3G演進(jìn)型技術(shù)標準化進(jìn)程

 
摘要：寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)對蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)形成了挑戰，加快了對更高傳輸速率的第三代移動(dòng)通信演進(jìn)型技術(shù)的研究和標準化進(jìn)程。國際標準組織3GPP和3GPP2均啟動(dòng)了對3G新一輪演進(jìn)型技術(shù)的研究和標準化工作。目前3GPP長(cháng)期演進(jìn)(LTE)項目在無(wú)線(xiàn)接口的關(guān)鍵技術(shù)指標、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構及高層協(xié)議方面取得了進(jìn)展，3GPP2無(wú)線(xiàn)接口演進(jìn)(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(jìn)展。

關(guān)鍵詞：長(cháng)期演進(jìn)；無(wú)線(xiàn)接口演進(jìn)；3G演進(jìn)型技術(shù) 

　　移動(dòng)通信經(jīng)過(guò)“十五”期間的高速發(fā)展成為通信行業(yè)增長(cháng)最快的領(lǐng)域。隨著(zhù)新技術(shù)的不斷發(fā)展以及市場(chǎng)需求的不斷提高，特別是中國自主創(chuàng )新的時(shí)分同步碼分多址(TD-SCDMA)標準及技術(shù)的整體研究開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化獲得了突破性進(jìn)展，如何在新一輪的技術(shù)和標準競爭中占據主動(dòng)，具有深遠的戰略意義。

1 3G演進(jìn)型技術(shù)標準化的背景及業(yè)務(wù)需求

　　近年來(lái)，寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)對蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)形成了挑戰，加快了對具有更高傳輸速率的第三代移動(dòng)通信演進(jìn)型技術(shù)的研究和標準化進(jìn)程。自2004年底，國際標準組織3GPP和3GPP2均啟動(dòng)了對3G新一輪演進(jìn)型技術(shù)的研究和標準化工作[1-3]。

　　1.1 3GPP長(cháng)期演進(jìn)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(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)接入接口和網(wǎng)絡(luò )架構。3GPP已經(jīng)確定了增強型3G(E3G)的戰略發(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月完成全部的規范制訂工作。目前3GPP提出了如下E3G系統業(yè)務(wù)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(shí)延

　　系統以分組域業(yè)務(wù)為主要設計目標，以支持實(shí)時(shí)性強的業(yè)務(wù)，降低無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的時(shí)延。目前的指標主要是參考IP語(yǔ)音(VoIP)等各種實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求而得到。同時(shí)系統減小了控制平面的狀態(tài)轉移時(shí)延，有利于改善用戶(hù)對于網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的體驗。在用戶(hù)數據平面，空中單向時(shí)延小于5 ms；在控制平面，用戶(hù)從空閑狀態(tài)到連接狀態(tài)的時(shí)延小于100 ms。

　　(3)覆蓋和移動(dòng)性

　　小區覆蓋半徑在5 km以下時(shí)，應該滿(mǎn)足長(cháng)期演進(jìn)(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(jìn)系統應支持終端在整個(gè)系統范圍內的移動(dòng)性，優(yōu)化對低速移動(dòng)用戶(hù)的服務(wù)，提供高移動(dòng)速度能力。

　　(4)面向廣播、多播的MBMS業(yè)務(wù)

　　演進(jìn)系統應該增強對于組播和廣播業(yè)務(wù)(MBMS)的支持，實(shí)現MBMS這種非對稱(chēng)業(yè)務(wù)與雙向業(yè)務(wù)的結合，以及MBMS在非對稱(chēng)頻段的使用。

　　1.2 3GPP2無(wú)線(xiàn)接口演進(jìn)項目

　　3GPP2目前也啟動(dòng)了E3G的研究工作。CDMA2000空中接口演進(jìn)側重于：提高數據速率，減少時(shí)延，增強QoS能力，維持后向兼容性。

　　CDMA2000演進(jìn)目標為：

　　*提高小區邊緣的用戶(hù)吞吐量。 

　　*相對于CDMA2000 1x，提高話(huà)音容量。 

　　增加峰值數據速率和系統容量。 

　　長(cháng)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(shí)間，實(shí)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(shí)現，滿(mǎn)足不同階段市場(chǎng)的需求，降低技術(shù)開(kāi)發(fā)復雜度，3GPP2初步確定將CDMA2000無(wú)線(xiàn)接口演進(jìn)(AIE)項目分為兩個(gè)階段：第一階段為多載波CDMA2000空中接口，立足于快速市場(chǎng)化進(jìn)程，滿(mǎn)足近期市場(chǎng)的需求。主要基于現有的CDMA2000 1x EV-DO，通過(guò)合并多個(gè)CDMA2000 1x EV-DO載波來(lái)提供更高的分組數據速率。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(jìn)型技術(shù)及網(wǎng)絡(luò )架構

　　2.1 3GPP長(cháng)期演進(jìn)項目進(jìn)展

　　3GPP LTE目前取得的主要進(jìn)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(wú)線(xiàn)幀結構，考慮到時(shí)分雙工(TDD)系統共存要求，明確了演進(jìn)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(shù)。 

　　*在下行導頻信道、上行信道復用、上行同步機制、混合自動(dòng)重傳(HARQ)、隨機接入的討論上取得了顯著(zhù)進(jìn)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(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)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(wú)線(xiàn)接口的關(guān)鍵技術(shù)指標

　　(1)多址方式

　　在2005年6月份的會(huì )議上，3GPP就多址問(wèn)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(shù)的多址方式，它們的主要區別在于頻分雙工(FDD)與TDD(時(shí)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(shí)，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(shù)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(jìn)行的多載波的演進(jìn)。

　　3GPP的演進(jìn)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(shí)通過(guò)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(jìn)。

　　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(dòng)通信系統(UMTS)3G的框架內(如R7標準中)繼續演進(jìn)，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(wèn)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(jìn)系統的網(wǎng)絡(luò )結構等若干重要問(wèn)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(shí)現多址的，這與現有3G中的CDMA多址機制有著(zhù)本質(zhì)的區別。同時(shí)演進(jìn)系統中還將引入HARQ、時(shí)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(shù)在演進(jìn)系統中的作用沒(méi)有以前那么顯著(zhù)。2005年12月3GPP RAN 30次全會(huì )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(shù)。

　　2.1.2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構

　　在無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )(RAN)架構的控制面和用戶(hù)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(diǎn)，開(kāi)展相應的研究。

　　在用戶(hù)面，決定除MAC層HARQ外，為L(cháng)TE增加高層的自動(dòng)重發(fā)請求(ARQ)機制，但該ARQ在網(wǎng)絡(luò )側的終結點(diǎn)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(wǎng)絡(luò )單元。 

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

　　*LTE Idle和LTE無(wú)線(xiàn)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(wǎng)絡(luò )單元。 

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

　　同時(shí)，在整體的網(wǎng)絡(luò )架構方面以及無(wú)線(xiàn)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(jiàn)，并將其作為后續研究的起點(diǎn)進(jìn)行了明確。

　　在3GPP LTE架構中，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )由基站和LTE網(wǎng)關(guān)兩類(lèi)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)組成，各個(gè)節點(diǎn)上的各個(gè)功能實(shí)體，可以參見(jiàn)圖1。



　　圖1中，用實(shí)線(xiàn)勾畫(huà)的黃色邏輯節點(diǎn)是已經(jīng)達成一致意見(jiàn)的，用虛線(xiàn)勾畫(huà)的黃色邏輯節點(diǎn)是尚未達成一致意見(jiàn)的。白色和藍色背景的功能實(shí)體，分別代表控制平面和用戶(hù)平面功能，其中已經(jīng)確定下來(lái)存在并和邏輯節點(diǎn)有確定關(guān)系的實(shí)體，被用實(shí)線(xiàn)勾畫(huà)在節點(diǎn)內；已經(jīng)確定下來(lái)存在，但和邏輯節點(diǎn)尚未確定關(guān)系的實(shí)體，被用實(shí)線(xiàn)勾畫(huà)在節點(diǎn)外，箭頭指明它可能存在的位置。

　　在下一步工作中還要進(jìn)一步明確和解決的問(wèn)題有：

　　*是否要將LTE網(wǎng)關(guān)分成用戶(hù)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(gè)實(shí)體共同完成RRC功能，需要解決的問(wèn)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(shí)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(wú)線(xiàn)接口演進(jìn)項目進(jìn)展

　　3GPP2空中接口演進(jìn)工作主要分為兩個(gè)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(jìn)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(fā)布階段1標準。

　　目前階段2的技術(shù)需求尚在討論中。在2005年10月份的會(huì )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月完成標準的發(fā)布。另外，多個(gè)公司提交了大量的階段2仿真方法方面的文稿。

3 3G演進(jìn)型技術(shù)標準工作的整體推進(jìn)狀況

　　3GPP和3GPP2目前仍在積極推進(jìn)LTE和AIE的標準，其總體進(jìn)度要略遲于最初的工作計劃，特別是3GPP全IP網(wǎng)絡(luò )結構與現有傳統架構的激烈爭論，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多年標準化方面的經(jīng)驗，會(huì )有效地推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)的最終選擇。

　　從無(wú)線(xiàn)接口所采用的技術(shù)來(lái)看，LTE和AIE是以OFDM為主流。但與IEEE 802.16標準進(jìn)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(wǎng)絡(luò )頻率配置和干擾消除方法，以確保移動(dòng)終端設備的可實(shí)施性以及蜂窩網(wǎng)絡(luò )的有效組織。同時(shí)最大程度地考慮了現有網(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(guò)程中，加入了中國的有關(guān)TDD技術(shù)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(huì )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(shù)領(lǐng)域。在A(yíng)IE項目中，中國文稿主要針對業(yè)務(wù)需求、無(wú)線(xiàn)接口高層協(xié)議等方面。

　　目前3GPP和3GPP2的標準化工作還處于中間階段，技術(shù)內容不斷細化。到2006年6月之前，3GPP LTE將完成主要的技術(shù)內容確定；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(wú)線(xiàn)移動(dòng)專(zhuān)家組的平臺作用，繼續做好3G演進(jìn)型技術(shù)的科技創(chuàng )新以及標準化的推進(jìn)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].