IMT-2000的融合、演進新發展及中國相應策略考慮----陳如明

2019-11-03 09:49:57

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IMT-2000的融合、演進新發展及中國相應策略考慮----陳如明摘要本文分析討論了IMT－2000的融合、演進新發展狀況，在此基礎上結合中國國情，提出了相應策略考慮建議。關鍵詞 IMT－2000 GSM cdmaOne 無線電傳輸技術 GEDGE GSM－CDMA Turbo碼 W－CDMA－（DS） cdma2000-（MC）1 引言近些年來中國無線移動通信幾乎以每年翻一番（蜂窩移動電話的近五年年均增長率高達237％）的驚人速度發展，快速躋身于世界發達國家應用水平行列。至1998年底，中國移動電話用戶數已達2400萬，尋呼用戶數亦超過600O萬。中國已成為尋呼用戶數最多和GSM網絡規模最大的移動通信大國。然而即便如此，中國現今移動電話普及率僅為2％左右，比固定電話普及率10％低約半個量級。另一方面，據資料預測，全球移動電話用戶數至2000年將可能增達4．5億，而亞太地區相應用戶數將可能占全球的1／3左右，中國將可能占亞太地區的1／3左右。因此，僅就移動電話通信而言，中國移動通信的未來市場份額潛力在全球及亞太地區均將占舉足輕重的地位。 2000年后，雖然窄帶移動電話業務需求將依然明顯，然而隨著Internet等高速數據通信及多媒體通信的需求驅動，寬帶多媒體綜合業務將逐步增長；而且就未來信息高速公路建設的無縫隙覆蓋多媒體全球個人通信概念而言，寬帶移動通信作為整個移動市場份額的子集將顯得愈來愈重要，而適應此寬帶移動要求的第三代移動通信在2002年至2005年期間將會顯露頭角，其中日本、歐洲、美國將率先呈現其需求增長，以美國為例，其第三代移動通信市場，估計2002年為1870萬美元，至2006年將增達3220萬美元，接近翻一番的水平，根據以往移動通信發展的歷史經驗，也許這種估計依然保守。鑒于這種市場需求背景，ITU于1996年正式將1985年提出的FPLMTS更名為IMT－2000，即國際移動通信-2000系統。在此“2000”的主要含義為2000年左右投入業務，核心工作頻段為2000M-Hz以及多媒體業務最高運行速率第一階段為2000kbit／s。 ITU－R第8研究組的TG 8／1任務組決心推進IMT－2000無線電傳輸技術（RTT）的評估、融合工作。至1998年9月，RTT提案包括對MSS（移動衛星業務）在內多達16個，它們基本來自IMT－2000的16個RTT評估組成員，如歐洲ETSI的UTRA W－CDMA及DECT，美國TIA及TipI的cdma2000、UWC-136、WIMS W－CDMA及W－CDMA／NA，日本 ARIB的W－CDMA，中國CATT的TD-SCDMA，韓國 TTA的Global CDMA（同步）、Global CDMA（異步）及 LEO衛星系統SAT－CDMA，ESA的寬帶衛星系統SW－CDMA及混合寬帶CDMA／TDMA衛星系統 SW－C-TDMA，ICO全球通信公司的ICO RTT以及 INMARSAT的衛星系統 Horizons與 Iridum LLC公司的衛星系統INX。其中前10種為IMT－2000地面系統RTT提案，后6種RTT反映了將MSS納入IMT－200O的努力。出現那么多提案充分反映出很多國家對IMT－2000未來制式確定的關心與力爭施加有效影響的基本愿望。但從市場基礎、后向兼容及總體特征看，歐洲ET-SI的UTRA W－CDMA及美國cdma2000這兩個提案，依然最具競爭能力，RTT融合的關鍵即在于這兩個提案的融合能否取得有效的進展[1-2]。至于MSS除上述后6種RTT提案外，更重要的實際情況則是近些年來已掀起的一股全球／區域LEO／MEO／GEO窄帶／寬帶先進衛星通信系統狂熱，大約有30個提案的窄帶LEO／MEO／GEO衛星通信系統（少數已投入使用，一些亦正在考慮其第二代發展），大約有20個提案的寬帶Ka（或Ku）多媒體LEO／MEO／GEO衛星通信系統，以及向更高頻段進軍的大約有15個規劃中的 V／Q／W頻段的寬帶 LE-O／MEO／GEO衛星通信系統[1]。這充分反映出人們對衛星移動與綜合業務傳送的戰略重視與MSS在IMT－2000及未來全球信息高速公路中的潛在重要作用[3] 本文擬不涉及衛星系統，將分析討論重點置于IMT－2000的融合與演進新發展這一熱門話題。在此基礎上，再提出針對我國國情的相應策略。2 IMT-2000的融合與演進新發展所謂融合至今并未獲得明確一致的定義，通常是指RTT基本參數，甚至網絡基本參數有更多的協調與一致，以便經濟有效地進行設備制作與全球漫游運作，乃至靈活、有效地利用無線電頻譜。在IMT－2000發展中就標準化與全球通信已取得了不少基本共識，包括主流體制中均采用帶寬較寬的CDMA技術，單頻率多頻段FDM方式運行有利于前、后向兼容擴充，必須能進行有效的全球漫游，至少能納入“家族”概念，力爭在RTT方面有更多基本參數融合與協調。由第二代至第三代移動通信發展一般說只能是演進式的，初期的第三代移動通信只能作為第二代（包括二代半）系統的有效補充，等等[1]。盡管沒有一個運營部門、制造商及用戶反對融合，然而鑒于現今第二代移動通信的基本市場利益及區域、政治利益與IPR（知識產權）狀況，要想將上述10種地面RTT作較徹底融合顯然不容易，因此第三代移動通信的實施看來多半只能根據各地區發展狀況作分階段演進式推進。而這些提案中較有市場演進基礎者依然為基于 GSM／DAMPS及 cdma-One這兩大窄帶網絡，相應較有競爭力的主要地面RTT技術基本可分為兩大類，即 W－CD-MA－（DS）（歐洲 ETSI／UTRA的 W－CDMA、日本ARIB的 W－CDMA及美國 TIP1的 W－CD-MA／NA與 TIA TR46.1的 WIMS W－CDMA和韓國 TTA的 Global CDMAⅡ）及cdma2000－（MC）（美國TIA TR45.5的cdma2000及韓國 TTA的 Global CDMAI）。而中國 CATT的 TD-S-CDMA可能獲得歐洲原先有關TD／CDMA提案者的支持，將智能天線、軟件無線電及多用戶檢測等先進技術有機組合在一起，構成一種較有效的CDMA－TDD方式。此外從技術與市場演進角度看，上述已討論過的以TDMA為基礎的改進過渡方式即ETSI的 EDGE及美國TIA T-R 45.3的 UWC－136HS融合而成的所謂全球EDGE（GEDGE），也不排斥GSM－CDMA方式，將以其GSM／D－AMPS為市場基礎，采用較高狀態調制與線路自適應技術，亦可能成為一種200O年左右成功投入市場的IMT－2000的前奏方式。其實，從純技術角度看，上述10種RTT技術有很多共同點或相似之處，真要獲得某種意義上的較好融合是完全可能的；但是融合的努力與動力及其能否成功很大程度上決定于其后向市場兼容過渡利益與區域、政治利益，實質上這是一種國家、區域、集團與企業之間的利益較量。對此有不少示例可說明這一點：（1）歐洲統一的 UTRA W－CDMA提案的誕生在ETSI的強有力協調努力下，從組合TDMA－CDMA、多用戶聯合檢測（JD、MUD）、多載波（MC，OFDM）及多碼（MCO）等基本概念出發，構成了 CDMA－CC、CTDMA、DS／SFH-CDMA、 JD／ CDMA、 MC－CDMA、 MC－TDMA、 MCO－TDMA、MUD－CDMA、TDMA／SFH－DSR、TDMA－OFDM等10余種方案，融合為 a、β、γ、δ、ε五種概念，即 WD－CDMA（a）、OFDMA（β）、WB-TDMA（γ）、WD-TD－CDMA（δ）及ODMA（ε），再融合為兩種基本方案W－CDMA（FDD）及TD／CDMA（TDD），從而最終融合為一種 ETSI/UTRA W－CDMA（FDD及TDD）RTT提案，使此FDD、TDD的兩種方式在碼片速率、幀長、每幀時隙數、調制方式與波形成形要求等多種重要參數上均取得了一致，并按其各自長處提供互補的網絡應用，其動力即來自歐洲集團的一致對外利益。（2）美國 TIA TR46.1的 WIMS W－CDMA與 T1P1的W－CDMA／NA的融合這一融合是 WIMS（Wireless Multimedia and MessagingServices）與W－CDMA／NA（以North American GSM Alliance為基礎）為加強向IMT－2000努力邁進的有效結晶，它獲得切片速率取 4.096 Mchip／s、10 ms幀長，支持自適應多速率聲碼器及支持非同步基站等四個重要方面的一致統一。（3）瞄準第二代移動通信最具廣泛市場基礎的GSM的融合努力歐洲 ETSI的 EDGE（Enhanced Data Rates for GSM Evo－lution，即GSM向IMT－2000演進的一種增強數據速率的新技術）與美國 TIA的 UWC－136HS融合為 GEDGE（全球E-DGE）及以 cdmaOne技術為基礎的 Qualcomm的 GSM－CDMA向GSM底層網絡 MAP（移動應用協議）的融合戰略等均為其明顯示例。顯然，剩下困難最大，亦是最關鍵的情況便是以GSM市場為后盾的UTRA W－CDMA－DS）與以 cdmaOne市場為后盾的 TIA TR45.5 cdma2000－（MC）這兩者的融合問題。從目前的發展狀況看，UTRA的W－CDMA－（DS）一方面具有最廣泛的第二代移動通信GSM市場基礎，同時亦具有較多的 RTT融合伙伴，諸如日本 ARIB W－CDMA、美國 TIAWI-MS W－CDMA、T1P1 W－CDMA／NA及韓國TTA的Global CDMA II，如果再算上過渡方式EDG-E及 GEDGE，則美國 TIA UWC－136HS’亦可歸入這一范疇；而且，即使Qualcomm，亦依然瞄準GSM的廣泛市場基礎而推出了上述GSM－CDMA提案。因此，UTRA W－CDMA－（DS）類型提案者目前在融合進程中往往持很強硬的態度，堅信其自身實力，不想作太多讓步。另一方面，亦具較大市場后盾、以cdmaOne為基礎的 TIA CDG的 cdma2000－（MC）以窄帶 CDMA IS－95的。dmaOne IPR為依托，以基礎碼片速率3.6864 Mchip／s進行平滑擴充演進，而且從頻譜利用效率直觀看，此cdma2000－（MC）可以較高些，例如與10MHz帶寬內 W－CDMA可設置的兩個寬帶載波相比較，它可再額外支持一個cdmaOne載波，對15 MHz帶寬而言，單純的 W－CDMA僅支持了 3個寬帶載波，而cdma2000－（MC）則可再額外支持2個cdmaOne載波，等等。而且，對北美PCS系統中占較大份額的cdmaOne這種方式，很符合其運營者實施“帶內演進”（“In Band Evolution”）利益；同時，cdma2000－（MC）的融合提案伙伴如上所述雖然較少，但它們依然在利用其cdmaOne的IPR基礎，對W－CDMA－（DS）進行的牽制。縱觀此10種地面RTT候選技術，除UWC－136及EP－DECT外，其余8種均為CDMA技術，因而寬帶CDMA無疑是IMT－2000的主流技術，而且這8種CDMA技術中，如上所述有5種屬W-CDMA范疇，僅兩種屬cdma2000，因此W－CDMA在這方面亦處于有利的地位。就演進而言，W－CDMA－（DS）的演進策略是由目前的GSM→高速電路交換數據 HSC-SD（14.4～64 kbi/s）→通用分組無線業務 GPRS（（144 kbit／s）→GSM／EDGE 384（將調制方式由GMSK更新為8P8K之類更高效率方式，將傳輸速率上升至 384 kbit／s）→最終以網絡業務覆蓋再度平滑無縫隙地演進至 IMT－2000 W－CDMA－（DS）cdma2000－（MC）的演進策略是由目前與 AMPS疊裝的 IS－95－A→可傳輸 115.2 kbit／s的 IS－95-B→實施加倍容量的IS－95－C，即cdma2000的第一階段→最終平滑無縫隙地演進至傳輸速率可高達 2 Mbit／s的第二階段cdma2000，即 IMT－2000的 cdma2000－（MC）；另一方面，就其全球網絡標準看cdma2000－（MC）擬采取下述策略：由原始的系統內轉接的TIA／EIA－41→自動注冊登記漫游的TIA／EIA－41-A→雙模轉接的TIA／EIA－41－B→實現CDMA轉接及IS－53－A業務的TIA／EIA－41－C→實現數據業務及國際漫游的TIA／E-IA－41－D→實現多媒體業務及全球漫游的TIA／EIA－41-E等；并伴以GSM－CDMA演進策略，使IS－95技術可有效支持ETSI GSM這一基礎市場。從技術層面看，W－CDMA－（DS）與 cdma2000－（MC）這兩種最主要的 IMT－2000 RTT方案難以融合的一些主要問題為：（1）碼片速率；4.096 Mchip／s（1.024×4）×N對3.6864Mchip／s（1.2288×3）×N；（2）基站間同步：毋需GPS的異步方式對需借助GPS的基站間嚴格同步方式；（3）下行信道導碼：與業務碼時分復用的導碼對采用公用導碼的連續導碼方式；（4）幀長：短幀長10 ms、5 ms對長幀長20 ms；（5）既有 2 GHz頻段的規劃：ITU建議的 IMT－2000核心頻段對PCS等其它規劃應用；（6）話音編碼：固定速率編碼對可變速率編碼；（7）功率控制速度：1600次／s對800次/s；（8）DS與MC：單載波寬帶 DS對多載波（MC）DS；（9）最小帶寬：5MHz對3×1.25MHz；（10）其它問題 ·Turbo信道編碼 ·反向鏈路擴頻碼 ·MAC ·邏輯到物理層的映射 ·第2／第3層信令 ……。看來最主要的一級性困難為前五個問題，特別是前三個問題；其余為二級性困難。如果能有效解決好一級性困難，則二級性困難亦便容易解決。而解決其較好融合的主要難度在于從技術層面展開其后向市場兼容演進所涉及的利益及區域、國家、運營與制造企業集團之間的政治、經濟利益。其中W－CDMA－（DS）以歐洲EriCSSon、Nokia等公司及全球GSM運營部門為代表，cdma2000－（MC）則以美國 Q-ualcomm、Lucent等公司及全球 cdma One運營部門為代表，而Ericsson、Qualcomm及相應主要運營部門可能起最關鍵的作用，包括IPR問題在內。對此，不妨對上述前五個問題作如下較具體分析：（l）碼片速率問題碼片速率取用 3.6864 Mchip／s或歐洲提議的 4.096Mchip／s或其折中 3.84 Mchip／s，對擴頻增益而言均未發生實質變化。從IS－95的后向兼容看，Qualcomm等很希望碼片速率為其窄帶碼片速率1.2288 Mc／s的3倍，即3.6864 Mchip／s；同時，由于北美第二代PCS頻段集中在IMT－2000核心頻段上，特別是美國FCC將有關頻譜以巨額補償拍賣給以cdmaOne為主要業務對象的PCS運營部門后，這些運營商目前及將來相當長一段時間內關心的是回收其經濟利益，從而堅決支持以 1.2288 Mchip／s為基礎的多載波“帶內演進”方式邁步向IMT－2000推進。另一方面，由Ericsson牽頭的以GSM雄厚市場為基礎的一方，盡管取碼片速率 4.096 Mchip/s并未與GSM后向兼容直接相關，但它們擔心其向c-dma One體制基本參數歸一化后會形成市場驅動方面的不利影響，包括在一系列方面會受其 IPR的牽制，由此他們以改為 3.6864 Mchip／s會“降低容量”為由，堅決反對融合于cdma2000-（MC）的碼片速率，并表示至多只能降為折中值 3.84 Mchip／s；對此，c-dma2000-（MC）的支持者則依然堅決反對，認為按此無法納入cdma One演進的基本頻譜框架之內。（2）基站間同步問題 cdma2000－（MC）仍沿用IS－95方式取用GPS使基站間嚴格同步，以取得較高的組網與頻譜利用效率，其缺點為完全依賴GPS，當無法收到GPS信號的時候或地點，即無法實施同步。WCDMA－（DS）則主要取用異步方式，基站間毋需同步，可擺脫GPS信號的上述約束；W－CDMA－（DS）雖也提出了“同步方式”作為可選項，但仍為采用異步方式的三步捕捉同步方式，而省略了其第三步，其同步含義與cdma2000－（MC）的同步方式相差較遠。鑒于上述相同的原委，此同步方式并為Qualcomm重要IPR所在，從而雙方堅持互不相讓。（3）下行信道導碼問題 cdma 2000－（MC）仍沿用 IS-95方式取獨立的碼復用（CM）公共連續導碼，W－CD-MA－（DS）則采用與業務媽時分復用（TM）方式的非連續導碼。當然，前者可連續調整，從而取得較開的系統性能。在這個問題上Qualcomm公司的很多IPR亦采用與此連續導碼直接相關的方式。由此W－CDMA－（DS）方對此法不想輕易讓步，至多是將目前這種非連續方式變為更頻繁一些，而決不擬變為連續導碼方式，以便保護其自己的不連續導碼IPR，繞開Qualcomm公司的連續導碼IPR的約束。（4）幀長問題幀長長短本身就各有利弊，短的幀長可降低數據傳輸時延又端對端時延，使回聲影響抑制容易，然幀長減小將導致前置開構增加，一種合理的折中是對話音及較低速率數據取幀長為20ms，而高速數據則用10 ms甚至5 ms的短幀長。不過在上述三項基本融合困難未排除的情況下，雙方仍會堅持互不相讓。（5）既有 2 GHz頻段規劃問題北美在IMT－2000的2 GHz核心頻段1885～2025 MHz／ 2110～2200 MHz范圍內規劃了1850～1990 MHz的 PCS等業務，取用cdmaOne體制的PCS運營者堅決主張按dma2000－（MC）多載波“帶內演進”方式向IMT－2000推進，歐洲則堅決支持 ITU指定的 2 GHz頻段為I-MT－2000的核心頻段，[1]看來兩者難有實質妥協的余地，這亦導致如上所述勺 W－CDMA－（DS）及 cdma2000－（MC）的一些重要參數的難以融合。ITU亦已意識到這一困難，結合寬帶多媒體傳輸的更多帶寬的潛在需求，正在謀取相應可能擴展頻段，以期在擴充頻段上取得較好的RTT融合或建立較好的國際漫游和全球漫游。這些可能的后補擴充頻段（一些可作全球應用擴充，一些可作區域應用擴充）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等頻段。其中2025～2110 MHz及 2200～2290 MHz用于空間科學研究業務，WBTB反對用于IMT－2000；而對2290～2300 MHz及 2300～2400 MHz，鑒于不同國家原有業務運行利益，作為后補擴充頻段仍有較多爭議[4]。3 對我國的相應策略考慮建議鑒于上述對IMT－2000的融合與演進的最新發展策略的分析、討論，擬提出如下對我國發展IMT－2000的相應策略考慮建議：（1）一個全球統一的IMT－2000標準無論對運營部門、制造商及用戶均屬有益，因此，只要有一線希望，依然應堅持我們的一貫立場，鼓勵和促進其主要制式的協調、融合的一切努力與任何有益進展，包括對IMT－2000運用的核心頻段及其擴充頻段的統一規劃工作在內。以多頻段、多模手機為例，在指定時期內，除非有巨大市場支持，否則難以有效控制其重量、尺寸與價格，由此鼓勵和促進任何大大小小的協調、融合進展對 IMT－2000的有效發展絕對是有益的。（2）現實情況很可能是W－CDMA－（DS）及cdma2000－（MC）這兩大RTT技術方案難以有效融合而只能取得一定意義上的最大限度的協調與融合，從而再在“家族”概念上取得盡可能好的全球漫游與無縫隙覆蓋。為此應盡早按此思路更現實與保險地積極考慮我國IMT－2000的基本市場與業務發展的具體策略步驟。（3）由于TDD方式在靈活安排數據業務，待別是不對稱數據業務等方面有其長處，而FDD對話音及包括寬帶多媒體在內的綜合業務發展與蜂窩網絡結構易于對稱處理等方面有其優越性，且通常被認為是一種主流技術，因此在積極推進我國提出的TD七CDMA（TDD）方式，踏踏實實地研制開發及進行國際合作，力爭促其成為全球標準的同時，應加速推進我國對FDD方式寬帶CDMA融合的影響與開發工作的卷入深度，使得從第二代向第三代移動通信演進及未來IMT－2000業務發展時FDD與TDD兩種方式在中國能獲得有機互補與其健康合理的發展。（4）我國運營部門應積極針對上述現實狀況盡快制訂中國的IMT－2000的演進與發展策略，諸如IS-95的cdmaOne在中國的進一步發展對策，包括借助GSM－CDMA途徑之類cdm-aOne與 GSM MAP的融合與向 IMT－2000演進，以及如何充分利用我國這一世界上最大的GSM網絡有效演進與發展我國的IMT－2000業務；并深入研究與確定相應融合努力對策及適時提出寬帶CDMA方式的基本選擇考慮與相應決策。（5）在以用戶、市場為主驅動力的知識經濟時代，恰當處理好市場驅動與技術驅動的辯證關系尤為重要，科研開發制造部門必須充分認識技術驅動受制于市場驅動的事實，在分析考慮我國IMT－2000系統裝備開發研制對策時，應該合理布局而非單一主攻方向，積極展開適應后向市場兼容的任何技術努力；與此相應，運營部門在確定以市場業務前后向兼容為依托的發展規劃時應充分協調照應投入有限的我國科技開發制造部門，最大限度地支持和鼓勵我國高科技民族產業的有效發展。（6）中國的巨大市場潛力應該亦必須成為與制造廠商、運營者及投資商進行一攬子戰略伙伴合作的杠桿，包括 IPR（甚至專利以外的技術決竅“knowhow”）在內，應該積極鼓勵與具體貫徹在雙邊與多邊合作中對IPR問題建立互利合作和促進全球標準化進展的基本準則與實施條款。（7）有計劃、有組織積極進行以IMT－2000為主體的市場需求預測與體制目標的選擇工作，包括預測我國5、10、20年內IMT－2000各類業務的頻譜需求，及研究IMT－2000中地面FDD、TDD及衛星 MSS三類系統的網絡結構、空中接口、協議規范、系統特性及技術裝備等，綜合我國運營、生產及科研部門的需求與產業發展的可能與需要，論證選擇適合我國國情的第三代移動通信系統；同時研究對IMT－2000中FDD、TDD、MSS這三類系統的頻譜需求，頻率分配、指配方案，所需帶寬、保護帶寬及電磁兼容性能，針對上述ITU提議的IMT－2000和核心頻段的我國處理對策及后補擴充頻段的論證選擇，研究其與現有微波、無線電定位、廣播等業務的相互干擾及解決辦法，密切跟蹤ITU 1999年CPM會議及2000年WRC會議的重要進展，以便作好包括有效頻率指配在內的我國更具體的IMT－2000的頻譜規劃。

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