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B3G是BeyondThirdGenerationin mobile communication system超三代移動通信系統的縮寫,又稱為第四代移動通信技術(4G),因ITU將3G標準通稱為IMT-2000,因此B3G被冠以為IMT-Advanced等名稱。相對於3G移動通信,B3G有著更高的傳輸效率和更全的業務類型。北京郵電大學、華中科技大學、上海交通大學、成都電子科技大學研究其時分部分,清華大學、東南大學、中國科學技術大學研究其頻分部分。

1 b3g -技術概述

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B3G技術的研究從20世紀末3G技術完成標準化之時就開始了。2006年,ITU-R正式將B3G技術命名為IMT-Advanced技術(3G技術名為IMT-2000)。根據原定的工作計劃,IMT-Advanced的標準化已經「近在眼前」。ITU-R在2008年2月向各國發出通函,向各國和各標準化組織徵集IMT-Advanced技術提案。IMT-Advanced技術需要實現更高的數據率和更大的系統容量,目標峰值速率為:低速移動、熱點覆蓋場景下1Gbit/s以上;高速移動、廣域覆蓋場景下100Mbit/s以上。

2 b3g -研發背景

b3g寬頻無線接入技術分類

國際上針對IMT-Advanced的研究已經取得了一系列重要的進展。日本NTTDoCoMo公司已經通過4×4和12×12多天線MIMO技術在100MHz帶寬下分別驗證了1Gbit/s(室外試驗)和5Gbit/s的峰值傳輸速率,在硬體實現方面處於世界領先位置。歐盟第6框架研究項目WINNER自2004年啟動以來,吸引了歐洲各主要通信設備商。第一階段(PhaseⅠ)已於2005年底完成,就各種B3G關鍵技術進行了廣泛的調研,形成了系統化的研究結論;2007年底完成的第二階段(Phase Ⅱ)將完成系統設計和性能評估,形成完善的技術方案;2008年開始的第三階段(Phase Ⅲ)將進行演示系統的開發和實驗。同時,歐盟大力支持的世界無線研究論壇(WWRF)已經成為國際B3G技術交流的主要平台之一。另外,日本和韓國也分別成立了mITF論壇和NGMC論壇,推廣自己的B3G研究成果。

各標準化組織均在正式或非正式地開展針對IMT-Advanced的預研。3GPP的長期演進(LTE)技術已經具有部分B3G技術的特徵,該項目將於2007年底完成,預計將在2008年對LTE進一步演進,形成歐洲IMT-Advanced技術提案的一個重要來源。3GPP2已於2007年完成超移動寬頻(UMB)系統的標準化工作,並開始醞釀針對IMT-Advanced的研究。IEEE在2006年12月終於批准了802.16m的立項申請(PAR),此項目將在IEEE802.16e(WiMAX技術)的基礎上開發滿足IMT-Advanced需求的技術方案。

2006年,數家國際移動通信運營商聯合成立了下一代移動網路(NGMN)論壇,試圖引領新一代寬頻移動通信的走向。

目前NGMN白皮書已經初步成型,對各國以及各標準化組織的研究和標準化工作產生了重大影響。

3 b3g -發展趨勢

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2003年以來,WiMAX和演進型3G(E3G)技術(包含3GPPLTE和3GPP2UMB技術)的發展已經體現了未來B3G技術的一些發展趨勢。通常認為,這些技術趨勢會延續到B3G時代。另外,由於B3G可能應用於一些新的頻譜,技術的選擇和系統的設計也會受到這些新頻段的特性的影響。就目前看來,B3G無線通信技術的發展可能體現在如下幾個方面。

新頻譜特性的影響

一方面,由於B3G技術對高數據率、高容量的需求而對頻譜提出了很高的需求。據粗略估計,新頻譜的需求量在數百MHz至1GHz以上。另一方面,2G和3G移動通信系統的發展已經佔用了大部分2GHz以下最適合移動通信發展的頻譜。因此,除了充分重用2GHz以下的已用頻段並進一步發掘2~3GHz的可用頻段以外,大多數所需頻譜需要從傳統上的非移動通信頻段中尋找。

可以從兩個方向尋找新的頻譜,即向高頻段和低頻段尋找。在低頻段方向,未來用於B3G技術的潛在頻譜可能來自傳統的廣播電視頻段(862MHz以下)。由於廣播和電視業務從模擬化向數字化的轉變,大大提高了頻譜效率,從而可以節省大量的頻譜。這些節省的頻譜可以用於無線移動通信,但由於各國廣播電視數字化的時間表不同,此頻段可用於移動通信的時間也不相同。在高頻段方向,B3G系統將可能使用3.4~5GHz的一些頻段,這些頻段是B3G,系統賴以獲得高容量的主要頻譜。

862MHz以下頻段比2GHz頻段更適合移動通信應用,因此不會對B3G系統的技術選擇和設計提出更高的要求。但3.4GHz以上頻段的頻譜特性會對B3G系統的技術選擇和設計產生重大影響。通常認為,高頻段的覆蓋能力以及對高速移動的支持能力較弱,因此更適合用於低速移動的高容量熱點接入應用。而在高頻段的典型應用場景(低速移動的熱點覆蓋)下,B3G系統可以進行更優化的設計,例如多址技術、MIMO技術的選擇,參數的優化、導頻的設計及控制通道的設計等。

b3g3G無線技術演進路線

針對高頻段支持非視距(NLOS)傳輸的能力,學術界並未得出明確的研究結論。傳統觀點認為,高頻段的穿透損失明顯大於低頻段,很難支持NLOS傳輸。如果基於這樣的判斷,高頻段就很難支持室外到室內的覆蓋,必須依賴大量的室內覆蓋。但也有研究成果認為,高頻段的穿透能力未必像想像的那樣差,而是和建築物的材質有關。對於寫字樓等具有厚重外牆的建築,無論對於哪個頻段,室內的接收功率都主要來自於門窗的透射,而高頻段穿透透明的玻璃材質的能力可能甚至高於低頻段。因此應首先明確高頻段通道模型,才能確定高頻段系統的優化方法。

另外,由於一個B3G系統可能同時使用多個頻段(包括低頻段和高頻段),系統應能智能地在多個頻段之間動態地調度、漫遊和切換。

物理層的發展趨勢

多址技術的發展趨勢

WiMAX和E3G技術的研究已經體現出明顯的「多址技術正交化」的趨勢。眾所周知,CDMA技術更適合在低信噪比區域提高功率效率,而OFDMA技術則更適合在高信噪比區域提高頻譜效率。以WiMAX、LTE、UMB為代表的E3G技術由於從話音業務(功率效率更重要)為主轉向側重數據業務(頻譜效率更重要),因此用OFDMA技術替代了CDMA技術。但這並不意味著OFDMA適合解決所有移動通信中的問題。實際上,在一個蜂窩移動通信系統中,頻譜受限和功率/干擾受限的場景都存在。例如在小區中心,信干比較高,功率充足的情況下,應注重提高頻譜效率,以實現更大的系統容量;但在小區邊緣,相鄰小區干擾比較嚴重的情況下,系統功率受限,應注重提高功率效率,以提高小區邊緣的數據率。

4 b3g -前景介紹

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在系統架構上,B3G的終端設備將可以利用單一或少數的無線介面、軟體無線電、智能型天線,並以最符合頻寬需求或具經濟可行性的方式,選擇通信時的介面及協議。其可選擇的介面包括WLAN、2G、2.5G、3G介面,以及B3G新規劃的高速無線介面。B3G技術的發展,不僅包括移動通信領域的技術,也就是3GPP和3GPP2國際標準組織定義的接入技術標準發展演進路線,還包括寬頻無線接入領域的新技術及廣播電視領域的技術。

從3G演進的路線來看,GSM/WCDMA的B3G發展首先是實現HSDPA(P1)R5,上行和下行速率分別達到1.8Mb/s和3.6Mb/s;其次是實現HSDPA(P2)R6和HSUPA,上行和下行速率分別達到8Mb/s和14.4Mb/s。

GSM/TD-SCDMA的進展也非常迅速,其後續技術的演進路線已經十分清晰。首先會採用單載波的HSBTA技術,速率會達到2.8Mb/s;然後採用多載波的HSBTA,速率會達到7.2Mb/s,並逐步提高它的接入能力。

CDMA/CDMA20001X的發展演進和WCDMA及TD-SCDMA略有不同,由於基礎通道帶寬的不同,首先實現的是CDMA20001xEV-DOR0,其上行和下行速率分別達到153.6kb/s和2.46Mb/s;其次實現的是1xEV-DORA和1xEV-DV,上行和下行速率分別達到1.6kb/s和3.1Mb/s及3倍的1xEV-DO速率。

從技術發展的角度看,B3G移動網路的演進必將走多元化路線。B3G系統將能夠應對越來越複雜和多樣化的通信環境,以保證各種網路之間的不間斷服務。ITU的B3G標準化工作分為兩大部分。一部分是由ITU-R的WP8F負責,另一部分是由ITU-T的SG19負責。ITU-RWP8F的主要任務是負責3G的未來發展和B3G的標準化研究工作,通過B3G業務與市場分析報告、頻譜估計報告、新技術報告等,在WRC-07上提出B3G的頻譜分配方案和形成ITU的B3G建議等,其B3G標準化研究工作進展非常順利;ITU-TSG19主要負責在核心網層面進行相應的標準制定工作,其工作相對不活躍。ITU-RWP8F的核心工作是在WRC-07前,完成BeyondIMT-2000的頻譜計算方法、業務分析、頻譜需求量分析、頻譜規劃等。ITU-RWP8F完成了B3G的願景文件以後,已經開始了具體的研究工作。

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