3G演進型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進程

 
摘要：寬帶無線接入技術(shù)對蜂窩移動通信技術(shù)形成了挑戰(zhàn)，加快了對更高傳輸速率的第三代移動通信演進型技術(shù)的研究和標(biāo)準(zhǔn)化進程。國際標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP和3GPP2均啟動了對3G新一輪演進型技術(shù)的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。目前3GPP長期演進(LTE)項目在無線接口的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及高層協(xié)議方面取得了進展，3GPP2無線接口演進(AIE)項目在空中接口層二(L2)及更高層標(biāo)準(zhǔn)的制訂、空中接口物理層標(biāo)準(zhǔn)的制訂方面取得了進展。

關(guān)鍵詞：長期演進；無線接口演進；3G演進型技術(shù) 

　　移動通信經(jīng)過“十五”期間的高速發(fā)展成為通信行業(yè)增長最快的領(lǐng)域。隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展以及市場需求的不斷提高，特別是中國自主創(chuàng)新的時分同步碼分多址(TD-SCDMA)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)的整體研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化獲得了突破性進展，如何在新一輪的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)競爭中占據(jù)主動，具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

1 3G演進型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的背景及業(yè)務(wù)需求

　　近年來，寬帶無線接入技術(shù)對蜂窩移動通信技術(shù)形成了挑戰(zhàn)，加快了對具有更高傳輸速率的第三代移動通信演進型技術(shù)的研究和標(biāo)準(zhǔn)化進程。自2004年底，國際標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP和3GPP2均啟動了對3G新一輪演進型技術(shù)的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作[1-3]。

　　1.1 3GPP長期演進項目

　　3GPP R6引入了高速下行分組接入(HSDPA)和高速上行分組接入(HSUPA)。為了和WiMAX等寬帶無線接入技術(shù)相競爭，3G蜂窩技術(shù)正在研究更加具有競爭能力的無線接入接口和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。3GPP已經(jīng)確定了增強型3G(E3G)的戰(zhàn)略發(fā)展方向、工作計劃和關(guān)鍵的技術(shù)要求，計劃2006年3月完成主要的E3G技術(shù)方案，2007年6月完成全部的規(guī)范制訂工作。目前3GPP提出了如下E3G系統(tǒng)業(yè)務(wù)能力的設(shè)計目標(biāo)：

　　(1)數(shù)據(jù)速率和頻譜效率

　　峰值速率為：下行100 Mb/s，上行50 Mb/s(相應(yīng)的系統(tǒng)的最大帶寬為20 MHz，頻譜效率為下行5 b/s/Hz、上行為2.5 b/s/Hz)；支持成對(Paired)和不成對(Unpaired)的頻譜分配。

　　(2)時延

　　系統(tǒng)以分組域業(yè)務(wù)為主要設(shè)計目標(biāo)，以支持實時性強的業(yè)務(wù)，降低無線網(wǎng)絡(luò)的時延。目前的指標(biāo)主要是參考IP語音(VoIP)等各種實時業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求而得到。同時系統(tǒng)減小了控制平面的狀態(tài)轉(zhuǎn)移時延，有利于改善用戶對于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的體驗。在用戶數(shù)據(jù)平面，空中單向時延小于5 ms；在控制平面，用戶從空閑狀態(tài)到連接狀態(tài)的時延小于100 ms。

　　(3)覆蓋和移動性

　　小區(qū)覆蓋半徑在5 km以下時，應(yīng)該滿足長期演進(LTE)項目的所有性能要求，支持小于30 km的小區(qū)覆蓋能力，但允許有一定的性能損失。演進系統(tǒng)應(yīng)支持終端在整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的移動性，優(yōu)化對低速移動用戶的服務(wù)，提供高移動速度能力。

　　(4)面向廣播、多播的MBMS業(yè)務(wù)

　　演進系統(tǒng)應(yīng)該增強對于組播和廣播業(yè)務(wù)(MBMS)的支持，實現(xiàn)MBMS這種非對稱業(yè)務(wù)與雙向業(yè)務(wù)的結(jié)合，以及MBMS在非對稱頻段的使用。

　　1.2 3GPP2無線接口演進項目

　　3GPP2目前也啟動了E3G的研究工作。CDMA2000空中接口演進側(cè)重于：提高數(shù)據(jù)速率，減少時延，增強QoS能力，維持后向兼容性。

　　CDMA2000演進目標(biāo)為：

　　*提高小區(qū)邊緣的用戶吞吐量。 

　　*相對于CDMA2000 1x，提高話音容量。 

　　增加峰值數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)容量。 

　　長期目標(biāo)為： 

　　*前向峰值數(shù)據(jù)速率范圍為100 Mb/s～1 Gb/s、反向峰值速率達(dá)到50 Mb/s。 

　　*支持20 MHz帶寬的分配(以1.25 MHz為單位)。 

　　*增加頻率效率，減小系統(tǒng)等待時間，實現(xiàn)更低的終端功耗。 

　　*提高小區(qū)覆蓋范圍。 

　　*近期保持兼容。 

　　為了便于目標(biāo)的實現(xiàn)，滿足不同階段市場的需求，降低技術(shù)開發(fā)復(fù)雜度，3GPP2初步確定將CDMA2000無線接口演進(AIE)項目分為兩個階段：第一階段為多載波CDMA2000空中接口，立足于快速市場化進程，滿足近期市場的需求。主要基于現(xiàn)有的CDMA2000 1x EV-DO，通過合并多個CDMA2000 1x EV-DO載波來提供更高的分組數(shù)據(jù)速率。第一階段已經(jīng)基本完成，將在2006年3月正式出版。第二階段增強CDMA2000將在2007年6月完成。

2 3G演進型技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　2.1 3GPP長期演進項目進展

　　3GPP LTE目前取得的主要進展包括：

　　*物理層的多址方式，采用下行正交頻分多址(OFDMA)、上行SC-SFDMA的方案。 

　　*對上下行正交頻分復(fù)用(OFDM)參數(shù)設(shè)計(如子載波間隔等)和無線幀結(jié)構(gòu)，考慮到時分雙工(TDD)系統(tǒng)共存要求，明確了演進系統(tǒng)在TDD方式下的幀結(jié)構(gòu)與TD-SCDMA系統(tǒng)的兼容性。 

　　*不采用宏分集技術(shù)。 

　　*在下行導(dǎo)頻信道、上行信道復(fù)用、上行同步機制、混合自動重傳(HARQ)、隨機接入的討論上取得了顯著進展。 

　　*給出了初步的性能評估結(jié)果，顯示了與3G系統(tǒng)相比較，E3G有較大程度的性能提高。 

　　*基本確定了無線接入網(wǎng)的傳輸信道和物理信道。 

　　*確定了采用兩層的數(shù)據(jù)重傳機制。


　　2.1.1 無線接口的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

　　(1)多址方式

　　在2005年6月份的會議上，3GPP就多址問題結(jié)束了候選提案的征集階段，共確定了6種備選的多址方式，有4種是采用基于OFDM技術(shù)的多址方式，它們的主要區(qū)別在于頻分雙工(FDD)與TDD(時分雙工)的區(qū)別，以及在上行多址方式上的區(qū)別。主要是考慮到傳統(tǒng)OFDM信號的功率峰均比對于終端耗電以及功放成本等方面的影響。在下行基本確定采用OFDMA的多址方式的同時，有相當(dāng)一部分公司建議在上行采用單載波頻分多址(SC-FDMA)方案。另外還有兩種基于碼分多址(CDMA)技術(shù)的多址方式，這兩種提案都是在3GPP現(xiàn)有的3G系統(tǒng)，即寬帶碼分多址(WCDMA)和TD-SCDMA的基礎(chǔ)上進行的多載波的演進。

　　3GPP的演進系統(tǒng)將采用“下行OFDMA，上行SC-FDMA的方式”。作為下一步工作的假設(shè)，該決定統(tǒng)一適用于FDD和TDD模式，同時通過的還有3GPP LTE將提供對于TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)的支持，以保證TD-SCDMA系統(tǒng)的演進。

　　兩種基于CDMA技術(shù)的研究方案，即MC TD-SCDMA和MC WCDMA將在通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)3G的框架內(nèi)(如R7標(biāo)準(zhǔn)中)繼續(xù)演進，但帶寬限制在5 MHz的范圍內(nèi)。

　　(2)宏分集

　　是否采用上行宏分集的問題除了直接影響到物理層方案外，還涉及到空間接口高層協(xié)議，演進系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等若干重要問題。因為在物理層所有的候選提案中，除了兩種多載波CDMA提案以外，其他的提案都是基于OFDM頻分技術(shù)實現(xiàn)多址的，這與現(xiàn)有3G中的CDMA多址機制有著本質(zhì)的區(qū)別。同時演進系統(tǒng)中還將引入HARQ、時頻調(diào)度等自適應(yīng)機制，這些使得在第三代CDMA系統(tǒng)中廣泛使用的宏分集技術(shù)在演進系統(tǒng)中的作用沒有以前那么顯著。2005年12月3GPP RAN 30次全會以示意性表決的形式確定了在LTE系統(tǒng)上將不采用上行宏分集技術(shù)。

　　2.1.2 無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　在無線接入網(wǎng)絡(luò)(RAN)架構(gòu)的控制面和用戶面，在多種方案互相融合之后，分別形成了一些可能的方案，并準(zhǔn)備作為后續(xù)工作的起點，開展相應(yīng)的研究。

　　在用戶面，決定除MAC層HARQ外，為LTE增加高層的自動重發(fā)請求(ARQ)機制，但該ARQ在網(wǎng)絡(luò)側(cè)的終結(jié)點和具體功能仍需研究，目前形成了2種方案：

　　*HARQ 和高層ARQ都終結(jié)在NodeB。 

　　*HARQ終結(jié)在NodeB，高層ARQ終結(jié)在NodeB以上的網(wǎng)絡(luò)單元。 

　　在控制面，根據(jù)LTE空閑( Idle)狀態(tài)和LTE RRC激活(Active)狀態(tài)節(jié)點所處的位置不同，形成了3種方案：

　　*LTE Idle和LTE無線資源控制(RRC) Active都終結(jié)在NodeB。 

　　*LTE Idle和LTE RRC Active都終結(jié)在NodeB以上的網(wǎng)絡(luò)單元。 

　　*LTE RRC Active終結(jié)在NodeB，LTE Idle終結(jié)在NodeB以上的網(wǎng)絡(luò)單元。 

　　同時，在整體的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面以及無線資源管理功能的分布方面，3GPP LTE也在一定程度上形成了傾向性的意見，并將其作為后續(xù)研究的起點進行了明確。

　　在3GPP LTE架構(gòu)中，無線網(wǎng)絡(luò)由基站和LTE網(wǎng)關(guān)兩類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成，各個節(jié)點上的各個功能實體，可以參見圖1。



　　圖1中，用實線勾畫的黃色邏輯節(jié)點是已經(jīng)達(dá)成一致意見的，用虛線勾畫的黃色邏輯節(jié)點是尚未達(dá)成一致意見的。白色和藍(lán)色背景的功能實體，分別代表控制平面和用戶平面功能，其中已經(jīng)確定下來存在并和邏輯節(jié)點有確定關(guān)系的實體，被用實線勾畫在節(jié)點內(nèi)；已經(jīng)確定下來存在，但和邏輯節(jié)點尚未確定關(guān)系的實體，被用實線勾畫在節(jié)點外，箭頭指明它可能存在的位置。

　　在下一步工作中還要進一步明確和解決的問題有：

　　*是否要將LTE網(wǎng)關(guān)分成用戶面和控制面？ 

　　*高層ARQ的位置是放在基站還是LTE網(wǎng)關(guān)？ 

　　*“RRC上面部分”和“RRC下面部分”2個實體共同完成RRC功能，需要解決的問題有：“RRC上面部分”和“RRC下面部分”詳細(xì)的功能劃分；加密和完整性保護的必要性研究和實現(xiàn)方案。 

　　*詳細(xì)的RRC消息結(jié)構(gòu)。 

　　*UE測量配置是放在“RRC上面部分”還是“RRC下面部分”？ 

　　2.2 3GPP2無線接口演進項目進展

　　3GPP2空中接口演進工作主要分為兩個階段：(階段1)和(階段2)。

　　階段1的工作主要集中在第2工作組(WG2)和第3工作組(WG3)進行。WG2和WG3分別負(fù)責(zé)空中接口層二及更高層標(biāo)準(zhǔn)的制訂和空中接口物理層標(biāo)準(zhǔn)的制訂。之前，WG2工作集中于RLP設(shè)計、DSC/ACK/DRC信道及FTCMAC、RTCMAC的設(shè)計。目前WG3和WG2都已分別完成了階段1物理層和高層的基礎(chǔ)文本，計劃將在2006年上半年發(fā)布階段1標(biāo)準(zhǔn)。

　　目前階段2的技術(shù)需求尚在討論中。在2005年10月份的會議上，WG3基本確定了階段2的工作計劃：2005年12月形成最終的階段2技術(shù)需求，框架建議提交的最后期限為2006年3月，2006年10月階段2截止，2006年12月階段3截止，2007年4月完成標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布。另外，多個公司提交了大量的階段2仿真方法方面的文稿。

3 3G演進型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作的整體推進狀況

　　3GPP和3GPP2目前仍在積極推進LTE和AIE的標(biāo)準(zhǔn)，其總體進度要略遲于最初的工作計劃，特別是3GPP全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有傳統(tǒng)架構(gòu)的激烈爭論，使得RAN和核心網(wǎng)絡(luò)功能劃分存在很大的不確定性。相信積3GPP和3GPP2多年標(biāo)準(zhǔn)化方面的經(jīng)驗，會有效地推進關(guān)鍵技術(shù)的最終選擇。

　　從無線接口所采用的技術(shù)來看，LTE和AIE是以O(shè)FDM為主流。但與IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)進程相比較，在標(biāo)準(zhǔn)最初階段LTE和AIE就更多地考慮了終端峰平比等性能指標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)頻率配置和干擾消除方法，以確保移動終端設(shè)備的可實施性以及蜂窩網(wǎng)絡(luò)的有效組織。同時最大程度地考慮了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的可利用性。

　　中國在LTE和AIE項目中取得了一定的成果。2005年12月中國在3GPP LTE項目中提交了190篇文稿，其中28篇被接受；在3GPP2 AIE項目中，中國提交20篇文稿，其中10篇被接受。在LTE項目多址方式選擇過程中，加入了中國的有關(guān)TDD技術(shù)特性方面的內(nèi)容(如TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu))，并且TDD頻帶寬度、參數(shù)設(shè)計等方面的文稿被會議接受。

　　中國其他被接受文稿主要集中在小區(qū)間干擾抑制、導(dǎo)頻設(shè)計、降低峰平比等技術(shù)領(lǐng)域。在AIE項目中，中國文稿主要針對業(yè)務(wù)需求、無線接口高層協(xié)議等方面。

　　目前3GPP和3GPP2的標(biāo)準(zhǔn)化工作還處于中間階段，技術(shù)內(nèi)容不斷細(xì)化。到2006年6月之前，3GPP LTE將完成主要的技術(shù)內(nèi)容確定；2006年3月3GPP2將最終明確候選技術(shù)方案的最后期限。中國將采用原創(chuàng)、二次創(chuàng)新等多種方式，充分發(fā)揮寬帶無線移動專家組的平臺作用，繼續(xù)做好3G演進型技術(shù)的科技創(chuàng)新以及標(biāo)準(zhǔn)化的推進工作。

4 參考文獻(xiàn)

　　[1] 3GPP TR 25.913 V7.1.0 Requirements for EUTRA and UTRAN[S].

　　[2] 3GPP TR25.814 V0.5.0 Physical Layer Aspects for EUTRA[S].

　　[3] 3GPP TR25.813 V0.1.0 EUTRA and EUTRAN Radio Interface Protocol Aspects[S].