通往4G的道路坎坷不平(上)




一场如火如荼的比赛正在进行中，那4G移动宽带无线通讯。第一个到达终点线的，或者只要能到达终点的，其奖金将是非常可观的，但问题在于终点线一直在向前移动，第四代系统(4G)至今未能拍板定案。事实上，全球频谱的分配恐怕要等到2007年，而且标准大概也要等到那之后才能完成。尽管如此，目前全球许多团队或组织已在4G上投入大量时间、精力、金钱和人才，以确保自己在这场比赛占据领先地位。
任何公路赛都具备三个基本要素：跑道、车辆与人员。可将全球致力于开发4G系统及设备的浪潮视为一场比赛，正如跑道设置了比赛的边界条件一样，其标准规范设定了通信的边界。

本文的第一个主题是从国际电信联盟(ITU)到各个国家及地区的标准开发组织(SDO)进行的4G标准的开发。那些日复一日努力确保其团队赢得这场比赛的4G研究“开发团队”是业界相关的工程师、高科技企业以及大学研究实验室等，本文的第二部分将主要介绍他们的工作。

最后，每一个团队都需要一辆车来推动自己冲向终点线。在4G比赛中，赛车是指那些能够使通信更加无缝、有用和强有力的基本技术。在本文最后一章，我们将讨论一些在这场比赛中起激励推进作用的主要实现技术。还将分析4G系统及设备设计者所面临的工程和测试类挑战。

跑道：制定标准

如果问10个人什么是4G，你将会得到10种不同的答案。更重要的问题是：我们要如何实现4G？当寻找指导南或方向时，这个问题有助于我们从最高层起点，这个最高层是指联合国特许设立的、向各国权威机构提供健康和人身安全要求的顾问组织ITU。这些权威机构则轮流负责管理在其各自国家内的无线电产业。

ITU分为三个主要部门。每一个部门再分设好几个完成大部分的技术工作研究组。所有的ITU指导方针按照一个正式流程开发。研究组着重处理那些准许进一步研究的技术领域中的特殊技术“问题”。一旦议题经充分研究且已决定怎样开展，该研究组会提交一份正式“提议”。这份提议可与ITU的所有外部组织共享，如SDO和各国政府。




ITU内部有两个小组专门从事帮助定义下一代移动无线技术(图1)。这两个小组是：ITU-R 部门的WP8F工作组和ITU-T部门的“IMT 2000及后续发展”特别研究小组(SSG)。

WP8F主要关注4G的整体无线系统方面，比如无线接口、无线接入网络(RAN)、频谱问题、服务、流量特性和市场评估等。“IMT 2000及后续发展”特别研究小组则主要负责未来无线系统的网络或有线线路，包括无线互联网、移动和固网的汇聚、移动性管理、网络互联(internetworking)以及互操作性(interoperability)等。

WP8F的主要交付成果是ITU-R M.1645提议，其包含了无线通信未来发展的总体目标。下面简述WP8F在提议中的重点概要(资料来源：www.itu.int/ITU-R)

4G系统的框架应该将目前蜂窝系统、与漫游无线接入系统和个人局域网(PAN)融合在一个对用户透明的无缝分层架构中。

到2010年，移动应用和漫游应用的数据传输率应该分别达到100Mbps和1Gbps。应努力实现全球范围的公共频谱和开放的全球标准化。

当前的研发人员

一旦提案达成决议，要设法实施还有大量工作必须完成。这些实施工作由若干组织来完成，包括SDO、产业论坛和设计下一代网络及设备的独立企业。正如一组强有力的后勤维修人员(pit crew)有助于赛车保持最佳性能状态一样，在这些组织内工作的工程师们将推动技术朝着无线宽带的终极目标演进。

一些主要的SDO都是非赢利的地方性或政府机构，例如欧洲的ETSI、中国的CCSA以及韩国的TTA。3GPP和3GPP2 即是业界SDO的两个例子，负责开发和维护目前的2G和3G技术标准。为达到最大的效率和互操作性，各个SDO在ITU的框架内共同工作。ITU通过结构化的沟通渠道积极从外部组织寻求帮助。例如，在ITU-T内部，是由提议A4 和 A6来管理ITU、产业协会和地方性SDO之间的合作。

2001年初，阿尔卡特、爱立信、摩托罗拉、诺基亚及西门子联手成立了无线全球研究论坛(WWRF) (www.wireless-world-research.org)，论坛宗旨是对未来7到12年内无线领域的战略性研究方向进行前景规划。WWRF的主要交付成果是关于ad-hoc网络、超宽带、智能天线和可重配置架构等新兴技术主题的白皮书，以及有重大影响的前景白皮书(Book of Visions)。前景白皮书是一份收集了关于未来无线领域的机遇和挑战的各种意见的文件。它包括频谱政策和安全性等许多运作问题。

2003年，WWRF宣布与另一个也参与了第四代技术开发的主要产业论坛“日本移动IT论坛”(www.mitf.org)联合讨论共同目标。在mITF的4G移动通信委员会中，由两个小组委员会承当任务。系统小组委员会与外部组织合作以阐明4G标准开发的技术水平；另一个应用小组委员会则研究前景和使用机会，以帮助构思一个面向新型赢利商业市场的发展蓝图。关于4G移动技术预期功能和服务的目标和提议，汇集在飞毯文件(Flying Carpet document)中。(该文件最新的第二版可在前面列出的mITF网站上找到。




为解决设计人员面临的4G网络、设备和服务等方面的挑战，许多特定项目联合了高科技企业与学术界的力量。例如，4G无线项目就是由安捷伦科技、意法半导体、英飞凌和其它几家产业及学术界伙伴的联手合作。由Medea+和IWT提供支持，这一项目旨在缩短先进芯片组和/或系统级芯片(SoC)的开发时间。为此，它将建立标准化的电路库和可重配置的数字构建模块。这些设计工具可与专用模块一起使用以实现拥有创新性调制方案新技术的物理层。

在服务端，IST-MoDiS (www.ist-modis.org)和IST-MAESTRO (www.ist-maestro.dyndns.org)对广播卫星多媒体内容(S-DMB)和地面3G蜂窝架构(图2)相结合的可行性进行了调研。这种结合有助于推动不同无线接入和内容发送模式的整合。