王靖宇
摘 要：超3G在ＩＴＵ－Ｒ范围内的各项研究工作还刚刚开始，基本上还处于制定工作计划的阶段。但目前关于对超3G频率需求计算方法的研究，已经有一些国家提出了自己的建议，主要是日本和德国。超3G研究工作，特别是频谱计算、业务预测、新的无线接入和核心网技术方面研究工作的开展，对我国的研究机构、相关公司和高校都是一个继续赶超世界先进通信技术，获取成果的绝好机会。
主题词：移动通信 第三代移动通信 超3G 频率需求 频谱 ＩＴＵ－Ｒ
所谓超3G即Ｓｙｓｔｅｍ Ｂｅｙｏｎｄ IMT-2000，是ＩＴＵ－Ｒ范围内的称谓，目前还没有正式名称。但关于超3G会给通信业带来什么样的革命，给广大用户带来什么业务，却已经在ＩＴＵ－Ｒ讨论多年了。在２００２年１０月结束的ＩＴＵ－Ｒ ＷＰ８Ｆ工作组第９次会议上，关于超3G的远景已经确定；从２００３年４月份的ＷＰ８Ｆ第十次会议开始，ＷＰ８Ｆ的工作已经全面转向了超3G，超3G将是ＷＰ８Ｆ工作组今后５～１０年的核心工作。
3G在我国还没有商用，现在谈超3G似乎更遥不可及。但实际上，由于频率分配工作往往要比实际业务开展超前８～１０年左右开始进行，所以现在就必须开始着手对２０１０年之后的业务进行研究，对频率需求进行估计。目前ＩＴＵ－Ｒ关于超3G的工作刚刚启动，很多还处于制定工作计划阶段。对我国来讲，现在正是及时进行跟踪，针对性地开展研究工作，并在最后的技术标准工作中取得成果、在未来的通信系统中拥有更多知识产权（ＩＰＲ）的一个非常好的机会。
本文介绍超3G的远景，以及目前ＩＴＵ－Ｒ ＷＰ８Ｆ工作组关于超3G频谱计算的最新进展。
超3G的远景
超3G的远景就是ＩＴＵ为超3G系统制定的目标。ＩＴＵ关于超3G系统的能力可用图１表示，因为这个图有点像汽车，因此也称为汽车图。这张图表示了IMT-2000，IMT-2000增强系统以及超3G等系统支持业务移动性以及业务速率的能力。 图１中最左边深灰色的部分是目前IMT-2000系统所具有的能力，中间灰色部分指IMT-2000增强型系统的能力，最右边浅灰色部分指超3G系统的能力。后两种系统主要有以下特点。
１． IMT-2000增强技术
IMT-2000增强技术是指在IMT-2000系统的基础上连续稳定演进的技术。比如目前IMT-2000中ＷＣＤＭＡ系统的能力可以达到８～１０ Ｍｂｉｔ／ｓ，而根据预测，今后１０年内系统可达到的速率会不断提高，在２００５年左右IMT-2000增强系统的下行速率目标是３０ Ｍｂｉｔ／ｓ。
２．超3G系统
超3G系统会需要新的作为补充性的无线接入技术，这些补充性的无线接入技术也会作为IMT-2000增强系统和其他无线系统的补充，预计在２０１０年可以支持移动环境下５０～１００ Ｍｂｉｔ／ｓ的接入速率，在低速移动的情况下可以支持的接入速率能达到１ Ｇｂｉｔ／ｓ。
ＩＴＵ对超3G制定了“在任何时间、任何地点最佳接入系统”的目标，这个目标要求超3G是一个无缝的网络，即各种接入系统都能通过媒体接入系统 （ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ）接入同一个基于ＩＰ或分组的核心网。根据不同的应用、小区范围、无线环境，不同的接入系统按照分层结构进行组织，各种接入技术的关系是一个在同一平台上互补的关系（见图２）。
ＩＴＵ关于超3G的工作计划
和IMT-2000的工作方式类似，ＩＴＵ超3G预计的是从大约２０１５年开始的频率需求，并将在ＷＲＣ－０７大会上讨论超3G的频率需求。 因此，ＷＰ８Ｆ工作组制定的工作计划需要准备预备性会议（ＣＰＭ）报告中关于频率需求的部分，在ＷＲＣ－０７之后，再开始着手在所分配的频段中进行标准化的细节工作。
到目前为止，ＩＴＵ－Ｒ ＷＰ８Ｆ工作组对超3G的业务、市场和频率需求的计算方法的研究工作都集中在业务组，业务组的工作内容涉及未来业务和市场方面，主要为：
·促进和协调市场预测研究；
·完成ＷＲＣ－０７和频谱需求相关的业务、市场、频谱计算方法的相关文件；
·给出超3G可能提供的业务例子；
·指导整个ＷＰ８Ｆ工作组的工作方向，并对未来市场和业务做出预测。
根据业务组的工作任务，业务组分为业务（Ｓｅｒｖｉｃｅ）、市场（Ｍａｒｋｅｔ）、方法（Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ）等三个子组，三个子组之间既相互联系，又并行开展工作，其工作流程图见图３。当然，这些分工有可能在以后随着研究工作的进展发生变动，尤其是频率计算方法子组，目前虽然在业务组，但也有一种观点认为频率计算方法应放在频谱组。因为在确定频率计算方法之后，频谱组将按照确定的方法对超3G所需要的频谱进行估计。
超3G的频率需求计算方法研究
关于超3G频率需求计算的方法，远景工作组在２００２年２月份就有文稿提出，可见各国早已开展了对超3G频率需求计算方法的研究工作。２００３年４月份的ＷＰ８Ｆ工作组会议上，频率计算方法子工作组的第一次会议中又有多篇针对频率需求计算方法的文稿。这次会议是该组的第一次会议，重点是制定该组的工作计划及频谱计算方法的工作范围，但却已经有多种计算方法提出。下面对此做简单介绍。
１．研究新的频率需求计算方法的必要性
ＩＴＵ－Ｒ 对IMT-2000系统频率需求的计算方法采用Ｍ．１３９０建议中规定的方法，是基于从现在起大约到２０１０年间２Ｇ和3G的混合技术组成的网络而设计的。这种方法中的业务模型是基于语音业务，还包括一些峰值可达到２ Ｍｂｉｔ／ｓ的数据业务，这些业务的模型都用一种简单的峰值流量模型来表示。对频率的估计是基于１９９６～１９９８年的统计数据。这些方法有很多明显的不足。
根据预测，未来超3G的业务将会从面向语音的业务转向多媒体业务，基于ＩＰ的业务将会成为主要角色。正是因为这些原因，未来的系统和网络会设计得能更经济地传送分组数据。另外，由于业务会变得更具多样性，对各种复杂的环境、地理区域以及不同的时间仅仅考虑峰值业务量值，也就是说把业务和环境割裂开来考虑也是远远不够的。
在Ｍ．１３９０所采用的方法中，业务和环境独立处理，比如仅通过对每种环境的各种业务的峰值相加得到总频谱需求，而并没有考虑到各种业务的使用实际是相关的。例如，用户正在使用某种多媒体业务时，再使用话音业务的可能性就很小。此外，这种方法还假设每种业务的峰值流量都产生于同一小区，显然计算时也是一个问题。这种方法的局限性可以概括为：
·仅关注于蜂窝网络，而实际上未来的超3G包括多种接入技术；
·仅考虑了忙时的情况，而不是同时考虑和时间相关的业务以及接入策略；
·没有明显地区别分组和电路交换业务；
·仅限于３ ＧＨｚ之下的频谱；
·对于各种接入环境和移动性的系统能力没有区别；
·仅简单地考虑了频谱效率的改进；
·对不同的环境只进行独立考虑；
·对于非同时产生的忙时话务仅仅通过简单的加权相加来处理。
由于上述的这些局限性，目前方法子工作组正在研究对超3G频谱计算的新方法，并提出两种观点：一种是基于计算的方法，一种是基于蒙特卡罗仿真方法。根据工作计划，这些方法将在２００３年９月底到１０月份进行的第１１次会议进行讨论，因此目前还没有结论。届时还可能会有更多关于计算方法的建议提出，我国也可以根据自己的情况提出相关建议。下面介绍一下现在提出的这两种方法，供大家参考。
（１）对Ｍ．１３９０中确定性计算的修正方法
日本提出了对Ｍ．１３９０确定性计算改进的方法，引入了两种新业务类型ＵＨＭＭ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｍｕｌｔｉ－Ｍｅｄｉａ）和ＶＨＭＭ （Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｍｕｌｔｉ－Ｍｅｄｉａ），以及可变比特率（ＶＢＲ）和不变比特率（ＣＢＲ）两种业务模型来计算超3G的频谱。日本还在模型的环境中补充了在远景建议中提出的新无线环境“热点”（Ｈｏｔ Ｓｐｏｔ），通过对业务渗透率进行修正，对ＶＢＲ的业务通过加权因子修正来进行计算。
对业务渗透率的修正主要通过环境加权矩阵Ｅ（式（３）来进行修正，矩阵Ｐ（式（２））是渗透率矩阵，修正后的渗透率矩阵Ｑ（式（１））可以用式（４）表示。在两种不相关的环境中加权因子是０。
对于１６种业务类型，也可通过修正后的忙时试呼（ＢＨＣＡ）矩阵Ｂｓ（式（５）），原ＢＨＣＡ用矩阵Ｂ（式（７））表示，加权矩阵为Ｓ。
（２）蒙特卡罗仿真方法
德国提出针对超3G的蒙特卡罗仿真方法重点考虑了超3G系统中多种无线接入技术的仿真实现，具体的流程如图４所示。其仿真步骤为：
·根据市场预测和可能的用户密度产生每种环境下的业务需求；
·根据系统定义产生无线接入技术的主要技术特性参数；
·结合以上两条的结果，将业务映射到相应的无线接入技术，产生每种环境下对每种接入技术的用户需求；
·通过蒙特卡罗仿真，得到不同环境和不同传播条件下各种接入技术所需的频率资源；
·计算得到所需的频率资源总和。
２．对两种方法的评价
由于对频谱需求计算方法在ＷＰ８Ｆ工作组还没有进行讨论，下面谈一下笔者对这两种算法的看法。
通过对Ｍ．１３９０中确定性计算进行修正的计算方法的主要优点是仅仅通过计算就可以得到最终结果，比较简单清晰。这种算法需要确定加权矩阵Ｅ和Ｓ中的各个加权因子，而在3G系统还没有很成功地开展应用的情况下进行估计是比较困难的，而如果对加权因子的估计不正确，就会对最终结果的正确性产生很大的影响。另外，由于多种技术的引入，简单地通过加权因子能否确切反应超3G系统的复杂性还需要进一步研究，确定性计算也较难将不同无线接入系统间的动态关系体现出来。
蒙特卡罗仿真方法如何得到正确的业务、系统等模型也至关重要，模型的偏差可能会导致致命的频率估计错误。另外，目前对超3G系统的性能的研究以及对各种统计数据的统计都有限，对发现正确的模型也比较困难。蒙特卡罗仿真像基于静态的快拍Ｓｎａｐｓｈｏｔ方式抓拍系统的瞬间状态和性能，缺乏连续性。超3G系统是多种技术和系统的结合，对超3G系统的仿真应采用何种仿真方法还有待研究。另外由于计算机系统的处理能力有限，超3G系统的大业务量、多种系统并存的情况，对系统仿真系统本身的能力也将会是一种挑战。
因此以上两种方法都不尽完美，对频率的计算都各有优缺点，存在不少需改进之处，因此可考虑两种方法的结合运用。相信方法子组今后会看到更多的方法建议，为超3G的频率计算找到合适的方法。
结 语
从前面的介绍可以看出，ＩＴＵ对于超3G的研究工作刚刚开始，还没有结论性的成果。因此，这是我国通信界继续赶超国际技术发展的一个很好的机会。特别是在频谱计算、业务预测以及新的无线接入和核心网技术方面，我国各公司、研究机构、高校等如能积极组织起来，根据自身的特长在相应的领域分工合作，开展研究，相信在超3G的领域中，我国定能取得更好的成果。
摘自 世界电信
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