龚克
近年来移动通信成为信息领域发展最为迅猛的分支，其热点技术不断涌现，应用系统不断升级。本文仅以2000年VTC会议为话题，就当前移动通信领域的若干热点问题以及“第三代后”的研究谈一些情况和看法。
VTC是当前国际移动通信领域最重要的学术会议之一。由于参会者众多，VTC从1999年起将每一次会议改为每年春秋两次会议。 尽管如此，今年春季会议的参会者仍在一千人以上。这次VTC 2000于5月15至18日在日本东京举行，这是VTC第一次在亚洲地区举行年会，这说明了亚洲地区在移动通信开发与应用方面已经占有重要地位。会议开幕式上以“走向第三代及其以后”(Towards IMT-2000 and Beyond)为中心发表了三篇特邀讲演，表明移动通信研究热点正在移向“第三代后”。会员宣读论文385篇，分为：(1)天线与传播；(2)无线接入；(3)传输技术I/II；(4)多媒体网络；(5)个人通信；(6)卫星与交通系统，共6大部分。与此平行，会议安排8个讨论专场(Panel Session)和11个张贴专场(Poster Session)。整个会议开得热烈紧凑。中国大陆地区被录用的文章共13篇(来自清华、东南、科大、上交大、北交大、西电、北邮)。
会议的论文和讨论，反映了当前移动通信技术的若干热点问题：
1.天线与传播问题的研究向智能天线及其相关的传播问题聚焦
关于“天线与传播”(Antenna & Propagation) 的研究历来是无线移动通信领域中的一个重要方面，这次会议共录用有关论文约80篇。其中，有关“智能天线”、“波束成形”、“发射分集”、“信号方向检测”、“角度扩散信道”等方面的文章占了绝大多数。明显的趋势是传统地从“模拟”角度所研究的天线与传播问题正在与“数字”算法紧密结合，研究的热点在于如何有效地实现信号的空间分割和空间分集，以及信道的时/空特性和时/空联合处理技术。
2.无线接入研究的重点向分组数据及IP接入转移
无线接入是近年来无线通信领域的热门话题，起初强调的是如何方便地使电话用户接入电信网，而VTC 2000上的无线接入专题中的典型的论题却是“IMT-2000的TCP性能问题”、“用于CDMA系统的新型高效的无线分组数据传播协议”、“Bluetooth系统的MAC技术”、“多级别业务的呼叫控制”、“无线ATM接入协议”等，大多以分组数据的无线接入为应用背景。显然，随着数据业务以及多媒体业务的发展及其超越传统话音业务的势头，无线接入技术研究的重点也在向分组数据及IP接入转移。
3.无线传输技术大多围绕CDMA(IMT 2000)技术，然而OFDM已甚受关注
有关无线传输技术的论文约150篇，占这次VTC会议全部论文的约1/3。然而这些文章大多围绕着CDMA技术的有关问题如：RAKE接收、干扰消除及多用户检测、多速率业务问题、Turbo编码应用、时空联合处理等。值得注意的是有关OFDM的讨论占有比较突出的位置，被专门安排了三个专场“OFDM-1,2,3”，讨论的问题有：OFDM的信道估计、峰均比 (Peak-to-Average Ratio)控制、扩散信道中的OFDM传输问题(信道估计)、突发OFDM系统、时－频同步问题、分集问题等。特别有意思是关于与天线阵技术结合的时空编码技术以求实现更高的编码增益。
4.各种无线多媒体技术应用于第二代升级系统和第三代系统
第二代甚至第三代移动通信系统是以话音业务为主的系统，然而为适应多媒体业务发展的趋势，一系列新的技术在第二代系统（如GSM）平台上发展起来，并倍受关注。
5.“第三代之后” 或第四代系统是会议的热门话题
虽然第三代系统尚未走入人们的生活，移动通信的研究开发却已将目光放到第三代之后，特别是“第四代系统”上，有人甚至还谈及第五代系统。会议关于“第三代之后”的专题讨论虽然是与其它7个技术专场平行举行，但仍是人满为患，100多人的会场挤得满满的，室内有20多人站立，门外还站着七、八个人。下面结合会议的有关报告以及笔者本人的认识，谈一下有关“第三代之后”或第四代移动通信系统的情况和看法，不当之处，请予指正。
(1) 开展第四代移动通信系统的研究已经刻不容缓
第一代移动通信系统(AMPS、TACS等)规模商业应用是在80年代初，大约有10年多的巿场寿命；而在第一代移动通信推向巿场的时候，第二代移动通信的研究就已经开始了，特别是，当第二代移动通信还未推向商用时，第三代移动通信的标准化研究就启动了(1987年)。历史经验说明，一个技术标准产生之后（甚至在它商用之前），其技术的缺陷或局限就已经表露出来；而当该技术应用在巿场上走向顶峰时，它刺激出来的巿场需求正在超越其业务供给能力，新一代技术就应运而生了。第一代(80年代初－90年代末)是如此，第二代(90年代初、中期－2000年代初、中期)也是如此，第三代(2000年代初、中期－2010年代初期) 也将必然如此。更何况随着电子信息技术的飞速发展，一代技术的巿场寿命越来越短，这是历史发展的逻辑。所以，在当前第三代系统的标准化即将完成，应用系统即将推出的时候，新一代（第四代）移动通信系统的研究已是刻不容缓。事实上，国际电信联盟(ITU)去年(1999年9月)即把“第三代之后”的移动通信系统下的标准化问题提上了日程，在ITU-R的工作计划中列入了“IMT 2000及其以后的系统”(IMT-2000 & System Beyond IMT-200)。并分设了两个工作组(working party)，”IMT2000 & Beyond (satellite)”(WP8D) 和”(IMT2000 & Beyond: Primary Responsibility (Terrestrial)” (WP8F)，应该指出的是，对于中国来说，不失时机地集中力量开展第四代移动通信系统技术的研究是我们实现“跨越式”发展的重要契机。我国开展第一代移动通信系统研究（“七五”攻关）已是该系统商用“走红”之日，其结果可以说是徒劳无功；对第二代移动系统的研究几乎是与该系统走向商用同时的，结果是在该系统走向强弩之末时，为国产化尽了一份力量；对第三代移动系统的研究是在该系统标准化活动进入高潮时开展的，所以较之以前有了更多的主动权，对第三代系统的国产化也有理由寄予更大的期望。在此基础上，倘在第四代移动通信系统标准化活动之初就果断而有力地推动开展国内的研究活动，将有可能使我国比较彻底地摆脱在移动通信技术上的被动状态，真正成为世界上的移动通信大国，不仅有巿场优势，而且有技术优势。
(2)什么是“第四代”移动通信技术？
毫无疑问，现在要想说清楚这个问题还为时尚早。笔者近年（特别是98年以来）看到的有关第四代移动通信系统的文章和报告，对这个问题也是各抒己见，莫衷一是。大概有这么几种看法：
* 移动业务的发展和迅速普及，将很快显现频谱的贫乏，不仅第二代系统频段已经饱和，就是第三代系统的频段也将很快不敷使用。所以，第四代移动通信系统将是建立在新的频段（比如5-8GHz乃至更高）上的无线通信系统，因而将以新的射频技术为支撑并充分利用其频谱资源。与高频段传播相关联的问题，如有效利用功率、有效利用天线增益、合理进行小区布局等以抵消高传输损耗、低绕射能力等负面效应。
* 多媒体业务的发展及其对话音业务的超越，将使得以话音业务为基本业务的移动通信系统（包括第三代系统），变得力不从心。比如第三代系统虽能支持2Mbps的数据传输速率，却仅只在静止的小范围(如室内)且以降低用户容量为代价；况且即使2Mbps的速率比起日新月异的因特网传输速度来，也将显得难以忍受。所以，基于分组数据的高速率传输(10 Mbps以上)将是第四代系统的主要标志，为此需克服在无线信道中影响可靠的宽带传输的一系列问题，引入新的自适应多址和信道编码技术，如基于突发(burst-by-burst)的自适应TDMA/CDMA/OFDM以及编码、交织技术等。
* 由于以IMT-2000为代表的第三代移动通信在事实上终未能实现全球统一技术标准的目标，比如现在作为第三代系统无线传输技术标准“家庭”(RTT Family)成员的技术即有五类之多：(1) IMT-2000 CDMA DS (WCDMA)；(2) IMT-2000 CDMA MC (CDMA2000)；(3) IMF2000 CDMA TDD (我国电信科学技术研究院建议的TD-SCDM即属此类)；(4) IMT-2000 TDMA SC(TDD方式)；(5) IMT-2000 FDMA/TDMA (DECT)。另外，IMT2000的空间(卫星)部分远未能如愿。所以，第四代移动通信系统应该成为真正的“全球一统”（包括卫星部分）的系统。为此，需研究如何对主要技术的兼容/演进技术与策略、研究“天－地”一体化，研究基于软件无线电的多制式的终端与基站系统。
* 由于新的网络和传输技术的发展，已有移动通信系统对网络资源和无线资源(Radio Resources，不仅是频谱资源还有功率、时间、码道、波束/天线增益)等的利用远不能满足需要，特别是随着无线－有线网络一体化的趋势发展，第四代移动信系统将是基于全新网络体制的系统，或者说其无线部分将是对新网络(智能的、支持多业务的、可进行移动管理)的“无线接入”。因而其技术将主要是(1)新型智能网络和(2)高效的无线接入技术。“自适应”和智能化将是新一代技术的突出特征。
* 随着多种无线技术的数字化，如数字音频和数字视频技术等，各种数字无线技术将走向融融合。因而下一代的移动通信系统将不是单纯的(传统意义上)的“通信”系统，而是融合了数字通信、数字音/视频接收(点播)/和因特网接入的崭新的系统。
如此等等，将不同侧重的观点放在一起，似乎可以得到某种启示。
(3) 国外有关第四代移动信的研究
除了ITU-R新近开展的有关活动以及有关公司、大学的分散研究之外，笔者认为比较有规模的是欧洲的BRAIN计划。该计划是西门子公司，英国电信(BT)、法国电信(CNET)、日本电信(NTT)、爱立信公司、诺吉亚、伦敦大学国王学院等合作进行的，以欧洲为主。它提出一种基于IP核心网络的、适于不对称传输的、支持多速率的至20Mbps、兼容多种体制(如GSM，UTRAN等)的系统设想(参见图1)。
图1
另外有日本NTT DoCoMo的“次世代通信系统”。该公司自九八年以来，调兵遣将(包括招兵买马)成立了专门的研究室，比较系统地进行研究。他们从业务增长的需求预测入手，提出移动数据率将向100Mbps推进，第四代将实现数十兆比特/秒的传输能力；基于每年“流量”(Traffic)增长40%的预测，到2015年前，多媒体业务将占到91%，届时将是第四代出生之机；进而，他们提出对第四代系统的七条企盼：(1)高数据率(车载2Mbps，步行20Mbps)，(2)支持下一代因特网(IPV6，Mo-IP等)，(3)高容量(5-10倍于第三代)，(4)与固定公共网与专用网的”无缝”连接，(5)对新业务的灵活性，(6)高频段(3-8GHz)，(7)低成本(第三代的十分之一)。他们针对”如何降低成本”，“如何降低功率要求”等方面开展了研究工作。其设想的第四代无线传输如图2。
图2
再就是西门子公司的研究工作。他们同样是出于对业务增长的预测特别是数据业务的增长，并充分考虑许多已有的和正在发展的相关技术，如HYPERLAN，BLUETOOTH等等，提出了有关第四代的系统设想(参见图3)。特别有意思的是，他们提出了一种自组织的无线接口技术，即每一个移动终端可以根据需要提供中继服务，这样可以大大改善网络覆盖、缩短传输距离。他们提出第四代系统的应有特性是：(1)多速率传输和短距连接，(2)高效频谱共享，(3)新的网络类型和网络管理(自组织、动态规划、动态频率指配等)，(4)支持对称与不对称传输；(5)支持实时QoS的分组传输，(6)基于1P的核心网络。
图3
他们认为该系统面临的主要技术挑战将是(1)有效使用频谱资源的物理层技术（如调制、编制技术等），(2)支持物理层技术的算法（信道、流量和业务自适应算法、频谱共享算法，自适应天线算法等），(3)宽带无线信道模型，(4)接入网的高层协议技术（自适应和自优化的无线资源配置、网络规划与管理等），(5)不同接入系统的互操作（水平与垂直切换技术等），(6)移动1P(支持实时/非实时QoS和GoS、移动管理与切换、安全机制等)。
综上所述，笔者认为当前已经开展的第四代系统的研究主要是概念研究，着重于需求分析和使能技术的分析。可以说，尚在起步阶段。我国的研究机构（特别是大学）以及有远见的公司应充分关注、果断投入、奋起直追。
摘自《中国移动通信》2001年第1期
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