新興技術帶來挑戰(zhàn) 3GLTE長期演進疾速突進
2006/3/24 21:11:00
南京銀線科技有限公司 供稿
引：經過20多年的發(fā)展，移動通信市場依靠話音業(yè)務獲得了巨大的成功。但隨著數(shù)據(jù)業(yè)務和應用的重要性與日俱增，這種狀況將會逐漸改變。
LTE及時卡位
經過20多年的發(fā)展，移動通信市場依靠話音業(yè)務獲得了巨大的成功。但隨著數(shù)據(jù)業(yè)務和應用的重要性與日俱增，這種狀況將會逐漸改變。
預計到2012年，數(shù)據(jù)業(yè)務將超過傳統(tǒng)話音業(yè)務，成為運營商主要的收入來源。而移動通信技術的發(fā)展正是迎合這一趨勢的，引入分組技術的GPRS網(wǎng)絡以及隨后的3G網(wǎng)絡為用戶帶來了新的應用和服務，包括IP電話，多媒體消息、在線游戲、視頻點播、音樂下載、視頻剪輯、移動電視、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽等等。這還僅僅是個開始，當用戶逐步了解了3G系統(tǒng)的能力，他們將期望運營商提供越來越豐富多彩的數(shù)據(jù)服務。這些新業(yè)務有的可以在現(xiàn)有的技術和網(wǎng)絡中實現(xiàn)，而有的則需要更高速率的無線接入的支持。
與此同時，3G技術也受到了來自諸如WiMAX等其他寬帶無線接入技術的挑戰(zhàn)。雖然這些技術在移動性和端對端服務支持上稍微遜色，但其在支持TCP/IP協(xié)議和滿足時延要求上比現(xiàn)有的3G系統(tǒng)則更勝一籌。這也促使3GPP聯(lián)盟加速對于新的無線接入網(wǎng)和空中接口技術的研發(fā)。
通常來說，一個新的空中接口的研發(fā)需要10年的時間，而“后3G”技術的研究到目前為止已經進行5年。新的4G頻譜計劃將于2007年的ITU世界無線會議(WRC)之后分配，加上研究、標準化和設計產品等的時間，4G系統(tǒng)最早也要在2015左右才能正式商用。而在這之間的2008年到2015年，人們將致力于“3G+”技術的研發(fā)。2004年11月，名為“UTRAN演進”或“3G+”的會議在加拿大多倫多舉行。這次會議的主旨是收集關于3GPP版本6之后的無線接入網(wǎng)絡的演進意見。在接下來的一次全體會議上，名為“UTRA和UTRAN演進”的研究項目獲得通過，并且得到了26個組織的支持。這說明了3GPP運營商和設備商之間，致力于共同研究3G技術演進版本的強烈愿望。
LTE能帶來什么
3GLTE著重考慮的方面主要包括降低時延、提高用戶的數(shù)據(jù)率、增大系統(tǒng)容量和覆蓋范圍以及降低運營成本等。為了滿足這些要求，需要對無線接口以及無線網(wǎng)絡的體系架構進行一些改進。研究將圍繞以下一些方面展開，如：物理層上下行的空中接口、第二層到第三層的接口，UTRAN結構的調整和與射頻相關的問題等。空中接口和無線接入網(wǎng)體系結構演進的目標主要包括以下的內容：
極大提高峰值數(shù)據(jù)速率(在20MHz帶寬下支持下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率)；在保持現(xiàn)有基站位置的同時提高小區(qū)邊緣比特速率；有效提高頻譜效率(3GPP版本6的2～4倍)；將接入網(wǎng)時延降低到10ms以下；將控制平面時延降低到100ms以內；優(yōu)化15km/h以下低速用戶的性能，能為15-120km/h的移動用戶提供高性能的服務，可以支持120-350km/h的用戶；吞吐量、頻譜效率和移動性指標在5km半徑的小區(qū)內將得到充分保證，當小區(qū)半徑增大到30km時，只對以上指標帶來輕微的弱化；支持多種載波帶寬，以滿足配置系統(tǒng)時窄帶頻譜分配時的靈活性；支持與現(xiàn)有的3G系統(tǒng)和非3GPP規(guī)范系統(tǒng)的協(xié)同工作：增強的MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service)；降低CAPEX(資本支出，Capital Expenditure)和OPEX(運營支出，Operation Expenditure)的成本；降低空中接口和網(wǎng)絡架構的成本；系統(tǒng)和終端具有合理的復雜性、成本和功耗；支持增強的IP多媒體子系統(tǒng)(IP Multimedia Sub-system，IMS)和核心網(wǎng)；盡可能保證后向兼容，但當與系統(tǒng)性能或容量提高矛盾時需要考慮適當?shù)恼壑校挥行У刂С侄喾N業(yè)務類型，尤其是分組域(PS-Domain)業(yè)務(如VoIP等)；優(yōu)化系統(tǒng)為低移動速度終端提供服務，同時也應支持高移動速度終端；系統(tǒng)應該能工作在對稱和非對稱頻段；盡可能簡化處于相鄰頻帶運營商共存的問題。
LTE的工作計劃
從時間上來看，3GPP的LTE工作計劃可以分為Study Item(SI)和Work Item(WI)兩個階段。第一階段(SI階段)從2005年3月到2006年6月，完成3GPP LTE的可行性研究，形成研究報告。在2006年3月已經完成或正在進行的相關內容有：RAN-CN功能的劃分與調整；RAN體系結構的優(yōu)化；無線接口協(xié)議的體系結構；物理層中多種接入方案、宏分集與射頻部分的研究；狀態(tài)與狀態(tài)轉移問題。在2006年3月到6月將完成包括信道結構的研究、演進的MIMO機制、信令的流程與終端移動性問題等方面的研究。并且將在6月份提出WI階段的工作時間計劃。第二階段(WI階段)從2006年6月到2007年6月，使用一年左右的時間完成核心的技術規(guī)范撰寫工作。在2007年年中完成相關標準制定工作后，預計在2008年或2009年將成熟的商用產品推向市場。
為了實現(xiàn)3GLTE的設計目標，需要著重在空中接口傳輸技術和接入網(wǎng)結構上對現(xiàn)有3G系統(tǒng)進行改進。各個通信設備制造商和運營商自LTE研究展開以來，經過對多種方案的討論、比較和分析，已經初步確定了一些進一步研究的工作假設。在空中接口方面，多種先進的信號處理技術將被采用，以提供更高的頻譜效率和更可靠的傳輸性能。具體而言，包括在下行鏈路采用能夠有效對抗多徑衰落、提高頻譜效率的OFDM技術；采用自適應鏈路技術使編碼調制參數(shù)能夠適應無線信道的變化；通過在發(fā)射端和接收端配置多個天線，從而提高系統(tǒng)的容量、改善系統(tǒng)性能；而上行鏈路則采用峰均比(PAPR)較低的分布式或集中式單載波頻分復用提供多址接入；在幀結構和頻譜規(guī)劃上，盡可能與現(xiàn)有3G標準相兼容，以方便終端在不同制式系統(tǒng)中的切換，減小未來升級帶來的投入。
在接入網(wǎng)體系結構方面，設計的主要目標是減小時延和復雜度，使得協(xié)議能夠有效支持新的物理層傳輸技術，從而提供更高的用戶容量、系統(tǒng)吞吐量和端到端的服務質量保證。在3GLTE中，最終將要實現(xiàn)所有業(yè)務通過分組域傳輸，如何保證各種分組業(yè)務、特別是實時性要求較高的分組業(yè)務的服務質量，將成為一個關鍵的問題。
LTE及時卡位
經過20多年的發(fā)展，移動通信市場依靠話音業(yè)務獲得了巨大的成功。但隨著數(shù)據(jù)業(yè)務和應用的重要性與日俱增，這種狀況將會逐漸改變。
預計到2012年，數(shù)據(jù)業(yè)務將超過傳統(tǒng)話音業(yè)務，成為運營商主要的收入來源。而移動通信技術的發(fā)展正是迎合這一趨勢的，引入分組技術的GPRS網(wǎng)絡以及隨后的3G網(wǎng)絡為用戶帶來了新的應用和服務，包括IP電話，多媒體消息、在線游戲、視頻點播、音樂下載、視頻剪輯、移動電視、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽等等。這還僅僅是個開始，當用戶逐步了解了3G系統(tǒng)的能力，他們將期望運營商提供越來越豐富多彩的數(shù)據(jù)服務。這些新業(yè)務有的可以在現(xiàn)有的技術和網(wǎng)絡中實現(xiàn)，而有的則需要更高速率的無線接入的支持。
與此同時，3G技術也受到了來自諸如WiMAX等其他寬帶無線接入技術的挑戰(zhàn)。雖然這些技術在移動性和端對端服務支持上稍微遜色，但其在支持TCP/IP協(xié)議和滿足時延要求上比現(xiàn)有的3G系統(tǒng)則更勝一籌。這也促使3GPP聯(lián)盟加速對于新的無線接入網(wǎng)和空中接口技術的研發(fā)。
通常來說，一個新的空中接口的研發(fā)需要10年的時間，而“后3G”技術的研究到目前為止已經進行5年。新的4G頻譜計劃將于2007年的ITU世界無線會議(WRC)之后分配，加上研究、標準化和設計產品等的時間，4G系統(tǒng)最早也要在2015左右才能正式商用。而在這之間的2008年到2015年，人們將致力于“3G+”技術的研發(fā)。2004年11月，名為“UTRAN演進”或“3G+”的會議在加拿大多倫多舉行。這次會議的主旨是收集關于3GPP版本6之后的無線接入網(wǎng)絡的演進意見。在接下來的一次全體會議上，名為“UTRA和UTRAN演進”的研究項目獲得通過，并且得到了26個組織的支持。這說明了3GPP運營商和設備商之間，致力于共同研究3G技術演進版本的強烈愿望。
LTE能帶來什么
3GLTE著重考慮的方面主要包括降低時延、提高用戶的數(shù)據(jù)率、增大系統(tǒng)容量和覆蓋范圍以及降低運營成本等。為了滿足這些要求，需要對無線接口以及無線網(wǎng)絡的體系架構進行一些改進。研究將圍繞以下一些方面展開，如：物理層上下行的空中接口、第二層到第三層的接口，UTRAN結構的調整和與射頻相關的問題等。空中接口和無線接入網(wǎng)體系結構演進的目標主要包括以下的內容：
極大提高峰值數(shù)據(jù)速率(在20MHz帶寬下支持下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率)；在保持現(xiàn)有基站位置的同時提高小區(qū)邊緣比特速率；有效提高頻譜效率(3GPP版本6的2～4倍)；將接入網(wǎng)時延降低到10ms以下；將控制平面時延降低到100ms以內；優(yōu)化15km/h以下低速用戶的性能，能為15-120km/h的移動用戶提供高性能的服務，可以支持120-350km/h的用戶；吞吐量、頻譜效率和移動性指標在5km半徑的小區(qū)內將得到充分保證，當小區(qū)半徑增大到30km時，只對以上指標帶來輕微的弱化；支持多種載波帶寬，以滿足配置系統(tǒng)時窄帶頻譜分配時的靈活性；支持與現(xiàn)有的3G系統(tǒng)和非3GPP規(guī)范系統(tǒng)的協(xié)同工作：增強的MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service)；降低CAPEX(資本支出，Capital Expenditure)和OPEX(運營支出，Operation Expenditure)的成本；降低空中接口和網(wǎng)絡架構的成本；系統(tǒng)和終端具有合理的復雜性、成本和功耗；支持增強的IP多媒體子系統(tǒng)(IP Multimedia Sub-system，IMS)和核心網(wǎng)；盡可能保證后向兼容，但當與系統(tǒng)性能或容量提高矛盾時需要考慮適當?shù)恼壑校挥行У刂С侄喾N業(yè)務類型，尤其是分組域(PS-Domain)業(yè)務(如VoIP等)；優(yōu)化系統(tǒng)為低移動速度終端提供服務，同時也應支持高移動速度終端；系統(tǒng)應該能工作在對稱和非對稱頻段；盡可能簡化處于相鄰頻帶運營商共存的問題。
LTE的工作計劃
從時間上來看，3GPP的LTE工作計劃可以分為Study Item(SI)和Work Item(WI)兩個階段。第一階段(SI階段)從2005年3月到2006年6月，完成3GPP LTE的可行性研究，形成研究報告。在2006年3月已經完成或正在進行的相關內容有：RAN-CN功能的劃分與調整；RAN體系結構的優(yōu)化；無線接口協(xié)議的體系結構；物理層中多種接入方案、宏分集與射頻部分的研究；狀態(tài)與狀態(tài)轉移問題。在2006年3月到6月將完成包括信道結構的研究、演進的MIMO機制、信令的流程與終端移動性問題等方面的研究。并且將在6月份提出WI階段的工作時間計劃。第二階段(WI階段)從2006年6月到2007年6月，使用一年左右的時間完成核心的技術規(guī)范撰寫工作。在2007年年中完成相關標準制定工作后，預計在2008年或2009年將成熟的商用產品推向市場。
為了實現(xiàn)3GLTE的設計目標，需要著重在空中接口傳輸技術和接入網(wǎng)結構上對現(xiàn)有3G系統(tǒng)進行改進。各個通信設備制造商和運營商自LTE研究展開以來，經過對多種方案的討論、比較和分析，已經初步確定了一些進一步研究的工作假設。在空中接口方面，多種先進的信號處理技術將被采用，以提供更高的頻譜效率和更可靠的傳輸性能。具體而言，包括在下行鏈路采用能夠有效對抗多徑衰落、提高頻譜效率的OFDM技術；采用自適應鏈路技術使編碼調制參數(shù)能夠適應無線信道的變化；通過在發(fā)射端和接收端配置多個天線，從而提高系統(tǒng)的容量、改善系統(tǒng)性能；而上行鏈路則采用峰均比(PAPR)較低的分布式或集中式單載波頻分復用提供多址接入；在幀結構和頻譜規(guī)劃上，盡可能與現(xiàn)有3G標準相兼容，以方便終端在不同制式系統(tǒng)中的切換，減小未來升級帶來的投入。
在接入網(wǎng)體系結構方面，設計的主要目標是減小時延和復雜度，使得協(xié)議能夠有效支持新的物理層傳輸技術，從而提供更高的用戶容量、系統(tǒng)吞吐量和端到端的服務質量保證。在3GLTE中，最終將要實現(xiàn)所有業(yè)務通過分組域傳輸，如何保證各種分組業(yè)務、特別是實時性要求較高的分組業(yè)務的服務質量，將成為一個關鍵的問題。
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