為補充性的無線接入技術，這些補充性的無線接入技術也會作為IMT-2000增強系統和其他無線系統的補充，預計在２０１０年可以支持移動環境下５０～１００Ｍｂｉｔ／ｓ的接入速率，在低速移動的情況下可以支持的接入速率能達到１Ｇｂｉｔ／ｓ?！　。桑裕諏Τ?G制定了“在任何時間、任何地點最佳接入系統”的目標，這個目標要求超3G是一個無縫的網絡，即各種接入系統都能通過媒體接入系統（ＭｅｄｉｕｍＡｃｃｅｓｓＳｙｓｔｅｍ）接入同一個基于ＩＰ或分組的核心網。根據不同的應用、小區范圍、無線環境，不同的接入系統按照分層結構進行組織，各種接入技術的關系是一個在同一平臺上互補的關系（見圖２）。

ＩＴＵ關于超3G的工作計劃

　　和IMT-2000的工作方式類似，ＩＴＵ超3G預計的是從大約２０１５年開始的頻率需求，并將在ＷＲＣ－０７大會上討論超3G的頻率需求。因此，ＷＰ８Ｆ工作組制定的工作計劃需要準備預備性會議（ＣＰＭ）報告中關于頻率需求的部分，在ＷＲＣ－０７之后，再開始著手在所分配的頻段中進行標準化的細節工作。

　　到目前為止，ＩＴＵ－ＲＷＰ８Ｆ工作組對超3G的業務、市場和頻率需求的計算方法的研究工作都集中在業務組，業務組的工作內容涉及未來業務和市場方面，主要為：

　　·促進和協調市場預測研究；

　　·完成ＷＲＣ－０７和頻譜需求相關的業務、市場、頻譜計算方法的相關文件；

　　·給出超3G可能提供的業務例子；

　　·指導整個ＷＰ８Ｆ工作組的工作方向，并對未來市場和業務做出預測。

　　根據業務組的工作任務，業務組分為業務（Ｓｅｒｖｉｃｅ）、市場（Ｍａｒｋｅｔ）、方法（Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ）等三個子組，三個子組之間既相互聯系，又并行開展工作，其工作流程圖見圖３。當然，這些分工有可能在以后隨著研究工作的進展發生變動，尤其是頻率計算方法子組，目前雖然在業務組，但也有一種觀點認為頻率計算方法應放在頻譜組。因為在確定頻率計算方法之后，頻譜組將按照確定的方法對超3G所需要的頻譜進行估計。

超3G的頻率需求計算方法研究

　　關于超3G頻率需求計算的方法，遠景工作組在２００２年２月份就有文稿提出，可見各國早已開展了對超3G頻率需求計算方法的研究工作。２００３年４月份的ＷＰ８Ｆ工作組會議上，頻率計算方法子工作組的第一次會議中又有多篇針對頻率需求計算方法的文稿。這次會議是該組的第一次會議，重點是制定該組的工作計劃及頻譜計算方法的工作范圍，但卻已經有多種計算方法提出。下面對此做簡單介紹。

１．研究新的頻率需求計算方法的必要性

　?。桑裕眨?對IMT-2000系統頻率需求的計算方法采用Ｍ．１３９０建議中規定的方法，是基于從現在起大約到２０１０年間２Ｇ和3G的混合技術組成的網絡而設計的。這種方法中的業務模型是基于語音業務，還包括一些峰值可達到２Ｍｂｉｔ／ｓ的數據業務，這些業務的模型都用一種簡單的峰值流量模型來表示。對頻率的估計是基于１９９６～１９９８年的統計數據。這些方法有很多明顯的不足。

　　根據預測，未來超3G的業務將會從面向語音的業務轉向多媒體業務，基于ＩＰ的業務將會成為主要角色。正是因為這些原因，未來的系統和網絡會設計得能更經濟地傳送分組數據。另外，由于業務會變得更具多樣性，對各種復雜的環境、地理區域以及不同的時間僅僅考慮峰值業務量值，也就是說把業務和環境割裂開來考慮也是遠遠不夠的。

　　在Ｍ．１３９０所采用的方法中，業務和環境獨立處理，比如僅通過對每種環境的各種業務的峰值相加得到總頻譜需求，而并沒有考慮到各種業務的使用實際是相關的。例如，用戶正在使用某種多媒體業務時，再使用話音業務的可能性就很小。此外，這種方法還假設每種業務的峰值流量都產生于同一小區，顯然計算時也是一個問題。這種方法的局限性可以概括為：

　　·僅關注于蜂窩網絡，而實際上未來的超3G包括多種接入技術；

　　·僅考慮了忙時的情況，而不是同時考慮和時間相關的業務以及接入策略；

　　·沒有明顯地區別分組和電路交換業務；

　　·僅限于３ＧＨｚ之下的頻譜；

　　·對于各種接入環境和移動性的系統能力沒有區別；

　　·僅簡單地考慮了頻譜效率的改進；

　　·對不同的環境只進行獨立考慮；

　　·對于非同時產生的忙時話務僅僅通過簡單的加權相加來處理。

　　由于上述的這些局限性，目前方法子工作組正在研究對超3G頻譜計算的新方法，并提出兩種觀點：一種是基于計算的方法，一種是基于蒙特卡羅仿真方法。根據工作計劃，這些方法將在２００３年９月底到１０月份進行的第１１次會議進行討論，因此目前還沒有結論。屆時還可能會有更多關于計算方法的建議提出，我國也可以根據自己的情況提出相關建議。下面介紹一下現在提出的這兩種方法，供大家參考。　?。ǎ保Γ停保常梗爸写_定性計算的修正方法

　　日本提出了對Ｍ．１３９０確定性計算改進的方法，引入了兩種新業務類型ＵＨＭＭ（ＵｌｔｒａＨｉｇｈＭｕｌｔｉ－Ｍｅｄｉａ）和ＶＨＭＭ（ＶｅｒｙＨｉｇｈＭｕｌｔｉ－Ｍｅｄｉａ），以及可變比特率（ＶＢＲ）和不變比特率（ＣＢＲ）兩種業務模型來計算超3G的頻譜。日本還在模型的環境中補充了在遠景建議中提出的新無線環境“熱點”（ＨｏｔＳｐｏｔ），通過對業務滲透率進行修正，對ＶＢＲ的業務通過加權因子修正來進行計算。

　　對業務滲透率的修正主要通過環境加權矩陣Ｅ（式（３）來進行修正，矩陣Ｐ（式（２））是滲透率矩陣，修正后的滲透率矩陣Ｑ（式（１））可以用式（４）表示。在兩種不相關的環境中加權因子是０。

　　對于１６種業務類型，也可通過修正后的忙時試呼（ＢＨＣＡ）矩陣Ｂｓ（式（５）），原ＢＨＣＡ用矩陣Ｂ（式（７））表示，加權矩陣為Ｓ。

　　（２）蒙特卡羅仿真方法

　　德國提出針對超3G的蒙特卡羅仿真方法重點考慮了超3G系統中多種無線接入技術的仿真實現，具體的流程如圖４所示。其仿真步驟為：

　　·根據市場預測和可能的用戶密度產生每種環境下的業務需求；

　　·根據系統定義產生無線接入技術的主要技術特性參數；

　　·結合以上兩條的結果，將業務映射到相應的無線接入技術，產生每種環境下對每種接入技術的用戶需求；

　　·通過蒙特卡羅仿真，得到不同環境和不同傳播條件下各種接入技術所需的頻率資源；

　　·計算得到所需的頻率資源總和。

２．對兩種方法的評價

　　由于對頻譜需求計算方法在ＷＰ８Ｆ工作組還沒有進行討論，下面談一下筆者對這兩種算法的看法。

　　通過對Ｍ．１３９０中確定性計算進行修正的計算方法的主要優點是僅僅通過計算就可以得到最終結果，比較簡單清晰。這種算法需要確定加權矩陣Ｅ和Ｓ中的各個加權因子，而在3G系統還沒有很成功地開展應用的情況下進行估計是比較困難的，而如果對加權因子的估計不正確，就會對最終結果的正確性產生很大的影響。另外，由于多種技術的引入，簡單地通過加權因子能否確切反應超3G系統的復雜性還需要進一步研究，確定性計算也較難將不同無線接入系統間的動態關系體現出來。

　　蒙特卡羅仿真方法如何得到正確的業務、系統等模型也至關重要，模型的偏差可能會導致致命的頻率估計錯誤。另外，目前對超3G系統的性能的研究以及對各種統計數據的統計都有限，對發現正確的模型也比較困難。蒙特卡羅仿真像基于靜態的快拍Ｓｎａｐｓｈｏｔ方式抓拍系統的瞬間狀態和性能，缺乏連續性。超3G系統是多種技術和系統的結合，對超3G系統的仿真應采用何種仿真方法還有待研究。另外由于計算機系統的處理能力有限，超3G系統的大業務量、多種系統并存的情況，對系統仿真系統本身的能力也將會是一種挑戰。

　　因此以上兩種方法都不盡完美，對頻率的計算都各有優缺點，存在不少需改進之處，因此可考慮兩種方法的結合運用。相信方法子組今后會看到更多的方法建議，為超3G的頻率計算找到合適的方法。

結　　語

　　從前面的介紹可以看出，ＩＴＵ對于超3G的研究工作剛剛開始，還沒有結論性的成果。因此，這是我國通信界繼續趕超國際技術發展的一個很好的機會。特別是在頻譜計算、業務預測以及新的無線接入和核心網技術方面，我國各公司、研究機構、高校等如能積極組織起來，根據自身的特長在相應的領域分工合作，開展研究，相信在超3G的領域中，我國定能取得更好的成果。

摘自　世界電信

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