解析日本4G研发之路

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日本的4G研究推进体系
日本的4G研究是在政府主导和统一部署下展开的，官产学研各方紧密协作，共同制定发展计划，共同推动科研和产业化工作。图1可以很好地说明日本官产学研各方在4G研究体系中的位置和作用。

图1 日本官产学研各方在4G研究体系中的位置和作用

●日本总务省(MIC)负责4G研究方面的总体部署和协调，推进标准化工作进展和相关国际组织、其他国家政府之间的交流合作等。
●日本国家信息通信技术研究院（NICT）负责相关领域基础通信技术的研发工作。这些基础技术的研究对通信产业的发展的意义重大，但是一般投入大、周期长，因此需要国家研究机构的支持。
●标准化工作由日本的无线工业及商贸联合会（ARIB）来组织进行，在4G领域，该组织设立了高级无线通信研究委员会（ADWICS），并下设IMTAdvanced子委员会，专门负责4G的标准化工作。
●产业界的研究组织工作由移动IT论坛（mITF）负责，运营商、设备商和高等院校等相关机构参与进行。该论坛还负责日本产业界在4G领域和其他国际组织的交流与合作。
在日本，官产学研各方在MIC的领导下，根据国家e-Japan发展战略，统一部署，各负其责，有条不紊地开展了4G的研究、标准化、试验以及国际合作等相关工作，在全球相关领域的影响力不断加大。
政府积极推动4G研究工作
1．国家统筹制定发展计划
日本早在21世纪初就为4G的研发工作制定了详细的发展计划，并作为e-Japan计划的一部分，提升到了国家战略的高度。按照日本的计划，在2005年之前，日本的研究重点在基础通信技术层面，同时积极参与国际标准化工作。2005年之后，4G的研究目标转移到了具体系统实现层面。日本政府为4G研发设定的目标是，到2010年实现比现有传输速率快100倍的移动通信系统。为了实现这一目标，日本政府计划充分利用现有的技术和市场资源，联合公共、私人和研究机构的力量，共同推动4G技术和业务应用向全球领先水平努力。同时加强有效性测试，并积极参与国际标准化工作，力图最终制造出符合国际发展趋势的4G通信系统。

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2．有经费支持的科技项目
MIC的另外一项主要工作是积极推动4G基础研究项目。鼓励产业界、大专院校和公共研究机构联合，辅助NICT承担了多个基础性研究项目。2002年4月-2006年3月间，主要完成以下研究项目。
●超宽带移动通信传输技术：实现在移动中超过100Mbit/s的下行传输速率。
●媒体切换技术：实现在不同的无线通信系统中无缝切换。
●无线安全平台技术：在移动平台上加载先进的认证和安全功能。
2005年10月-2008年3月间主要完成在无线通信系统间实现频率共享的技术：
●认知无线电技术；
●以空间维度为基础提升频率使用效率的技术；
●超导滤波器技术等。
3．推动标准化工作
在MIC的领导下，日本各界积极参与ITU关于下一代移动通信技术的标准化工作。日本政府通过中日韩ICT部长会议，和中国、韩国签署了关于下一代移动通信技术研究工作的合作备忘录，定期召开中日韩下一代移动通信技术会议，探讨和交流相关研究和试验测试工作。
在日本，无线通信领域的标准由无线工业及贸易联合会（ARIB）组织制定，该联合会下设的标准委员会负责无线通信领域的标准制定工作。截止到2006年8月，ARIB已经拥有211个成员，包括20个外国成员。ARIB在下一代移动通信的标准研究制定工作中，组织相关各方沟通和交流，共同完成相关标准制定任务，发挥了积极的作用。
移动IT论坛（mITF）的研究活动
在日本，关于下一代移动通信的很多具体的技术研究工作都是在mITF的组织下完成的。尽管由于近期的改组，mITF在下一代移动通信技术方面的研究力度有所减弱，但依然在业务和应用方面发挥着巨大的作用。
1．移动IT论坛的目标
移动IT论坛于2001年6月25日成立，标准化组织ARIB作为秘书单位负责其日常运作。mITF的宗旨是推动包括4G、移动商务在内的未来移动通信系统的发展，论坛的主要工作内容是进行技术研发以及标准化方面的工作。到2006年8月，mITF已经发展到了普通会员73个，个人会员12个，特别会员2个（ARIB和TTC）的规模。当前mITF的主要工作在IMTAdvanced系统和移动商务领域。
2．mITF的改组
为了推进4G系统的标准化工作和国际接轨，2006年4月，mITF进行了机构调整，把其下设的4G移动通信委员会中的系统子委员会纳入到ARIB下属的高级无线通信研究委员会（ADWICS）的IMTAdvanced子委员会中，在mITF中保留了原有的业务设计和交流协调职能，设置了内容服务委员会和协作组。
其中大会和指导委员会是论坛的领导机构，负责总体协调管理工作。下属的几个子委员会，分别负责移动内容业务设计、移动商务、OMA和合作协调工作。
3、先进无线通信研究委员会（ADWICS）的目标和职责
之所以在ARIB下成立ADWICS，最主要的目的是和国际接轨。ADWICS的任务有两个，第一是研究先进移动通信系统的相关技术问题，在研究的过程中需要和日本和其他国家的相关研究机构展开充分的沟通和合作；第二个目标是积极参与先进移动通信系统的国际标准制订工作。ADWICS由指导委员会，IMT-2000子委员会、IMTAdvanced子委员会和BWA子委员会组成。
4．输出成果
目前，mITF已经完成了下一代移动通信技术的远景、系统要求和技术分析三个文件。远景文件又名“飞毯(FlyingCarpet)”描述了未来社会中无线通信技术的地位和作用。系统需求文件从业务、业务平台、核心网和无线技术四个部分分析了下一代移动通信系统的需求。技术分析文件从无线技术和终端要求两个方面对下一代移动网络技术进行了分析。
日本企业的4G研发活动
运营企业对4G的研发力度大是日本4G研发工作最大的一个特点。尤其是日本最大的移动运营商-NTT DoCoMo公司，在下一代移动通信技术领域争取全球主导地位似乎已经被确定该公司的一个核心战略。其他运营企业和设备企业开展了相应的研究工作。

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1．NTTDoCoMo
自2000年11月起，DoCoMo就开始研究下一代移动通信技术。2002年3月，NTTDoCoMo公司在东京郊区的试验室中建立一个下一代移动通信试验网络。该网络的空中接口采用了基于可变扩展因子技术的正交频率和码分复用技术（VSF/OFCDM）。在像OFDM一样采用多载波的同时，进行与CDMA相同的扩频处理来增大容量。其最大的特点在于可以根据具体的通信业务来改变时间方向与频率方向上的扩频系数。这样，就可以在类似热点的孤立区域，通过降低扩频系数来优先增大传输速率，而在用户众多的情况下，能够提高扩频系数、增加系统容量。此次试验显示，此系统在下行方向上，可以确保最大100Mbit/s的数据传输速度。
2003年5月28日，NTTDoCoMo于宣布开始进行第四代移动通信系统的无线接入系统的户外试验。此次户外试验是上次室内试验的后续试验。在此次试验中，日本NTTDoCoMo公司已经通过4+4和6+6天线MIMO技术在100MHz带宽下分别验证了1Gbit/s（室外试验）和2.5Gbit/s的峰值传输速度。
2006年12月25日，NTTDoCoMo表示，公司已经成功地以接近5Gbit/s的数据传输速度向一个移动速度为每小时10公里的接收装置传输了数据。
尽管在试验状态下已经实现了极高的传输速度，但是目前的下一代移动通信技术离实际商用还有很大的差距。NTTDoCoMo曾计划于2010年前后在日本部署下一代移动通信技术，但后来又表示，准备在转向新技术之前进一步提高其WCDMA3G网络的速度，以便现有3G网络能够更好向下一代移动通信技术技术演进。为此，NTTDoCoMo提出Super 3G计划，希望依靠LTE技术，实现从WCDMA向IMT Advanced的演进。
2．KDDI
尽管KDDI公司在4G技术的研发上还处于起步阶段，但是它也提出了自己向下一代网络演进的“Ultra3G”计划（如图2所示），希望综合利用现有的包括802.16e在内的各种先进通信技术，使自己的网络能够占据向下一代网络演进的有利地位。该计划包括两部分内容：新一代cdma2000网络和无线通信和固定通信的融合网络。

图2  KDDI的 “Ultra3G”计划的结构图

其中，新一代cdma2000的目标是：采用IPv6技术从MPLS核心网过渡到全IP网，提供话音、数据和多媒体服务。接入网采用多种接入方式，其下行数据传输速度达到100Mbit/s～1Gbit/s、上行速度达到50Mbit/s，增加语音通信容量，提高频率利用效率，缩短连接时间等，并且可与当前的系统兼容。KDDI表示，该公司提案的新一代CDMA标准，已经得到了29家亚洲、北美的主要手机运营商和全球著名通信设备厂商的支持。
除新一代cdma2000之外，KDDI还构筑包括无线通信网络（当前的CDMA网络、无线网络、IEEE802.16e）和有线通信网络（ADSL、FTTH等）在内的综合网络，并在此基础上作为全业务运营商为用户提供多项数据业务。
结语
日本在全球4G研发活动中走在了前列，这和日本积极推动技术领先的通信产业发展战略有很大的关系。实践证明，在国家层面的e-Japan计划的指导下，由政府MIC主导，官产学研联合共同推进4G技术的研发和试验，是日本4G研发工作顺利开展的有效模式。此外，日本的运营商着眼于全球市场，在先进技术研发方面舍得投入巨资，积极参与下一代移动通信技术的国际标准化工作，也是日本4G研发工作的一大亮点。
总之，日本政府和企业在组织下一代移动通信网络研究工作中的很多思路和做法都是可圈可点的，非常值得我国相关部门和企业研究和借鉴。

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