移动通信标准化研究的新动向

龙源期刊网移动通信标准化研究的新动向作者：许锐来源：《移动通信》2013年第03期【摘要】移动网业务的高增长和频谱需求上面临的瓶颈，推动着移动通信技术的更新换代。介绍了以3GPP阵营为主的移动通信标准化研究的最新方向和技术点，主要集中在核心网和无线接入网，包括LTE-Hi、3DMIMO、MTC和多接入技术等。【关键词】核心网无线接入网LTE-Hi3DMIMOMTC多接入技术1引言根据2013年1月8日GSA（全球移动供应商协会）发布的统计数据，已有145个LTE商用网在66个国家开通，114个国家的381家运营商正在投资和建设LTE网络，预计在2013年底商用网数将达到234个；2012年中LTE全球用户约2760万。3G网络方面，截至2012年11月，开通的HSPA+和HSPA网络分别达到254和482个；2012年年中，含HSPA在内的WCDMA用户达到了10.1亿。在我国，历经4年的TD-LTE技术测试和大规模试验已告一段落，6家运营商和研究机构、10家设备厂商、13家芯片厂商、10家测试厂商及高校等参与了公网测试，形成了93项技术规范；2012年第2季度开始已先后在13个城市部署试商用网络。2012年11月底，全国移动电话用户超过了11亿，普及率超过了80%；3G用户达到了2.2亿，占到移动用户的1/5；移动互联网用户达到7.46亿，较年中的3.88亿增长了近1倍。由以上数据可见，进入3G时代以后，移动网演进明显加速，移动互联网业务增长迅速，运营压力增大，成为技术演进更新的重要驱动。由于近年移动宽带业务量和频谱占用需求的增大，ITU自2011年起建立了频率需求的评估方法和规则以辅助频谱规划，据此方法初步评估的中国区频谱需求2015年将达到580～760MHz，2020年达到1600～1960MHz。前不久工信部将2570～2620MHz共计190MHz的频谱分配给TD-LTE试验网，1.8GHz/1.9GHz/2.1GHz中已指配的2G和3G频谱后续则可通过重组用于LTE、4G等新业务，但这些资源与预测需求之间还存在很大差距。移动通信发展在频谱需求上面临的瓶颈，也亟待新的频谱使用技术来合理、有效地分配频谱资源。3GPP作为国际移动通信主流制式的标准化组织，对无线接入网已启动第12版本的制定（R12）。我国通信标准化协会CCSA也持续为国内HSPA、HRPD和LTE等演进技术制定本国的通信标准，其中LTE的eNodeB和EPC（EvolvedPacketCore）部分基于3GPPR9，终端兼容R8和R9。以下将逐一介绍近期移动网标准制定和研发中的新热点和焦点问题，及其相应的进展。龙源期刊网小小区增强技术移动互联网业务发展以来，热点和室内的业务量增长明显，预计热点和室内覆盖解决方案将成为未来技术重心之一。经3GPP讨论议定将在R12（LTE-A增强版之后的版本）制定和研究提升热点（Hotspot）/室内（indoor）场景性能的优化设计方案，以应对移动宽带数据业务的爆炸性增长，即基于LTE/LTE-A的热点和室内增强技术（LTE-Hi）或小小区覆盖增强技术（SmallCellEnhancements）。该技术特点是面向短距离覆盖，以简化的网络架构在高频段获得大带宽、更高吞吐量和更好的传输性能。高频谱计划定位于3.4～4.2GHz，采用200MHz及以上的载波带宽，从而能利用其小范围覆盖、低移动性、复用度强的场景适应性，与宏蜂窝实现异频组网。技术标准化工作中需要解决的问题包括干扰协调与管理、动态TDD技术、增强的发现和移动性技术、与宏站的频谱隔离、站间载波聚合/宏小区辅助的小小区、无线回传等。在我国的TD-LTE研究中，这方面的专题包括基于业务变化的TDD上下行业务时隙动态分配、TDD多小区环境下的干扰管理控制、256QAM高阶调制的应用、减少信令冗余开销、接入节点的发现和接入机制选择、寻呼过程优化设计、本地IP接入（LIPA）移动性增强等。小小区技术在网络架构、空口技术和频段使用上可能的变化为后续移动网发展带来革新因素，也引入了与宏小区后向兼容的命题，异构网络中密集部署低功率节点场景下优化网络性能也将是重要的研究方向。再之后的无线网架构演进，业界提出中心控制下的无线云架构，纳入感知无线电和全面自组织（SON）化——在宏站、小小区、微微蜂窝Pico、中继站Relay等多种站型架构的网络中实现自规划、自配置、自优化、自维护和自恢复，以更易于部署、智能维护和降低网络成本。2.23DMIMO另一个研究方向是有源天线形态下的3DMIMO波束赋形和增强的多点传输CoMP/MIMO。3DMIMO允许在水平和垂直两维方向上做赋形控制（图1），通过终端专用的天线下倾聚焦有效地提升接收信号的信噪比，进一步减少小区内和小区间干扰。在TDD系统中的初步性能评估显示（基站4发、终端2收），小区平均频谱效率可提升11%～18%（单用户和多用户MIMO），小区边缘频谱效率可提升30%～36%。3DMIMO为用户重用空间资源提供了新的提升维度。2.3机器间通信和接近服务最初的3GPP工作重点是区分机器设备类型，从而使运营商可以在过载状态下选择性地处理这些设备——如在终端到网络的交互流程中添加低优先级的标识，使核心网和无线接入网可以根据标识进行过载与拥塞控制。龙源期刊网后续机器间通信（MTC）技术增强方面，将致力于基于LTE的低成本、低传输速率的MTC终端研究及其覆盖增强技术研究；针对MTC应用的网络优化设计方面将研究设备触发、小数据业务的传输增强、终端功耗降低设计、组呼方案设计、设备监控技术、过载和拥塞控制功能的改进、MME下的SMS支持等。由于直接的机器间通信对公共安全服务也具有重要意义，在R12和R13中将添加LTE支持公共安全的增强功能，同时也需要各地区的管理者推进频谱的使用安排。与机器间通信密切相关的是接近服务（ProximityServices），即识别位置接近的两台设备或用户，提供基于接近位置的通信应用和服务，如两台在3GPP网络覆盖下相互接近的设备间可实现由网络控制的发现和通信。由于设备间直接通信通过灵活的网状网构造达成，有助于降低系统功耗和减少系统开销，MTC和接近服务技术都将是后续研究与标准制定的热点。2.4LTE-WLAN的互操作增强技术由于预测的移动数据流量的增长将超过系统容量可扩展的比例，在很多市场中频谱可用性也有限，业界在不断优化移动网无线技术、提升移动网系统的管理控制水平之外，都需要充分使用免授权的无线技术。我国CCSA在2010年发布了“无线局域网（WLAN）与CDMA2000系统互通技术要求”的“紧耦合”和“松耦合”两种实现方式的标准，紧耦合场景中包括支持通过WLAN系统接入CDMA2000分组数据业务和会话连续两类，松耦合包括普通计费和基于CDMA2000的接入控制与计费、通过WLAN系统接到Internet两类。CCSA目前也正致力于3GPP技术与WLAN的融合标准研究。国际组织层面未来的方向还包括支持Hotspot2.0在内的融合接入、统一的网络选择、安全和漫游机制、智能分流机制等。2.5LTE覆盖、带宽容量和智能化增强技术LTE覆盖增强技术方面将开展针对PUSH信道中等传输速率和VoIP业务的上行覆盖增强解决方案的标准化制定、高速移动场景下的网络性能增强等。在频域上聚合更多的载波提升带宽能力，如预计5CC时达到838Mbps。网络智能化的增强技术包括基于异构组网的SON增强技术、最小化路测增强技术、网络节能技术、与LTE的互操作等HSPA增强技术，LTE支持更多业务类型的信令简化、新流程和新功能等。在设备实现方面，主流厂家提出基于SDR的统一的无线接入网技术——共机柜、多模BBU、多模RRU、支持900/1800/2100/2600可扩展频谱等。2.6基于LTE的公共安全通信龙源期刊网技术提供重要任务所需的宽带数据覆盖，最终使用LTE语音代替现有的MC语音。在研的主要的增强功能包括大功率的UE类型、直接的设备间通信、群组通信、优先级服务机制、PS域上的紧急接入支持等。其中优先级服务机制允许在灾难状态时为政府机构等提供各类业务的优先接入服务，包括语音呼叫、互联网业务、多媒体呼叫等。PS域上的紧急接入支持即是在IMS系统中支持紧急语音、视频和信息通信。目前已提出公共警告系统（PWS，PublicWarningSystem）的实现架构，向设备发送告警信息，该系统的日本版在2011年的日本海啸中已有成功应用。2.7网间协作用户数据库和策略控制设施在固网与移动网间的协作，可为双网运营者节约成本。这也是业界长期探讨的运营和维护的协同问题，即网络资源模型的协同、故障管理的协同等。2.8核心网对多接入技术的支持在图2所示的核心网EPS（EvolvedPacketSystem）架构中，多接入技术包括了GSM/EDGE/UTRAN/LTE等多3GPP技术接入和非3GPP技术接入（如3GPP2、WLAN和WiMAX）。EPC对多种接入技术的支持、多接入技术之间的移动性管理、多重漫游模型等将是后续核心网演进研究的重点。2.9分组业务优化与服务增强LTE阶段针对IP流量服务和核心网功能优化的需求，主要包括运营商可控的多接入功能、兼容IPv4/v6双协议栈的连接功能、网络侧发起的QoS调控和PCC、合并或划分网络内部流量的功能等。其中代表性的实现技术有LIPA、SIPTO和WLAN卸载。本地IP接入（LIPA）是指允许通过3GPP设备访问本地家庭或企业网络（每个APN）、访问其中拥有IP的UE设备。例如可以通过H（e）NB子系统连接到同一家庭/企业IP网络中的其他拥有IP的设备，即支持使用UE设备同时连接到移动运营商的核心网络和本地IP网络。选择性的IP流量负荷卸载（SIPTO）是运营商网络中的特定路由方案，它允许选择性卸载每个APN分组网络的流量负荷，是一种Internet流量的成本优化处理手段。为此需要引入和选择本地网关GW。WLAN负荷卸载适用于双无线方案，一种方案通过WLAN接入的流量留在EPC中，如无缝卸载；另一种方案流量不在EPC驻留，如非无缝卸载。这其中需要接入网络发现和选择功能（ANDSF），以便为UE设备提供接入网络发现信息和使用网络的策略，如每个APN、每个IP流的最佳路由。龙源期刊网统一/融合的多接入分组域技术为综合接入2G、3G、LTE和Wi-Fi无线网，华为公司主导了四个层面的网元和功能融合：数据平面GGSN、SAE和ePDG的融合；控制平面SGSN和MME的融合；用户数据单元HLR、EPCHSS和IMSHSS的融合；策略控制单元移动网各系统PCRF的融合。该技术预期的优点是充分共享宽带数据资源、节约硬件成本、降低系统功耗；移动网的融合分组域设计使得分组域间的切换转化为节点内的切换，有利于提高切换成功率、降低延迟，同时也使网络升级更为简易——如在融合HLR/HSS设置中，系统升级后手机号码和SIM卡无须更换。多系统融合设置更容易提供统一计费、服务提供和管理，融合HLR/HSS也有助于更好地解决VoLTE。下一步，核心网演进考虑了建立向云系统演进的移动网集中控制中心、设置用于部署优化的专用网关、增强存储和服务以提升用户体验、提供支持业务创新的开放式网络能力等。2.11GERAN的演进和协同支持针对GSM/EDGE无线接入网的技术演进，在3GPPGERANRelease7中制订了一系列EDGE服务性能增强技术，包括延迟降低、下行双载波、高阶调制——Turbo编码和符号速率提升、移动台接收分集（MSRD）等。为适应智能终端和移动互联网时期多无线接入系统间业务的无缝体验，提供GSM/EDGE与HSPA、LT