2.2 什么是3GPP

3GPP成立于1998年12月，是一個由無線工業及商貿聯合會（Association of Radio Industries and Businesses，ARIB）、CCSA、歐洲電信標準研究所（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）、電信行業解決方案聯盟（Alarmed for Telecommunications Industry Solutions，ATIS）、電信技術協會（Telecommunications Technology Association，TTA）和電信技術委員會（Telecommunications Technology Committee，TTC）合作成立的通信標準化組織。

3GPP的最初目標是制定基于GSM核心網和頻分雙工（FDD）/時分雙工（TDD）UTRA技術的可用于全球的第3代移動通信技術規范和技術報告。在隨后的工作中，這個工作目標也被逐漸拓展。一方面，為了充分發掘GSM的技術潛力、實現2G技術向3G技術的平滑演進，3GPP開展了GSM技術規范和技術報告的維護工作，研發了多種GSM改進型技術，如通用分組無線業務（General Packet Radio Service，GPRS）和增強數據速率GSM演進（Enhanced Datarates for GSM Evolution，EDGE）等。另一方面，為了保持3GPP標準的長期競爭力，3GPP還不遺余力地推進UTRA技術的增強和演進，研發了HSDPA、HSUPA、HSPA演進（HSPA Evolution）和E-UTRA技術。

然而，3GPP的工作目標中不包括開展針對IMT-Advanced的工作范圍，3GPP只能開展和IMT-2000相關的研究和標準化工作。為了解決這一問題，3GPP于2007年7月在3GPP合作伙伴（Organizational Partners，OP）會議上專門通過了擴大3GPP工作范圍的決議，使3GPP可以開展針對IMT-Advanced的工作，這項工作即先進LTE（LTE-Advanced），并于2008年3月正式在3GPP立項。

ETSI還在總部設立了一個常設機構移動能力中心（Mobile Competence Centre，MCC），負責3GPP的日常運作。

2.2.1 3GPP的組織結構

3GPP的基本組織結構如圖2-1所示，主要分為4個技術規范組（Technical Specification Group，TSG）。

（1）TSG GERAN（GSM/EDGE RAN）：負責GSM/EDGE無線接入網技術規范的制定。

（2）TSG RAN：負責3GPP除GERAN之外的無線接入網技術規范的制定。

（3）TSG SA（業務與系統方面）：負責3GPP業務與系統方面的技術規范制定。

（4）TSG CT（核心網及終端）：負責3GPP核心網及終端方面的技術規范制定。

在4個TSG之上，設立了一個項目協調組（PCG），代表OP對4個TSG的工作進行管理和協調。在每個TSG下面，又包含3～5個不等的工作組（WG）負責該TSG各個方面的工作。以TSG RAN為例，RAN WG1（又簡稱RAN1）負責無線層 1規范的制定，RAN GW2（又簡稱RAN2）負責無線層2、層3的規范制定，RAN WG3（又簡稱RAN3）負責RAN接口規范及全球地面無線接入網（Universal Terrestrial Radio Access Network，UTRAN）操作和管理（Operation and Management，O&M）要求的制定，RAN WG4（又簡稱RAN4）負責無線性能與協議方面的工作，RAN WG5（又簡稱RAN5）負責移動終端一致性測試。

每個TSG每年一般召開4次會議，每個WG在正常情況下一年也召開4次會議。但在情況需要時，也可以在相鄰兩次WG會議之間增加一次附加會議，如RAN1#46次會議和RAN1#47次會議之間的附加會議則稱為RAN 1 #46-bis會議。相對WG會議，TSG會議被稱為“全會”（Plenary），TSG全會有設立研究和標準化項目的權力，研究項目又稱為研究階段（Study Item，SI）。標準化項目又稱為工作階段（Work Item，WI）。SI只輸出研究報告（TR），WI則輸出技術規范（TS），一個重要的課題通常會先經過SI階段的研究，然后再進入WI階段的標準化制定工作。TR和TS均采用5位編號，即TR xx.yyy、TS xx.yyy，每個TR或TS有唯一的編號。xx為規范的系列號，通常相同領域的TR和TS集中在一個系列中，如3G系統的RAN規范都放在25.yyy系列中，而LTE RAN的規范則放在36.yyy中。

TSG在設立了SI或WI后，會交由對口的WG去完成（很多情況下需要有多個WG合作完成），WG在一階段工作完成后會向TSG全會匯報該SI/WI的進展情況，以便TSG對這些SI/WI進行項目管理。例如，LTE就是一個由RAN1～RAN5各WG共同參與的項目，分成SI階段和WI階段，每次RAN全會，各WG的主席都會向TSG RAN匯報在該WG中LTE SI或WI的進展情況。

每個TSG或每個WG設立一個主席與數個副主席，主席負責主持TSG或WG會議，組織技術討論。副主席可以由主席指派承擔某一個方向的專題討論。WG主席和副主席每兩年改選一次。

2.2.2 3GPP的工作方法

WG中的標準化工作通常通過會議討論的方式推進，當所有WG成員公司都同意一個技術方案時，該技術方案就會被接受，也可能被接受到正在起草的TR/TS中，還可能以會議記錄的方式作為下一步工作的工作假設。當然，一個技術方案不可能總能征得各成員公司的支持，如果有公司反對，WG會根據該公司提出的不同觀點進行進一步研究。一般來說，隨著一個問題研究的逐漸深入，越來越多的公司會傾向于某一個更為合理的方案，持不同觀點的少數公司可能就會妥協。當然，在有些情況下，支持不同方案的公司互不讓步，形成僵局。這種情況下3GPP也可能采用投票的方式決定方案的取舍。和IEEE不同，3GPP對投票的態度非常謹慎，不到萬不得已，不輕易使用此方法。投票通常在TSG全會中進行，或經TSG許可在WG中進行。正式的投票是很少發生的，倒是在有些情況下，WG/TSG主席會通過“示意性投票”來展示不同技術方案背后支持陣營的大小對比，以期“少數派”能夠顧全大局，知難而退，向“多數派”妥協。絕大部分情況下，討論和“示意性投票”即可解決爭執，不會訴諸“正式投票”。

每個SI和WI還會有一個項目管理人，負責監視該SI/WI的進展，并向TSG全會匯報。例如，LTE項目的管理人就會不斷收集各WG在LTE上的最新進展，匯總后向RAN全會報告。每個TR和TS也有一個專門的執筆人，負責根據會議討論的結論不斷更新該TR/TS。

由于會議時間有限，有時候無法在會議上完成討論，在這種情況下，主席可以安排在會后繼續通過電子郵件（E-mail）討論。3GPP有一個完善的E-mail群發機制，不同的TSG、WG甚至SI/WI都可以有專門的郵件組，所有對該TSG、WG、SI、WI感興趣的人員都可以通過訂閱相應的郵件組跟蹤相關的進展，并可以通過這個郵件組發表自己的意見。一項E-mail討論通常也會指定一個人員負責組織，這個組織者有責任推動相關的討論，澄清、總結各個發言者的觀點、給出合理的結論。在LTE標準化后期，E-mail討論起到了重要的作用。

2.2.3 3GPP技術規范的版本劃分

3GPP對技術規范采用嚴格的版本管理，這主要是為了保證設備廠商可以根據一套相對穩定的技術規范開發設備。當一個版本完成后，它就不會輕易改動，進一步的工作將被放在后續的版本中，這樣設備商就可以根據一個穩定的版本進行開發，根據同一個版本規范開發設備的廠家的設備都能達到相似的功能。

在3GPP的歷史上，出現了如下一系列規范版本。

1.R99版本

R99版本的功能于2000年3月確定，是UMTS標準的第一個正式版本，后續版本將與R99版兼容。3GPP R99版本的主要特征是在網絡結構上繼承了2G系統的GSM/GPRS核心網結構。但在空中接口方面，R99引入了全新的UTRAN技術，定義了全新的5MHz載頻寬帶CDMA（WCDMA）接入網，采納了功率控制、軟切換及更軟切換等CDMA關鍵技術。基站只實現基帶處理和擴頻操作，接入系統由RNC集中統一管理，引入了適于分組數據傳輸的協議和機制，可支持144kbps、384kbps數據速率，峰值速率理論上可達2Mbps。基站和RNC之間的Iub接口基于異步傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）實現，RNC則分別通過基于ATM自適應層類型2（ATM Adaptation Layer type 2，ATM AAL2）的Iu-CS接口和基于ATM自適應層類型5（ATM Adaptation Layer type 5，ATM AAL5）的Iu-PS接口與核心網的電路交換（CS）域和分組交換（PS）域相連。

在核心網方面，R99充分考慮到了向下兼容GPRS，其電路域與GSM完全兼容。分組域仍然采用了基于服務GPRS支撐節點（Serving GPRS Support Node，SGSN）和網關GPRS支撐節點（Gateway GPRS Support Node，GGSN）的網絡結構，但相對于GPRS，擴大了系統帶寬，增加了服務等級的概念，提高了分組域的業務質量保證能力。

從系統角度來看，R99仍然采用分組域和電路域分別承載與處理的方式，分別接入公共交換電話網（Public Switched Telephone Network，PSTN）和公用數據網。R99是最早成熟的版本，適用于早期部署UMTS網絡的運營商，同時也適用于擁有GSM/GPRS既有網絡的運營商。R99的優點在于技術成熟穩定、風險小，多廠商環境基本形成，可充分利用部分現有網絡資源。

但也正因為考慮了向下兼容，R99也存在一定的缺陷。首先，R99核心網發展滯后于接入網，接入網已分組化的AAL2話音仍需經過編解碼轉換器轉化為64kbps電路話音，影響了話音質量，核心網的傳輸資源利用率較低。其次，核心網仍采用過時的時分復用（TDM）技術，雖然技術成熟，互通性好，價格合理，但技術過時，廠家后續開發力度不夠，新業務跟進不足。另外，分組域和電路域雙網并行，不僅造成了重復投資，而且增加了網管的復雜度，網絡維護費用較高，演進路線不清晰。最后，R99的網絡智能仍然基于節點，全網新業務部署仍需逐點升級，既耗時，成本又高。

因此，3GPP R99核心網只是為2G向3G過渡而引入的解決方案，真正的UMTS系統核心網應是全IP核心網，R4版本和R5版本由此應運而生。

2.R4版本

3GPP R4版本功能于2001年3月確定。3GPP R4與3GPP R99版本相比，在RAN網絡結構方面無明顯變化，重要的改變是在核心網方面。主要是3GPP R4版本在電路域完全體現了下一代網絡（Next Generation Network，NGN）的體系構架思想，引入軟交換的概念，實現了控制和承載分開。在R4網絡中，核心網的電路交換域被分成兩層，它們是控制層和連接層。控制層負責控制呼叫的建立，進程的管理和計費等相關功能，連接層主要用來傳輸用戶的數據。關于分組交換域，3GPP R4和3GPP R99沒有區別。由于分層結構的引入，可以采用新的承載技術（如ATM和IP）來傳輸電路域的話音和信令，由于分組交換域的傳輸是建立在ATM或IP網絡上，因而運營商用同一個網絡來傳輸所有業務。

3GPP R4實現了話音、數據和信令承載的統一，有效降低了承載網絡的運營和維護成本。而在核心網中采用壓縮話音的分組傳輸方式，可以節省傳輸帶寬，降低建設成本。由于控制和承載分離，使得媒體網關（MGW）和服務器可以靈活放置，提高了組網的靈活性，集中放置的服務器可以使業務的開展更快捷。此外，由于3GPP R4網絡主要是基于軟交換結構的網絡，為向R5的順利演變奠定了基礎。另外，時分同步碼分多址（Time-Division Synchronous CDMA，TD-SCDMA）無線接口技術也在3GPP R4階段被3GPP所接納。

3.R5版本

隨著數據業務的增長和無線因特網的應用，WCDMA的網絡結構逐漸向全IP化方向發展，先是核心網，然后是全網IP化，R5成為全IP的第一個版本。

3GPP R5版本功能于2002年6月確定。R5階段接入網部分采用全IP，核心網部分主要是引入了IP多媒體子系統（IP Multimedia Subsystem，IMS）域，它是基于PS域之上的多媒體業務平臺，用于提供各種實時的或非實時的多媒體業務。R5的早期仍然保留電路域，話音業務由CS域實現；到后期CS和PS完全融合，所有業務由IP承載，全網從接入到交換實現全IP化。R5階段只完成了IMS子系統基本功能的描述，大量內容有待于在R6中解決。

3GPP R5在接入網部分通過引入IP技術實現端到端的全面IP化。這些技術包括HSDPA技術，其峰值數據速率可高達8～10Mbps，時延更小。3GPP R5用戶設備（User Equipment，UE）定位功能也得到增強，提供了更多的支持定位業務的實現手段。

3GPP R5版本中IMS的引入，為開展基于IP技術的多媒體業務創造了條件。R5主要提供端到端的IP多媒體業務，新增加了支持SIP業務的功能，如IP話音（Voice over IP，VoIP）、蜂窩一鍵通（PTT over Cellular，PoC）、即時消息、多媒體信息業務（Multimedia Messaging Service，MMS）、在線游戲以及多媒體郵件等。同時，為解決IP管理問題，IMS引入了因特網協議第6版本（Internet Protocol version 6，IPv6）。

4.R6版本

到了3GPP R6版本階段，網絡架構方面已沒有太大的變更，主要是增加了一些新的功能特性，以及對已有的功能特性進行增強。3GPP R6版本功能于2004年12月確定。在R6版本中進行標準化的主要內容包括以下方面。

（1）HSUPA技術。用于提高上行分組域的數據速率。

（2）多媒體廣播和多播業務（Multimedia Broadcast and Multicast Service，MBMS）。網絡中增加了廣播和多播中心功能實體，根據MBMS業務對用戶終端、接入網及核心網提出的新需求，對信道結構、接入網和核心網接口信令進行了修改。

（3）擴展工作頻段。支持不同頻率的UMTS系統，包括850MHz、800MHz、1.7GHz/2.1GHz等頻段，同時增強了不同頻率和不同系統間的測量。

（4）基于PS和IMS的緊急呼叫業務，改變僅電路域支持緊急呼叫業務的現狀，提出IMS緊急呼叫業務，對PS有一定的影響。

（5）定位業務增強。支持IMS公共標識，支持基于伽利略衛星系統的定位業務，對UE定位進行了增強，增加了開放式移動定位服務中心——服務無線電網絡控制器接口。

（6）RAN功能的完善。完善的方向包括從UTRAN到GERAN網絡的小區重選、天線傾角的遠端控制、對無線接入承載（Radio Access Bearer，RAB）支持的增強、對Iu-b/Iu-r接口無線資源管理的優化。

（7）IMS第二階段。在R5 IMS第一階段的基礎上提供了新特性。

（8）基于不同IP連接網的IMS互通。3GPP IMS用戶與3GPP2 IMS、固網IMS等用戶之間的互通。

（9）Push業務。網絡主動向用戶Push內容，根據網絡和用戶的能力推出多種實現方案。

（10）在線監測。實時了解用戶的狀態等信息。

（11）安全性的增強。基于IP傳輸的網絡域安全。

（12）無線局域網（WLAN）/UMTS互通。用戶經過WLAN接入時可與UMTS用戶一樣使用移動網業務，包括統一的鑒權和計費、移動網提供的PS域和IMS業務，在不同接入方式之間切換時業務不中斷。

（13）優先業務。指導電路域優先業務的實現。

（14）網絡共享。多個擁有獨立核心網或業務網的移動運營商共享接入網。

（15）增強業務質量（QoS）。提供增強的端到端QoS動態策略控制。

（16）計費管理。包括WLAN計費、基于IP流的承載計費和在線計費系統。

（17）蜂窩一鍵通（PTT over Cellular，PoC）業務。UMTS移動網為一鍵通（Push-To-Talk，PTT）業務提供了承載能力，PTT業務應用層規范由開放移動聯盟（Open Mobile Alliance，OMA）制定。

3GPP UMTS從R99到R6的演進可歸結為表2-1和圖2-2所示。

表2-1 3GPP UMTS版本演進總結

5.R7版本

3GPP R7版本在繼續完成了一些R6未完成的工作（如MIMO技術的標準化）外，又增加了一些新的功能特性，或對已有的功能特性進行增強。另外，R7中還花費大量精力開展了LTE的可行性研究和HSPA演進的工作范圍研究。在R7版本中研究和標準化的主要內容包括以下方面。

（1）干擾消除技術。

（2）下行符號周期減小和高階調制。

（3）延遲降低技術。

（4）用于HSDPA的MIMO技術。

（5）通過CS域承載IMS話音。

（6）支持IMS緊急呼叫對PS域和IMS的影響。

（7）采用OFDM增強HSDPA和HSUPA的可行性研究。

（8）位置業務的增強。

（9）先進全球導航衛星系統（Advanced Global Navigation Satellite System，A-GNSS）的概念。

（10）輔助GPS（Assisted GPS，A-GPS）的最小性能。

（11）合并業務（Combination Services）。

（12）端到端QoS的增強。

（13）在通用3GPP IP接入系統中支持短信息業務（Short Messaging Service，SMS）和多媒體信息業務（Multimedia Messaging Service，MMS）。

（14）基于WLAN的IMS話音與GSM網絡的電路域的互通。

（15）在R7架構中的合法監聽。

（16）GERAN的進一步增強。

（17）MBMS增強。

（18）R7安全性增強。

（19）通過IMS支持電話會議組與信息組管理。

（20）為實時通信增強和優化IMS。

（21）UE在高速火車（最高速度350km/h）場景的性能評估。

（22）可視電話（Video Telephony）業務研究。

（23）分組數據用戶的連續連接。

（24）UTRA塔放（Tower Mounted Amplifier）的研究。

（25）UTRAN MBMS業務的改進。

（26）1.28Mchip/s的上行增強。

（27）LTE的可行性研究。

（28）FDD HSPA演進工作范圍研究。

6.R8版本

R8中開展了兩項非常重要的演進標準化項目——LTE和SAE，這兩個項目在R8階段占用了TSG RAN和SA的大部分精力。在完成LTE和SAE規范制定的同時，R8還進行了一系列其他的增強和完善工作。在R8版本中研究和標準化的主要內容包括以下方面。

（1）3G長期演進（LTE）。

（2）3G系統架構演進（SAE）。

（3）3G家庭節點B（Home Node B）與家庭演進型節點B（Home eNode B）。

（4）LTE和3GPP2、移動WiMAX系統之間改進的網絡控制移動性研究。

（5）3GPP WLAN和3GPP LTE之間互操作和移動性的可行性研究。

（6）GERAN側對GERAN/LTE互操作的支持。

（7）基于SMS的增值業務。

（8）地震與海嘯報警系統。

（9）IMS多媒體電話與補充業務。

（10）針對Home Node B的與自組織網絡（Self Organizing Network，SON）相關的O&M接口。

（11）用于FDD HSDPA的64QAM與MIMO的合并使用。

（12）GSM和UMTS系統中的機器間通信（Machine-to-Machine Communications）等。

7.R9版本

R9研究和標準化工作主要包括以下內容。

（1）對移動網絡和WLAN網絡之間的無縫漫游和業務連續性的需求研究。

（2）對WiMAX/LTE移動性的支持。

（3）對WiMAX/UMTS移動性的支持。

（4）對IMS緊急呼叫的擴展性的支持。

（5）對GPRS系統和EPS系統中IMS緊急呼叫的支持。

（6）對EPS系統中增強話音業務的需求研究。

（7）對Home Node B和Home eNode B安全性的研究。

（8）對LTE-Advanced的研究。

其中，對LTE進一步演進——LTE-Advanced技術的研究，無疑是R9最重要的研究項目之一。