2.3 LTE的背景

2.3.1 移动通信与宽带无线的融合

移动通信与宽带无线接入技术的融合趋势促使3GPP启动了LTE项目，以期能与WiMAX标准展开市场竞争。

“宽带接入移动化”的趋势从固定局域接入（如IEEE 802.11X）向游牧城域接入（如 IEEE 802.16d），再向广域移动接入（IEEE 802.16e）的发展历程已体现得十分明显，这使得早期定位于有线宽带接入（如数字用户线，DSL）技术的替代的宽带无线接入向移动通信领域渗透带来了新的机遇，同时也对传统移动通信产业形成了竞争和挑战。

与此同时，移动通信技术也向能够提供更高的数据率发展，3GPP标准和3GPP2标准分别向HSPA和高速分组数据HRPD演进，标志着3GPP和3GPP2在坚持蜂窝移动能力的同时，日益重视低速局域场景下的接入能力。这种“移动通信宽带化”趋势，为蜂窝移动通信产业从传统话音业务拓展到宽带数据业务领域带来了契机。

不论是宽带无线还是移动通信，在市场竞争的同时其目标是基本一致的，那就是“无处不在的移动互联网”，这两种技术发展的两条路线及关系如图2-3所示。

如图2-4所示，传统通信产业和传统的IT产业不约而同地认识到无处不在的移动因特网市场的重要性，通过移动因特网平台，运营商可以在任何时间、任何地点满足用户对宽带IP多媒体数据业务的需求。由于宽带无线接入和宽带移动通信从不同方向向同一市场渗透，使两种技术的界线变得越来越模糊，呈现融合的趋势。

“宽带接入移动化”趋势表现为：由大带宽向可变带宽（有效支持小带宽）演变；由固定接入向支持中低速移动演变；由孤立热点覆盖向支持切换的多小区组网演变；由数据业务向同时支持话音业务演变；由支持以笔记本电脑为代表的便携终端，向同时支持以手机为代表的移动终端演变。

“移动通信宽带化”表现为：由5MHz以下带宽向20MHz带宽演变。由注重高速移动向为低速移动优化演变；由电路交换/分组交换并重向全分组域演变；由蜂窝网络向兼顾热点覆盖演变；终端形态由以移动终端为主向便携、移动终端并重演变。

有了对通信产业“移动通信宽带化”和“宽带接入移动化”的认识，3GPP开始了“长期演进”的研究。同时3GPP也启动了HSPA演进（又称为HSPA+）工作，以最大限度地保护已经部署了3G网络的运营商的投资。

2.3.2 移动通信标准化工作

1.国际宽带移动通信研究和标准化工作

LTE项目的启动，首先是源于对“移动通信宽带化”的认识，但先进无线通信系统的技术变革，必须建立在学术界和基础研究领域雄厚的技术储备的基础上，这包括相关的数学、物理、射频工程、通信理论、信号处理、无线资源管理等各方面的理论积累。在为以CDMA为核心的3G系统的标准化提供了理论基础后，学术和理论研究界已经为新一代无线通信技术积累了十几年，到了21世纪最初的几年，在OFDM、多天线、调度、反馈等技术领域的研究成熟度已基本可以支撑标准化和产品开发的需要，因此，研发基于OFDM和MIMO（多入多出）技术的新一代无线通信系统的时机已经成熟。

OFDM和MIMO技术被学术界看做是B3G/4G的关键技术，对这两项技术的研发也多在B3G研究项目中进行。B3G技术的研究从20世纪末3G技术完成标准化之时就开始了。国际电信联盟无线部门（ITU-R）于2006年正式将B3G技术命名为IMT-Advanced技术，并于2008年2月发出通函，向各国标准化组织征集IMT-Advanced技术提案。IMT-Advanced定位于更高的数据率和更大的系统容量，峰值速率目标为：低速移动、热点覆盖场景下1Gbps；高速移动、广域覆盖场景下100Mbps。ITU-R同时还承担了至关重要的IMT-Advanced频谱分配方案的研究工作，如频谱需求计算方法、频谱需求估算、候选频谱研究、频谱共存研究等，并组织了2007年世界无线大会（WRC07）的准备会（CPM），最终在2007年年底的WRC07大会上确定了IMT-Advanced的可用频谱。

在IMT-Advanced项目启动之时，国际上对B3G技术已经进行了广泛的研究，并取得了一系列重要的进展。早在20世纪末，朗讯（Bell实验室）、北电等公司就已经开始了实用MIMO技术的研发，使北美地区的公司后来在MIMO技术的研发方面始终处于领先的位置。

日本NTT DoCoMo公司于2003年5月在外场实验中采用OFDM技术，在100MHz带宽中实现了100Mbps数据率，并在其后通过MIMO技术不断打破其创造的“峰值速率”世界纪录，分别于2005年5月、2005年12月和2006年12月在外场实验中实现了1Gbps（采用4×4天线）、2.5Gbps（采用6×6天线）、5Gbps（采用12×12天线），向世界验证了OFDM/MIMO系统的硬件可实现性，展示了OFDM/MIMO技术在提供大宽带传输和高峰值速率方面的惊人能力，为业界采用OFDM/MIMO技术树立了信心。

2000年，Flarion公司从朗讯公司分拆出来，研发出了Flash-OFDM系统，成为最早的OFDM商用无线通信系统之一，在2004年就曾进行过商用组网测试，初步验证了OFDM系统大规模组网的能力。

同时，以英特尔公司和德州仪器（TI）公司为代表的IT厂商联合三星、北电等电信厂商选择OFDM/MIMO技术开始研发WiMAX技术，并于2004年年底颁布了固定城域无线接入版本IEEE 802.16d，声称可以以很低的成本实现很高的性能，在国际上引起了热烈的反响，对传统移动通信产业产生了冲击，间接导致了3GPP LTE项目的快速上马。2005年年底，支持一定移动性和多小区组网的IEEE 802.16e标准完成，在时间上对LTE形成了潜在压力，迫使3GPP在LTE标准化进程方面不敢有丝毫懈怠。在IEEE的标准化工作完成后，WiMAX产业界继续通过WiMAX论坛筛选、完善IEEE 802.16e标准，以形成可供产业实现的WiMAX技术规范。另外，IEEE在2006年12月又批准了802.16m的立项申请（PAR），此项目将在IEEE 802.16e的基础上继续增强，研发满足IMT-Advanced需求的技术方案。

和IEEE 802.16工作组同时建立的IEEE 802.20工作组虽然也采用OFDM/MIMO技术，但直接定位于高速移动的广域无线接入技木。IEEE 802.20的标准进程在相当长的时间里陷于停滞，但在2005年骤然加速。在2006年1月召开的第17次会议上，高通公司提出的MBFDD/MBTDD方案被初步选为IEEE 802.20的基本技术方案。虽然由于种种原因，IEEE 802.20标准始终没有完成，但MBFDD/MBTDD成为了3GPP2 UMB技术的基础。3GPP2的UMB项目可以对应于3GPP的LTE，致力于cdma2000技术的进一步演进。这个项目的开始时间虽然略晚于LTE（UMB需求于2006年1月完成），但工作进度很快，在2007年上半年即基本完成了标准的制定工作。以上各类移动通信技术与无线宽带技术在移动性和数据速率方面的对比如图2-5所示。

说到欧洲在B3G技术方面的准备，则离不开欧盟第6框架研究项目无线世界计划新无线（Wireless world INitiative NEw Radio，WINNER）计划的支撑，这个项目虽然规模并不是很大，但对全球B3G技术研究都产生了深远的影响。WINNER项目非常重视系统架构的整体设计和评估，在候选技术的比较与遴选、控制信令与资源管理、网络架构设计、信道模型与系统评估等方面做了大量细致缜密的工作，为欧洲厂商参与LTE标准化工作打下了坚实的基础。尤其是WINNER研发的MIMO信道模型，成为了3GPP和3GPP2标准化统一采用的评估模型。WINNER项目自2004年启动以来，吸引了欧洲各主要通信设备商，第一阶段（Phase Ⅰ）于2005年年底完成，就各种B3G关键技术进行了广泛的调研，形成了系统化的研究结论。第二阶段（Phase II）于2007年年底结束，完成了B3G系统设计的研究和性能评估，形成比较完善的技术方案。2008年对要开始的第三阶段（又称为WINNER+）计划进行演示系统的开发和实验。

在进行技术研究和系统开发的同时，各国也大力推动B3G技术研发的国际交流。欧盟支持的世界无线研究论坛（WWRF）已经成为国际B3G技术交流的主要平台之一。另外，日本、韩国和中国也分别了成立了移动信息技术论坛（mobile Information Technology Forum，mITF）、下一代移动通信（Next Generation Mobile Communications，NGMC）论坛和未来通用无线环境研究（Future Technology for Universal Radio Environment，FuTURE）论坛，推广自己的B3G研究成果。

2006年，数家国际移动通信运营商联合成立了下一代移动网络（Next Generation Mobile Network，NGMN）论坛，致力于引领新一代宽带移动通信的走向，后期各大主要无线通信设备商也陆续加入，使NGMN论坛成为无线通信领域最具影响力的非标准化组织。目前NGMN白皮书已经初步成形，对宽带移动通信技术提出了明确、细致的需求，正在对各国各标准化组织的研究和标准化工作产生重大影响，尤其是对LTE的研发起到了重要的引导作用。

上述各种国际研究和标准化工作，有些为LTE设定了技术指标，有些为LTE提供了技术储备，有些为LTE验证了设备可实现性，有些提供了可供LTE借鉴的经验和教训，有些对LTE施加了竞争压力，从各个方面促进了LTE项目的发展。

2.我国宽带移动通信研究工作

在国际上进行宽带移动通信研究的同时，我国也组织了国内的相关研究，并积极参与了国际交流和标准化工作。

在“十五”（2001～2005年）期间，我国通过实施以高校为主的国家“863”FuTURE计划，对B3G关键技术进行了广泛的研究，取得了令人瞩目的成果。2006年11月，FuTURE演示系统在上海成功进行了测试，验证了OFDM、广义多载波（GMC）、多天线技术MIMO等4G关键技术，演示系统通过多媒体视频流验证了宽带无线传输能力，在移动环境下可实现100Mbps峰值速率，并支持小区之间的切换。另外，高校和研究机构还通过向企业转化研究成果等方式参与了LTE、IMT-Advanced等标准化活动。

在实施基础研究项目的同时，我国十分重视B3G等宽带移动通信的标准化工作。在跟踪、参与国际标准化和学术交流活动的同时，还积极组织了国内的相关标准化工作。中国通信标准化协会（CCSA）第5技术委员会成立了第6工作组（TC5 WG6），专门研究B3G技术。原信息产业部于2005年成立了宽带无线移动专家组，2007年又成立了IMT-Advanced推进组。在这两个专家组的协调下，我国企业、高校和科研单位积极参与新一代宽带移动通信技术的研究和3GPP LTE、3GPP2 UMB、IEEE 802.16m及ITU-R IMT-Advanced等标准化工作。

我国代表长期参加ITU-R会议，在相关国内对口组的组织下，将我国在IMT-Advanced需求、技术、频谱方面的研究成果和观点输送到ITU-R，为我国积极参与WRC07做了大量的准备工作。WRC07大会在2007年年底确定了IMT-Advanced的可用频谱，对今后10年内无线通信产业的发展具有划时代的意义。在这次大会上，通过了对我国比较有利的频谱分配方案。我国标准化人员深入参与了IMT-Advanced技术提案征集通函的起草工作，为IMT-Advanced需求、评估准则、评估流程等内容的形成做出了贡献。

在地区性交流方面，我国积极参与中、日、韩（CJK）标准合作项目，近期在CJK B3G工作组中，和日、韩的B3G研究人员共同研究、起草了B3G需求和技术白皮书。我国某些单位还参与了欧洲WINNER项目，成为该项目的成员，并承担了部分WINNER研究工作。

我国积极参加了国际B3G技术论坛WWRF的研究和交流工作，2006年承办了WWRF大会。最近我国还成立了致力于B3G技术研究的FuTURE论坛，组织国内外企业、高校和研究机构的交流。

中国移动通信集团作为NGMN论坛的创建者之一，正积极参与NGMN对新一代移动通信需求的制定工作。尤其是在TD-LTE相关工作方面，以中国移动为首的我国企业起到了重要的主导作用。

2006年，为了加强我国下一代宽带无线通信技术的研发，大幅度提高我国自主知识产权在国际标准化中的比例，国家规划了“‘十一五’下一代宽带无线移动通信”重大专项。根据我国通信技术领域的中长期规划，到2020年，应使我国在国际通信标准化和产业化中占据重要的地位。

上述一系列研究、标准化和交流活动，为我国企业、高校、研究单位参与LTE的标准化工作打下了良好的基础。政府的积极组织和协调对整合我国产业方向、壮大我国产业实力等方面起到了不可替代的作用。