３ＧＰＰＬＴＥ标准化进展
Ｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆ３ＧＰＰＬＴＥＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ
徐景／ＸＵＪｉｎｇ胡宏林／ＨＵＨｏｎｇ－ｌｉｎ周婷／ＺＨＯＵＴｉｎｇ
（上海无线通信研究中心，上海２０００５０）（ＳｈａｎｇｈａｉＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００５０，Ｃｈｉｎａ）
摘要：为了保持在移动通信领域的技术及标准优势，３ＧＰＰ启动其长期演进（ＬＴＥ）的标准化工作。在物理层（层１）、
空中接口协议结构层（层２）和网络结构方面，３ＧＰＰＬＴＥ采纳一系列先进技术和创新理念，ＩＰ语音（ＶｏＩＰ）业务和多媒体广播及多播业务（ＭＢＭＳ）的解决方案的优化正在进行中，目前已经实现高数据率、低时延和基于全分组的设计目标。
关键词：３ＧＰＰ长期演进计划；标准；多媒体广播及多播业务
Ａｂｓｔｒａｃｔ：３ＧＰＰｉｎｉｔｉａｔｅｄｉｔｓＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎｗｏｒｋｔｏｒｅｔａｉｎｉｔｓ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｓｔａｎｄａｒｄａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｍｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｓｅｖｅｒａｌａｄｖａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｎｏｖｅｌｃｏｎｃｅｐｔｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒ（ｌａｙｅｒ１），ａｉｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｐｒｏｔｏｃｏｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌａｙｅｒ（ｌａｙｅｒ２）ａｎｄｎｅｔｗｏｒｋａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｒｅａｄｏｐｔｅｄ．
ＳｏｌｕｔｉｏｎｓｔｏＶｏｉｃｅｏｖｅｒＩＰ（ＶｏＩＰ）ａｎｄＭｕｌｔｉｍｅｄｉａＢｒｏａｄｃａｓｔ／ＭｕｌｔｉｃａｓｔＳｅｒｖｉｃｅ（ＭＢＭＳ）ａｒｅｉｎｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．３ＧＰＰＬＴＥｈａｓｆｕｌｆｉｌｌｅｄｔｈｅｈｉｇｈｄａｔａｒａｔｅ，ｌｏｗｌａｔｅｎｃｙａｎｄａｎａｌｌ－ｐａｃｋｅｔｂａｓｉｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３ＧＰＰＬＴＥ；ｓｔａｎｄａｒｄ；
ＭＢＭＳ
ＺＴＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ
０９
Ａｐｒ．２００７Ｖｏｌ．１３Ｎｏ．２２００７年４月第１３卷第２期
为
了应对宽带接入技术的挑战，同时为了满足新型业务需求，
国际标准化组织３ＧＰＰ在２００４年底启动了其长期演进（ＬＴＥ）技术的标准化工作。希望达到以下几个主要目标：
!保持３ＧＰＰ在移动通信领域的
技术及标准优势。
!填补第３代移动通信系统和第４代移动通信系统之间存在的巨大技
术差距。
!希望使用已分配给第３代移动
通信系统的频谱，保持无线频谱资源的优势。
!解决第３代移动通信系统存在
的专利过分集中问题。
３ＧＰＰＬＴＥ的标准化进程安排如
下：２００４年１２月份到２００６年６月为研究阶段；２００６年６月到２００７年６月为工作阶段，完成３ＧＰＰＬＴＥ的标准化工作。但由于一些问题没有解决，研究阶段推迟到２００６年９月才结束。从
３ＧＰＰＬＴＥ的标准化进程来看，其初衷
为第３代移动通信系统的演进，但由于其他技术的竞争，业务的需求和运营商的压力，其标准化进程实质为一场技术革命过程。与第３代移动通信系统相比，３ＧＰＰＬＴＥ物理层（层１）在传输技术［１］、空中接口协议结构层（层２）和网络结构［２］等方面都发生了革命性的变化。
１３ＧＰＰＬＴＥ的演进目标
３ＧＰＰＬＴＥ是一个高数据率、低时延和基于全分组的移动通信系统，具体目标［３］主要包括：
（１）频谱带宽配置
实现灵活的频谱带宽配置，支持
１．２５ＭＨｚ、１．６ＭＨｚ、２．５ＭＨｚ、５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、１５ＭＨｚ和２０ＭＨｚ的带宽设
置，从技术上保证３ＧＰＰＬＴＥ系统可以使用第３代移动通信系统的频谱。
（２）小区边缘传输速率
提高小区边缘传输速率，改善用户在小区边缘的体验，增强３ＧＰＰＬＴＥ系统的覆盖性能，主要通过频分多址和小区间干扰抑制技术实现。
（３）数据率和频谱利用率
在数据率和频谱利用率方面，实现下行峰值速率１００Ｍｂ／ｓ，上行峰值速率５０Ｍｂ／ｓ；频谱利用率为ＨＳＰＡ的
２～４倍，用户平均吞吐量为ＨＳＰＡ的２～４倍。为保证３ＧＰＰＬＴＥ系统在频谱
利用率方面的技术优势，主要通过多天线技术、自适应调制与编码和基于信道质量的频率选择性调度实现。
（４）时延
提供低时延，使用户平面内部单向传输时延低于５ｍｓ，控制平面从睡眠状态到激活状态的迁移时间低于
５０ｍｓ，从驻留状态到激活状态的迁
移时间小于１００ｍｓ，以增强对实时业务的支持。
（５）多媒体广播和多播业务
进一步增强对多媒体广播和多播业务的支持，满足广播业务、多播业务和单播业务融合的需求，主要通过物理层帧结构、层２的信道结构和高层的无线资源管理实现。
（６）全分组的包交换
取消电路交换，采用基于全分组的包交换，从而提高系统频谱利用率。对ＩＰ语音（ＶｏＩＰ）业务的支持与低时延目标的实现导致调度和层１、
层２中图分类号：ＴＮ９２９．５
文献标识码：Ａ
文章编号：１００９－６８６８（２００７）０２－０００９－０４
中兴通讯技术
中兴通讯技术
２００７年４月第１３卷第２期Ａｐｒ．２００７Ｖｏｌ．１３Ｎｏ．２
１０
间信令设计的困难。
（７）共存
实现与第３代移动通信系统和其他通信系统的共存
本文将分别从物理层的传输技术、层２协议结构和网络结构，阐述
３ＧＰＰＬＴＥ如何实现以上目标。
２３ＧＰＰＬＴＥ物理层的传输技术
２．１物理层上下行传输方案
下行的多址方式为正交频分多址（ＯＦＤＭＡ），上行为基于正交频分复用（ＯＦＤＭ）传输技术的单载波频分多址（ＳＣ－ＦＤＭＡ），ＳＣ－ＦＤＭＡ为单载波传输技术，其特点为低峰均比，子载波间隔为１５ｋＨｚ。这两种技术都能较好地支持频率选择性调度。
２．２帧结构设计
上下行帧长都为１０ｍｓ，分成２０个时隙，１０个子帧，最小物理资源块为１８０ｋＨｚ。
下行为了同时支持广播业务和单播业务，设计长循环前缀（ＣＰ）和短ＣＰ两种类型。短ＣＰ时每子帧由７个
ＯＦＤＭ符号组成，短ＣＰ的子帧主要支
持单播业务。长ＣＰ时每子帧由６个
ＯＦＤＭ符号组成，长ＣＰ的持续时间为１６．６７ｍｓ，长ＣＰ的子帧结构支持多播
业务，实现单频组网，获得多小区传输合并增益。上行每个子帧由８个
ＯＦＤＭ符号组成，其中２个短ＯＦＤＭ符
号，６个长ＯＦＤＭ符号。短ＯＦＤＭ符号主要用于导频信号传输，长ＯＦＤＭ符号主要用于数据传输。同时为了与时分双工（ＴＤＤ）系统共存，又分别为低码速率时分双工（ＬＣＲ－ＴＤＤ）和高码速率时分双工（ＨＣＲ－ＴＤＤ）设计了相应的帧结构。
２．３小区间干扰控制技术
采用小区间干扰控制技术的目的为提高用户在小区边缘的信息传输速率。主要的多小区干扰补偿技术有：干扰随机化技术、干扰抵消技术
和多小区干扰协调技术。３ＧＰＰＬＴＥ标准化的前期研究重点为下行频分双工（ＦＤＤ）系统中的多小区干扰协调技术，多小区干扰协调技术对频谱资源和发射功率进行限制。中心用户可以使用全部资源块，但只能以低功率使用部分资源块；边界用户以全功率使用部分资源块，从而提高用户在小区边缘的信干噪比，增加小区覆盖率。而ＦＤＤ上行的多小区干扰控制主要通过功率控制技术实现，频率复用因子为１。
２．４多天线技术
目前下行单用户多天线倾向于无层间打乱，主要采取基于酉矩阵的预编码技术，终端的反馈为酉矩阵的指数，其他一些技术还需要进一步研究；下行多用户多天线倾向于终端的反馈基于酉矩阵，但基站的预编码矩阵不一定为酉矩阵；上行发射分集主要根据功放的要求进行评估和选择。
２．５小区搜索技术
小区搜索的设计主要集中在同步信道的设计和小区序列的设计上。考虑到小区搜索的复杂性，ＬＴＥ倾向采用主同步信道进行小区同步，辅同步信道进行小区标识（ＩＤ）的检测。在主同步信道采用公共的导频序列，而在辅同步信道上各小区采用不同的导频序列。其中在小区导频序列的设计中，序列必须兼顾性能和复杂度要求。目前可供参考的码类型有ＰＮ、
ＺａｄｅＯｆｆ－ｃｈｕ、Ｆｒａｎｋ等。２．６随机接入技术
随机接入中主要分为非同步的随机接入和同步的随机接入。在非同步的随机接入中，为了提高基站对用户接入的控制效率，倾向于在用户的签名序列中隐含用户的消息比特，比如用户的接入目的，用户的信道质量指示（ＣＱＩ）等。用户的签名序列采用
Ｚａｄｏｆｆ－Ｃｈｕ码经过循环移位的扩展的Ｚａｄｏｆｆ－Ｃｈｕ序列的零相关区域
（ＺＣ－ＺＣＺ）码。在小区覆盖大小的考虑
上，对于大区的覆盖讨论集中在采用更长的码还是简单的短码重复。最后从复杂度和对频偏的抵抗性考虑，
ＬＴＥ倾向采用后者的方案。
对于同步的随机接入，目前的讨论还不是很多。从功能上而言，许多公司都提议要取消同步随机接入的信道。因为用户的资源请求可以通过很多的传输方式递交给基站，所以没有必要单独设计一个同步的随机接入信道供同步的用户发送资源请求。
３３ＧＰＰＬＴＥ网络结构
３Ｇ的网络由基站（ＮＢ）、
无线网络控制器（ＲＮＣ）、服务通用分组无线业务支持节点（ＳＧＳＮ）和网关通用分组无线业务支持节点（ＧＧＳＮ）４个网络节点组成。ＲＮＣ的主要功能为无线资源管理，网络相关功能、无线资源控制
（ＲＲＣ）的维护和运行，网管系统的接
口等。ＲＮＣ的主要缺点为与空中接口相关的许多功能都在ＲＮＣ中，导致资源分配和业务不能适配信道，协议结构过于复杂，不利于系统优化。在
２００６年３月的全会上，决定３ＧＰＰＬＴＥ
网络由Ｅ－ＵＴＲＡＮ基站（ｅＮＢ）和接入网关（ＡＧＷ）组成，网络结构扁平化。ｅＮＢ的主要功能为：
在附着状态选择
ＡＧＷ；寻呼信息和广播信息的发送；
无线资源的动态分配，包括多小区无线资源管理；设置和提供ｅＮＢ的测量；无线承载的控制；无线接纳控制；在激活状态的连接移动性控制。网络结构和功能划分如图１所示，其中ｅＮＢ与
ＡＧＷ之间的接口为Ｓ１接口，ｅＮＢ与ｅＮＢ之间的接口为Ｘ２接口。与空中接
口相关的功能都被集中在ｅＮＢ，无线链路控制（ＲＬＣ）和媒体访问控制
（ＭＡＣ）都处于同一个网络节点，从而
可以进行联合优化和设计。
４层２标准化内容
４．１层２技术概述
为了制订一个尽量统一的标准，
层２标准的制订将不考虑ＦＤＤ和ＴＤＤ的差异，也就是说希望ＦＤＤ和ＴＤＤ在层２进行融合和统一。
由于基于全分组的协议，３ＧＰＰＬＴＥ的协议结构得到极大简化，ＲＬＣ和ＭＡＣ都位于节点ｅＮＢ，因此调度器可以根据信道质量对ＲＬＣ服务数据单元（ＳＤＵ）进行切割，从而减少填充和充分利用信道的传输能力，同时可以对ＲＬＣ层的自动重发请求（ＡＲＱ）和ＭＡＣ层的混合自动重发请求（ＨＡＲＱ）进行联合优化。
４．２层２协议结构
图２给出了下行层２的协议结构。由于电路域交换的去除，协议结构变得非常简单。
与３Ｇ的协议相比，ＨＡＲＱ和ＡＲＱ实体都位于ｅＮＢ，ＲＬＣＳＤＵ的长度是可变长的，同时支持ＲＬＣ协议数据单元（ＰＤＵ）的重分割，从而使业务载荷能够很好地适应信道质量；另一方面，由于苛刻的时延需求，要求填充小，因此３ＧＰＰＬＴＥ的层２协议支持属
于同一终端的多个无线承载在ＭＡＣ
层的复接。
图３给出了目前３ＧＰＰＬＴＥ倾向的
ＲＬＣ和ＭＡＣ结构，该结构较好地支持
了由于苛刻时延要求导致的开销增
加较大问题。
４．３ＡＲＱ的设计及ＡＲＱ和ＨＡＲＱ的
协作设计
ＡＲＱ和ＨＡＲＱ实现最重要的数据
可靠传输保证，同时由于ＡＲＱ和
ＨＡＲＱ都位于ｅＮＢ，有利于系统的联合
设计。
ＡＲＱ的设计原则为：为了保证协
议层间的相互独立性，ＲＬＣ序号与包
数据汇聚协议（ＰＤＣＰ）的序号各自独
立；为了减少ＲＬＣ头开销，ＲＬＣ序号基
于ＲＬＣＰＤＵ，ＡＲＱ的重传基于ＲＬＣ
ＰＤＵ；ＡＲＱ的重传支持重分割（适配信
道质量），重分割的次数大于１。与Ｒ６
的ＡＲＱ协议相比，协议得到巨大简
化。ＡＲＱ和ＨＡＲＱ互协作的主要目的
为快速触发ＡＲＱ的重传，减少空中接
口传输时延和避免传输控制协议
（ＴＣＰ）因确认／非确认（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）误判
激活，主要措施有：若ＨＡＲＱ发端发现
包传输失败，ＨＡＲＱ发端可以触发
ＡＲＱ进行重传；而ＨＡＲＱ收端发现
错
ＺＴＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ
中兴通讯技术１１Ａｐｒ．２００７Ｖｏｌ．１３Ｎｏ．２２００７年４月第１３卷第２期
中兴通讯技术
２００７年４月第１３卷第２期Ａｐｒ．２００７Ｖｏｌ．１３Ｎｏ．２
１２
误，是否汇报有待于进一步研究。４．４ＶｏＩＰ业务的调度和信令设计
由于ＶｏＩＰ业务在相当长时间内是杀手级应用，３ＧＰＰＬＴＥ对ＶｏＩＰ业务采取许多措施进行优化。ＶｏＩＰ业务的特点为：业务到达时间间隔为２０ｍｓ左右，业务载荷为４０字节左右；静音间隔为１６０ｍｓ。ＶｏＩＰ业务调度的设计原则为：由于ＶｏＩＰ包比较小和传输时间间隔短，因此与ＶｏＩＰ相关的信令开销必须也比较小（或开销为零）；对于静态或半静态调度，调度器必须支持资
源的再分配；调度器必须能处理ＶｏＩＰ的重发和业务载荷突变。目前还未就
ＶｏＩＰ业务的调度和信令设计达成一
致意见。
４．５单播业务和多播业务的融合
应业务需求和运营商的强烈要求，３ＧＰＰＬＴＥ特别加强了对广播和多播业务的支持。当多播业务只在一个小区有需求时，可以使用下行共享信道（ＤＬ－ＳＣＨ）进行传输，多播业务也可以使用多播信道（ＭＣＨ）进行传输，从而获得多小区传输合并分集。图４ａ和
图４ｂ给出了两种在混合小区的传输模式，应运营商的要求，３ＧＰＰＬＴＥ又给出了图４ｃ和图４ｄ两种在ＭＢＭＳ专有小区的传输模式。
５结束语
从以上分析可以看出，３ＧＰＰＬＴＥ标准化过程不是演进过程，而是一场技术革命过程，它对实时业务、高可靠性业务和广播及多播业务都能提供较好的支持，其低时延、全分组和高数据率的目标已经基本实现。
６参考文
献
作者简介
徐景，东南大学博士毕业。中科院上海微系统与信息技术研究所副研究员，现任上海无线通信中心宽带移动部部长，Ｂ３Ｇ／４Ｇ研究及标准化项目负责人，研究兴趣包括信道均衡、跨层优化和无线资源管理。
周婷，清华大学电子工程系信息与通信系统专业硕士毕业。工作于上海无线通信中心，主要研究领域包括分布式无线通信技术、信道编码、多用户检测。已发表论文１篇，提交国家专利申请２项。
胡宏林，中国科技大学工学博士毕业，德国慕尼黑西门子公司ＦｕｔｕｒｅＲａｄｉｏ部博士后。目前为中科院上海微系统与信息技术研究所副研究员，主要从事国际标准化相关工作以及移动通信关键技术研究。已发表论文１０余篇，专著４本。现担任美国ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ期刊Ｗｉｒｅｌｅｓｓ
ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＭｏｂｉｌｅＣｏｍｐｕｔｉｎｇ以及
ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓ－ｔｅｍｓ编委。
［１］３ＧＰＰ，ＴＲ２５．８１４ｖ７．１．０．ＰｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒａｓｐｅｃｔｓｆｏｒＥｖｏｌｖｅｄＵＴＲＡ［Ｓ］．２００６．［２］３ＧＰＰＴＲ２５．８１３ｖ７．１．０．ＥｖｏｌｖｅｄＵＴＲＡ
（Ｅ－ＵＴＲＡ）ａｎｄＥｖｏｌｖｅｄＵＴＲＡＮ（Ｅ－ＵＴＲＡＮ）：Ｒａｄｉｏｉｎｔｅｒｆａｃｅｐｒｏｔｏｃｏｌａｓｐｅｃｔｓ［Ｓ］．２００６．［３］３ＧＰＰＴＲ２５．９１３ｖ７．３．０．ＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒＥｖｏｌｖｅｄＵＴＲＡ（Ｅ－ＵＴＲＡ）ａｎｄＥｖｏｌｖｅｄＵＴＲＡＮ（Ｅ－ＵＴＲＡＮ）［Ｓ］．２００６．
收稿日期：２００７－０１－２０