通通信產(chǎn)業(yè)及關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展

1、通信產(chǎn)業(yè)及關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展東南大學(xué) 摘要：通信技術(shù)和通信產(chǎn)業(yè)20世紀(jì)80年代以來發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。不論是在國際還是在國內(nèi)都是如此。通信業(yè)務(wù)普及率的進(jìn)一步提升，市場的進(jìn)一步發(fā)展，驅(qū)動著通信技術(shù)的進(jìn)步與創(chuàng)新。作為目前主流的通訊載體，通信領(lǐng)域的新一輪創(chuàng)新將會圍繞著移動通信與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及融合展開。 通信行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)將會走向?qū)拵Щ?、扁平化、多媒體化、綠色化及泛在化。關(guān)鍵詞：無線通信、寬帶化、扁平化、多媒體化、綠色化、泛在化、4G標(biāo)準(zhǔn)正文：一、 寬帶化移動通信邁向?qū)拵Щ?G是當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)化重點工作。1. 概述未來移動通信系統(tǒng)或稱第四代移動通信系統(tǒng)可以在不同的平臺和網(wǎng)絡(luò)中提供無線服務(wù)，可以在任何地方寬帶接

2、入互聯(lián)網(wǎng)，能夠提供信息通信之外的定位定時、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。簡單來說，4G就是能夠解決目前3G系統(tǒng)不足的下一代系統(tǒng)。1999年成立了ITU-R的WP8F工作組，其主要任務(wù)是負(fù)責(zé)3G未來發(fā)展和超3G的研究。在2001年10月在日本舉行的第六次會議上討論提出了“IMT-2000未來發(fā)展及超IMT-2000的遠(yuǎn)景框架與總目標(biāo)（IMT-VIS）”，該文件定義的目標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸速率為：IMT-2000的未來發(fā)展在2005年左右實現(xiàn)最高約30Mbit/s的速率，而超3G（IMT-advanced）在2010年左右高速移動環(huán)境支持最高100Mbit/s的速率，在低速移動環(huán)境達(dá)到1Gbit/s的速率。

3、2. 第四代移動通信系統(tǒng)的特征4G系統(tǒng)應(yīng)該具有下面的特征：a. 通信速率更高專家稱，4G的實際速率將達(dá)到1020Mbit/s，最高可達(dá)100Mbit/s。b. 網(wǎng)絡(luò)占用頻譜更寬據(jù)研究，每個4G信道將占用100MHz的頻譜，相當(dāng)于WCDMA 3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。c. 通信終端更加靈活4G終端的功能已不能簡單劃歸“電話機(jī)”的范疇，因為語音數(shù)據(jù)的傳輸只是4G移動電話的功能之一。而且4G終端的外觀和樣式上將有驚人的突破，可以想象，眼鏡、手表、鞋都有可能是終端。d. 智能性能更高這里不僅指4G終端設(shè)備的設(shè)計和操作上，更重要的是4G終端可以實現(xiàn)許多難以想象的功能。e. 兼容性能更高，過渡更平穩(wěn)為了讓更多的用

4、戶在投資更少的情況下平穩(wěn)地過渡到4G系統(tǒng)，4G通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備全球漫游、接口開放、能跟多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、終端多樣化以及能從3G平穩(wěn)過渡等特點。f. 高質(zhì)量的多媒體通信 4G通信系統(tǒng)提供的寬帶無線多媒體通信服務(wù)將包括語音、數(shù)據(jù)、影像等多種業(yè)務(wù)應(yīng)用。g. 通信費用更加便宜4G通信與其他技術(shù)相比，部署起來容易迅速得多，同時在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，通信運營商們將考慮直接在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施之上，采用逐步引入的方法，這樣就能夠有效地降低運營成本。 3.第四代移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)a. 新的調(diào)制技術(shù)新的調(diào)制技術(shù)要求數(shù)據(jù)速率從2Mbit/s提高到100Mbit/s，對全速移動用戶能夠提供150Mbit/s

5、的高質(zhì)量影像服務(wù)。第三代移動通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術(shù)，而第四代移動通信系統(tǒng)采用的OFDM技術(shù)最受矚目，OFDM是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)。b. 軟件無線電技術(shù)軟件無線電技術(shù)可使移動終端和基站從3G到4G的發(fā)展速度大大加快，系統(tǒng)升級變得十分便捷。軟件無線電是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過一個通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現(xiàn)各種類型的無線電通信系統(tǒng)的一種具有開放式結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。其核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶A/D和D/A變換器，并盡可能多的用軟件來定義無線功能，各種信號處理和功能都盡可能用軟件來實現(xiàn)，其軟件系統(tǒng)包括各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信號流變換軟件、調(diào)制解

6、調(diào)算法軟件、信道糾錯編碼軟件、信源編碼軟件等。c. 智能天線系統(tǒng)智能天線原名自適應(yīng)天線陣列（AAA，Adaptive Antenna Array），最初應(yīng)用于雷達(dá)、聲納等軍事方面，主要用來完成空間濾波和定位，大家熟悉的相控陣?yán)走_(dá)就是一種較簡單的自適應(yīng)天線陣。智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，用于移動通信，既可改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量，其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發(fā)信機(jī)來實現(xiàn)射頻信號的接收和發(fā)射，同時，通過基帶數(shù)字信號處理器，對各個天線鏈路上接收到的信號按一定算法進(jìn)行合并，實現(xiàn)上行波束賦形。目前，智能天線的工作方式主要有兩種：全自適應(yīng)方式和基于預(yù)

7、多波束的波束切換方式。由于全自適應(yīng)方式的缺陷，提出了基于預(yù)多波束的波束切換方式。后者更容易實現(xiàn)，實際上我們將其看做是介于扇形天線與自適應(yīng)天線間的一種技術(shù)，也是未來智能天線技術(shù)發(fā)展的方向。d. 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 4G系統(tǒng)要滿足3G不能達(dá)到的高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要，應(yīng)能與寬帶IP網(wǎng)絡(luò)、寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（B-ISDN）和異步傳送模式兼容，實現(xiàn)多媒體通信，形成綜合寬帶通信網(wǎng)。 二、 扁平化（一）無線接入網(wǎng)的扁平化 無線接入網(wǎng)的基站控制器作為功能實體將消失，其相應(yīng)功能將下移到基站和核心網(wǎng),無線網(wǎng)絡(luò)要求自身具備SON 功能（二）核心網(wǎng)的扁平化過程 核心網(wǎng)在扁平化過程中，需有效提供語音業(yè)務(wù)核心網(wǎng)扁平化

8、過程中的關(guān)鍵技術(shù)研究重點1、 云計算 云技術(shù)可以有效降低Capex和Opex。云技術(shù)可以改造業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。 云技術(shù)可以在未來互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)競爭上提供成本優(yōu)勢。2、 M2M 通過M2M平臺可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備經(jīng)營、流量經(jīng)營、平臺經(jīng) 營、業(yè)務(wù)經(jīng)營。 3、 業(yè)務(wù)整合 富通信套件RCS融合消息業(yè)務(wù)CPM融合地址簿CAB三、 多媒體化無線寬帶能力的快速提升，多媒體向移動網(wǎng)滲透的步伐也逐步加快近年來，隨著寬帶技術(shù)的發(fā)展，寬帶用戶的數(shù)量急劇上升。寬帶為何如此受歡迎?原因之一是用戶可以得到多種寬帶服務(wù)，其中以影視服務(wù)為主的寬帶流媒體服務(wù)最引人矚目。目前，寬帶用戶基本上都是通過PC機(jī)接入寬帶網(wǎng)絡(luò)，而我國電視機(jī)的普及

9、率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PC機(jī)，如果能把寬帶流媒體服務(wù)擴(kuò)展到機(jī)頂盒，使電視用戶也能享受到寬帶帶來的好處，這將給運營商帶來極大的商機(jī)。IPTV技術(shù)正是為實現(xiàn)這一目標(biāo)而發(fā)展起來的。 IPTV即網(wǎng)絡(luò)電視，它是利用IP寬帶網(wǎng)絡(luò)，以“電視機(jī)+機(jī)頂盒”為主要終端設(shè)備，為用戶提供包括電視節(jié)目在內(nèi)的互動多媒體服務(wù)的寬帶增值業(yè)務(wù)。IPTV能提供點播、廣播/直播、視頻通信、短信/彩信、信息服務(wù)、游戲等業(yè)務(wù)。 IPTV技術(shù)是一項系統(tǒng)技術(shù)，主要包括音視頻編解碼技術(shù)、流媒體傳送技術(shù)、寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、IP機(jī)頂盒技術(shù)等。 1、音視頻編解碼技術(shù) IPTV音視頻編解碼技術(shù)在整個系統(tǒng)中處于重要地位，IPTV作為IP網(wǎng)絡(luò)上的視頻應(yīng)用，對音視

10、頻編解碼有很高的要求。首先，編碼要有高的壓縮效率和好的圖像質(zhì)量，壓縮效率越高，傳輸占用帶寬越?。粓D像質(zhì)量越高，用戶體驗則越好。其次，IPTV平臺應(yīng)能兼容不同編碼標(biāo)準(zhǔn)的媒體文件，以適應(yīng)今后業(yè)務(wù)的發(fā)展。最后，要求終端支持多種編碼格式或具備解碼能力在線升級功能。 目前主流的視頻編碼格式有以下幾種：MPEG-2(ISO/EC 13818-2)、MPEG-4 Part 2(ISO/IEC14496-2)、H.264/AVC(即MPEG-4 Part10)、微軟的WMV-9、Real公司的視頻格式，前三者為公開的國際標(biāo)準(zhǔn)，后兩者為企業(yè)的私有標(biāo)準(zhǔn)。 MPEG-2是DVD標(biāo)準(zhǔn)之一，編碼比較簡單，以TS(Tra

11、nsport Stream)流方式傳輸為主。MPEG-4 Part 2標(biāo)準(zhǔn)開放，同等條件下的編碼復(fù)雜度是MPEG-2的3倍，圖像質(zhì)量是MPEG-2的1.53倍。H.264是3GPP編碼標(biāo)準(zhǔn)之一，也是HD-DVD存儲格式之一，同等條件下的編碼復(fù)雜度是MPEG-2的4倍，圖像質(zhì)量是MPEG-2的48倍。微軟的WMV-9是HD-DVD存儲格式之一，同等條件下的編碼復(fù)雜度是MPEG-2的1.52倍，圖像質(zhì)量是MPEG-2的1.53倍。Real公司的視頻格式是在窄帶(主要的互聯(lián)網(wǎng))上進(jìn)行多媒體傳輸?shù)膲嚎s編碼技術(shù)。 H.264具有高的編碼效率和圖像質(zhì)量，代表了編解碼技術(shù)的發(fā)展方向。同時，由于標(biāo)準(zhǔn)的開放性以

12、及獲得了3GPP、DVD Forum的支持，H.264已被大多數(shù)運營商和產(chǎn)業(yè)界看好，它將成為IPTV乃至互聯(lián)網(wǎng)上其他視頻業(yè)務(wù)的編碼標(biāo)準(zhǔn)。 2、流媒體傳送技術(shù) IPTV的核心業(yè)務(wù)是數(shù)字音視頻流業(yè)務(wù)，流媒體傳送技術(shù)相當(dāng)重要，如果傳送技術(shù)高效可靠，不僅可以節(jié)約系統(tǒng)帶寬，還可以減輕系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，使系統(tǒng)得到優(yōu)化。通常，IPTV系統(tǒng)中流媒體的傳送方式隨用戶接收方式不同而不同。從終端用戶看主要有點播和廣播兩種接收方式。 2.1點播接收方式下流媒體傳送 點播接收具有個性化，接收的內(nèi)容和時間取決于用戶喜好，具有實時交互特點。同時，點播業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求也很大，為了避免大量消耗骨干帶寬，同時保證服務(wù)質(zhì)量，要求IP網(wǎng)

13、絡(luò)能有效地將視頻流推送到用戶接入網(wǎng)絡(luò)，使用戶盡可能就近訪問。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN)就能提供這種支持。 CDN是一個建立并覆蓋在互聯(lián)網(wǎng)上的特殊網(wǎng)絡(luò)，通過互聯(lián)網(wǎng)高效傳遞豐富的多媒體內(nèi)容。它把流媒體內(nèi)容從源服務(wù)器復(fù)制分發(fā)到最靠近終端用戶的緩存服務(wù)器上，當(dāng)終端用戶請求某個業(yè)務(wù)時，由最靠近請求來源地的緩存服務(wù)器提供服務(wù)。如果緩存服務(wù)器中沒有用戶要訪問的內(nèi)容，CDN會根據(jù)配置自動到源服務(wù)器中，抓取相應(yīng)的內(nèi)容，提供給用戶。 CDN的實現(xiàn)需要依賴多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，主要包括負(fù)載均衡技術(shù)、動態(tài)內(nèi)容路由、高速緩存機(jī)制、動態(tài)內(nèi)容分發(fā)與復(fù)制、安全服務(wù)等。 2.2廣播接收方式下流媒體傳送 廣播接收在用戶看來是被動的，用

14、戶對內(nèi)容選擇只限于所提供的頻道，是非交互型的。由于收看廣播的用戶收看的是相同內(nèi)容，為了減少網(wǎng)絡(luò)帶寬浪費，廣播接收方式對IP網(wǎng)絡(luò)提出了組播功能要求。 組播是一種允許一個或多個發(fā)送者(組播源)一次并同時發(fā)送單一的數(shù)據(jù)包到多個接收者的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。組播源把數(shù)據(jù)包發(fā)送到特定組播組，只有屬于該組播組的地址才能接收到數(shù)據(jù)包。在IPTV里，組播源往往僅有一個，即使用戶數(shù)量成倍增長，主干帶寬也不需要隨之增加，因為無論有多少個目標(biāo)地址，在整個網(wǎng)絡(luò)的任何一條主干鏈路上只傳送單一視頻流，即所謂“一次發(fā)送，組內(nèi)廣播”。組播提高了數(shù)據(jù)傳送效率，減少了主干網(wǎng)出現(xiàn)擁塞的可能性。 根據(jù)組播復(fù)制點的位置，組播實現(xiàn)方式分為應(yīng)用層組播

15、、BARS組播和DSLAM組播。 3、寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù) IPTV接入可以充分利用現(xiàn)有寬帶接入技術(shù)，主要有xDSL、FTTx+LAN、Cable Modem等三種。 3.1xDSL 目前，xDSL技術(shù)中最常用的技術(shù)有ADSL和VDSL。 ADSL是上下行傳輸速率不相等的DSL技術(shù)，它在一對雙絞線上提供的下行速率為1.5Mbit/s8Mbit/s，上行速率為16Mbit/s640kbit/s。目前ADSL是我國主要的寬帶接入方式，普通家庭用戶ADSL速率通常在下行1Mbit/s左右，而IPTV需要大約3Mbit/s的下行帶寬，因此，普通用戶ADSL可以通過提速支持IPTV業(yè)務(wù)。 VDSL在一對雙絞

16、線上提供的下行速率為3Mbit/s-52Mbit/s，上行速率為1.5Mbit/s-2.3Mbit/s。因此，VDSL可以更好地支持IPTV業(yè)務(wù)。 3.2FTTx+LAN FTTx技術(shù)是光纖到x的簡稱，它可以是光纖到戶(FTTH)、光纖到局(FTTE)、光纖到配線盒/路邊(FTTC)、光纖到大樓/辦公室(FTTB/O)。 光纖具有很寬的帶寬，可以說，光纖到戶技術(shù)非常有利于開展IPTV業(yè)務(wù)。 3.3Cable Modem Cable Modem接入方式是利用有線電視的同軸電纜傳送數(shù)據(jù)信息，它的上下行速率可高達(dá)48Mbit/s。但Cable Modem是一種總線型的接入方式，同一條電纜上的用戶互相

17、共享帶寬，在密集的住宅區(qū)，若用戶過多，Cable Modem一般難以達(dá)到較為理想的速率。 4、IP機(jī)頂盒技術(shù) IP機(jī)頂盒主要實現(xiàn)3方面的功能：a)與寬帶接入網(wǎng)連接，收發(fā)和處理IP數(shù)據(jù)和視頻流；b)對接收的視頻流進(jìn)行解碼，包括對MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、WMV、Real等編碼格式的解碼，支持視頻點播、電視屏幕顯示、數(shù)字版權(quán)管理等功能；c)支持HTML網(wǎng)頁瀏覽、網(wǎng)絡(luò)游戲等。 IPTV機(jī)頂盒所有功能的實現(xiàn)均基于高性能微處理器，嵌入式操作系統(tǒng)是對芯片實時解碼和純軟件實時解碼應(yīng)用的基本支撐平臺。目前，IPTV機(jī)頂盒的嵌入式操作系統(tǒng)基本上分為嵌入式WinCE和嵌入式Linux兩類。 4.1

18、嵌入式WinCE機(jī)頂盒 WinCE最大特點是其API與Win32兼容，這有利于使用Windows環(huán)境開發(fā)WinCE應(yīng)用，此外，WMV-9播放器還可直接運行于WinCE，許多現(xiàn)成的Windows組件稍加改造就能應(yīng)用于終端上的網(wǎng)絡(luò)管理以及視頻流控制等，這些對DSL低帶寬環(huán)境充分分享Windows Media優(yōu)秀成果而言，不能不說是事半功倍的終端開發(fā)捷徑。 4.2嵌入式Linux機(jī)頂盒 嵌入式Linux機(jī)頂盒以專用的多媒體微處理器為核心，輔以以太接口和視頻接口構(gòu)成系統(tǒng)。多媒體微處理器帶有MPEG-2或MPEG-4實時解碼功能芯片。系統(tǒng)優(yōu)點是：a)視頻處理速度明顯提高，特別適合視頻直播系統(tǒng)應(yīng)用；b)內(nèi)

19、存占用少，硬件結(jié)構(gòu)緊湊，成本不高；c)Linux源代碼公開，有大量免費優(yōu)秀開發(fā)工具和應(yīng)用軟件可用；d)Linux操作系統(tǒng)非常穩(wěn)定，內(nèi)核精悍，運行所需資源少，并有優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能，支持的硬件數(shù)量龐大。高性價比是其最大特色。 綠色化綠色是新一代通信系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵要素（一） 綠色基站關(guān)鍵創(chuàng)新點 n RoFn 協(xié)同n 高效功放n 多模基帶（二） 無線系統(tǒng)的綠色化技術(shù)n 網(wǎng)絡(luò)扁平化n 基站功率降低n 基站工藝改進(jìn)n 功放效率提升n 塔放和美化設(shè)計n 多制式統(tǒng)一n 再生能源的使用n 分布式天線n 多制式BBUn 多天線、多基站協(xié)調(diào)n 功放的自動關(guān)啟n 軟件無線電n 自動配置和優(yōu)化n 中繼站的使用四、 泛在化

20、泛在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用繁多，但歸根結(jié)底是以下主要業(yè)務(wù)功能的組合： 數(shù)據(jù)監(jiān)測（包括事件） 遠(yuǎn)程控制 數(shù)據(jù)處理 與傳統(tǒng)通信業(yè)務(wù)及其他業(yè)務(wù)相結(jié)合對網(wǎng)絡(luò)具有一定的普遍基本功能需求： 接入控制和鑒權(quán) 安全性保證 業(yè)務(wù)請求的路由 連接性管理、故障管理 會話管理以及QoS保證完整的泛在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供還依賴于更多功能的提供： 終端的配置與管理（遠(yuǎn)程APP管理、DM等） 大量數(shù)據(jù)的存儲與分析泛在網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 系統(tǒng)架構(gòu) 標(biāo)識/路由/尋址 多種接入技術(shù)的無縫支持 簽約管理 設(shè)備管理 業(yè)務(wù)控制與連接管理 QoS控制 互聯(lián)互通 安全性 計費 管制要求 應(yīng)用層接口和協(xié)議結(jié)束語：隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和社會交流的日益增多，通信業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位越來越重要，通信處于基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性的位置，并在此位置上發(fā)揮著越來越重要的作用。通信業(yè)的不斷發(fā)展，對我國的通信技術(shù)水平提出了更高的要求，而通信技術(shù)水平的提高又保證了我國通信業(yè)的持續(xù)發(fā)展。但中國目前通信技術(shù)發(fā)展仍然存在三大問題：1.核心技術(shù)受制于人我國通信技術(shù)在數(shù)字程控交換機(jī)、光傳輸系統(tǒng)、接入網(wǎng)設(shè)備、GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)等方面的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化上取得了突破。