３Ｇ演進型技術標準化進程

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

關鍵詞：長期演進；無線接口演進；3G演進型技術

Abstract: The challenges brought by the broadband wireless access technology to GSM has speeded up the study and standardization of 3G evolution technologies supporting higher speed transmission. 3GPP and 3GPP2 have both launched research programs on the study and standardization of rising 3G evolution technologies. By now， achievements have been made for the Long Term Evolution (LTE) program in respects of key technical indexes of air interface， wireless network architecture and high-level protocols， and for the Air Interface Evolution (AIE) program in respect of the formulation of air interface standards for Layer 2 and upper layers， as well as for the physical layer.

Key words: long term evolution; air interface evolution; 3G evolution technology

基金項目：國家“863 ”計劃項目

(2005AA123410)

移動通信經過“十五”期間的高速發展成為通信行業增長最快的領域。隨著新技術的不斷發展以及市場需求的不斷提高，特別是中國自主創新的時分同步碼分多址(TD-SCDMA)標準及技術的整體研究開發和產業化獲得了突破性進展，如何在新一輪的技術和標準競爭中占據主動，具有深遠的戰略意義。

1 3G演進型技術標準化的背景及業務需求

近年來，寬帶無線接入技術對蜂窩移動通信技術形成了挑戰，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的研究和標準化進程。自2004年底，國際標準組織3GPP和3GPP2均啟動了對3G新一輪演進型技術的研究和標準化工作[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相競爭，3G蜂窩技術正在研究更加具有競爭能力的無線接入接口和網絡架構。3GPP已經確定了增強型3G(E3G)的戰略發展方向、工作計劃和關鍵的技術要求，計劃2006年3月完成主要的E3G技術方案，2007年6月完成全部的規范制訂工作。目前3GPP提出了如下E3G系統業務能力的設計目標：

(1)數據速率和頻譜效率

峰值速率為：下行100 Mb/s，上行50 Mb/s(相應的系統的最大帶寬為

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

系統以分組域業務為主要設計目標，以支持實時性強的業務，降低無線網絡的時延。目前的指標主要是參考IP語音(VoIP)等各種實時業務的服務質量(QoS)要求而得到。同時系統減小了控制平面的狀態轉移時延，有利于改善用戶對于網絡服務的體驗。在用戶數據平面，空中單向時延小于5 ms；在控制平面，用戶從空閑狀態到連接狀態的時延小于100 ms。

(3)覆蓋和移動性

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

(4)面向廣播、多播的MBMS業務

演進系統應該增強對于組播和廣播業務(MBMS)的支持，實現MBMS這種非對稱業務與雙向業務的結合，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空中接口演進側重于：提高數據速率，減少時延，增強QoS能力，維持后向兼容性。

CDMA2000演進目標為：

●提高小區邊緣的用戶吞吐量。

●相對于CDMA2000 1x，提高話音容量。

●增加峰值數據速率和系統容量。長期目標為：前向峰值數據速率范圍為100 Mb/s～1 Gb/s、反向峰值速率達到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，減小系統等待時間，實現更低的終端功耗。

●提高小區覆蓋范圍。

●近期保持兼容。

為了便于目標的實現，滿足不同階段市場的需求，降低技術開發復雜度，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據速率。第一階段已經基本完成，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演進型技術及網絡架構

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用(OFDM)參數設計(如子載波間隔等)和無線幀結構，考慮到時分雙工(TDD)系統共存要求，明確了演進系統在TDD方式下的幀結構與TD-SCDMA系統的兼容性。

●不采用宏分集技術。

●在下行導頻信道、上行信道復用、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果，顯示了與3G系統相比較，E3G有較大程度的性能提高。

●基本確定了無線接入網的傳輸信道和物理信道。

●確定了采用兩層的數據重傳機制。

2.1.1 無線接口的關鍵技術指標

(1)多址方式

在2005年6月份的會議上，3GPP就多址問題結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技術的多址方式，它們的主要區別在于頻分雙工(FDD)與TDD(時分雙工)的區別，以及在上行多址方式上的區別。主要是考慮到傳統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)技術的多址方式，這兩種提案都是在3GPP現有的3G系統，即寬帶碼分多址(WCDMA)和TD-SCDMA的基礎上進行的多載波的演進。

3GPP的演進系統將采用“下行OFDMA，上行SC-FDMA的方式”。作為下一步工作的假設，該決定統一適用于FDD和TDD模式，同時通過的還有3GPP LTE將提供對于TD-SCDMA幀結構的支持，以保證TD-SCDMA系統的演進。

兩種基于CDMA技術的研究方案，即MC TD-SCDMA和MC WCDMA將在通用移動通信系統(UMTS)3G的框架內(如R7標準中)繼續演進，但帶寬限制在5 MHz的范圍內。

(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議，演進系統的網絡結構等若干重要問題。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頻分技術實現多址的，這與現有3G中的CDMA多址機制有著本質的區別。同時演進系統中還將引入HARQ、時頻調度等自適應機制，這些使得在第三代CDMA系統中廣泛使用的宏分集技術在演進系統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系統上將不采用上行宏分集技術。

2.1.2 無線網絡架構

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

在用戶面，決定除MAC層HARQ外，為LTE增加高層的自動重發請求(ARQ)機制，但該ARQ在網絡側的終結點和具體功能仍需研究，目前形成了2種方案：

●HARQ 和高層ARQ都終結在NodeB。

●HARQ終結在NodeB，高層ARQ終結在NodeB以上的網絡單元。

在控制面，根據LTE空閑( Idle)狀態和LTE RRC激活(Active)狀態節點所處的位置不同，形成了3種方案：

●LTE Idle和LTE無線資源控制(RRC) Active都終結在NodeB。

●LTE Idle和LTE RRC Active都終結在NodeB以上的網絡單元。

●LTE RRC Active終結在NodeB，LTE Idle終結在NodeB以上的網絡單元。

同時，在整體的網絡架構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，并將其作為后續研究的起點進行了明確。

在3GPP LTE架構中，無線網絡由基站和LTE網關兩類網絡節點組成，各個節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點是已經達成一致意見的，用虛線勾畫的黃色邏輯節點是尚未達成一致意見的。白色和藍色背景的功能實體，分別代表控制平面和用戶平面功能，其中已經確定下來存在并和邏輯節點有確定關系的實體，被用實線勾畫在節點內；已經確定下來存在，但和邏輯節點尚未確定關系的實體，被用實線勾畫在節點外，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網關分成用戶面和控制面？

●高層ARQ的位置是放在基站還是LTE網關？

●“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”詳細的功能劃分；加密和完整性保護的必要性研究和實現方案。

●詳細的RRC消息結構。

●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分別負責空中接口層二及更高層標準的制訂和空中接口物理層標準的制訂。之前，WG2工作集中于RLP設計、DSC/ACK/DRC信道及FTCMAC、RTCMAC的設計。目前WG3和WG2都已分別完成了階段1物理層和高層的基礎文本，計劃將在2006年上半年發布階段1標準。

目前階段2的技術需求尚在討論中。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月完成標準的發布。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演進型技術標準工作的整體推進狀況

3GPP和3GPP2目前仍在積極推進LTE和AIE的標準，其總體進度要略遲于最初的工作計劃，特別是3GPP全IP網絡結構與現有傳統架構的激烈爭論，使得RAN和核心網絡功能劃分存在很大的不確定性。相信積3GPP和3GPP2多年標準化方面的經驗，會有效地推進關鍵技術的最終選擇。

從無線接口所采用的技術來看，LTE和AIE是以OFDM為主流。但與IEEE 802.16標準進程相比較，在標準最初階段LTE和AIE就更多地考慮了終端峰平比等性能指標和網絡頻率配置和干擾消除方法，以確保移動終端設備的可實施性以及蜂窩網絡的有效組織。同時最大程度地考慮了現有網絡的可利用性。

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TDD技術特性方面的內容(如TD-SCDMA幀結構)，并且TDD頻帶寬度、參數設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間干擾抑制、導頻設計、降低峰平比等技術領域。在AIE項目中，中國文稿主要針對業務需求、無線接口高層協議等方面。

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

4 參考文獻

[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].

收稿日期：2006-01-16

作 者 簡 介

王志勤，信息產業部電信研究院通信標準研究所副所長，信息產業部第三代移動通信技術試驗專家組成員，中國通信標準協會無線技術委員會副主席。長期從事移動通信的研究和實踐工作，主持并負責了多項移動通信行業和企業標準的制訂工作。

林輝，北京郵電大學畢業，現就職于信息產業部電信研究院通信標準研究所，主要從事3G演進和B3G移動通信技術的研究與標準化工作。

杜瀅，北京郵電大學畢業，碩士。現就職于信息產業部電信研究院通信標準研究所無線移動研究室，主要從事CDMA2000空中接口技術的標準化和測試工作，目前側重E3G標準化工作。