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GPPLTE核心技术及标准化进展———————————————————————————————— 作者：———————————————————————————————— 日期： 3GPP LTE核心技术及标准化进展 沈嘉【关键词】 3GPPLTE标准化1、引言 　　正当人们惊讶于WiMAX技术的迅猛崛起时，3GPP也开场了UMTS技术的长期演进〔LTE，Long Term Evolution〕工程这项受人瞩目的技术被称为“演进型3G〞〔E3G，Evolved 3G〕但只要对这项技术稍作了解，就会发现，这种以OFDM为核心的技术，与其说是3G技术的“演进〞〔Evolution〕，不如说是“革命〞〔Revolution〕，它和3GPP2空中接口演进〔AIE〕、WiMAX以及最新出现的等技术，由于已经具有某些“4G〞特征，甚至可以被看作“准4G〞技术 　　自2004年11月启动LTE工程以来，3GPP以频繁的会议全力推进LTE的研究工作仅半年就完成了需求〔Requirement〕的制定，方案在2006年中完成Study Item的研究工作，2007年中完成标准的制定，预计2021年即可商用目前距SI完成的日期还有3个月，回忆LTE工程的进展，总体上还比拟顺利。

虽然工作进度略滞后于原方案，但经过艰辛的讨论和融合，终于确定了大局部根本技术框架，一个初步的LTE系统已逐渐展示在我们眼前 2、LTE的需求指标 　　LTE工程首先从定义需求开场主要需求指标包括： 　　◆支持～20MHz带宽 　　◆峰值数据率：上行50Mb/s，下行100Mb/s频谱效率到达3GPP Release 6的2～4倍 　　◆提高小区边缘的比特率 　　◆用户面延迟〔单向〕小于5ms，控制面延迟小于100ms 　　◆支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作 　　◆支持增强型的播送多播业务 　　◆降低建网本钱，实现从Release 6的低本钱演进 　　◆实现合理的终端复杂度、本钱和耗电 　　◆支持增强的IMS〔IP多媒体子系统〕和核心网 　　◆追求后向兼容，但应该仔细考虑性能改良和向后兼容之间的平衡 　　◆取消电路交换〔CS〕域，CS域业务在包交换〔PS〕域实现，如采用VoIP 　　◆对低速移动优化系统，同时支持高速移动 　　◆以尽可能相似的技术同时支持成对〔Paired〕和非成对〔Unpaired〕频段 　　◆尽可能支持简单的临频共存 　　3GPP毫不讳言LTE工程的启动是为了应对“其他无线通信标准〞的竞争。

针对WiMAX“低移动性宽带IP接入〞的定位，LTE提出了相对应的需求，如相似的带宽、数据率和频谱效率指标、对低移动性进展优化、只支持PS域，强调播送多播业务等同时，出于对VoIP和游戏的重视，LTE对用户面延迟的要求近乎苛刻关于向后兼容的要求似乎模棱两可，从目前的情况看，由于选择了大量新技术，至少在物理层已难以保持从UMTS的平滑过渡 　　最近，运营商又提出了加强播送业务的要求，建议增加在单独的下行载波上部署移动电视〔Mobile TV〕系统的需求 3、LTE物理层技术 　　LTE的研究工作主要集中在物理层、空中接口协议和网络架构几个方面，其中网络架构方面的工作和3GPP系统架构演进〔SAE〕工程密切相关本文将对这几个方面的重大技术决定和进展做一简单的介绍 　　　根本传输技术和多址技术 　　根本传输技术和多址技术是无线通信技术的根底3GPP成员在讨论多址技术方案时，主要分成两个阵营：多数公司认为OFDM／FDMA技术与CDMA技术相比，可以取得更高的频谱效率；而少数公司认为OFDM系统和CDMA系统性能相当，出于后向兼容的考虑，应该沿用CDMA技术持前一种看法的公司全部支持在下行采用OFDM技术，但在上行多址技术的选择上又分为两种观点：大局部厂商因为对OFDM的上行峰平比PAPR〔将影响手持终端的功放本钱和电池寿命〕有顾虑，主张采用具有较低PAPR的单载波技术；另一些公司〔主要是积极参与WiMAX标准化的公司〕建议在上行也采用OFDM技术，并用一些增强技术解决PAPR的问题。

经过剧烈的讨论和艰辛的融合，3GPP最终选择了大多数公司支持的方案，即下行OFDM；上行SC〔单载波〕-FDMA 　　上行SC-FDMA信号可以用“频域〞和“时域〞两种方法生成，频域生成方法又称为DFT扩展OFDM〔DFTS-OFDM〕；时域生成方法又称为交织FDMA〔IFDMA〕采用哪种生成方法目前尚未确定，但大局部公司支持采用DFT-S-OFDM技术〔如图1所示〕这种技术是在OFDM的IFFT调制之前对信号进展DFT扩展，系统发射的是时域信号，从而可以防止OFDM系统发送频域信号带来的PAPR问题 图1　DFT-S-OFDM发射机构造 　　　“宏分集〞之争 　　是否采用宏分集技术，是LTE讨论中的又一个焦点这个问题看似是物理层技术的取舍，实那么影响到网络架构的选择，对LTE/SAE系统的开展方向有深远的影响 　　3GPP内部在下行宏分集问题上的看法比拟一致由于存在难以解决的“同步问题〞，各公司很早就明确，对单播〔Unicast〕业务不采用下行宏分集只是在提供多小区播送〔Broadcast〕业务时，由于放松了对频谱效率的要求，可以通过采用较大的循环前缀〔CP〕，解决小区之间的同步问题，从而使下行宏分集成为可能。

　　与下行相比，3GPP对上行宏分集的取舍却迟迟不决宏分集的根底是软切换，这种CDMA系统的典型技术，在FDMA系统中却可能“弊大于利〞更重要的是，软切换需要一个“中心节点〞〔如UTRAN中的RNC〕来进展控制，这和大多数公司推崇的网络“扁平化〞、“分散化〞网络构造背道而驰经过仿真结果的比拟、剧烈的争论、甚至“示意性〞的表决，3GPP最终决定LTE〔至少在目前〕不考虑宏分集技术 　　　帧构造和系统参数设计 　　LTE在数据传输延迟方面的要求很高〔单向延迟小于5ms〕，这一指标要求LTE系统必须采用很小的最小交织长度〔TTI〕大多数公司主要出于对FDD系统的设计，建议采用的子帧长度〔1帧包含20个子帧〕但是一些研发TDD技术的3GPP成员注意到这种子帧长度和UMTS中现有的两种TDD技术的时隙长度不匹配例如TD-SCDMA的时隙长度为，如果LTE TDD系统的子帧长度为，那么新、老的系统的时隙无法对齐，使得TD-SCDMA系统和LTE TDD系统难以“临频共址〞共存在中国公司的坚持下，3GPP在这个问题上形成决议：根本的子帧长度为，但在考虑和LCR-TDD〔即TD-SCDMA〕系统兼容时，可以采用子帧长度。

　　OFDM和SC-FDMA〔以DFT-S-OFDM为例〕的子载波宽度选定为15kHz，这是一个相对适中的值，兼顾了系统效率和移动性，明显比WiMAX系统大下行OFDM的CP长度有长短两种选择，分别为〔采用子帧时为〕和短CP为根本选项，长CP可用于大范围小区或多小区播送短CP情况下一个子帧包含7个〔采用子帧时为9个〕OFDM符号；长CP情况下一个子帧包含6个〔采用子帧时为8个〕OFDM符号上行由于采用单载波技术，子帧构造和下行不同DFT-S-OFDM的一个子帧包含6个〔采用子帧时为8个〕“长块〞和2个“短块〞〔如图2所示〕，长块主要用于传送数据，短块主要用于传送导频信号 图2　DFT-S-OFDM子帧构造 　　虽然为了支持实时业务，LTE的最小TTI长度仅为，但系统可以动态的调整TTI，以便在支持其他业务时，防止由于不必要的IP包分割造成的额外的延迟和信令开销 　　上、下行系统分别将频率资源分为假设干资源单元〔RU〕和物理资源块〔PRB〕，RU和PRB分别是上、下行资源的最小分配单位，大小同为25个子载波，即375kHz下行用户的数据以虚拟资源块〔VRB〕的形式发送，VRB可以采用集中〔Localized〕或分散〔Distributed〕方式映射到PRB上。

Localized方式即占用假设干相邻的PRB，这种方式下，系统可以通过频域调度获得多用户增益Distributed方式即占用假设干分散的PRB，这种方式下，系统可以获得频率分集增益上行RU可以分为Localized RU〔LRU〕和Distributed RU〔DRU〕，LRU包含一组相邻的子载波，DRU包含一组分散的子载波为了保持单载波信号格式，如果一个UE占用多个LRU，这些LRU必须相邻；如果占用多个DRU，所有子载波必须等间隔 　　　其他物理层设计 　　◆参考符号〔导频〕设计 　　LTE目前确定了下行参考符号〔即导频〕设计下行导频格式如图3所示，系统采用时分复用〔TDM〕的导频插入方式每个子帧可以插入两个导频符号，第1和第2导频分别在第1和倒数第3个符号导频的频域密度为6个子载波，第1和第2导频在频域上交织放置采用MIMO时，须支持至少4个正交导频〔以支持4天线发送〕，但对智能天线例外在一个小区内，多天线之间主要采用频分复用〔FDM〕方式的正交导频在不同的小区之间，正交导频在码域实现〔CDM〕 图3　OFDM导频构造 　　◆上行控制信道复用 　　LTE上行由于采用单载波技术，控制信道的复用不如OFDM灵活。

上行控制信道用于传送两种信令：与数据相关的信令〔AMC格式、HARQ信息等〕和与数据无关的信令〔RACH、COI、ACK/NACK、调度请求〕经过反复的讨论，3GPP决定只采用TDM方式复用控制信道，因为这种方式可以保持SC-FDMA的低PAPR特性与数据相关的信令将和UE的数据复用在一个时频资源块中 　　◆调制与编码 　　LTE下行主要采用QPSK、16QAM、64QAM三种调制方式上行主要采用位移BPSK〔π/2-shift BPSK，用于进一步降低DFT-S-OFDM的PAPR〕、QPSK、8PSK和16QAM另一个正在考虑的降PAPR技术是频域滤波〔Spectrum Shaping〕另外也已明确，Cubic Metric是比PAPR更准确的衡量对功放非线性影响的指标在信道编码方面，LTE主要考虑Turbo码，但如果能获得明显的增益，也将考虑其他编码方式，如LDPC码 　　◆MIMO 　　LTE系统将设计可以适应宏小区、微小区、热点等各种环境的MIMO技术根本MIMO模型是下行22、上行12个天线，但同时也正在考虑更多天线配置〔最多44〕的必要性和可行性具体的MIMO技术尚未确定，目前正在考虑的方法包括空间复用〔SM〕、空分多址〔SDMA〕、预编码〔Pre-coding〕、秩自适应〔Rank Adaptation〕、智能天线以及开环发射分集〔主要用于控制信令的传输，包括空时块码〔STBC〕和循环位移分集〔CSD〕等。

上行将采用一种特殊的SDMA技术，即已被WiMAX采用的虚拟〔Virtual〕MIMO技术此项技术可以动态的将两个单天线发送的UE配成一对，进展虚拟的MIMO发送，从而提高上行系统的容量 　　◆调度 　　调度就是动态的将最适合的时频资源分配给某个用户，系统根据信道质量信息〔CQI〕的反应、有待调度的数据量、UE能力等决定资源的分配，并通过控制信令通知用户调度实际上和链路自适应、HARO是密不可分的LTE的调度可以灵活的在Localized和Distributed方式之间切换，并将考虑减小开销的方法一种方法就是对话音业务一次性调度相对固定的资源〔Persistent Scheduling〕。