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技术演化革新LTE:系统框架露端倪
 
慧聪网   2006年4月3日10时0分   信息来源:通信产业报    

  [摘要]HSPA(HSPDA+HSUPA)的演进项目E-HSPA也已经在3月启动,有公司认为E-HSPA系统应该在5MHz带宽内达到和LTE相似的性能。

  3GPP长期演进(LTE)项目是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目,这种以OFDM/FDMA为核心的技术,与其说是3G技术的“演进”(evol-ution),不如说是“革命”(revolution)。这种技术和3GPP 2AIE、WiMAX、以及最新出现的IEEE802.20MB FDD/MBTDD等,由于已经具有某些“4G”特征,可以被看作“准4G”技术。LTE项目的进展总体上说比较顺利,虽然工作进度略滞后于原计划,但经过艰苦的讨论和妥协,终于确定了大部分基本技术框架,LTE系统已初露端倪。

  技术的继承与发展

  基本传输技术和多址技术是无线通信技术的基础。3GPP经过激烈的讨论和艰苦的融合,终于在2005年12月选定了LTE的基本传输技术,即下行OFDM;上行SC(单载波)-FDMA。下行技术的选择没有经过很大的波澜。OFDM是公认的宽带无线通信的首选技术,因此虽然有个别公司仍试图坚持传统的CDMA技术,但绝大部分公司很早就在采用OFDM作为下行核心技术这一点上达成了共识。上行传输技术的选择颇费了一番周折,大部分欧美设备商对OFDM的上行峰平比PAPR(将影响手持终端的功放成本和电池寿命)有顾虑,坚持采用单载波技术(具有较低的PAPR)。虽然一些公司(主要是积极参与WiMAX标准化的公司)认为可以采用某些方法解决OFDM的PAPR的问题,但并没有说服单载波阵营。其间还经历了“WiBro/WiMAX试图成为LTETDD技术方案”的插曲,在这一努力宣告失败以后,3GPP基本确定了核心技术的选择———上行OFDM/下行SC-FDMA。

  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,实则影响到网络架构的选择,对LTE/SAE系统的发展方向有深远的影响。各公司很早就明确不采用下行宏分集(广播业务除外),但上行宏分集的取舍却迟迟不决。宏分集的基础是软切换,这种CDMA系统的典型技术在FDMA系统中却引出了“弊大还是利大”的争论。更重要的是,软切换需要一个“中心节点”(如RNC)来进行控制,这和大多数公司推崇的网络“扁平化”、“分散化”网络结构背道而驰。由于通过仿真结果的比较和激烈的争论仍难以达成一致,3GPP在2005年12月进行了“示意性”的投票,坚持宏分集的公司看到大势已去,没有继续坚持。3GPP遂决定LTE(至少在目前)不考虑宏分集技术。
  LTE在数据传输延迟方面的要求很高(端到端延迟小于5ms),这一指标要求LTE系统必须采用很小的交织长度(TTI),因此大多数公司建议采用0.5ms的子帧长度。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0.675ms,如果LTETDD系统的子帧长度为0.5ms,则新、老的系统的时隙无法对齐,使得TD-SCDMA系统和LTETDD系统难以“临频同址”共存。在中国公司的坚持下,3GPP在这个问题上达成一致:基本的子帧长度为0.5ms,但在考虑和TD-SCDMA系统兼容时可以采用0.675的子帧长度。

  框架初露端倪

  首先,OFDM/SC-FDMA的基本设计参数初步确定。OFDM和SC-FDMA(以DFT-S-OFDM为例)的子载波宽度为15kHz,OFDM循环前缀(CP)的长度有长短两种选择,短CP为基本选项,长CP可用于大范围小区或多小区广播。DFT-S-OFDM的一个子帧由长短两种数据块组成,长块主要用于传送数据,短块主要用于传送导频信号。

  下行主要采用QPSK、16QAM、64QAM三种调制方式,上行主要采用位移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。上下行的最小资源块大小为25个子载波,即375kHz。系统可以采用集中式(localized)或分散式(distributed)方式将数据映射到资源块上。

  在信道编码方面,LTE主要考虑Turbo码,但也正在考虑其他编码方式,如LDPC码。在MIMO方面,LTE的基本MIMO模型是下行2×2、上行1×2个天线,但同时也正在考虑更多的天线配置(最多4×4)。正在被考虑的MIMO技术括空间复用(SM)、空分多址(SDMA)、预编码(Pre-coding)、秩自适应(Rankadaptation)、以及开环发射分集(STTD,主要用于控制信令的传输)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。另外,LTE也正在考虑采用小区干扰抑制技术提高小区边缘的数据率和系统容量等。

  在切换方面,除了LTE系统内的切换,也正在考虑不同频率之间和不同系统(如其他3GPP系统、WLAN系统等)的切换。

  传统的3GPP接入网UTRAN由NodeB和RNC两层节点构成,但在考虑LTE技术时,大多数公司建议将RNC省去,采用由NodeB构成的单层结构,因为这样的结构有利于简化网络和减小延迟。但少数设备商和运营商建议保留原有的网络架构,只做局部的修改。如果采用第一种(即“扁平”的)网络架构,则将对3GPP系统的整个体系架构产生深远的影响,实际上将逐步趋近于典型的IP宽带网结构。

  在作出不采用宏分集的决定后,这个问题的焦点集中在上层ARQ(OuterARQ)、无线资源控制(RRC)和小区间无线资源管理(Inter-cellRRM)功能块的位置上。如果上述功能可以在NodeB完成,则可以采用只由NodeB构成的“扁平”E-UTRAN结构;如果上述功能无法在NodeB内完成,则必须保留所谓的“中心节点”(类似于RNC)来实现这些功能,也即需要采用两层结构的E-UTRAN。在2006年3月的最新一次会议上,由于绝大多数公司支持前一种方案,初步确定了E-UTRAN结构。即接入网主要由演进型NodeB(eNB)和接入网关(aGW)构成。aGW实际上是一个边界节点,如果将它看作核心网的一部分,则接入网主要由eNB一层构成。LTE的eNB除了具有原来NodeB的功能外,还承担了原来RNC的大部分功能,包括物理层(包括HARQ)、MAC层(包括ARQ)、RRC、调度、无线接入许可、无线承载控制、接入移动性管理和inter-cellRRM等。只是对小区间干扰协调、负载控制等功能,有些公司仍然坚持引入一个RRM Server进行集中式管理。是采用这种集中式管理,还是采用完全分散的管理结构,尚未确定,但已确定NodeB和NodeB之间将采用网格(Mesh)方式直接互连,这也是对原有UTRAN结构的重大修改。

  进程拖延之忧

  尽管LTE的研究工作取得了上述一系列重大的进展,但仍然明显滞后于原工作计划,原本2006年3月前应该完成但未按时完成的工作全部被推迟到6月前完成,致使所有遗留的研究问题都必须在今后三个月内解决。如果6月不能如期完成这些任务,则研究阶段(SI,原定6月结束)将被迫延长,工作阶段(WI,原定6月开始)——也即标准的制定——将被迫延后。与LTE相配合的SAE项目SI的截止日期已经推迟到9月。

  另外,HSPA(HSPDA+HSUPA)的演进项目E-HSPA也已经在3月启动,有公司认为E-HSPA系统应该在5MHz带宽内达到和LTE相似的性能。这个项目是否会分散各公司对LTE项目的投入,影响LTE研究和标准化的进程,我们将拭目以待。
 
作者:沈嘉 
 
 
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