LTE—3G技术的未来发展
摘要 结合LTE的提出、发展以及技术方案，阐述了上海贝尔阿尔卡特对LTE的理解和所做的准备。
关键词 3G LTE 技术方案
一、概述
3G技术的出现给移动通信带来了巨大的影响，给人们的生活带来了前所未有的体验，它使上网冲浪、联网游戏、远程办公等摆脱了场地和环境的束缚，实现了真正的无所不在。上海贝尔阿尔卡特Evolium系统很好地实现和优化了这些应用，成为在系统结构、算法设计稳定性等方面领先的解决方案。但人们的需求并没有就此停滞，大量的市场调研和专家研究表明，2Mbit/s的WCDMA R99传输速率、14.4Mbit/s R5 HSDPA的峰值速率已远远不能满足人们未来的需求。那么是不是一定要等到2010年后的IMT-Advanced(B3G)才能满足这些需求呢?国际标准化组织3GPP在经过认真的讨论后提出了新的挑战，那就是在2007年实现峰值速率100Mbit/s的数据传输。这是一个巨大的挑战，也就是说必须在两年之内设计出7-50倍于当前系统传输速率的新技术，并且具有很好的向下兼容性，以保护现有的投资。这一新的系统被称作E3G或LTE(Long Term Evolution)。
阿尔卡特作为3GPP的独立成员，发起并参与了LTE的标准制定和技术研究，并且提交了候选技术。本文将结合LTE的提出、发展以及技术方案，阐述上海贝尔阿尔卡特对LTE的理解和所做的准备。
二、LTE概念的提出
LTE的研究项目(study item)是于2004年底在3GPP中提出的，当时的目标和关键特性还不是很清楚，争论也比较多，但在2005年6月的魁北克会议上最终确立了系统目标(requirement)，到此LTE的概念正式确立。具体内容包括：
a)目标峰值速率：下行链路100Mbit/s，上行链路50Mbit/s；
b)适用于不同的带宽：1.25-20MHz；
c)支持“paired”和“unpaired”的频谱分配；
d)以分组域业务为主要目标；
e)降低无线网络时延：U-plan＜10ms，C-plan＜100ms：
f)频谱效率：下行链路5(bit/s)/Hz(3～4倍于R6 HSDPA)；上行链路2.5(bit/s)/Hz(2～3倍于R6 HSUPA)；
g)强调后向兼容，同时也考虑与系统性能的折衷；
h)提高小区边缘的用户吞吐量。
从中可以看出，其目标与3G相比已经有了很大提高。其主要特性体现在高数据速率、分组传送、灵活带宽和向下兼容。
三、LTE的发展时间表
LTE概念的提出意味着目标的确立，为了有一个清晰的技术发展路线，3GPP制定了明确的时间表，如图1所示。
图1 3GPP LTE总体发展时间表
整个标准发展过程分为研究项目(study item)和工作项目(work item)两个阶段。
研究项目阶段在2006年年中结束，该阶段将主要完成目标需求的定义，明确LTE的概念等，然后征集候选技术提案，并对技术提案进行评估，确定其是否符合目标需求。对有可能融合的提案进行讨论，甚至还可能对某些技术的优越性进行辩论，最终选择出适合未来LTE的技术方案。实际上这是厂商实力的较量，也不乏政府在其后的影响。针对系统功能的划分、接口的定义也会在这个阶段涉及。
工作项目在2006年年中以前建立，并开始着手标准的建立。该阶段将对未来LTE标准细节的各个方面展开讨论和起草，并一直持续到2007年年中。整个过程比3G标准的制定过程节奏明显加快，这也是考虑到市场的需求。随着宽带技术的不断创新，3GPP也将在最短的时间内推出最新的技术。这给运营业带来了新的机遇，更新更快的业务可以在不远的将来得以实现，甚至完全可以和有线网络相媲美。
3GPP针对LTE研究项目阶段制定了更为详细的时间表，如图2所示。
图2 3GPP LTE研究项目发展时间表
四、LTE主要技术提案介绍
从LTE制定的目标需求可以看出，100Mbit/s的传输能力已远不是3G所能比的，那么其使用的技术也必将有较大的提高。在方案的征集过程中有6个选项，按照双工方式可分为频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种；按照无线链路的调制方式或多址方式主要可分为码分多址(CDMA)和正交频分多址(OFDMA)两种。如表1所示。
表1 3GPP LTE主要技术提案
现针对其中重点的几种提案作一简要介绍。
3.1 FDD SC-FDMA UL、FDD OFDMA DL
该提案使用了目前频谱效率很高的正交频分复用(OFDM)技术作为下行链路的主要调制方式，实现高速数据速率传送。上行链路则采用单载波频分多址(FDMA)，主要的好处就是降低了发射终端的峰均功率比，减小了终端的体积和成本。其主要特点包括频谱带宽灵活分配、子载波序列固定、采用循环前缀对抗多径衰落和可变的传输时间间隔(TTI)等。
3.2 FDD UL采用OFDMA，FDD DL采用OFDMA
该提案与上一方案非常类似。所不同的主要是上行链路，这里采用的也是OFDM技术，这就要求终端能够实现比较高的峰均功率比，但数据传输效率更高。
3.3 FDD MC-WCDMA UL/DL
该提案实际上就是多载波的WCDMA方案，上下行采用与HSDPA/HSUPA相似的技术，例如自适应调制方式、NodeB调度、层2快速重传和快速小区切换等，然后利用多载波复用的方式提高数据速率。
3.4 TDD UL/DL采用MC-TD-SCDMA
该提案主要由大唐公司提出，是TD-SCDMA标准的演进。其主要特点是尽可能继承TD-SCDMA的系统特点，例如相同的子信道带宽、信道结构，Space、Time、Code多域复用等，在此基础上通过多载波的方式扩展数据速率，满足LTE的需求。
3.5 TDD UL/DL采用OFDMA和TDD UL采用SC-FDMA，TDD DL采用OFDMA
这两种提案同前两种是非常类似的，不同的是双工方式。
以上这些提案代表了不同的背景和不同集团的利益，在最新结束的马耳他会议上，已有了最终的结果。FDD和TDD将尽量采用相同的多址技术，并且绝大多数公司支持的第一种方案将作为以后开展LTE研究的前提条件。同时中国的TD-SCDMA经过多方的不断努力，TD-SCDMA的帧结构在第一种方案中作为一个选项得以保留，并且可以在多载波的演进方面继续开展研究。
阿尔卡特向3GPP提交了多项有关OFDM、增加小区边界吞吐量等的技术建议，正在积极准备未来3G的技术标准和系统开发。阿尔卡特在保证技术和系统性能领先的同时，将最大程度地利用并兼容现有的系统平台，保持系统的平滑演进，以提供最优的解决方案。
关键词 3G LTE 技术方案
一、概述
3G技术的出现给移动通信带来了巨大的影响，给人们的生活带来了前所未有的体验，它使上网冲浪、联网游戏、远程办公等摆脱了场地和环境的束缚，实现了真正的无所不在。上海贝尔阿尔卡特Evolium系统很好地实现和优化了这些应用，成为在系统结构、算法设计稳定性等方面领先的解决方案。但人们的需求并没有就此停滞，大量的市场调研和专家研究表明，2Mbit/s的WCDMA R99传输速率、14.4Mbit/s R5 HSDPA的峰值速率已远远不能满足人们未来的需求。那么是不是一定要等到2010年后的IMT-Advanced(B3G)才能满足这些需求呢?国际标准化组织3GPP在经过认真的讨论后提出了新的挑战，那就是在2007年实现峰值速率100Mbit/s的数据传输。这是一个巨大的挑战，也就是说必须在两年之内设计出7-50倍于当前系统传输速率的新技术，并且具有很好的向下兼容性，以保护现有的投资。这一新的系统被称作E3G或LTE(Long Term Evolution)。
阿尔卡特作为3GPP的独立成员，发起并参与了LTE的标准制定和技术研究，并且提交了候选技术。本文将结合LTE的提出、发展以及技术方案，阐述上海贝尔阿尔卡特对LTE的理解和所做的准备。
二、LTE概念的提出
LTE的研究项目(study item)是于2004年底在3GPP中提出的，当时的目标和关键特性还不是很清楚，争论也比较多，但在2005年6月的魁北克会议上最终确立了系统目标(requirement)，到此LTE的概念正式确立。具体内容包括：
a)目标峰值速率：下行链路100Mbit/s，上行链路50Mbit/s；
b)适用于不同的带宽：1.25-20MHz；
c)支持“paired”和“unpaired”的频谱分配；
d)以分组域业务为主要目标；
e)降低无线网络时延：U-plan＜10ms，C-plan＜100ms：
f)频谱效率：下行链路5(bit/s)/Hz(3～4倍于R6 HSDPA)；上行链路2.5(bit/s)/Hz(2～3倍于R6 HSUPA)；
g)强调后向兼容，同时也考虑与系统性能的折衷；
h)提高小区边缘的用户吞吐量。
从中可以看出，其目标与3G相比已经有了很大提高。其主要特性体现在高数据速率、分组传送、灵活带宽和向下兼容。
三、LTE的发展时间表
LTE概念的提出意味着目标的确立，为了有一个清晰的技术发展路线，3GPP制定了明确的时间表，如图1所示。
整个标准发展过程分为研究项目(study item)和工作项目(work item)两个阶段。
研究项目阶段在2006年年中结束，该阶段将主要完成目标需求的定义，明确LTE的概念等，然后征集候选技术提案，并对技术提案进行评估，确定其是否符合目标需求。对有可能融合的提案进行讨论，甚至还可能对某些技术的优越性进行辩论，最终选择出适合未来LTE的技术方案。实际上这是厂商实力的较量，也不乏政府在其后的影响。针对系统功能的划分、接口的定义也会在这个阶段涉及。
工作项目在2006年年中以前建立，并开始着手标准的建立。该阶段将对未来LTE标准细节的各个方面展开讨论和起草，并一直持续到2007年年中。整个过程比3G标准的制定过程节奏明显加快，这也是考虑到市场的需求。随着宽带技术的不断创新，3GPP也将在最短的时间内推出最新的技术。这给运营业带来了新的机遇，更新更快的业务可以在不远的将来得以实现，甚至完全可以和有线网络相媲美。
3GPP针对LTE研究项目阶段制定了更为详细的时间表，如图2所示。
四、LTE主要技术提案介绍
从LTE制定的目标需求可以看出，100Mbit/s的传输能力已远不是3G所能比的，那么其使用的技术也必将有较大的提高。在方案的征集过程中有6个选项，按照双工方式可分为频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种；按照无线链路的调制方式或多址方式主要可分为码分多址(CDMA)和正交频分多址(OFDMA)两种。如表1所示。
种类 | 多址接入方式 | 技术建议 |
1 | FDD UL采用SC-FDMA，FDD DL采用0FDMA | R1-050679 |
2 | FDD UL采用0FDMA，FDD DL采用0FDMA | R1-050672 |
3 | FDD UL/DL采用MC-WCDMA | R1-050674 |
4 | TDD UL/DL采用MC-TD-SCDMA | R1-050675 |
5 | TDD UL/DL采用0FDMA | R1-050678 |
6 | TDD UL采用SC-FDMA，TDD DL采用0FDMA | R1-050678 |
现针对其中重点的几种提案作一简要介绍。
3.1 FDD SC-FDMA UL、FDD OFDMA DL
该提案使用了目前频谱效率很高的正交频分复用(OFDM)技术作为下行链路的主要调制方式，实现高速数据速率传送。上行链路则采用单载波频分多址(FDMA)，主要的好处就是降低了发射终端的峰均功率比，减小了终端的体积和成本。其主要特点包括频谱带宽灵活分配、子载波序列固定、采用循环前缀对抗多径衰落和可变的传输时间间隔(TTI)等。
3.2 FDD UL采用OFDMA，FDD DL采用OFDMA
该提案与上一方案非常类似。所不同的主要是上行链路，这里采用的也是OFDM技术，这就要求终端能够实现比较高的峰均功率比，但数据传输效率更高。
3.3 FDD MC-WCDMA UL/DL
该提案实际上就是多载波的WCDMA方案，上下行采用与HSDPA/HSUPA相似的技术，例如自适应调制方式、NodeB调度、层2快速重传和快速小区切换等，然后利用多载波复用的方式提高数据速率。
3.4 TDD UL/DL采用MC-TD-SCDMA
该提案主要由大唐公司提出，是TD-SCDMA标准的演进。其主要特点是尽可能继承TD-SCDMA的系统特点，例如相同的子信道带宽、信道结构，Space、Time、Code多域复用等，在此基础上通过多载波的方式扩展数据速率，满足LTE的需求。
3.5 TDD UL/DL采用OFDMA和TDD UL采用SC-FDMA，TDD DL采用OFDMA
这两种提案同前两种是非常类似的，不同的是双工方式。
以上这些提案代表了不同的背景和不同集团的利益，在最新结束的马耳他会议上，已有了最终的结果。FDD和TDD将尽量采用相同的多址技术，并且绝大多数公司支持的第一种方案将作为以后开展LTE研究的前提条件。同时中国的TD-SCDMA经过多方的不断努力，TD-SCDMA的帧结构在第一种方案中作为一个选项得以保留，并且可以在多载波的演进方面继续开展研究。
阿尔卡特向3GPP提交了多项有关OFDM、增加小区边界吞吐量等的技术建议，正在积极准备未来3G的技术标准和系统开发。阿尔卡特在保证技术和系统性能领先的同时，将最大程度地利用并兼容现有的系统平台，保持系统的平滑演进，以提供最优的解决方案。
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