3G看宽带无线接入的未来

未来宽带接入的最主要的应用是多媒体通信、对宽带固定网络的无线接入和不同系统之间的无缝隙漫

游。

宽带接入系统的发展和基本特征

自80年代第一代系统问世以来，宽带接入技术每10年产生一次新的飞跃。未来几代移动通信将是多媒

体通信，对宽带固定网络的无线接入和不同系统之间的漫游。

移动通信系统从80年代诞生以来，到2020年将大体经过5代的发展历程(见表1)，而且到2010年，将从

第3代过渡到第4代(4G)。到4G，除蜂窝电话系统外，宽带无线接入系统、毫米波LAN、智能传输系统(ITS)

和同温层平台(HAPS)系统将投入使用。

未来几代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。实现这些要求在技

术上将面临更大挑战。此外，系统性能(如蜂窝规模和传输速率)在很大程度上将取决于频率的高低。考虑

到这些技术问题，有的系统将侧重提供高数据速率，有的系统将侧重增强机动性或扩大覆盖范围。

从用户角度看，可以使用的接入技术包括：蜂窝移动无线系统，如3G；无绳系统，如DECT；近距离通

信系统，如蓝牙和DECT数据系统；无线局域网(WLAN)系统；固定无线接入或无线本地环系统；卫星系统；

广播系统，如DAB和DVB-T；ADSL和Cable Modem。

上述这些系统尽管用途不同，但都适合传输数据。WLAN系统将设计成适合高数据速率接入，但通信距

离较近，机动性较低，适用于企业网和公共接入，如公司园区、会议中心、机场、饭店和火车站等热点通

信。HIPERLAN 2和IEEE 802.11a均可实现全球漫游。此外，对新的接口的研究将支持高机动性和高数据速

率。在这些系统中，移动台将在多点传输环境中起转发作用。移动台均能支持基站功能，并可实现移动台

之间的直接呼叫。因此，新的宽带接入系统将具有如下

基本特征：

①从3G到5G的各种宽带接入系统将支持2、10、20、50、100、156、600Mbps等高数据速率。

②共享频率，从而能够在不同系统和不同运营商之间更好地利用频率资源。

③新型网络和网络管理，如特设网络和自适应网络、自动和动态网络重新配置，以及支持通用平台上

的各种接入系统的动态频率分配。

④频分双工(FDD)和时分双工(TDD)系统支持对称和非对称业务，并为非对称业务优化传输链路。

⑤核心网络和无线接入网支持实时业务的QoS要求，从而使分组数据传输更有效，基于IP的核心网络和

无线接入网，将能更加即时地提供新业务，集成新的网络要素更加容易，而且成本更低。

⑥多方式终端和新的装置将是关键部件，这些部件包括摄像机、视频和高分辨率Internet应用的显示

屏以及特设网络与其他业务组网的近距离接入系统，而且均是基于信号处理功率高的自适应系统。

⑦现有的和新的接入技术在通用平台上的集成及其与多方式终端的无缝隙互连将是未来几代系统的关

键特性。这些系统依靠网络管理模式、自适应频率分配和自适应网络特性可以灵活配置，从而支持未来通

信系统中不同终端和用户的需要。

未来系统和性能要求

从技术发展的实现程度看，未来系统包括4G蜂窝、宽带无线接入、LAN、ITS和HAPS系统等。

4G蜂窝系统

4G蜂窝系统不仅是高速而且是高容量系统。为了在适当频带内实现高容量，4G系统的蜂窝半径比目前

的蜂窝系统小；但是，通过构造基于IP技术的网络，3G、4G、WLAN和固定网络之间的无缝隙连接，从而实

现更大范围的覆盖将是可能的。 4G蜂窝系统的基本网络结构和应用可分为三层，即物理网络、中间件环境

和应用环境。物理网络以综合信息格式对无线和核心网络提供接入和漫游功能。中间件软件环境在应用和

物理网络之间起连接作用，其功能包括QoS映射、地址变换、即插即用、安全管理等。 物理网络和中间件

及应用之间的接口是开放IP接口。

宽带无线接口和局域网

宽带无线接入系统将使用毫米波，频率将高达5GHz。宽带接入系统将提供两种类型的高速无线接入通

信。一种是用于户内和户外的宽带移动通信，在5.2GHz频段内能够传输30Mbps的数据；二是提供超高速WL

AN内通信，使用60GHz的毫米波频率能传送600Mbps的高速信号。毫米波WLAN的原型系统已在发达国家开发

出来，并演示了60GHz WALN系统采用数据率高达155Mbps的异步传输方式(ATM)的可行性。

智能传输系统

智能传输系统(ITS)是一种新的传输系统。它包括供移动用户使用的先进的信息和电信网络，不仅能够

解决业务突发拥塞问题，而且还将提供多媒体服务。

从目前的研究情况看，ITS包含9个开发领域，如导航系统、电子长途通信(ETC)系统、安全驾驶助理

等。ITS的第一步是推出采用5.8GHz的频段ETC，通过基站实现与途中的车辆通信和车辆间通信。ITS被看作

是最有希望的多媒体通信业务之一，市场潜力很大，就日本的潜在市场而言，将高达5000万亿日元。

高空同温层平台系统

高空同温层平台通信系统(HAPS)，是一种很有发展前途的多媒体通信系统，它有可能成为继地面和卫

星通信系统之后的第三种重要基础设施。

HAPS的基本构成是，平台位于高20公里的同温层中，通过互通链路在天空构成网状网络，而平台和用

户台之间由宽带接入链路连接，接入链路的频率将采用毫米波。

该系统可支持固定、移动和便携式等各种用户终端。接入链路的数据率一般为25Mbps。如果采用较大

的天线，用户终端的数据率可达几兆比特。由于采用毫米波频段，采用增益高的小天线是可行的。例如，

采用20dBi增益的5cm碟式天线，可对车辆提供14kbps的数据速率。

从发展趋势看，无论采用哪种接入系统都将满足下属性能要求：

①高业务量。2010年，在3G系统中将广泛采用多媒体业务，上下行链路的话音和多媒体业务量之间的

比率预计约为1∶2。到2010后，假若多媒体业务量年增长率为40%，那么它将是目前水平的23倍，多媒体和

话音业务量的比率将是10∶1。为了适应业务量的高速增长，到2010年，频宽将增加160MHz。因此，对4G系

统的研究包含提供频谱利用率和开发新的频段，以适应用户业务量的增长。

②高机动性。4G蜂窝系统将对移动用户提供至少2Mbps的数据率。尽管高数据率系统实现高机动性相当

困难，但5.8GHz的智能传输系统实现这一要求是可能的。上述ITS是专用于运输车辆的通信系统，但它将向

通用系统发展，将在毫米波频段提供50～200Mbps的数据率。

③覆盖地域广和不同系统之间的无缝隙漫游。由于未来系统的目标数据率将比目前系统高两个数量级，

蜂窝半径将缩小；但是，利用距地面高20公里的同温层平台(HAPS)可以实现广域覆盖。同时，对户内WLAN

、户外宽带接入系统和ITS等其他系统的平滑切换，是未来系统的极其重要的功能。实现这种漫游功能的第

一步是构造基于IP技术的网络，支持下一代Internet。

④低成本。鉴于到2010年，4G系统的每单位面积的容量将是3G蜂窝系统的10倍，而传输信息的成本将

大幅度下降。

⑤无线QoS资源控制。无线系统使用有限的资源(频率和发射功率)，而且易于受拥塞的影响，因此无

线QoS资源控制对于保证服务质量、支持各种应用和不同类型的服务将发挥重要作用，同时也是扩大用户数

量的重要保证。

面临的问题和解决办法

为实现继3G之后的新系统，必须通过广泛研究解决许多技术问题。未来系统最重要的要求是在通用平

台上实现不同的接入系统以及不同接入系统和多种业务所必需的多方式或自适应和多频段终端的互联互通。

实现这一要求所面临的主要问题是无线接口、无线接入和核心网络的构成，以及与服务有关的措施。同时，

未来系统还必须尽可能有效利用频谱资源。因此，将采取下面的一些措施解决发展过程中所面临的问题：

①实现自适应组网和自动网络重新配置，使网络具有适应用户需求的更大灵活性。

②通过水平和垂直切换以及业务协商和网络管理，在较高协议层上实现不同接入系统的互通。

③通过改进调制和信道编码模式使现有系统更加完善和开发新的接入系统，并实现不同系统之间频谱

共享和动态频率分配，研究不同的无线接入系统之间的共存条件，以进一步增强频谱效率和系统性能。

④采用先进的信号处理算法，在提高链路性能和计算复杂性方面求得合理平衡。同时根据信道条件、

业务量实现链路自适应，以更好地利用频率资源并改善系统性能。

⑤采用先进的检测模式，检测用户业务状况，并采用先进的干扰消除技术，以消除蜂窝内和蜂窝间的

干扰。

⑥采用先进的天线技术，以提高链路质量和信道容量。

⑦相对于服务要求(如QoS)，特别是实时业务的延迟要求，支持实时和非实时业务。

⑧采用诸如认证、授权和账户管理等先进的安全机制，保证业务安全。