IMT-2000的融合、演进新发展及中国相应策略考虑----陈如明

2019-11-03 09:49:57

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IMT-2000的融合、演进新发展及中国相应策略考虑----陈如明摘要本文分析讨论了IMT－2000的融合、演进新发展状况，在此基础上结合中国国情，提出了相应策略考虑建议。关键词 IMT－2000 GSM cdmaOne 无线电传输技术 GEDGE GSM－CDMA Turbo码 W－CDMA－（DS） cdma2000-（MC）1 引言近些年来中国无线移动通信几乎以每年翻一番（蜂窝移动电话的近五年年均增长率高达237％）的惊人速度发展，快速跻身于世界发达国家应用水平行列。至1998年底，中国移动电话用户数已达2400万，寻呼用户数亦超过600O万。中国已成为寻呼用户数最多和GSM网络规模最大的移动通信大国。然而即便如此，中国现今移动电话普及率仅为2％左右，比固定电话普及率10％低约半个量级。另一方面，据资料预测，全球移动电话用户数至2000年将可能增达4．5亿，而亚太地区相应用户数将可能占全球的1／3左右，中国将可能占亚太地区的1／3左右。因此，仅就移动电话通信而言，中国移动通信的未来市场份额潜力在全球及亚太地区均将占举足轻重的地位。 2000年后，虽然窄带移动电话业务需求将依然明显，然而随着Internet等高速数据通信及多媒体通信的需求驱动，宽带多媒体综合业务将逐步增长；而且就未来信息高速公路建设的无缝隙覆盖多媒体全球个人通信概念而言，宽带移动通信作为整个移动市场份额的子集将显得愈来愈重要，而适应此宽带移动要求的第三代移动通信在2002年至2005年期间将会显露头角，其中日本、欧洲、美国将率先呈现其需求增长，以美国为例，其第三代移动通信市场，估计2002年为1870万美元，至2006年将增达3220万美元，接近翻一番的水平，根据以往移动通信发展的历史经验，也许这种估计依然保守。鉴于这种市场需求背景，ITU于1996年正式将1985年提出的FPLMTS更名为IMT－2000，即国际移动通信-2000系统。在此“2000”的主要含义为2000年左右投入业务，核心工作频段为2000M-Hz以及多媒体业务最高运行速率第一阶段为2000kbit／s。 ITU－R第8研究组的TG 8／1任务组决心推进IMT－2000无线电传输技术（RTT）的评估、融合工作。至1998年9月，RTT提案包括对MSS（移动卫星业务）在内多达16个，它们基本来自IMT－2000的16个RTT评估组成员，如欧洲ETSI的UTRA W－CDMA及DECT，美国TIA及TipI的cdma2000、UWC-136、WIMS W－CDMA及W－CDMA／NA，日本 ARIB的W－CDMA，中国CATT的TD-SCDMA，韩国 TTA的Global CDMA（同步）、Global CDMA（异步）及 LEO卫星系统SAT－CDMA，ESA的宽带卫星系统SW－CDMA及混合宽带CDMA／TDMA卫星系统 SW－C-TDMA，ICO全球通信公司的ICO RTT以及 INMARSAT的卫星系统 Horizons与 Iridum LLC公司的卫星系统INX。其中前10种为IMT－2000地面系统RTT提案，后6种RTT反映了将MSS纳入IMT－200O的努力。出现那么多提案充分反映出很多国家对IMT－2000未来制式确定的关心与力争施加有效影响的基本愿望。但从市场基础、后向兼容及总体特征看，欧洲ET-SI的UTRA W－CDMA及美国cdma2000这两个提案，依然最具竞争能力，RTT融合的关键即在于这两个提案的融合能否取得有效的进展[1-2]。至于MSS除上述后6种RTT提案外，更重要的实际情况则是近些年来已掀起的一股全球／区域LEO／MEO／GEO窄带／宽带先进卫星通信系统狂热，大约有30个提案的窄带LEO／MEO／GEO卫星通信系统（少数已投入使用，一些亦正在考虑其第二代发展），大约有20个提案的宽带Ka（或Ku）多媒体LEO／MEO／GEO卫星通信系统，以及向更高频段进军的大约有15个规划中的 V／Q／W频段的宽带 LE-O／MEO／GEO卫星通信系统[1]。这充分反映出人们对卫星移动与综合业务传送的战略重视与MSS在IMT－2000及未来全球信息高速公路中的潜在重要作用[3] 本文拟不涉及卫星系统，将分析讨论重点置于IMT－2000的融合与演进新发展这一热门话题。在此基础上，再提出针对我国国情的相应策略。2 IMT-2000的融合与演进新发展所谓融合至今并未获得明确一致的定义，通常是指RTT基本参数，甚至网络基本参数有更多的协调与一致，以便经济有效地进行设备制作与全球漫游运作，乃至灵活、有效地利用无线电频谱。在IMT－2000发展中就标准化与全球通信已取得了不少基本共识，包括主流体制中均采用带宽较宽的CDMA技术，单频率多频段FDM方式运行有利于前、后向兼容扩充，必须能进行有效的全球漫游，至少能纳入“家族”概念，力争在RTT方面有更多基本参数融合与协调。由第二代至第三代移动通信发展一般说只能是演进式的，初期的第三代移动通信只能作为第二代（包括二代半）系统的有效补充，等等[1]。尽管没有一个运营部门、制造商及用户反对融合，然而鉴于现今第二代移动通信的基本市场利益及区域、政治利益与IPR（知识产权）状况，要想将上述10种地面RTT作较彻底融合显然不容易，因此第三代移动通信的实施看来多半只能根据各地区发展状况作分阶段演进式推进。而这些提案中较有市场演进基础者依然为基于 GSM／DAMPS及 cdma-One这两大窄带网络，相应较有竞争力的主要地面RTT技术基本可分为两大类，即 W－CD-MA－（DS）（欧洲 ETSI／UTRA的 W－CDMA、日本ARIB的 W－CDMA及美国 TIP1的 W－CD-MA／NA与 TIA TR46.1的 WIMS W－CDMA和韩国 TTA的 Global CDMAⅡ）及cdma2000－（MC）（美国TIA TR45.5的cdma2000及韩国 TTA的 Global CDMAI）。而中国 CATT的 TD-S-CDMA可能获得欧洲原先有关TD／CDMA提案者的支持，将智能天线、软件无线电及多用户检测等先进技术有机组合在一起，构成一种较有效的CDMA－TDD方式。此外从技术与市场演进角度看，上述已讨论过的以TDMA为基础的改进过渡方式即ETSI的 EDGE及美国TIA T-R 45.3的 UWC－136HS融合而成的所谓全球EDGE（GEDGE），也不排斥GSM－CDMA方式，将以其GSM／D－AMPS为市场基础，采用较高状态调制与线路自适应技术，亦可能成为一种200O年左右成功投入市场的IMT－2000的前奏方式。其实，从纯技术角度看，上述10种RTT技术有很多共同点或相似之处，真要获得某种意义上的较好融合是完全可能的；但是融合的努力与动力及其能否成功很大程度上决定于其后向市场兼容过渡利益与区域、政治利益，实质上这是一种国家、区域、集团与企业之间的利益较量。对此有不少示例可说明这一点：（1）欧洲统一的 UTRA W－CDMA提案的诞生在ETSI的强有力协调努力下，从组合TDMA－CDMA、多用户联合检测（JD、MUD）、多载波（MC，OFDM）及多码（MCO）等基本概念出发，构成了 CDMA－CC、CTDMA、DS／SFH-CDMA、 JD／ CDMA、 MC－CDMA、 MC－TDMA、 MCO－TDMA、MUD－CDMA、TDMA／SFH－DSR、TDMA－OFDM等10余种方案，融合为 a、β、γ、δ、ε五种概念，即 WD－CDMA（a）、OFDMA（β）、WB-TDMA（γ）、WD-TD－CDMA（δ）及ODMA（ε），再融合为两种基本方案W－CDMA（FDD）及TD／CDMA（TDD），从而最终融合为一种 ETSI/UTRA W－CDMA（FDD及TDD）RTT提案，使此FDD、TDD的两种方式在码片速率、帧长、每帧时隙数、调制方式与波形成形要求等多种重要参数上均取得了一致，并按其各自长处提供互补的网络应用，其动力即来自欧洲集团的一致对外利益。（2）美国 TIA TR46.1的 WIMS W－CDMA与 T1P1的W－CDMA／NA的融合这一融合是 WIMS（Wireless Multimedia and MessagingServices）与W－CDMA／NA（以North American GSM Alliance为基础）为加强向IMT－2000努力迈进的有效结晶，它获得切片速率取 4.096 Mchip／s、10 ms帧长，支持自适应多速率声码器及支持非同步基站等四个重要方面的一致统一。（3）瞄准第二代移动通信最具广泛市场基础的GSM的融合努力欧洲 ETSI的 EDGE（Enhanced Data Rates for GSM Evo－lution，即GSM向IMT－2000演进的一种增强数据速率的新技术）与美国 TIA的 UWC－136HS融合为 GEDGE（全球E-DGE）及以 cdmaOne技术为基础的 Qualcomm的 GSM－CDMA向GSM底层网络 MAP（移动应用协议）的融合战略等均为其明显示例。显然，剩下困难最大，亦是最关键的情况便是以GSM市场为后盾的UTRA W－CDMA－DS）与以 cdmaOne市场为后盾的 TIA TR45.5 cdma2000－（MC）这两者的融合问题。从目前的发展状况看，UTRA的W－CDMA－（DS）一方面具有最广泛的第二代移动通信GSM市场基础，同时亦具有较多的 RTT融合伙伴，诸如日本 ARIB W－CDMA、美国 TIAWI-MS W－CDMA、T1P1 W－CDMA／NA及韩国TTA的Global CDMA II，如果再算上过渡方式EDG-E及 GEDGE，则美国 TIA UWC－136HS’亦可归入这一范畴；而且，即使Qualcomm，亦依然瞄准GSM的广泛市场基础而推出了上述GSM－CDMA提案。因此，UTRA W－CDMA－（DS）类型提案者目前在融合进程中往往持很强硬的态度，坚信其自身实力，不想作太多让步。另一方面，亦具较大市场后盾、以cdmaOne为基础的 TIA CDG的 cdma2000－（MC）以窄带 CDMA IS－95的。dmaOne IPR为依托，以基础码片速率3.6864 Mchip／s进行平滑扩充演进，而且从频谱利用效率直观看，此cdma2000－（MC）可以较高些，例如与10MHz带宽内 W－CDMA可设置的两个宽带载波相比较，它可再额外支持一个cdmaOne载波，对15 MHz带宽而言，单纯的 W－CDMA仅支持了 3个宽带载波，而cdma2000－（MC）则可再额外支持2个cdmaOne载波，等等。而且，对北美PCS系统中占较大份额的cdmaOne这种方式，很符合其运营者实施“带内演进”（“In Band Evolution”）利益；同时，cdma2000－（MC）的融合提案伙伴如上所述虽然较少，但它们依然在利用其cdmaOne的IPR基础，对W－CDMA－（DS）进行的牵制。纵观此10种地面RTT候选技术，除UWC－136及EP－DECT外，其余8种均为CDMA技术，因而宽带CDMA无疑是IMT－2000的主流技术，而且这8种CDMA技术中，如上所述有5种属W-CDMA范畴，仅两种属cdma2000，因此W－CDMA在这方面亦处于有利的地位。就演进而言，W－CDMA－（DS）的演进策略是由目前的GSM→高速电路交换数据 HSC-SD（14.4～64 kbi/s）→通用分组无线业务 GPRS（（144 kbit／s）→GSM／EDGE 384（将调制方式由GMSK更新为8P8K之类更高效率方式，将传输速率上升至 384 kbit／s）→最终以网络业务覆盖再度平滑无缝隙地演进至 IMT－2000 W－CDMA－（DS）cdma2000－（MC）的演进策略是由目前与 AMPS叠装的 IS－95－A→可传输 115.2 kbit／s的 IS－95-B→实施加倍容量的IS－95－C，即cdma2000的第一阶段→最终平滑无缝隙地演进至传输速率可高达 2 Mbit／s的第二阶段cdma2000，即 IMT－2000的 cdma2000－（MC）；另一方面，就其全球网络标准看cdma2000－（MC）拟采取下述策略：由原始的系统内转接的TIA／EIA－41→自动注册登记漫游的TIA／EIA－41-A→双模转接的TIA／EIA－41－B→实现CDMA转接及IS－53－A业务的TIA／EIA－41－C→实现数据业务及国际漫游的TIA／E-IA－41－D→实现多媒体业务及全球漫游的TIA／EIA－41-E等；并伴以GSM－CDMA演进策略，使IS－95技术可有效支持ETSI GSM这一基础市场。从技术层面看，W－CDMA－（DS）与 cdma2000－（MC）这两种最主要的 IMT－2000 RTT方案难以融合的一些主要问题为：（1）码片速率；4.096 Mchip／s（1.024×4）×N对3.6864Mchip／s（1.2288×3）×N；（2）基站间同步：毋需GPS的异步方式对需借助GPS的基站间严格同步方式；（3）下行信道导码：与业务码时分复用的导码对采用公用导码的连续导码方式；（4）帧长：短帧长10 ms、5 ms对长帧长20 ms；（5）既有 2 GHz频段的规划：ITU建议的 IMT－2000核心频段对PCS等其它规划应用；（6）话音编码：固定速率编码对可变速率编码；（7）功率控制速度：1600次／s对800次/s；（8）DS与MC：单载波宽带 DS对多载波（MC）DS；（9）最小带宽：5MHz对3×1.25MHz；（10）其它问题 ·Turbo信道编码 ·反向链路扩频码 ·MAC ·逻辑到物理层的映射 ·第2／第3层信令 ……。看来最主要的一级性困难为前五个问题，特别是前三个问题；其余为二级性困难。如果能有效解决好一级性困难，则二级性困难亦便容易解决。而解决其较好融合的主要难度在于从技术层面展开其后向市场兼容演进所涉及的利益及区域、国家、运营与制造企业集团之间的政治、经济利益。其中W－CDMA－（DS）以欧洲EriCSSon、Nokia等公司及全球GSM运营部门为代表，cdma2000－（MC）则以美国 Q-ualcomm、Lucent等公司及全球 cdma One运营部门为代表，而Ericsson、Qualcomm及相应主要运营部门可能起最关键的作用，包括IPR问题在内。对此，不妨对上述前五个问题作如下较具体分析：（l）码片速率问题码片速率取用 3.6864 Mchip／s或欧洲提议的 4.096Mchip／s或其折中 3.84 Mchip／s，对扩频增益而言均未发生实质变化。从IS－95的后向兼容看，Qualcomm等很希望码片速率为其窄带码片速率1.2288 Mc／s的3倍，即3.6864 Mchip／s；同时，由于北美第二代PCS频段集中在IMT－2000核心频段上，特别是美国FCC将有关频谱以巨额补偿拍卖给以cdmaOne为主要业务对象的PCS运营部门后，这些运营商目前及将来相当长一段时间内关心的是回收其经济利益，从而坚决支持以 1.2288 Mchip／s为基础的多载波“带内演进”方式迈步向IMT－2000推进。另一方面，由Ericsson牵头的以GSM雄厚市场为基础的一方，尽管取码片速率 4.096 Mchip/s并未与GSM后向兼容直接相关，但它们担心其向c-dma One体制基本参数归一化后会形成市场驱动方面的不利影响，包括在一系列方面会受其 IPR的牵制，由此他们以改为 3.6864 Mchip／s会“降低容量”为由，坚决反对融合于cdma2000-（MC）的码片速率，并表示至多只能降为折中值 3.84 Mchip／s；对此，c-dma2000-（MC）的支持者则依然坚决反对，认为按此无法纳入cdma One演进的基本频谱框架之内。（2）基站间同步问题 cdma2000－（MC）仍沿用IS－95方式取用GPS使基站间严格同步，以取得较高的组网与频谱利用效率，其缺点为完全依赖GPS，当无法收到GPS信号的时候或地点，即无法实施同步。WCDMA－（DS）则主要取用异步方式，基站间毋需同步，可摆脱GPS信号的上述约束；W－CDMA－（DS）虽也提出了“同步方式”作为可选项，但仍为采用异步方式的三步捕捉同步方式，而省略了其第三步，其同步含义与cdma2000－（MC）的同步方式相差较远。鉴于上述相同的原委，此同步方式并为Qualcomm重要IPR所在，从而双方坚持互不相让。（3）下行信道导码问题 cdma 2000－（MC）仍沿用 IS-95方式取独立的码复用（CM）公共连续导码，W－CD-MA－（DS）则采用与业务妈时分复用（TM）方式的非连续导码。当然，前者可连续调整，从而取得较开的系统性能。在这个问题上Qualcomm公司的很多IPR亦采用与此连续导码直接相关的方式。由此W－CDMA－（DS）方对此法不想轻易让步，至多是将目前这种非连续方式变为更频繁一些，而决不拟变为连续导码方式，以便保护其自己的不连续导码IPR，绕开Qualcomm公司的连续导码IPR的约束。（4）帧长问题帧长长短本身就各有利弊，短的帧长可降低数据传输时延又端对端时延，使回声影响抑制容易，然帧长减小将导致前置开构增加，一种合理的折中是对话音及较低速率数据取帧长为20ms，而高速数据则用10 ms甚至5 ms的短帧长。不过在上述三项基本融合困难未排除的情况下，双方仍会坚持互不相让。（5）既有 2 GHz频段规划问题北美在IMT－2000的2 GHz核心频段1885～2025 MHz／ 2110～2200 MHz范围内规划了1850～1990 MHz的 PCS等业务，取用cdmaOne体制的PCS运营者坚决主张按dma2000－（MC）多载波“带内演进”方式向IMT－2000推进，欧洲则坚决支持 ITU指定的 2 GHz频段为I-MT－2000的核心频段，[1]看来两者难有实质妥协的余地，这亦导致如上所述勺 W－CDMA－（DS）及 cdma2000－（MC）的一些重要参数的难以融合。ITU亦已意识到这一困难，结合宽带多媒体传输的更多带宽的潜在需求，正在谋取相应可能扩展频段，以期在扩充频段上取得较好的RTT融合或建立较好的国际漫游和全球漫游。这些可能的后补扩充频段（一些可作全球应用扩充，一些可作区域应用扩充）有 470～806 MHz、806～960 MHz、1429～1501 MHz、1710～1885 MHz、2025～2110 MHz、2200～2290 MHz、2290～2300MH-z、2300～2400 MHz、2520～2670 MHz、2700～2900 MHz及 2900～3400 MHz等频段。其中2025～2110 MHz及 2200～2290 MHz用于空间科学研究业务，WBTB反对用于IMT－2000；而对2290～2300 MHz及 2300～2400 MHz，鉴于不同国家原有业务运行利益，作为后补扩充频段仍有较多争议[4]。3 对我国的相应策略考虑建议鉴于上述对IMT－2000的融合与演进的最新发展策略的分析、讨论，拟提出如下对我国发展IMT－2000的相应策略考虑建议：（1）一个全球统一的IMT－2000标准无论对运营部门、制造商及用户均属有益，因此，只要有一线希望，依然应坚持我们的一贯立场，鼓励和促进其主要制式的协调、融合的一切努力与任何有益进展，包括对IMT－2000运用的核心频段及其扩充频段的统一规划工作在内。以多频段、多模手机为例，在指定时期内，除非有巨大市场支持，否则难以有效控制其重量、尺寸与价格，由此鼓励和促进任何大大小小的协调、融合进展对 IMT－2000的有效发展绝对是有益的。（2）现实情况很可能是W－CDMA－（DS）及cdma2000－（MC）这两大RTT技术方案难以有效融合而只能取得一定意义上的最大限度的协调与融合，从而再在“家族”概念上取得尽可能好的全球漫游与无缝隙覆盖。为此应尽早按此思路更现实与保险地积极考虑我国IMT－2000的基本市场与业务发展的具体策略步骤。（3）由于TDD方式在灵活安排数据业务，待别是不对称数据业务等方面有其长处，而FDD对话音及包括宽带多媒体在内的综合业务发展与蜂窝网络结构易于对称处理等方面有其优越性，且通常被认为是一种主流技术，因此在积极推进我国提出的TD七CDMA（TDD）方式，踏踏实实地研制开发及进行国际合作，力争促其成为全球标准的同时，应加速推进我国对FDD方式宽带CDMA融合的影响与开发工作的卷入深度，使得从第二代向第三代移动通信演进及未来IMT－2000业务发展时FDD与TDD两种方式在中国能获得有机互补与其健康合理的发展。（4）我国运营部门应积极针对上述现实状况尽快制订中国的IMT－2000的演进与发展策略，诸如IS-95的cdmaOne在中国的进一步发展对策，包括借助GSM－CDMA途径之类cdm-aOne与 GSM MAP的融合与向 IMT－2000演进，以及如何充分利用我国这一世界上最大的GSM网络有效演进与发展我国的IMT－2000业务；并深入研究与确定相应融合努力对策及适时提出宽带CDMA方式的基本选择考虑与相应决策。（5）在以用户、市场为主驱动力的知识经济时代，恰当处理好市场驱动与技术驱动的辩证关系尤为重要，科研开发制造部门必须充分认识技术驱动受制于市场驱动的事实，在分析考虑我国IMT－2000系统装备开发研制对策时，应该合理布局而非单一主攻方向，积极展开适应后向市场兼容的任何技术努力；与此相应，运营部门在确定以市场业务前后向兼容为依托的发展规划时应充分协调照应投入有限的我国科技开发制造部门，最大限度地支持和鼓励我国高科技民族产业的有效发展。（6）中国的巨大市场潜力应该亦必须成为与制造厂商、运营者及投资商进行一揽子战略伙伴合作的杠杆，包括 IPR（甚至专利以外的技术决窍“knowhow”）在内，应该积极鼓励与具体贯彻在双边与多边合作中对IPR问题建立互利合作和促进全球标准化进展的基本准则与实施条款。（7）有计划、有组织积极进行以IMT－2000为主体的市场需求预测与体制目标的选择工作，包括预测我国5、10、20年内IMT－2000各类业务的频谱需求，及研究IMT－2000中地面FDD、TDD及卫星 MSS三类系统的网络结构、空中接口、协议规范、系统特性及技术装备等，综合我国运营、生产及科研部门的需求与产业发展的可能与需要，论证选择适合我国国情的第三代移动通信系统；同时研究对IMT－2000中FDD、TDD、MSS这三类系统的频谱需求，频率分配、指配方案，所需带宽、保护带宽及电磁兼容性能，针对上述ITU提议的IMT－2000和核心频段的我国处理对策及后补扩充频段的论证选择，研究其与现有微波、无线电定位、广播等业务的相互干扰及解决办法，密切跟踪ITU 1999年CPM会议及2000年WRC会议的重要进展，以便作好包括有效频率指配在内的我国更具体的IMT－2000的频谱规划。

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