中国未来移动通信研究展望

1 中国移动通信现状

　　移动通信是中国最具发展活力的产业之一。自1987年至2001年的十余年间，中国移动通信用户总数以年均100%的增长速率迅猛发展，2002年的增长速率仍没有放缓的迹象，目前已经拥有1.8亿用户，年产值约人民币2 000亿元，规模已超过美国，成为世界上规模最大的电信市场。据有关部门预测，2005年中国移动通信用户数将达到3亿户，普及率将由现在的9%增加至20%。与世界上移动通信普及率较高的国家相比，中国移动通信的发展潜力巨大。

　　随着移动用户数的增加和人们物质生活水平的提高，以提供话音业务为主的传统GSM和CDMA技术已逐渐难以满足需求。能够提供无线Internet业务和多媒体业务的第3代移动通信的商用化已提上议事日程。按照有关部门的计划，中国将于2002年底前完成第3代移动通信系统的技术试验，并于2003年开始第3代移动通信系统的商用化。根据有关专家的预测，2010年第3代移动通信系统的市场规模将达到人民币1万亿元。

　　与上述移动通信市场迅速发展形成鲜明对比的是，中国移动通信制造业由于起步晚，基础薄弱，缺乏核心技术等原因，在与国外大型制造企业的竞争中处于不利地位，国内通信企业生产的移动设备的市场占有率目前仅为15%左右。由于缺乏核心竞争力，国内通信企业的盈利空间相对低下，经济效益难以提高。

　　在国家“863”计划和信息产业部移动通信专项基金等方面的支持下，中国在第3代移动通信系统研究开发方面取得了巨大进展，掌握了一大批核心技术，完成了WCDMA和cdma 2000 1x现场试验系统的研制。随着中国在集成电路设计技术和加工工艺方面取得重要进展，中国有望于2004年前后实现移动通信产业核心技术的重要突破，从而实现中国移动通信产业质的飞跃。尽管与发达国家的差距日趋缩小，但应当看到中国在无线通信领域的研发布局还不够合理，超前性和战略性的研究相对薄弱，未能建立一支相对稳定的超前性研发队伍，也未能在新技术、新体制、新标准的创立初期形成研究优势，导致在战略上受制于人。

　　2 国际移动通信发展趋势

　　在国际上，第3代移动通信的商用化正在全球范围内进入实施阶段。北美的Spring PCS、Bell Mobility、Verizon Wireless，日本的KDDI及韩国的KT等公司宣称于2001年年底实现了cdma 2000 1x的商用化。与此同时，日本DoCoMo于2001年10月初步实现了WCDMA的商用化。欧洲的大部分运营商则计划与2002年开始对WCDMA技术进行试商用。根据对有关电信运营商的调查，与位置有关的信息点播业务、多媒体短信业务、移动上网浏览业务、移动电子商务、交互式娱乐业务将是未来最具发展前景的移动通信业务。

　　Internet业务的日益普及，促使移动通信技术向全IP方向发展。目前3GPP和3GPP2等标准化组织正在制订基于全IP的第3代移动通信增强型体制标准。为迎合该方面的发展，3GPP2已提出了能够支持高速分组业务(峰值速率为4～5 Mbit/s)的cdam 2000 1x/EV标准。3GPP也在进行类似的工作，一个名为HSPDA的增强性第3代移动通信标准正在制订之中，其分组业务峰值传输速率将达到8 Mbit/s以上。

　　随着第3代移动通信系统逐渐进入商用，国内外有关第4代移动通信的研究已初见端倪。欧盟在前期研究计划(第5框架研究计划)的基础上，成立了世界无线通信研究论坛(WWRF)，着手进行“IMT-2000”之后的第4代移动通信的概念、需求与基本框架研究，并把第4代移动通信系统列入2002年启动的欧盟“第6框架研究计划”。日本总务大臣的咨询机构??信息通信审议会专门委员会于2001年6月15日完成了继第3代移动通信系统“IMT-2000”之后的第4代移动通信系统(4G)框架建议。韩国有关运营商和ETRI通信研究所也向政府提出了相应的有关第4代移动通信研究计划。在中国，第4代移动通信已被正式列入国家“863”“十五”研究计划，项目已经启动。

　　在ITU，有关Beyond IMT-2000的概念与需求研究于1999年被首次列入议事日程，2001年10月在东京进行的ITU-R WP8F会议上，已收到较多有关Beyond IMT-2000的研究提案，并初步明确了Beyond IMT-2000研究的如下基本框架：

　　Beyond IMT-2000是指广泛用于各种电信环境的无线系统的总和，包括蜂窝、固定无线接入、游牧(Nordic)接入系统等。Beyond IMT-2000的能力将涵盖并远远超出IMT-2000系统及与其进行互连的无线系统的能力，含盖IMT-2000、无线接入、数字广播等系统的能力，并将新增两个部分，即支持约100 Mbit/s速率的蜂窝系统和支持高达几百兆比特每秒以上速率的游牧/本地无线接入系统等。

　　目前国际上有关第4代移动通信的研究还处于初期阶段，其基本需求、核心技术还处于萌芽阶段。但较为明确的一点是，第4代移动通信的实用期定在2010年开始。这符合移动通信技术每10年产生一代新体制的发展规律。事实上，第3代移动通信研究的起步始于90年代初期，当时欧洲的GSM、日本的PDC和美国的D-AMPS等技术已基本成熟，并开始进入市场。随后国际上的有识之士于90年代初期提出了面向2000年的全球统一的FPLMTS研究计划，并经过近10年的努力，形成第3代移动通信体制标准IMT-2000。

　　如同3G系统与2G系统之间的关系一样，4G系统不可能在一夜之间取代3G系统，更不可能跨越3G系统而直接投入应用。制订一个全世界统一的4G标准需要耗费5～7年的时间，而现有的2G系统在未来的5～7年内是无法满足日益增长的通信需求的。从这个角度来说，3G系统是不可替代的。

　　另一方面，并不能因为4G系统的实用化期定于2010年，而否定现在国内外有关4G研究工作的重大意义。事实上，移动通信技术的竞争愈来愈归结为核心技术以及相关知识产权的竞争。若无法在新一代移动通信技术产生的初期加入竞争行列，就无法在未来的竞争中取得战略性的主动地位并获得未来产业发展所必须的核心技术知识产权。这也是日本、韩国以及欧洲国家不遗余力，积极开展4G研究的根本原因。

　　3 未来移动通信发展的基本技术要求

　　从技术的角度来说，第4代移动通信应与IMT-2000以及目前制订之中的增强型3G标准有本质性的区别。这是由于第4代移动通信系统的峰值传输速率应为3G系统的10～50倍，达到20 Mbit/s～100 Mbit/s，若简单地重复使用与3G相同的技术，则其发射功率相应需增加10～50倍，从而使电磁干扰问题达到无法忍受的地步。解决此问题的一个重要方法是根据信息论原理引入多天线环境及其相关的新型空时信号处理方法，从而达到大幅度降低发射功率，提高频谱利用率之目的。理论研究结果表明，当接收机的天线数目多于发射机天线数目时，系统容量可随接收天线的数目成比例增长。未来信号处理器以及专用集成电路的大幅提高，也将使一些较为复杂的技术，如联合发送、联合检测、Turbo接收等，在实现上成为可能。

　　另一方面，由于带宽的增加，3G所采用的直接扩频CDMA技术很难直接应用于4G系统，正交频分复用(OFDM)以及多载波(MC)与TDMA和CDMA相结合的技术将是较具竞争力的空中接口技术。

　　对于4G核心网络，具有电信级服务质量(QoS)的IPv6将是未来的主要发展趋势，其主要原因之一是现有的IPv4不能提供足够的地址空间。
基于以上考虑，我们认为Beyond 3G蜂窝通信系统研究应具有以下基本特征：

• 基于IPv6核心网的互连互通；
• 承载与控制全程分离，符合全IP发展趋势；
  
• 支持个人可携带资源(MIP/M-eN)的全程漫游与切换；
  
• 无线网络对于核心网络透明，CC/MM位于核心网侧(无线接入用户与固定接入用户等同)，RR/LL/PL全部位于接入层；
  
• 分类端到端的QoS、实时业务的QoS优于现有电信级；
  
• 基于时空联合处理、网络分集等新技术的蜂窝系统发射能量较3G系统降低10 dB以上；
  
• 特别适合于分组突发业务的空中接口的峰值传输速率达到20 Mbit/s～100 Mbit/s并可灵活调配无线资源及适用于大动态范围(10 kbit/s～20 Mbit/s)业务；
  
• 与区域性的无线接入系统和自组织网络的无缝联接。
  

　　4 中国未来移动通信研究开发总体构想

　　根据“十五”“863”通信技术主题战略发展报告，中国移动通信研究开发的主要目标是面向未来10年无线通信领域的发展趋势与需求，研究Beyond 3G/4G新一代蜂窝通信空中接口技术，建立相关关键技术验证系统，支持面向未来的无线通信新业务；为国家培养一支规模性的具有国际竞争力的超前研究队伍，形成中国无线通信方面人才队伍的合理布局，使中国移动通信技术研究与国际先进水平同步发展，为实现中国未来无线通信产业的跨越式发展创造条件。

　　整个中国移动通信研究开发计划分以下3个阶段进行实施：

　　(1)2001年12月至2003年12月，开展Beyond 3G/4G蜂窝通信空中接口技术研究，完成Beyond 3G/4G系统无线传输系统的核心硬、软件研制工作，开展相关传输实验，向ITU提交有关建议。

　　(2)2004年1月至2005年12月，使Beyond 3G/4G空中接口技术研究达到相对成熟的水平，进行与之相关的系统总体技术研究(包括与无线自组织网络、游牧无线接入网络的互连互通技术研究等)，完成联网试验和演示业务的开发，建成具有Beyond 3G/4G技术特征的演示系统，向ITU提交初步的新一代无线通信体制标准。

　　(3)2006年1月至2010年12月，设立有关重大专项，完成通用无线环境的体制标准研究及其系统实用化研究，开展较大规模的现场试验。

　　5 进行国际合作的构想

　　毫无疑问，在中国“十五”“863”计划中开展有关4G的研究开发是合乎时宜的。但在未来数年中能否把握正确的研究策略将是决定性的。尽管中国的研发实力不断增强，但现有的国情仍在一定程度上限制了中国超前研发的能力，需要利用中国巨大的市场优势弥补其不足，从而达到“十五”“863”战略报告中所提出的“引导国际标准发展”之目的。为实现这个目标，需要进行国际合作，需要采取一些措施：

　　(1)以国际合作促“标准战略”的实现

　　为了达到“引导国际标准发展”，并使中国所倡导的核心技术成为主流技术之目的，利用市场之优势，广泛开展国际合作是必需的。事实上，欧洲与亚洲多个国家在开展4G研究时，首先想到的便是与具有最大市场发展前景的中国进行合作。若能抓住这个有利时机，积极推进国际合作，则实现上述目的是完全可能的。相反，若采取“闭门造车”的策略，即使在技术竞争中取得优势，也很难成为被国际上广泛接受的主流技术。事实上，随着中国加入WTO和国际交往的日益频繁，在中国单独采用一个移动通信标准越来越不现实。也很难想象在未来的2010年，由一个单独的国家制订出一个被广泛接受的移动通信标准。在国际合作中应避免两个极端：狭隘的民族主义思想和不适当的民族自卑思想。两者对正确地开展国际合作均是极为不利的，极易导致公平宽松的学术环境遭到毁灭性的破坏。

　　(2)以国际合作促“人才战略”的实现

　　中国并不缺乏移动通信方面的研究人才，而是缺乏一批能够对国际上移动通信发展发挥重大影响的人才。为此，必须号召科研人员积极走向国际，在合作中不断扩大中国在移动通信领域的影响，建立一支立足国内的“外向型”研究队伍。

　　(3)以国际合作促“专利战略”的实现

　　实施“专利战略”的根本目的是提高中国移动通信产业的核心竞争力，摆脱中国移动通信产业在核心知识产权上受制于人的局面。应通过广泛的国际合作，与国际上处于一流水平的研究机构、运营商和设备制造商共同开展新一代移动通信源头创新研究，实现主流核心知识产权的共同拥有。

　　(4)研发与标准化密切结合

　　中国存在较为严重的研发与标准化工作相脱节的状况。在第3代移动通信研发过程中，这种现象得到较大程度的改善，但仍未从根本上加以解决。成立由标准化部门、研发部门和业界代表组成的权威性协调委员会是解决该问题的可能途径之一。若不能把核心技术的超前研究与标准化工作密切结合，则“引导标准发展”将成为一句空话。

　　(5)政府与业界协同支持

　　“引导标准发展”离不开政府和业界的协同支持，一项有竞争力的核心技术若不能得到政府和业界的广泛支持，就无法把中国的市场优势当作为竞争的砝码加以利用。

　　为了保证以上措施的顺利实施，需要在适当的时机，建立由政府官员、运营商、标准化部门、制造商、研发部门、“863”领域专家和主题专家组成的联席委员会，并吸收欧洲、日本、韩国等国家的运营商和研发部门有关代表参加，负责统一协调“十五”国家“863”计划中有关4G的科研开发、标准化与国际合作事宜。

[摘要] 文章介绍了中国移动通信的现状和国际移动通信的发展趋势，描述了未来移动通信发展的基本技术要求，阐述了中国未来移动通信研究开发的构想，提出了在未来移动通信研究方面进行国际合作的措施。

[关键词] 第3代移动通信；超3G；发展构想；国际合作

[Abstract] The present status of China;s mobile communications and the global development trend of mobile communications are overviewed, and the basic technical requirements for future mobile communications are described. Based on the overall plan of china;s future mobile communications research, the author emphasizes the necessity of international cooperation and also gives some suggestions on concrete measures.

[Keywords] 3G mobile communications; Beyond 3G; Development project; International cooperation