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ITU-R第五研究组的工作进展与展望(二):各工作组研究动向

一、WP 5A工作组
 
WP 5A工作组主要研究包括国际移动通信系统IMT字啊内的陆地移动无线通信系统。该工作组执行包括WLANs(Wireless Local Area Networks,无线局域网络)及PPDR(Public Protection and Disaster Relief,公共保护与救灾)系统在内的WAS(Wireless Access Systems,无线接入系统)的相关研究。WP 5A工作组还面向陆地移动通信系统研究各种新兴技术,还就上述可以编撰ITU-R建议书与报告。
 
在于2014年10月及11月所举行的WP 5A工作组会议上,《ITU-R认知无线电系统》报告正式完成。认知无线电系统将有望进一步地提高陆地移动无限通信系统的无线频谱资源利用效率,可实时地获取移动通信系统的运营及地理环境数据,然后进行分析,再根据相关结果对移动通信系统的运营参数及协议进行自动、动态化的调整。
 
WP 5A工作组也执行与ITS(Intelligent Transport Systems,智能交通系统)相关的标准化工作。在将于今年11月召开的“2015年世界无线电通信大会”上,与智能交通系统相关的研讨议项为“将77.5 GHz~78 GHz频段重新指配给无线定位服务,以支撑短距离、高分辨率的汽车雷达业务”,其目的在于:通过为车辆安装运行于整个77 GHz~81 GHz频段的高分辨率雷达来防止车辆相互碰撞。
 
在WP 5B工作组(专门从事雷达业务研究)的协作之下,WP 5A工作组已经完成了上述ITS雷达系统与现有各无线通信系统之间的共享及兼容性研究,并为与这些系统之间的共存运行提供了相关的解决方案。上述工作是与日本对于77.5 GHz~78 GHz频段的重新指配是同步进行的。
 
二、WP 5B工作组
 
WP 5B工作组主要研究海事移动通信服务、航空移动通信服务以及无线定位服务(比如:雷达业务)。该工作组还进行与每两年举行一次的“世界无线电通信大会”中很多议项相关的研究工作。虽然很少有电信运营商为WP 5B工作组提交文档,但是NTT集团则从其他工作组以“联络协议”的方式向WP 5B工作组提出与上述课题相关的意见。
 
三、WP 5C工作组
 
WP 5C工作组主要研究FWSs(Fixed Wireless Systems,固定无线通信系统),并正在编撰有关无线传输/中继网络系统、FWA(Fixed Wireless Access,固定无线接入)系统、陆地移动通信系统MBH(Mobile Backhaul,移动回传)、临时应急救灾系统的ITU-R建议书及报告。
 
在于2014年10月及11月所举行的WP 5C工作组会议上,《ITU-R固定无线通信服务应用及未来发展趋势报告》正式完成。下文相关部分会简要述及该报告的相关细节内容。
 
WP 5C工作组目前正在撰写一份关于移动通信回程网络工作频段、网络拓扑以及所需容量等主要技术特征的ITU-R报告。通过“联络协议”的方式,该工作组与ITU-R的WP 5D工作组(聚焦于国际移动通信系统)以及ITU-T的第十五任务组(聚焦于光纤电缆传输网络)密切协作,共同进行相关研究。
 
在此章节,对最新的《ITU-R固定无线通信服务应用及未来发展趋势报告》(编号为:ITU-R F.2323)的主要内容进行总结。电信网络中的很多应用场景中都会使用到固定无线接入服务,如图1所示,其中包括传输网络、中继网络、移动回程网络、固定无线接入网络、各种临时应急网络。随着智能手机普及率的迅猛提升,移动通信网络中的数据流量呈现出“爆炸式”的增长态势,从而,移动回程网络的容量需求就不断提升。
固定无线接入服务的相关应用示例
 
为了在现网中满足上述需求,WP 5C工作组目前正在研究把毫米波段(高于30 GHz频点的物理频段)应用于固定无线接入服务的相关系统——这是因为,向比于低于30 GHz频点的物理频段,高于30 GHz频点的物理频段具有更多的、连续的可用无线频谱资源。《ITU-R固定无线通信服务应用及未来发展趋势报告》(编号为:ITU-R F.2323)旨在于考虑到现有固定无线接入服务的应用于技术发展、应用趋势的基础上,面向固定无线接入服务的未来需求,提供对于未来发展的指导。该报告涉及到以下四大领域:
 
(1)固定无线接入服务在各类电信网络之中的应用;
 
(2)固定无线接入服务对于无线频谱资源的使用;
 
(3)固定无线接入服务的技术发展现状与趋势;
 
(4)固定无线接入服务的频谱使用现状与未来需求。
 
该报告明确,其中,采取固定无线接入服务技术的相关应用类型包括:
 
(1)为列车乘客提供Internet接入服务的移动通信回程网络,并描述了在日本Tsukuba高铁线路中的应用实例;
 
(2)固定无线接入服务的一种扩展方向:基于60 GHz频段的家庭网络系统;
 
(3)基于120 GHz频段的千兆毫米波短距通信链路。
 
四、WP 5D工作组
 
WP 5D工作组主要研究IMT(国际移动通信系统),具体领域包括IMT无线接口、IMT频率指配(对应用于国际移动通信系统的相关物理频段进行最终确认)、IMT系统与其他无线电业务通信系统之间的共存及兼容研究、未来5G(第五代移动通信)系统的概念及研发。
 
WP 5D工作组还制定关于上述课题的ITU-R决议文件、ITU-R建议书以及ITU-R报告。目前已经接收到了来自全球移动通信行业的多份5G研究贡献文档。
 
一下是WP 5D工作组正在进行的关于5G(将于2020年实现初步商用)研究的相关情况:
 
(1)针对5G移动通信的研究现状
 
WP 5D工作组及其前身WP 8F已经完成了对于IMT-2000(第三代移动通信系统。相关主流空口标准包括W-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access,宽带码分多址接入)、HSPA(High-Speed Packet Access,高速数据分组/包接入)与LTE(Long Term Evolution,长期演进))以及IMT-Advanced无线接口的研究,也在其他标准组织的建议下制定了很多的技术相关规范。
 
WP 5D工作组还将在2020年之前完成制定IMT-2020(国际电信联盟已经于2015年6月正式把5G命名为“IMT-2020”)空口技术规范。此外,WP 5D工作组正在积极地编制关于未来IMT系统(包括IMT-2020系统)发展的ITU-R决议文件以及《ITU-R推荐书:IMT-2020的使用场景、应用、需求以及技术发展趋势》。WP 5D工作组此前对于IMT-2000系统以及IMT-Advanced系统的研发也采取与上述相同的流程,但是,如图2所示,IMT-2020系统从初期研究到最终部署的时间则有望被压缩至8年(IMT-2000系统的相关时间为15年)。
2  IMT系统从研发到实际部署所需的时间
 
(2)针对“未来5G移动通信愿景”的ITU-R建议书
 
在《ITU-R未来5G移动通信愿景建议书》之中,WP 5D工作组为IMT-2020系统假定了三大类的主要应用场景:
 
第一:Enhanced Mobile Broadband(增强型的移动宽带)——对面向智能手机等移动智能终端设备提供得到进一步增强的移动宽带接入服务;
 
第二:massive machine-type communications(大规模机器类通信)——面向未来IoT(Internet of Things,物联网)以及IoE(Internet of Everything,万物互联)时代,为近乎“海”量的无线终端设备提供机器到机器通信服务;
 
第三:ultra-reliable and low latency communications(超高可靠及低延迟通信)——为诸如V2V(vehicle to vehicle,汽车到汽车)通信及各类公共安全通信系统提供所需的高可靠、低延迟通信服务。
 
如表1所示,《ITU-R未来5G移动通信愿景建议书》对5G移动通信系统基本需求的八大技术参数进行了考量(而作为对比,ITU-RM.1645建议书对IMT-2000系统以及IMT-Advanced系统的愿景中仅明确了“移动性”及“峰值数据率”这两个参数)。这就表明,随着移动通信技术的快速发展,全球移动通信行业可以逐渐把IMT(国际移动通信)系统应用到更多的传统行业之中。但是,于此处很值一提的是,表3中的相关数据还要经过业界的讨论与最终修订。
 
1  IMT-20205G)系统与IMT-2000系统及IMT-Advanced系统的技术参数对比
 
相关参数
ITU-R M.1645
建议书
IMT-2000/IMT-Advanced
ITU-R M.2134
报告
IMT-Advanced
5G愿景建议书
IMT-2020
批准年份
2003年
2008年
2015年
终端移动性
250 km/h
350 km/h
500 km/h
用户吞吐量
~
10 Mbit/s
0.1~1 Gbit/s
终端分布密度
~
105/km2
106/km2
无线链路延迟
~
10 ms
1 ms
单位带宽
功率效率
~
~
IMT-Advanced
系统的100倍
无线频谱资源
使用效率
~
~
IMT-Advanced
系统的2~5倍
区域数据容量
~
0.1 Mbit/s/m2
10 Mbit/s/m2
峰值传输速率
0.1~1 Gbit/s
1 Gbit/s
20 Gbit/s
 
五、JTG 4-5-6-7联合任务组
 
在WRC-12(2012年世界无线电通信大会)上,一个关于“为IMT系统重新指配并确认更多的无线频谱资源”的议项被采纳,并被确定为“2015年世界无线电通信大会”的议项1.1。由于该议项涵盖多个候选物理频段,而且这些物理频段之中正在运行着大量的无线电业务,ITU-R就成立了JTG 4-5-6-7联合任务组来负责进行相关研究。
 
作为对比,针对上述议项1.1,WP 5D工作组对IMT系统的频谱需求进行了研究,并研究了在所涉及的物理频段中,IMT系统与其他类型无线电业务系统的共存与兼容性研究。
 
JTG 4-5-6-7联合任务组引用了WP 5D工作组的上述研究结果,并进一步研究了在所涉及的物理频段中,IMT系统与其他类型无线电业务系统的共存与兼容性。
 
同时,JTG 4-5-6-7联合任务组还提出了与“2015年世界无线电通信大会”议项1.1中所涉及的相关物理频段,并起草了相对应的《世界无线电通信规则》修订版本,以对相关的IMT(国际移动通信)频段确认作好相关准备工作。
 
在上述工作的基础之上,JTG 4-5-6-7联合任务组正在为CPM 15(Conference Preparatory Meeting 2015,“2015年世界无线电通信大会”筹备会议)准备涉及下述事项的草案文档:
 
(1)IMT-2020(5G)移动通信系统的无线频谱资源需求
 
于此方面,全球移动通信业界已经达成这样的共识:到2020年,IMT系统的无线频谱资源需求(总的物理带宽)为1340 MHz(对于数据业务需求较低的应用场景)以及1960 MHz(对于数据业务需求较高的应用场景)。
 
(2)IMT-2020(5G)移动通信系统的候选物理频段
 
基于各国提交上来的相关文档,JTG 4-5-6-7联合任务组对IMT-2020(5G)移动通信系统的候选物理频段进行了总结,包括:
 
470~694/698 MHz、1350~1400 MHz、1427~1452 MHz、1452~1492 MHz、1492~1518 MHz、1518~1525 MHz、1695~1710 MHz、2700~2900 MHz、3300~3400 MHz、3400~3600 MHz、3600~3700 MHz、3700~3800 MHz、3800~4200 MHz、4400~4500 MHz、4500~4800 MHz、4800~4990 MHz以及5925~6425 MHz。
 
上述候选物理频段中的一部分将有望在今年11月进行的“2015年世界无线电通信大会”上被确认为用于国际移动通信系统的频段。其中,C波段之中的3400~4200 MHz及4400~4900 MHz频段、,L波段之中的1427.9~1462.9 MHz及1475.9~1510.9 MHz频段是由日本提出来的。
 
(3)IMT系统与其他类型无线电业务系统的共存与兼容性研究
 
对于在上述候选的物理频段中IMT系统与其他类型无线电业务系统的共存与兼容性,JTG 4-5-6-7联合任务组进行了多项研究。通过这些研究,确定了共存条件(比如:物理频段间隔、传输功率限制、干扰消除技术等)以及各无线电业务共享使用相关物理频段的可行性。
 
基于由各国向WP 5D工作组所提交的贡献文档,JTG 4-5-6-7联合任务组对相关技术参数(移动通信终端与基站的辐射功率、天线高度及部署密度)进行了讨论,并以编号为ITU-R M.2292的报告获得了ITU-R第五研究组的批准。
 
对于C波段,主要的应用目的是,实现IMT系统与固定卫星通信系统系统的共存与兼容性。关于物理频段共享使用研究及干扰消除技术(比如:部署低高度、低辐射功率的小基站)的文档提案不断地被提交给JTG 4-5-6-7联合任务组。这些文档对“部署于C波段的IMT系统对于固定卫星通信系统的干扰可以减小到何种程度”进行了定量分析与论证。
 
而对于L波段,一个需要解决的严重问题是:未来部署于1400~1427 MHz频段(与L波段相邻)的移动通信系统对已有的EESS(Earth Exploration Satellite Service,地球探测卫星服务)产生较大的辐射干扰。对此,NTT DOCOMO对现网中的实际数据进行了测试与分析,所得出的结论是:通过采取适当的技术措施,IMT系统不会对运行于相邻频段的EESS服务产生有害干扰。NTT DOCOMO将相关贡献文档提交给了JTG 4-5-6-7联合任务组。
 
参考文献:
 
[1] Shinya, Otsuki, Takumi, Togi. Recent Activities of ITU-R Study Group 5[J]. NTT Technical Review, 2015, 13(7): 1-7.
 
本文作者为上海情报服务平台兼职情报分析员

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