3GPP(3rd Generation Partnership Project)為制定第三代無線通訊系統(3G)標準規格的組織之一，Release7版本的3GPP系統演進已開始進行，而另一個新無線通訊系統規格制定工作，也在2004年底展開...
3GPP(3rd Generation Partnership Project)為制定第三代無線通訊系統(3G)標準規格的組織之一，Release7版本的3GPP系統演進已開始進行，而另一個新無線通訊系統規格制定工作，也在2004年底展開，新標準的制定初期有個研討會(Workshop)作為先期研究基礎，別名為Long Term Evolution(LTE)。
3GPP從1999年早期版本Release99，也是目前最穩定的商業化版本，到後續2000年版本Release4、2002年版本Release5，甚至是2006年版本Release6，整個組織的制定活動從未停止。3GPP所制定的3G系統也稱為寬頻多碼分工接取系統(Wideband Code Division Multiple Access, WCDMA)系統，在商業化路上遭遇不少問題，例如2001年底日本NTTDoCoMo所推出的FOMA系統，雖然和WCDMA系統有些不同，但本質非常類似。
FOMA早期的問題主要是系統容量或覆蓋度不如原先預期，以及手機待機時間過短，但經過2～3年運轉調整後，系統問題順利解決連帶使用人數急速上升，如今是世界上營運最為成功的第三代無線通訊系統之一，相對之下，國內3G服務才剛正式啟動，成長路仍很漫長。
近來在2003～2004年，此組織的標準制定人員已開始思索下一步該如何前進，新標準的制定初期有個研討會LTE作為先期研究基礎。2005年6月與9月，3GPP會議除制定此系統整體工作時程外，並描繪出此系統技術主軸，相信新一代專利布局之爭也即將展開。
讓使用者終端裝置的資料傳輸速率更高、製造成本更低，以及基地台的單一細胞所能服務的人數更多等，這些目標一直是無線行動通訊系統演進的方向，但這些優點往往無法全部兼顧，設計取捨考驗著制定新一代無線通訊系統標準的工程師們。更複雜的是，在現今高科技商業模式演進之路上，具實質經濟效益的專利卡位布局已成必然，因此在標準制定過程中充滿此方面的考量，技術優劣雖已非唯一考量點，但仍是最重要的依據。另一方面，LTE系統制定範圍除包含無線接取網路端外，核心網路架構的增強也一併納入考量，關於核心網路架構這一點，作法上尚未有明確結論，可確定的是，新系統將只支援以分封交換技術為基礎的服務，意謂廣為使用的電路交換技術服務將不會出現於此系統中。根據System Architecture Evolution(SAE) Working Group(WG)所訂定的TS23.882，有明確提出未來整體系統架構的制定需求：
‧必須支援3GPP和非3GPP無線接取系統同時運作，此需求已反應出其他非3GPP通訊系統在整體市場占有率的提升，或是基於兩者間互補性需求，如無線區域網路(WLAN)及全球互通微波存取技術(WiMAX)普遍被認為將和3G系統互補，而非競爭態勢。
‧在不減少系統所能容納的使用者數目前提下，提供擴充性(Scalability)系統架構，例如將系統的控制資料流與使用者資料流分開傳送，避免因為資料流特性差異造成網路系統在設計時須做某種效率上的妥協，分別予以最佳化，且易於整合異質網路間各種控制流程。
‧向下相容，要能和Release6的3GPP系統互通。
‧在LTE系統中，使用者從處於GMM Attached，分配到一個網際網路通訊協定(Internet Protocol, IP)位址，並已向IP多媒體通訊系統(IP Multimedia Sub-system, IMS)註冊過的完全待機狀態，經由控制資料流訊息交換程序建立可供雙向收送資料的連線，花費時間須在200ms內。此設計要求頗為嚴格，以目前的 3GPP WCDMA系統來說，一個通話服務在前期和網路端進行各種控制訊息交換的時間可能高達數秒之久，這也是為何有關這方面的改進議題最近相當熱門，包括簡化系統同步機制、減少通訊協定所運用的計時(Timer)數值、減少協定狀態轉換次數，或甚至忽略某些協定狀態等。
‧演進後的3GPP系統須能讓不具備IP協定能力的終端裝置在網路端系統提供基本IP連接組態轉換，使其對外資料通訊得以在網路端後都以IP協定進行。
‧終端裝置IP連線在其開機後對系統的初步接取程序(Initial Access Procedure)完成後就要建立，可看出，未來使用者終端裝置將無時無刻處於使用IP通訊協定，和網路端進行資料交換的狀態，此也是整個核心網路全面採用IP協定後的趨勢。
根據以上要求，整個網路系統架構在各通訊設備製造大廠討論下，有可能發展成圖1或圖2，這兩者的基本差異在於不同無線通訊技術接取網路間的無縫隙切換以何種方式達成，以及因方式不同所造成資源管理和收費政策(Policy Control and Charging, PCC)的不同。
對台灣廠商而言，因沒有網路端的設備製造商，因此對此方面發展經驗或知識相對較為薄弱，所以接下來會對改良式無線電存取網路(Evolved Radio Access Network, Evolved RAN)進行較深入介紹；而圖1和圖2中的UMTS無線電存取網路(UMTS Terrestrial Radio Access Network, UTRAN)部分即為現今正在營運，及演進中的第三代無線通訊接取網路系統。Evolved RAN通常是指接取相關(Access Stratum, AS)部分，即在手機分層中所定義的L1至L3，L1訂定所使用通訊的調變解調、通道編碼解碼，以及使用者多工的存取方式，L2則是訂定資料流流量控制、錯誤偵測與重送機制、上層資料封包切割與重組等，L3訂定無線資源配置的溝通程序，及通訊協定狀態轉換的執行管理等。
根據3GPP TS25.913描述，設定目標是要提出一個Evolved RAN，或稱為Enhanced-UTRAN(E-UTRAN)的框架。E-UTRAN須達到超高速資料傳輸速度、更低控制程序延遲時間，及針對封包數據服務資料流作最佳化，具體目標為：
‧最大資料傳輸速度下行為100Mbps，上行為50Mbps。
‧資料傳輸速度在基地台覆蓋範圍邊緣仍須維持。
‧頻譜使用效率(Spectrum Effi-ciency)達到Release6系統的2～4倍。
‧無線接取網路端的延遲時間(從UE到RNC間)可能低於10ms。
‧在不考慮下行傳呼(Paging)延遲時間(Discontinuous Reception, DRX)因素下，控制資料流延遲時間(包含終端裝置從閒置狀態轉換到使用者雙向資料開始傳輸所需的時間)要低於100ms。
‧可動態分配的傳輸頻寬有兩種分配方式：(A)5、10、20MHz，也可能是15MHz。(B)2.5MHz，主要是應付當地頻譜範圍過窄。
‧必須使3GPP及非3GPP系統間的運作能互連。
‧發展現行多媒體廣播與群播服務(Multimedia Broadcast and Multicast Service, MBMS)的加強機制。
‧精簡化投資成本及營運費用，包括網路後端系統在內。
‧從Release6的UTRA無線介面或架構演進成本低。
‧系統端或終端設備的複雜度、成本和功耗(Power Consumption)必須控制在合理範圍內。
‧必須能運作IMS未來演繹版本及其所搭配的核心網路。
‧在兼顧效能要求與合理複雜度前提下，盡量達到向下相容。
‧對於PS Domain的資料傳送服務如網路電話(Voice over IP, VoIP)，要優先最佳化。
‧成對或非成對的頻譜配置可能性須考慮，主要是全球一致的閒置頻段越來越少。
‧運作在相鄰頻帶的電信營運商間或是覆蓋範圍重疊的兩基地台間，要有簡單的共存及互連機制，這也連帶使得Inter Cell間的干擾消除技術開始得到廣泛討論。
L1標準由3GPP RAN-WG1負責制定，由於關鍵的智慧財產權項目為整體無線通訊技術的重點，因此一向是通訊大廠間角力最為激烈之處，這次也不例外，總共有6種通訊多工調變技術被提出(表1)，主要可以分為分頻雙工(Frequency Division Duplex, FDD)及分時雙工(Time Division Duplex, TDD)兩大陣營，而在多重接取技術上則有分工多重擷取系統(Code Division Multiple Access, CDMA)及正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access, OFDMA)兩種技術在競爭，不過可以看得出來，通訊大廠在下行方向多支援FDD OFDMA，如NTTDoCoMo、摩托羅拉、諾基亞、易利信、北電、三星、英特爾，及德州儀器等；在上行方向則因為峰對平均值功率比(Peak Average Power Ratio, PAPR)的問題不易解決，而採用FDD單載波分頻多工進接存取(Single Carrier Frequency Division Multiple Access, SC-FDMA)，如NTTDoCoMo、摩托羅拉、諾基亞、易利信、西門子等，值得注意的是，高通目前比較傾向多載波(Multi Carrier, MC)WCDMA提案。
而另外兩個廣泛被討論的議題則是以宏分集(Macro Diversity)的設計理念，包括軟交遞(Soft Hand-over)的捨棄與快速細胞交換(Fast Cell Switch)的引用，以及多重接取天線(Multiple Input Multiple Output, MIMO)的實現，這些在LTE系統中，截然不同於原來3GPP Release6。
根據TS25.913的要求，下行資料速率要達到100Mbps，上行為50Mbps，加上頻寬上限達到20MHz，其頻譜使用效率為下行要有5bits/Hz，上行則為2.5bits/Hz，而可動態分配的頻寬也就左右各自的最高資料傳輸速率，加上多重天線的使用，前者有3～4倍於Release6 HSDPA的表現，後者也有2～3倍於Release6 HSUPA的效能增進，這些增進也須反應在使用者資料流的透通率(Throughput)上；在移動速度上，250km/hr以上的速度須被視為特殊環境需求，不以一般準則看待，但一旦支援，須保證達350km/hr時通訊連接仍存在，即使在基地台覆蓋範圍邊緣。另方面，基地台的覆蓋半徑從5km、30km，到100km都須支援，只是範圍越大，效能表現要求就越低。
L2及L3由3GPP RAN-WG2所負責制定合併，從最近數次的討論中，可以觀察到除通訊協定的狀態數目和轉換程序有較大差異外，其改變程度並不像L1多，改變的目的都是為符合E-UTRAN所要求的快速網路訊息交換流程，減低真正使用者資料傳輸前所需的前置作業時間。E-UTRAN系統分為控制資料流及使用者資料流兩大部分，控制資料流裡的資料主要是用來傳遞系統資源分配、安全認證，及服務請求連線建立相關訊息等；使用者資料流則是純粹用來載送使用者資料封包。
在控制資料流裡最重要的兩項效能增進項目，為控制程序時間延遲的大幅降低與系統容量的提升；以前者而言，明定兩項目標：(A)從完全閒置狀態如Release6中的閒置模式(Idle Mode)，轉換到資料開始傳輸狀態如Release6的Cell_DCH狀態，所需轉移時間須低於100ms。(B)從睡眠狀態如Release6的Cell_PCH狀態，轉換到資料開始傳輸狀態如Release6的Cell_DCH狀態，所需轉移時間須低於50ms。可看出為在控制資料流裡達到上述目標，目前協定堆疊裡的模組須大幅改變，包括協定狀態的數目(圖3)、不同狀態間切換條件的設定，以及程序的合併與簡化。對於系統容量要求，如果一個細胞(Cell)只分配5MHz頻寬，至少必須能容納200名處於主動狀態的使用者，如果分配的頻寬更高，能容納的使用者就得更多，可能要400名，而能容納處於靜止(Dormant)和閒置(Idle)狀態的使用者數目則是更多於這個數字。
在使用者資料流裡，用戶層(User Plane, U-plane)延遲是定義為在UE/RAN Edge Node裡的IP層和RAN Edge Node/UE裡的IP層之間單趟傳輸所需時間。此處RAN Edge Node指網路中的節點，提供核心網路和UTRAN間介面的轉換，下一代的核心網路由於將會全面以IP為基礎，所以轉接點工作在封包格式上的轉換並不多，有效降低端對端時間延遲，實際的時間限制則定義標準規範必須促使上述U-plane延遲時間，在網路端沒有其他負載情形下(也就是單一使用者條件下)須低於5ms。注意此處的5ms是指當網路在單一使用者並只有一條IP連線的資料傳輸下，對小型封包的要求；而小型封包意指其負載資料(Payload)部份長度較小，甚至是0byte。這個定義將來可能會更動，因為SAE WG還在制定整個系統架構，因此當更多公司對端對端資料通訊的模擬結果完成後，可能還會變，連帶時間延遲的需要也不同，因此最後的定義是傾向在下一個階段作決定。
上述的基本要求反應在最近幾期的RAN-2 TG會議上，已經引起許多公司熱烈討論，但真正的技術議題其實還不多，比較明確的是通訊協定堆疊中的元件數目會少於目前，例如在Release6中負責廣播或群播的協定元件Broadcast/Multicast Control(BMC)將會被移除，由後來引進的MBMS所取代；或是和其他元件合併，例如現存於L2中的資料鏈結控制(Radio Link Control, RLC)和媒體存取控制(Media Access Control, MAC)，由於效能上的考量，或是重傳機制的重疊性，可能會合併為單一網路協定元件，名字則尚未定案，但保留MAC字眼的機率很高；封包數據融合協定(Packet Data Convergence Protocol, PDCP)預期會予以保留，甚至須要加強功能以適應未來更廣泛的IP協定應用；L3中的無線資源控制(Radio Resource Control, RRC)將會大大簡化，除本身協定狀態減少外，如現存的Cell_FACH可能被移除，另外網路初始連線建立的程序數目藉由合併而加速為可預見的趨勢。
3GPP在目前系統中所定義的不論是協定分層、元件分工，及連線建立程序等都相當複雜，原因是為了將來發展上的可擴充性，和不同無線通訊系統間互連所需的程序切割。而從Release99至Release6的演進來看，該設計的確讓系統在演進過程中降低許多設計負擔，降低後續產品開發成本，加入新功能使整體對須修改部份的需求達到最小。但重點是，為這些目的所設計出來的通訊協定架構太過複雜，初期開發時程因系統複雜度高，在商業化運作穩定前延宕很長一段時間(這也是3G系統無法迅速普及的其中一個原因)，對於一個新的無線通訊系統並非好事。在E-UTRAN中訂定一個簡化架構表示通訊大廠已在目前的3G通訊系統設計過程中學得不少經驗，知道高速無線通訊系統的協定開發有哪些問題，且已有能力對更高速的無線通訊系統進行更簡化的通訊協定堆疊設計。另一方面，對新的無線通訊系統來說，其發展時程能夠縮短才能快速推向市場，這些都是廠商樂意見到的，也才是3GPP未來發展的正確方向。
根據之前的設計方向來看，未來通訊協定堆疊可能會如圖4或圖5所示，基本上兩者正朝之前所提到的方向發展，而目前比較大的技術爭議在於Release6中同時存在兩種自動請求重發(Automatic Retransmit Request, ARQ)機制，分別是RLC中的ARQ，與MAC和實體層(Physical Layer, PHY)中的自動重傳系統(Hybrid-ARQ, HARQ)。易利信針對這點進行詳細分析，認為RLC中的ARQ有其存在的必須性。
朗訊將目前系統存在的重傳機制進行簡易歸納並分析，在今日UTRAN中，已有數種不同時間耗費需求的重傳機制，如下所列：
‧在極短的資料傳輸時間間隔下，基於HSDPA/HSUPA系統，採用MAC-HARQ作為快速封包重傳機制。。
‧在RLC AM模式下，封包重傳時間須控制在100～200ms之間。
‧在TCP協定下，封包重傳時間須控制在數個100ms內。
依朗訊觀點，數個層次的重傳機制所造成實作上的複雜度增加，遠多於其所帶來的好處，RLC中的重傳機制所造成的封包延遲過長，因此朗訊建議將現行RLC與MAC合併為一個網路協定元件，新的L2協定元件必須能擔任原本分割(Segmentation)和重組(Reassembly)的工作。也就是說將RLC、Mac-d、Mac-hs/e/es整併在一個單一L2網路協定元件中(MAC-hs/e/es是Release5及Release6才有的通訊協定堆疊新元件)。
許多廠商如NTTDoCoMo、西門子、樂金等，和朗訊有相同想法，易利信則運用一些實際的模擬分析，佐證Two-level ARQ存在的必要性，諾基亞、三星似乎頗贊成易利信，但在技術文件中卻未明確表態。首先，易利信在技術文件中明確定義RLC中的ARQ機制功能，主要有以下三點：
‧避免在基地台覆蓋邊緣造成高速下行共享通道(HS-DSCH)傳輸的資料遺失：在網路覆蓋範圍
邊緣，如果無法送出，HS- DSCH存放於Node B緩衝區的傳送資料將被清除，必須倚賴RLC補救。由於傳輸控制協定(Transmission Control Protocol, TCP)的資料流對於資料遺失相當敏感，為達高速資料傳輸，TCP層的資料重傳機制應盡量避免啟動。而RLC的ARQ正好提供此種機制來迎合需求。
‧補救在網路端Iub介面所造成的資料遺失：Iub介面設計不良容易造成UTRAN網路端發生擁塞，目前的RLC架構正好提供UE和RNC間，點對點資料封包遺失的重傳機制。
‧彌補HARQ所無法偵測到的錯誤：
在HS-DSCH或是E-DCH中的 HARQ通訊協定，所使用的ACK/NACK回報資訊大小為1位元，由於沒有CRC的保護，即使每個TTI都會回傳，接收端的錯誤偵測可靠度仍不高，這個錯誤無法藉由HARQ本身的協定機制復原，而必須倚賴RLC中的ARQ機制才行。HARQ本身如果要使自身ACK/NACK的偵測可靠度加大，必須加大傳輸ACK/NACK所使用的傳輸能量，將連帶使得手機耗電量增加，同時因為能量加大對鄰近網路端的干擾增加，也使得系統覆蓋範圍或使用者容量降低，RLC 中的ARQ機制則能適當提供所需的第二層防護加強HARQ協定的盲點。
根據易利信後續的技術文件分析，發現其理論基礎是從TCP層的透通率開始。從圖6可以得知，LTE要求下行資料速度須達100Mbps，因此以(b)來看，封包遺失率不得少於10-5的門檻(以單向路徑延遲時間為10ms來看)；單純1位元回報的HARQ機制，即使進行快速並頻繁地回報，所帶來的好處只有傳送端的能量效率(Power Efficiency)較高，無法有等同的高可信賴度(High Reliability)存在，導致前述的遺失率門檻無法符合，系統要求便無法達到，為達到門檻，勢必要提高傳輸的能量，以圖7來看，需要-12dB之多，這樣不僅原有的能量效率優勢消失，連帶因為系統干擾能量上升而使系統容量(System Capacity)以及細胞涵蓋範圍(Cell Coverage)降低。反觀在MAC使用HARQ、RLC使用ARQ的情形下，無論哪種機制，要達到門檻都只需-18～-19dB左右，大大提高其能量效率優勢(有將近6dB的差距)，又能達到所需透通率。後者所需要的能量要求較低，是因為加上15bytes(注意到這裡的長度也會影響模擬結果，所以是設計參數)的RLC所回覆的狀態封包(Status Packet)，使得HARQ的1位元回報的可信賴度就不需要高到原本的10-5，而是10-3。回到原始朗訊對於端對端延遲考量，易利信則認為在高可信賴度情形下，大多數的封包傳輸在HARQ機制下便可傳送成功，只有非常少量的錯誤封包才會啟用ARQ重傳機制，因此較長的延遲只是一段很短的時間，整體平均而言並不會違背LTE所定義的端對端時間延遲要求。雖然某種程度上此說法可被贊成，但在細胞界限(Cell Border)所能帶來的實質效益仍讓人感到存疑，不過易利信能進行如此實際的系統模擬分析，仍讓人十分佩服。
其他陸續出現的爭議包括通道傳輸(Transport Channel)和實體通道(Physical Channel)哪些要保留或移除，以及簡化後的RRC所須肩負的功能有哪些，如何簡化一個網路連線建立的初始程序，甚至後續如何與原有的Release6系統相容運作。這些議題預期將會有相較以往Release6成熟的系統架構出現，可能是現存通訊協定的最佳化版本，甚至有些公司已開始提議將部份(甚至全部)現存在非接取層的訊息程序移至接取層中，主要也是考量過多的協定分層會增加端對端訊息延遲時間，雖然出發點沒錯，但協定分層的獨立性分工也隨之消失。
整體LTE發展時程已確定(表2)，Release7也已展開制定工作，儘管從章程上可發現通訊大廠們的願望是在2010年能夠商用化，但實際的技術性問題、各家電信營運商態度，以及如雨後春筍般出現的新興無線通訊系統如WiMAX等，都為此時程投下許多變數，但對於無從參與3GPP標準制定過程的台灣廠商來說，不失為一個不錯的機會。
值得注意的是，華為以及中興通訊在目前的LTE標準制定中扮演相當重要角色，除提出MC-TD-SCDMA外，也積極在TDD OFDMA部分發揮影響力，而官方機構中國通信標準化協會也積極介入標準制定，此可讓台灣廠商作為借鏡，思考未來發展。