图文：清华大学信息科学技术学院副院长王京

图为：电信研究院企业管理研究所所长王育民演讲。(骆磊 摄)
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　　新浪科技讯 2005年9月14日-16日3G在中国2005全球峰会和全球3G设备和业务展示在中国北京凯宾斯基饭店举办。会议由信息产业部电信研究院主办，会议旨在进一步推动和促进中国3G产业的发展。新浪网为指定门户支持。9月15日会议进入第三天。

　　图为：清华大学信息科学技术学院副院长王京演讲。(骆磊 摄)

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　　下为演讲实录：

　　主题：B3G的技术瓶颈与突破

　　主讲人：王京 清华信息科学技术学院副院长

　　各位代表下午好。主要分几个方面介绍：一，背景。二，技术瓶颈。三，分布无线通信系统。四，

　　背景。B3G对无线传输技术的要求，更高的信息速率，100Mbps到1Gbps；更高的频谱效率；更高的功率效率，在100mW的量级；容量。十来年之后或者十几年之后，那时我们的用户非常非常普及，需要更高的用户密度和更高的吞吐量。

　　下面列了一些大家都在研究的技术。比如多载波技术、正交的多载波OFDM。QAM的调制技术加上AMC(自适应的调制编码技术)。LDPC—code，Turbo—code、多用户检测、多天线的MIMO技术。这些技术是我们有可能使用的一些技术。

　　我们有了这样一些技术，有了这样一些需求，哪些东西会限制我们实现刚才讲的这些需求。从传输技术本身，实际上对我们是有限制的。我们现在应该说大家已经使用过的或者是将要使用的四种标准、四个技术，最早的是模拟的TACS、GSM、WCDMA、HSDPA。信道带宽，包括载干比，载干比是我们工作时候所需要的最低的门线要求。另外频率限制，小区和小区之间重复使用的可能性。比如像TACS，为了保证19.6的载干比，频率系数是7。GSM相对低一点，到4。WCDMA可以用到1，可以重复使用。HSDPA是个例外，在惟一的时候覆盖范围不可能提供11Mbps的速率。模拟话音是10个Bps。25兆总带宽能支持多少用户，翻过来折合频谱效率，对于TACS只有0.05，单位是比特每秒每赫兹，然后是GSM、WCDMA和HSDPA。把表画一张图，学过信息论的比较清楚，这是信息论里常用的一张图。横轴实际上在信息论里是一个载干比，把小区里的干扰折合成噪音，纵轴是频谱效应或者是容量，单位是每比特每秒每赫兹。底下这几条线，实际上是针对不同的频率复用系数，很简单比如用一个频率复用系数等于7，实际上这个时候频谱效率只有原来的七分之一，就除以七，频率复用系数等于七的时候，最高就是这么高的信息容量。这是等于四的，GSM我们会工作到这个容量的边缘。翻回来看刚才这张图，当频率复用系数不一样的时候，在小区的载干比是死的，一算就能算出来。死的这些点用红点标出来，也就是说做得再好的系统，不可能越过这条红点连起来的虚线，不论是频率复用系数等于7还是1，是过不了这条线的，在这条线之下。

　　看一看我们的系统，TACS在这个地方，GSM做得好一点，和极限还有差距，WCDMA更好一点，离极限更近一点，这是技术不断演进的结果。HSDPA在这个地方，但是这个地方实际上也是有代价的。我们现在实际上处于这样的端口上，刚才讲的那些需求，比如频谱效率要做到2比特或者是到10比特每秒每赫兹的话，我们往哪儿走？实际上现在处于这样一个点上。有两跳路可走，一条路是继续往上走，显然先从极限是不行了，再往上走是用多天线，多天线能把这条线继续往上移，随着电线的数量可以继续往上移，这是一条路。另外有一条路，我现在画的是载干比，把周围的这些干扰都作为噪声搁进去，实际上不是噪声。不是噪声对我们有一个好处，既然不是噪声就可以用一些技术去掉，就是干扰抵消技术，这样实际上我是可以沿着这条线继续往高的载干比这边走，就可以获得更高的频谱效率。

　　实际当中比如现在真正在做的，比如像WCDMA的Rel6里，像HSDPA更高的频谱效率。它实际上不可能在小区的边缘提供，只能在中心的附近提供。一个是干扰，离小区的干扰载干比为0，不可能达到64QAM，只能到小区中间来，这时外边的干扰小了，小区的功率强了，才能工作在64QAM，在小区周围也就是384的水平。另外受到功率的限制，实际上想把10Mb的信息从几公里传到基站来，是不得了的功率，现在的手机承受不了。实际上我们在已经用到的一些概念，比如像蜂窝是重复使用这个频率，实际上是利用了所谓空间的划分，把不同的频率用在不同的空间上。蜂窝里可以增加容量，通过减少小区的尺寸来增加，很多运营商都知道。另外，通过减少尺寸也可以减少手机的发射功率，也可以增大速率。条件是不是可以无限制把小区减小，为了增大速率，答案是否定的。我们考虑干扰的时候做了很多假设，一个是我们认为电波在空间传播，一般情况下自由空间传播是按照平方衰减，这个时候实际上作为小区规划是非常不好的，因为一个笑剧到另外一个小区的平方衰减很慢，到另外一个小区的干扰就提高了。在城市的环境下一般是按照四次方甚至更高次方率先，因为有周围的楼阻挡，可能衰减很快。左边这条线画了传输损耗是按照距离的平方、四次方、三次方来衰减吗？跟我们的干扰确实有关系，纵轴是干扰。这边是传输损耗，是按照四次方衰减，这是按照三次方衰减，这是按照平方衰减。当按照平方衰减的时候，这时干扰是非常非常大的。为什么会考虑平方衰减？因为如果说小区非常非常小之后，这个时候中间几乎就没有孤岛了，衰耗就是平方衰减，比如屋里安两个基站，中间根本没有什么阻挡，可能就是平方衰减，这个情况在小区减少之后就会发生。如果这种情况发生，出现右边这条曲线，当小区的尺寸在比较大的时候，减少小区尺寸容量是增加的。当小到一定程度，容量反而会降低。

　　基于这样的情况我们提出一种分布无线通信系统。讲到这个系统的时候，再看一下系统的演进情况。比如无线传输，从R99到R5的时候，系统结构对传输来讲发生了非常重要的变化，原来是分层结构的，核心网、RNC，一个RNC控制若干个Node B。到R5，把RNC换成了基于IP的网络结构，也就是说它们之间在物理上边是一个扁平的结构，靠不同的Server完成RNC的功能。所以任何一个Node B理论上可以连在任何一个RNC上，这样对于有效吸收Node B的资源是有效的。Node B下面还有演进的方式吗？把Node分成两个，一个是NodeC，一个是NodeA，NodeC是什么？实际上是NodeB的计算单元，真正的Dode B是NodeA＋NodeC，用更容易看的方式可以理解，实际上天线是靠一些网络把它连接到若干个计算单元，这种架构上就没有了Node B，这是一个虚拟的Node B，任何一个Node B加上NodeC，就可以组成一个所谓的Node B。这种情况下没有蜂窝的概念，蜂窝是里边变成一个虚拟的蜂窝，以移动台为中心的若干个天线的组合。为什么要用这样一个系统呢？实际上讲到小区和小区的干扰问题。如果想把载干比的这条线往右边移的话，必须把干扰去掉，那个干扰来自于周围的小区，你要想去掉的时候，周围的小区必须联合处理，才能把这条曲线往右边移。所以，你要想构建一个能够联合处理非常容易的系统，这个系统是非常非常容易的，也就是它里边已经没有小区的概念，基站不需要交换更大的信息，只靠天线的分布解决你的传输问题。对不同的天线进行联合处理，就完成了对小区周围干扰抵消等等这些功能。

　　这样一个结构是否有什么好处呢？答案也是肯定的。用WCDMA做了一个仿真，左边这条曲线，这是不同族的，比如红的这条线是什么呢？红的这条线是相当于小区变小了，变小了之后衰耗不是按照平方四次方衰减，按照三次方衰减，蓝的按照四次方衰减。可以看出一个情况，最外边这条线是单个天线的时候，当你传播损耗的指数从4变成3的时候，容量变少了。当增加联合处理的信号天线的时候，增加到了两根是这样，到了四根就是这样。也就是说当我联合处理的天线能达到4根的时候，按照距离衰耗的距离，可以从4到3，容量基本没有变化。在1的时候就当于我们传统的蜂窝，一个天线一个天线单独处理，两个就是两个小区联合处理，四个就是四个小区联合处理。

　　另外一个好处，我们和现在做的MIMO做一个比较，划出一块公共的地方，半径是400米，四根天线放在中间，这就是传统的MIMO，这是传动的400米。另外四根天线散开，散到400米之内，会出现这样一个结果，分布无线通信系统把容量的平台给抬升了，最低的容量提高了。MIMO这个系统在边沿的时候肯定服务的质量比较差，容量下去了，但是峰值会比较高。

　　另外一个技术是星座交叠技术。实际上也是利用了小区中间的地方干扰小，小区边缘的地方干扰大的一个特点。大家可能比较熟悉的是AMC(自适应的调制编码)，因为在小区中间的位置离基站比较近，离其它干扰比较远，载干比比较高，相同功率下可以用64QAM提高中间用户发送的速率，HSDPA就是利用这种方式。离的比较远的时候，自己的噪声比较远了，干扰也比较多，我们只能用BPSK。假如只有这两种系统怎么用？一般情况下用时分，一个A一个B来切，一会儿这个服务，一会儿那个服务。我们实行的是星座交叠，不时分，功率划分，两个信号叠加在一起，同时同频来发。这两个信号可以是不一样的，也可以是一样的，无所谓。在A和B两点的信号是不一样的，载干比不一样。离载干比比较近的A用16QAM来做。这两个信号实际上引入了一定的多用户干扰，这两个信号叠加在一起干扰。但是看一下干扰非常容易去除，第一点在A点接收的时候，载干比非常强，可以很容易把BPS就去掉，很简单经过一个判决之后把两个一加就行了，在远端由于这时其它干扰噪声起到很重要的作用，16QAM去不去都一样，差不了多少，对载干比没有什么恶化，不用去就行，一判就能把信号判出来。这种方式实际上简单一琢磨就能琢磨出来，实现了容量的倍增。

　　和TDM系统比较。如果一个BPSK是64QAM，两个加在一起，是时分，最后是3.5bit/s/Hz，如果用星座交叠，同一频率、同一时间同时传，这时吞吐量可以达到IBit/S/Hz。

　　结论，无线传输对整个系统的性能都应该说是用现在的直接简单的技术来提升整个性能是非常有限的，需要引进其它关键上的突破，挖掘多维的信息，突破传统的正交风格。因为刚才像我讲的相当于多用户、多信息的传输。以前考虑这个的时候，首先考虑如何划分它，作为一个正交，互不干扰，这是最简单的。互不干扰实际上利用资源多。实际上我们这里抛开干扰这个概念，实际上蜂窝里最早就是引入干扰，是一个干扰工作的环节。我们在这里实际上把它引入得更强、可控。这样我们可以把多用干扰抵消技术进来之后提高技术容量，分布无线通信系统，DWCS实际上是通过了一种传统的蜂窝的观念，如果我们从更广义上看实际上是MIMO的系统，广义上看也是蜂窝的系统，但是它带来的好处，它可能会比蜂窝带来的容量更好。

　　星座交叠，我们实际上把功率作为一个信息传输的一维来考虑，实际上就容易一点。实际上大家知道，我们可以在时间域划分来传，通过频率域、码域、空间域来传都是可以的。实际上星座交叠是用了功率域，如果看成一域或者是一维来传信息，也就是用功率差传信息。可以用简单的多用户干扰抵消技术，就可以实现多用户的复用。