标 题: E3G技术——3GPP LTE和3GPP2 AIE的核心技术与标准化进展
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Mon Oct 9 10:48:33 2006)
演进型3G(E3G)技术是3GPP LTE(长期演进)和3GPP2 AIE(空中接口演进)项目的统称。这项
技术名为“演进”,实则是一场技术“革命”。对两种演进型3G技术——3GPP LTE 和3GPP
2 AIE的标准化进程、需求指标和核心技术作了简略的介绍。
Evolutionary 3G (E3G) technology is a combination of 3GPP LIE (long-term evolu
tion) and 3GPP2 AIE (air interface evolution). Although this technology is nam
ed as "evolution", it's a kind of technical 'revolution". This article makes a
brief introduction to the standardization, demand parameter and core technolo
gy of two evolutionary 3G (E3G) technologies, i.e. 3GPP LTE and 3GPP2 AIE.
演进型3G技术（E3G）是LTE和AIE项目的统称。这项技术名为“演进”( evolution )
，实则是一场技术“革命”( revolution。在此之前，从HSDPAIHSUPA到EV-D0,3GPP和3GP
P2增强型技术的研发一贯坚持平滑和后向兼容的演进策略，尤其是始终坚持了以CDMA技术
作为3G系统的核心技术。OFDM技术虽然受到越来越大的关注，但却被定位在“4G"技术。3
GPP曾开展过这方面的研究，但结论是在现有的SMH:带宽系统内暂不采用OFDM技术。所有迹
象表明，在B3G标准化于2007年启动之前，基于CDMA的3G技术标准将保持相对稳定的发展态
势。
但是，WiMAX技术的出现打破了原有的格局，这项以OFDM为基础的新技术以数倍于3G增
强型的系统带宽和峰值速率吸引了大家的注意力，与3G技术宽带数据提供能力形成了鲜明
的对比，给3G系统的设备商和运营商造成了很大的压力。于是，3GPP首先做出积极的反应
，于2004年底启动LTE项目，以确保UMTS技术的“长期竞争力”。3GPP2随后跟进，于2005
年初启动了A1E项目。再加上2005年下半年突然活跃起来的IEEE 802.20 MBFDD/MBT-DD标准
化工作，使3G增强型和B3G之间原本平淡的“过渡期”一下子变得热闹起来。4种标准—Wi
MAX , LTE , AIE和MBFDD/MBTDD带宽相同、性能相仿、技术相近，相互之间已形成了直接
竞争关系。研究这些“3.9G”技术，不仅可以了解今后几年宽带无线移动通信技术的发展
趋势，而且对未来B3G技术的研究和标准化也有重要的参考意义。对于WiMAX的空中接口技
术已有很多文献介绍，MBFDD/MBTDD又很可能和AIE融合，因此本文将重点对LTE和AIE的核
心技术和标准化进展作一介绍。
E3G的标准化进程
正如3GPP公开宣称的，E3G项目的启动是为了应对“其他无线通信标准”(显然指WiMA
X)的竞争。这种针锋相对首先体现在E3G标准制定的时间表上，3GPP和3GPP2都制定了十分
紧凑的工作计划，以对抗WiMAX在标准化上的“先发优势”。LTE和AIE的工作时间表如图1
所示。
相对而言，LTE动手更早一些，自2004年11月以来，3GPP以频繁的会议全力推进此项工作，
仅半年就完成了需求的制定，计划在2006年中完成研究阶段(Sl),2007年中完成工作阶段(
WI)，完成标准的制定，预计2009年即可商用。目前 LTE物理层基本技术的选择已接近完成
，网络结构已经确定，SI有望按时完成。
AIE项目包含两个阶段，第一阶段(Phase I)是基于EV -DO的平滑演进，重点是与现有
系统保持后向兼容，类似于3GPP最近启动的HSPA (HSDPA+HSUPA)演进项目。这项基于多载
波
CDMA的标准只是过渡性技术，并没有得到大多数公司的重视。真正得到广泛关注的是AIE的
第二阶段(Phase II )。该项目虽然比LTE晚开始了近一年时间，但由于3GPP2特有的工作程
序，标准化工作有望快速推进，甚至先于LTE完成标准的制定。Phase II的需求已在2006年
1月初步确定。与3GPP不同，3GPP2一开始就将选定一个完整的技术方案作为.4IE Phase I
I的基本框架。框架提案的征集已与2006年3月底完成，目前有6个框架提案候选。经过3个
月的仿真评估，3GPP将于6月选定唯一的技术框架，AIE Phase II的主要技术也随之确定。
在8月前，各公司将在选定的框架基础上提出技术细节(Component)提案，并在10月前完成
所有细节技术的筛选。基于选定的技术框架和细节，AIE Phase II的标准草案将在2006年
12月完成。随后的4个月里，3GPP2将对标准草案进行修改和审批，最终于2007年4月完成A
IE Phase II技术规范。
综上所述，AIE的标准化进程很可能“后发而先至”，抢先完成。这是由于3GPP2很早
就选定一家的技术框架，并采用仿真评估进行严格而快速的“技术筛选”。但是也正因为
只有少数起主导作用的公司的方案将被选用，大多数公司的提案都很可能被淘汰，AIE标准
是否能得到产业界的广泛支持，是一个值得考虑的问题。而LTE的工作进度之所以相对缓慢
，就是因为对每一个技术点都进行充分的讨论，然后形成大多数公司支持的融合方案，从
而最大限度的兼顾各公司的利益。这也是LTE标准化比AIE吸引了更多公司参与的原因。
E3G的需求指标
3GPP很重视LTE需求的制定，众多运营商和设备商积极参与了这项工作，需求报告对L
TE
系统需要达到的性能进行了详尽的描述，随后的LTE的可行性研究、仿真评估和技术选择都
将遵循此需求报告的要求。相对而言，3GPP2似乎并不是很重视AIE系统需求的研究，需求
报告仅对AIE的目标性能作了粗略的描述。
LTE和AIE的需求指标如表1所示。针对DViMAX“低移动性宽带无线IP接人”的定位，L
TE
提出了相应的需求，如相似的带宽、数据率和频谱效率指标、对低移动性进行优化、只支
持PS域，强调广播多播业务等。最近，运营商又在LTE中增加了利用单独的下行载波部署移
动电视（Mobile TV)系统的需求。3GPP2紧随其后，为AIE Phase II定义了比LTE更高的性
能指标。其中峰值速率长期指标和ITU定义的B3G技术指标完全相同，意味着3GPP2已将这项
技术看作向B3G的演进路径。就AIE项目2007年以前的目标而言，AIE要求下行峰值速率达到
200Mbit/s ,是LTE的两倍。同时，出于对VoIP和在线游戏等实时业务的重视，LTE和AIE都
对传输延迟提出了很高要求。另外，两种技术都提出了提高小区边缘性能的需求。
3GPP和3GPP2都要求LTE和AIE能够独立组网。两种技术关于向后兼容的要求似乎模棱
两可，从目前的情况看，由于选择了大量的物理层新技术核心和新的网络架构，LTE已注定
难以保持从UMTS的平滑过渡。但参与AIE的某些厂家对是否需要保持和EV -DO的后向兼容
性，还存在不同的看法。但有一点是两种技术共同的要求，也就是需要利用现有3GPP和3G
PP2系统的站址和频段。在频谱特性方面，LTE:要求为成对和非对称频段设计尽可能相似的
系统，而AIE则在考虑如何实现分散频谱上的部署。在跨系统兼容和切换方面，LTE和AIE都
强调和原有3GPP,3GPP2系统的无缝切换，AIE还要求支持和WLAN.WiMAX等系统之间的切换。
最后，LTE和AIE都在降低建网/维护成本和降低终端成本、复杂度、耗电等方面提出了
更高要求。LTE出于降低网络成本和延时的目的，已经取消了RNC,从而对UTRAN结构作了巨
大调整。但AIE似乎还没有调整网络架构的迹象。
E3G物理层核心技术
到目前为止，LTE项目的工作进度略滞后于原计划，但经过艰苦的讨论和妥协，大部分
物理层技术框架已初步确定。另一方面，3GPP2刚刚结束了对AIEPhase II技术框架提案的
征集。目前一共收到来自高通、朗讯/北电/三星、RITT 1 /华为/中兴/联通KDDI . LG和摩
托罗拉的6份提案，AIE的技术框架将在2006年6月选定。由于篇幅所限，本文不可能对这6
份提案作“介绍，因此以高通公司提出的“超高数据率”(UHDR)提案为例，对AIE可能采用
的技术作一初步的介绍。由于这份提案相对比较完善，再加上高通公司在3GPP2传统上的主
导作用，UHDR被选为AIE Phase II技术框架的可能性较大。
LTE和UHDR采用的核心技术见表2。其中UHDR又包括两种方案:注重与EV-DO后向兼容的
UHDR-DO方案和注重于性能优化的UHDR -FDD/UHDR -TDD方案。UHDR-DO方案的目标是保证新
系统对现有终端的兼容性，并针对新终端获得性能提高，同时实现网络的平滑演进和新、
旧网络之间的无缝切换。整个系统带宽可以分为若干1.25MHz的子带，在每个子带内可以灵
活部署现有的EV-DO 0版本、A版本、B版本(即AIE Phase I)系统或UI1DR-DO系统，如图2所
示。UHDR-FDD/UH-DR-TDD方案和高通向IEEE802.20 MBFDDIDRBTDD提出的技术方案有高度的
相似性，很可能来源于同一项研究项目。
LTE和UHDR都以OFDM作为主要的基本传输和多址技术。除此之外，LTE在上行采用了单
载波(SC )-FDMA(主要实现方式为DFT-S-OFDM技术)以降低信号峰平比(PAPR ) o UHDR-DO首
先采用多载波技术，将频谱划分为1.25MHz的子带，在每个子带内，下行可以采用CDM或OF
DM
技术，上行采用带干扰消除的CDMA技术。UHDR-FDD/TDD采用基于调度或跳频的OFDM，同时
在上行采用非正交OFDMA提高系统容量。三种技术中，除了UHDR -DO可能不支持TDD模式，
其他技术都支持各种双工方式(包括FDD半双工)。
在参数设计方面，UHDR-DO用了最小的子载波间隔(<7kHz)，有利于得到较高的频谱效
率。LTE出于对高移动性的考虑，采用了最大的子载波间隔(15kHz ) o UHDR-FDD/TDD子载
波间隔居中(9.6kHz )。为了实现很小的传输延迟，三种技术都采用了很小的子帧长度(0.
5 --0.911ms)。
在信道编码方面，UHDR采用的一种特色技术—重叠编码( Superposition Coding )，
即多个用户可以复用相同的频率资源，但是采用不同的编码速率。信道质量较好的用户采
用较高的码率，信道质量较差的用户采用较低的码率。系统可以先将低码率的用户解出，
并减去其干扰，而后解出高码率用户。
LTE和UHDR都在对各种可能的多天线技术进行考察，从空间复用到发射分集，从开环M
I-
MO到闭环MIMO，从天线速率控制到秩自适应和预编码，从特征值赋形到空分多址和智能天
线。LTE还在上行采用了虚拟M工MO以增大系统容量，UHDR -FDD/TDD在上行采用了一种与之
相似的基于跳频OFDMA和空分多址的半正交多址技术。UHDR采用最高4x4的天线数量，因此
可以达到最高260Mbit/。的数据率。LTE虽然也在考虑采用4 x4的天线的可能性，但基本M
IM配
置为2x2天线，因此峰值速率指标低一些，为100Mbit/s o
在链路自适应技术方面，三种技术都在考虑频域调度、自适应调制编码(AMC)、混合自
动重传(HARQ)和功率控制。UHDR-DO支持基于更小“粒度”(半个子帧)的调度和HARQ，可以
实现更低的效率和延迟，UHDR-FDD/TDD支持调制方式可变的HARQ(自适应HARQ)，LTE也正在
对异步HARQ和自适应HARQ进行考察。另外，LTE和UHDR -FDD/'I'DD将采用部分功控、部分
频率复用等小区间干扰抑制技术。
作为FDMA系统，LTE将采用上行同步技术。另外，虽然目前的WCDMA系统是异步的，LT
E系统很可能设计成一个同步系统。另一方面，虽然cdma2000系统一直是同步系统，但UHD
R-
FDD/TDD技术方案也可以支持半同步和异步模式。半同步模式下，不同扇区只保持超帧量级
的同步，这种模式可能在降低接人时间、快速扇区切换、干扰估计等方面有一定的优势。
在切换方面，LTE已经排除了采用软切换和宏分集的可能性，将采用快速小区选择(即
硬
切换)。IJHDR -FDD/TDD也将主要采用快速扇区选择，但允许上下行连接不同的基站。另外
，UHDR -FDD /TDD在异频切换和跨系统测量/切换方面提供了较详细的设计。
总结
本文对两种演进型3G技术—3GPP LTE和3GPP2 AIE的标准化进程、需求指标和核心技
术作了简略的介绍。虽然E3G技术的标准化还未完成，尤其是AIE的技术框架还未选定，但
从
初步的分析已经可以看出，LTE和AIE的大部分技术选择都是类似的，它们的性能指标和核
心
技术和正在标准化的移动宽带无线接人技术(IEEE 802.16e和IEEE 802.20)也十分接近。L
TE
最近又对UTRAN的网络架构作了重大修改，将RNC省去，形成了由NodeB构成的单层“扁平”
结构，使3GPP网络架构趋近于典型的IP宽带网结构。一切迹象都表明，蜂窝移动通信系统
和宽带无线接人系统的融合趋势已十分明显。
E3G技术的应用前景也并不单纯取决于LTE和AIE的标准化进程。3G系统的部署进程、W
iMAX/802.20的发展态势、B3G标准化的开始时间和进度、甚至3GPP E-HSPA ( HSPA增强型
)和3GPP2 EV一DO Rev B(AIE PhaseI)的发展态势都将对E3G系统的产业化进程产生难以预
期的影响。
沈嘉信息产业部电信研究院通
信标准研究所高级工程师
Shen JIa Senior Engineer, Communi-
canons Standard Research Institute,
CATR of MII
--
当初我降临人世的时候，上帝许诺说要把他最美丽的女儿嫁给我。我左右顾
盼，上下求索，等了25年了，还没见到仙女的影子。我很郁闷，于是跑去问上帝。上
帝说：“你急什么？我都还没女朋友呢！”
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