关于第四代移动通信及相关技术

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》