3G演进型技术标准化进程

基金项目：国家“863 ”计划项目(2005AA123410)

      移动通信经过“十五”期间的高速发展成为通信行业增长最快的领域。随着新技术的不断发展以及市场需求的不断提高，特别是中国自主创新的时分同步码分多址(TD-SCDMA)标准及技术的整体研究开发和产业化获得了突破性进展，如何在新一轮的技术和标准竞争中占据主动，具有深远的战略意义。

1 3G演进型技术标准化的背景及业务需求
      近年来，宽带无线接入技术对蜂窝移动通信技术形成了挑战，加快了对具有更高传输速率的第三代移动通信演进型技术的研究和标准化进程。自2004年底，国际标准组织3GPP和3GPP2均启动了对3G新一轮演进型技术的研究和标准化工作[1-3]。

1.1 3GPP长期演进项目
      3GPP R6引入了高速下行分组接入(HSDPA)和高速上行分组接入(HSUPA)。为了和WiMAX等宽带无线接入技术相竞争，3G蜂窝技术正在研究更加具有竞争能力的无线接入接口和网络架构。3GPP已经确定了增强型3G(E3G)的战略发展方向、工作计划和关键的技术要求，计划2006年3月完成主要的E3G技术方案，2007年6月完成全部的规范制订工作。目前3GPP提出了如下E3G系统业务能力的设计目标：

      (1)数据速率和频谱效率
      峰值速率为：下行100 Mb/s，上行50 Mb/s(相应的系统的最大带宽为20 MHz，频谱效率为下行5 b/s/Hz、上行为2.5 b/s/Hz)；支持成对(Paired)和不成对(Unpaired)的频谱分配。

      (2)时延
      系统以分组域业务为主要设计目标，以支持实时性强的业务，降低无线网络的时延。目前的指标主要是参考IP语音(VoIP)等各种实时业务的服务质量(QoS)要求而得到。同时系统减小了控制平面的状态转移时延，有利于改善用户对于网络服务的体验。在用户数据平面，空中单向时延小于5 ms；在控制平面，用户从空闲状态到连接状态的时延小于100 ms。

      (3)覆盖和移动性
      小区覆盖半径在5 km以下时，应该满足长期演进(LTE)项目的所有性能要求，支持小于30 km的小区覆盖能力，但允许有一定的性能损失。演进系统应支持终端在整个系统范围内的移动性，优化对低速移动用户的服务，提供高移动速度能力。

      (4)面向广播、多播的MBMS业务
      演进系统应该增强对于组播和广播业务(MBMS)的支持，实现MBMS这种非对称业务与双向业务的结合，以及MBMS在非对称频段的使用。

1.2 3GPP2无线接口演进项目
      3GPP2目前也启动了E3G的研究工作。CDMA2000空中接口演进侧重于：提高数据速率，减少时延，增强QoS能力，维持后向兼容性。

      CDMA2000演进目标为：

• 提高小区边缘的用户吞吐量。
• 相对于CDMA2000 1x，提高话音容量。
• 增加峰值数据速率和系统容量。长期目标为：前向峰值数据速率范围为100 Mb/s～1 Gb/s、反向峰值速率达到50 Mb/s。
• 支持20 MHz带宽的分配(以1.25 MHz为单位)。
• 增加频率效率，减小系统等待时间，实现更低的终端功耗。
• 提高小区覆盖范围。
• 近期保持兼容。
  

      为了便于目标的实现，满足不同阶段市场的需求，降低技术开发复杂度，3GPP2初步确定将CDMA2000无线接口演进(AIE)项目分为两个阶段：第一阶段为多载波CDMA2000空中接口，立足于快速市场化进程，满足近期市场的需求。主要基于现有的CDMA2000 1x EV-DO，通过合并多个CDMA2000 1x EV-DO载波来提供更高的分组数据速率。第一阶段已经基本完成，将在2006年3月正式出版。第二阶段增强CDMA2000将在2007年6月完成。

2 3G演进型技术及网络架构

2.1 3GPP长期演进项目进展
      3GPP LTE目前取得的主要进展包括：

• 物理层的多址方式，采用下行正交频分多址(OFDMA)、上行SC-SFDMA的方案。
• 对上下行正交频分复用(OFDM)参数设计(如子载波间隔等)和无线帧结构，考虑到时分双工(TDD)系统共存要求，明确了演进系统在TDD方式下的帧结构与TD-SCDMA系统的兼容性。
• 不采用宏分集技术。
• 在下行导频信道、上行信道复用、上行同步机制、混合自动重传(HARQ)、随机接入的讨论上取得了显著进展。
• 给出了初步的性能评估结果，显示了与3G系统相比较，E3G有较大程度的性能提高。
• 基本确定了无线接入网的传输信道和物理信道。
• 确定了采用两层的数据重传机制。
  

2.1.1 无线接口的关键技术指标

      (1)多址方式
      在2005年6月份的会议上，3GPP就多址问题结束了候选提案的征集阶段，共确定了6种备选的多址方式，有4种是采用基于OFDM技术的多址方式，它们的主要区别在于频分双工(FDD)与TDD(时分双工)的区别，以及在上行多址方式上的区别。主要是考虑到传统OFDM信号的功率峰均比对于终端耗电以及功放成本等方面的影响。在下行基本确定采用OFDMA的多址方式的同时，有相当一部分公司建议在上行采用单载波频分多址(SC-FDMA)方案。另外还有两种基于码分多址(CDMA)技术的多址方式，这两种提案都是在3GPP现有的3G系统，即宽带码分多址(WCDMA)和TD-SCDMA的基础上进行的多载波的演进。

      3GPP的演进系统将采用“下行OFDMA，上行SC-FDMA的方式”。作为下一步工作的假设，该决定统一适用于FDD和TDD模式，同时通过的还有3GPP LTE将提供对于TD-SCDMA帧结构的支持，以保证TD-SCDMA系统的演进。

      两种基于CDMA技术的研究方案，即MC TD-SCDMA和MC WCDMA将在通用移动通信系统(UMTS)3G的框架内(如R7标准中)继续演进，但带宽限制在5 MHz的范围内。

      (2)宏分集
      是否采用上行宏分集的问题除了直接影响到物理层方案外，还涉及到空间接口高层协议，演进系统的网络结构等若干重要问题。因为在物理层所有的候选提案中，除了两种多载波CDMA提案以外，其他的提案都是基于OFDM频分技术实现多址的，这与现有3G中的CDMA多址机制有着本质的区别。同时演进系统中还将引入HARQ、时频调度等自适应机制，这些使得在第三代CDMA系统中广泛使用的宏分集技术在演进系统中的作用没有以前那么显著。2005年12月3GPP RAN 30次全会以示意性表决的形式确定了在LTE系统上将不采用上行宏分集技术。

2.1.2 无线网络架构
      在无线接入网络(RAN)架构的控制面和用户面，在多种方案互相融合之后，分别形成了一些可能的方案，并准备作为后续工作的起点，开展相应的研究。

      在用户面，决定除MAC层HARQ外，为LTE增加高层的自动重发请求(ARQ)机制，但该ARQ在网络侧的终结点和具体功能仍需研究，目前形成了2种方案：

• HARQ 和高层ARQ都终结在NodeB。
• HARQ终结在NodeB，高层ARQ终结在NodeB以上的网络单元。
  

      在控制面，根据LTE空闲( Idle)状态和LTE RRC激活(Active)状态节点所处的位置不同，形成了3种方案：

• LTE Idle和LTE无线资源控制(RRC) Active都终结在NodeB。
• LTE Idle和LTE RRC Active都终结在NodeB以上的网络单元。
• LTE RRC Active终结在NodeB，LTE Idle终结在NodeB以上的网络单元。
  

      同时，在整体的网络架构方面以及无线资源管理功能的分布方面，3GPP LTE也在一定程度上形成了倾向性的意见，并将其作为后续研究的起点进行了明确。

      在3GPP LTE架构中，无线网络由基站和LTE网关两类网络节点组成，各个节点上的各个功能实体，可以参见图1。

      图1中，用实线勾画的黄色逻辑节点是已经达成一致意见的，用虚线勾画的黄色逻辑节点是尚未达成一致意见的。白色和蓝色背景的功能实体，分别代表控制平面和用户平面功能，其中已经确定下来存在并和逻辑节点有确定关系的实体，被用实线勾画在节点内；已经确定下来存在，但和逻辑节点尚未确定关系的实体，被用实线勾画在节点外，箭头指明它可能存在的位置。
在下一步工作中还要进一步明确和解决的问题有：

• 是否要将LTE网关分成用户面和控制面？
• 高层ARQ的位置是放在基站还是LTE网关？
• “RRC上面部分”和“RRC下面部分”2个实体共同完成RRC功能，需要解决的问题有：“RRC上面部分”和“RRC下面部分”详细的功能划分；加密和完整性保护的必要性研究和实现方案。
• 详细的RRC消息结构。
• UE测量配置是放在“RRC上面部分”还是“RRC下面部分”？

2.2 3GPP2无线接口演进项目进展
      3GPP2空中接口演进工作主要分为两个阶段：(阶段1)和(阶段2)。

      阶段1的工作主要集中在第2工作组(WG2)和第3工作组(WG3)进行。WG2和WG3分别负责空中接口层二及更高层标准的制订和空中接口物理层标准的制订。之前，WG2工作集中于RLP设计、DSC/ACK/DRC信道及FTCMAC、RTCMAC的设计。目前WG3和WG2都已分别完成了阶段1物理层和高层的基础文本，计划将在2006年上半年发布阶段1标准。

      目前阶段2的技术需求尚在讨论中。在2005年10月份的会议上，WG3基本确定了阶段2的工作计划：2005年12月形成最终的阶段2技术需求，框架建议提交的最后期限为2006年3月，2006年10月阶段2截止，2006年12月阶段3截止，2007年4月完成标准的发布。另外，多个公司提交了大量的阶段2仿真方法方面的文稿。

3 3G演进型技术标准工作的整体推进状况
      3GPP和3GPP2目前仍在积极推进LTE和AIE的标准，其总体进度要略迟于最初的工作计划，特别是3GPP全IP网络结构与现有传统架构的激烈争论，使得RAN和核心网络功能划分存在很大的不确定性。相信积3GPP和3GPP2多年标准化方面的经验，会有效地推进关键技术的最终选择。

      从无线接口所采用的技术来看，LTE和AIE是以OFDM为主流。但与IEEE 802.16标准进程相比较，在标准最初阶段LTE和AIE就更多地考虑了终端峰平比等性能指标和网络频率配置和干扰消除方法，以确保移动终端设备的可实施性以及蜂窝网络的有效组织。同时最大程度地考虑了现有网络的可利用性。

      中国在LTE和AIE项目中取得了一定的成果。2005年12月中国在3GPP LTE项目中提交了190篇文稿，其中28篇被接受；在3GPP2 AIE项目中，中国提交20篇文稿，其中10篇被接受。
在LTE项目多址方式选择过程中，加入了中国的有关TDD技术特性方面的内容(如TD-SCDMA帧结构)，并且TDD频带宽度、参数设计等方面的文稿被会议接受。

      中国其他被接受文稿主要集中在小区间干扰抑制、导频设计、降低峰平比等技术领域。在AIE项目中，中国文稿主要针对业务需求、无线接口高层协议等方面。

      目前3GPP和3GPP2的标准化工作还处于中间阶段，技术内容不断细化。到2006年6月之前，3GPP LTE将完成主要的技术内容确定；2006年3月3GPP2将最终明确候选技术方案的最后期限。中国将采用原创、二次创新等多种方式，充分发挥宽带无线移动专家组的平台作用，继续做好3G演进型技术的科技创新以及标准化的推进工作。

4 参考文献
[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

[摘要] 宽带无线接入技术对蜂窝移动通信技术形成了挑战，加快了对更高传输速率的第三代移动通信演进型技术的研究和标准化进程。国际标准组织3GPP和3GPP2均启动了对3G新一轮演进型技术的研究和标准化工作。目前3GPP长期演进(LTE)项目在无线接口的关键技术指标、无线网络架构及高层协议方面取得了进展，3GPP2无线接口演进(AIE)项目在空中接口层二(L2)及更高层标准的制订、空中接口物理层标准的制订方面取得了进展。

[关键词] 长期演进；无线接口演进；3G演进型技术

[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.

[Keywords] long term evolution; air interface evolution; 3G evolution technology