LTE标准化的发展历程和现状

最初，3GPP组织将LTE标准化工作视为一项研究来开展，第一次专题研讨会于2004年11月在加拿大召开。在此次会议上，与会代表对标准化工作的预期要求和预计采用的技术进行了研讨。内容既涉及到运营商，又涉及到供应商。

会后，3GPP组织的技术规范组（Technical Specification Group，TSG）无线接入网（Radio Access Network，RAN）工作组同意于2004年12月，启动针对LTE的研究，最初是定义无线接入网的各种需求，然后工作组研究重点转向详细的技术研讨，内容包括多址技术、协议方案和体系结构。需要解决的第一个关键问题是LTE的要求有哪些，该问题我们已在2.3节中进行了讨论。2005年上半年，3GPP组织解决了LTE的关键要求问题，参考文献[2]对此有详细的介绍。2005年6月，3GPP批准了与第一个问题有关的方案。于是，标准化工作主要集中在解决以下两个关键问题上：

（1）从多址的角度来看，LTE无线技术应当是什么样的？

（2）LTE的系统体系结构是怎样的？

图2-3 3GPP组织的LTE里程碑

关于多址技术的讨论很快告一段落，研究结果表明，LTE需要增加一些新事物而不仅仅是对WCDMA进行扩展。这一结论是在系统复杂性合理的情况下，从覆盖不同带宽、具有不同数据速率的各类要求中得到的。显而易见，在下行链路中，正交频分复用多址（OFDMA）的使用已经开始，在2004年首次LTE专题研讨会上，许多人报告的主题就是OFDMA。对于上行链路多址来说，单载波频分多址（SC-FDMA）很快成为最理想的方案，受到许多供应商和运营商的追捧，如参考文献[3]就证明了这一点。WCDMA的一个显著改进是FDD和TDD模式都具有相同的多址方案，关于FDD和TDD模式的不同之处，第12章中将会进行详细介绍。OFDMA和SC-FDMA的工作原理以及动机问题将在第4章中进行介绍。多址技术方案于2005年底正式批准，此后LTE无线网络标准化工作重点转移到技术选择上。LTE的里程碑见图2-3。FDD/TDD调整是指就帧结构调整达成协议，最大限度地消除FDD和TDD工作模式之间的差异。

在LTE体系结构领域，在经过几轮讨论后，初步确定为单节点RAN，从而致使所有无线功能全部集中到基站上。此时，3GPP将基站的术语修改为eNo-deB，其中字母“e”代表演进。最初的体系结构分解情况见图2-4，该方案于2006年3月批准通过，在2007年初的实施过程中进行了细微修改，即把分组数据会聚协议（Packet Data Convergence Protocol，PDCP）从核心网转移到了eNo-deB。与WCDMA网络的最大不同在于，LTE体系结构中不包含无线网络控制器（RNC）类型的元素。关于LTE体系结构，我们将在第3章中进行详细描述。

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图2-4 LTE无线协议最初的网络体系结构

研究内容还涉及到对相关LTE容量的估计，参考文献[4]中提到的研究成果和参考文献[5]的深入细化研究成果表明，这些要求可以达到。

2006年9月，研究项目正式结束，工作项目的详细成果形成了3GPP Re-lease 8规范中LTE部分的内容。

2007年9月，首部全套LTE物理层规范获得批准，这是开展LTE规范工作的结果，而首部全套LTE规范是于2007年12月通过的。显而易见，当时在规范中存在着开放性问题，尤其是在协议规范和性能要求方面。随后的规范冻结过程可划分为三个阶段：

（1）冻结LTE规范中将在Release8中定稿的功能内容。这意味着会遗漏一些原来计划好的功能，如对广播应用的支持（点对多点数据广播）。这样，功能冻结意味着在LTE规范中不再引入新功能，但协商好的内容将被定稿。在LTE中，新功能的引入实际上是在2008年6月后结束的，在2008年下半年，工作重点主要集中在完善遗漏内容（和修正检查出来的错误）上，尤其是与协议规范有关的内容，这些工作在2008年12月基本完成。

（2）一旦所有内容准备就绪，下一步就是冻结协议规范，并开展后向兼容性研究。后向兼容性定义了协议的第一个版本，它是LTE商业实现的基础。后向兼容性研究开始前，3GPP组织对协议规范进行修正的方法是通过删除无法按预想工作的信息元，并使用新信息元来取而代之。一旦后向兼容性研究目标实现，旧信息元将无需删除，只须使用扩展方案即可。这样就使得基于旧版本的设备能够完成基于旧信息元的工作（尽管不一定是理想的100%），而在设置了扩展位后，安装新软件的设备能够读取改进/修正过的信息元。显而易见，只有核心功能正常工作，后向兼容性才能有意义，就好像如果没有操作功能，即使对某个设备进行了后向兼容性修正，对旧软件版本也没有任何意义，最终该设备总体上还是无法运行的。在Release8协议规范的基础上，当协议语言——抽象语法记法1（Abstract Syntax Notation One，ASN.1）完成所有错误调试和检查后，3GPP组织已于2009年实现后向兼容目标。2007年6月，后向兼容性相关内容完成，2007年12月，基于Release7规范（包括HSPA改进方案），抽象语法记法1（ASN.1）错误调试和检查工作已经完成。

（3）最后一阶段是规范的“深度”冻结，此时不允许再对规范进行任何修改。对于一项已经在领域内开始应用的标准来说，这是比较合理的，如包含HS-DPA技术的Release5和包含HSUPA技术的Release 6。使用该领域已制造出来的设备，其核心功能已经得到证实和检验，因而没有必要对相关标准进行修改，但有必要在后续版本中对其进行改进。当某些特征无法实现（且无法使用网络进行测试）和后期发现问题时，就需要在后续版本中对标准进行改进。由此产生的结果是需要在后续版本中给予纠正，同时对于那些基于后续标准的设备，推荐网络使用新标准。对于LTE规范，该阶段有望在实际应用之前（即2010年左右）开始，因为在实现和测试阶段会发现一些错误。