近期，国际移动通信标准化组织3GPP第110次全体会议在美国马里兰州巴尔的摩市召开。本次SA（业务与系统组）全体会议正式宣告3GPP 5G/5G-A Rel-19版本完成冻结。上海交通大学集成电路学院（信息与电子工程学院）张文军院士团队徐胤研究员、何大治研究员课题组提出的5G广播频域交织完整技术方案和块循环时域交织技术，在兼容现有3GPP混合自动重传请求（HARQ）硬件资源和机制下，以较低复杂度，即可有效解决5G广播在移动终端面临的突发错误、复杂多径、多普勒扩展以及双选等信道场景下性能损失的技术难题，获得中国华为、中兴，美国高通，韩国三星，欧洲广播联盟等全球知名机构的一致认可，被写入3GPP Rel-19 TS36.211标准（物理层核心标准规范之一）最终冻结版，成功落地5G国际标准，为推动5G广播系统进入手机终端扫除了技术障碍。

课题组提出的时频域交织技术被写入3GPP Rel-19标准TS36.211

工作背景

地面数字广播通信是电视、应急、车载、手持等终端的重要媒体传输管道，世界范围内，中国采用DTMB、美国采用ATSC、欧洲采用DVB体制。但这些体制并没有进入移动终端（智能手机），其中一个原因是未形成世界统一标准，且将这些迥异的体制引入3GPP终端将带来巨大的硬件成本。为此，3GPP从Rel-9开始引入增强型多媒体广播多播业务（eMBMS），以支持移动电视等场景。并从Rel-14开始引入专用的广播enTV体制，在Rel-16进行增强，通过引入新的帧结构参数来提升性能。其与传统的地面广播传输体制相比，缺少了时频域交织，这会导致系统在恶劣信道下存在5-6dB的性能损失。若将经典的时频域交织技术引入3GPP将会造成成倍的芯片硬件开销，造成终端成本剧增。如何在提升系统性能的前提下，探索兼容3GPP空口与协议的技术路径，并最大化复用现有3GPP收发终端芯片资源，实现3GPP标准、硬件友好的时频交织创新设计是一个巨大挑战。

工作历程及成果

早在2019年Rel-16阶段，工作团队就在3GPP力推时频域交织技术，当时未形成共识。历经5年多的思考、创新、论证，在2024年12月于西班牙马德里举办的3GPP第106次RAN全体会议上，徐胤研究员代表上海交通大学出席会议，并联合数字电视国家工程研究中心、国家广电总局广播科学研究院、欧洲广播联盟、美国高通、小米等23家机构，提交了兼容3GPP的时频域交织立项提案，在与全球主要的运营商、设备商、芯片商和手机终端厂商进行反复沟通后，获得了3GPP全球300多家公司的集体认可，成功推动了5G广播时频域交织增强项目在3GPP Rel-19标准的工作组项目（Work Item）立项。

徐胤（左4）参加2024年12月马德里RAN全会推动Rel-19 5G增强广播工作组项目立项

工作组项目立项后，3GPP RAN1物理层工作组启动5G广播标准协议规范制定工作。研究团队在张文军院士的指导下，全程参与2025年2月、4月、5月在雅典、武汉、马耳他分别召开的RAN1 120、120-bis和121次物理层工作组会议，分别提交了关于时频域交织的三项提案（R1-2500582、R1-2502582和R1-2504912），提出了跨行置换和行内移位的完整频域交织技术方案，以及兼容3GPP HARQ重传机制的块循环时域交织技术，在保证硬件高兼容度的基础上，实现了最优性能，历经前述工作组会上的反复研讨、质疑与论证，以及8月、10月、11月后续工作组会上的维护修订（Maintenance/Change Request），最终作为5G-A增强广播标准的标志性技术，被写入3GPP Rel-19 TS36.211物理层核心标准的冻结版本。

研究团队全程参加RAN1物理层工作组研讨

时域交织是通过复用3GPP系统中的HARQ硬件资源和机制实现的，在保证硬件兼容的前提下获得了显著的性能增益。首先将3GPP中传统的传输块大小（TBS）进行N倍扩展，得到扩展传输块，扩展传输块通常包含多个码块。随后充分复用HARQ中环形存储区（Circular buffer），以及对重传机制进行优化设计并加以利用，将5G广播扩展传输块所包含的多个码块的不同部分对应到多个HARQ存储区的不同冗余版本（RV），并在N个子帧中对各冗余版本分别进行传输，同时这N个子帧被映射至非连续（间隔M）的时隙中，以此实现N*M深度的时间交织。

兼容3GPP HARQ存储和机制的时域交织设计

然而，上述时域交织器会使得同一码块的不同部分被映射到的不同子帧（N个）同一频率范围的载波。若发生频域深度衰落，会对同一个码块造成N次叠加影响，大幅提升误块率。为此，团队创新提出了一种码块循环机制（Codeblock Cycling），在不同子帧中执行码块循环移位，移位的比特数与各码块在该子帧中的大小相对应。这一设计可确保同一个码块的比特最终被映射到不同子帧的不同子载波上，能够在兼容HARQ缓存和机制的同时，最大程度挖掘分集增益，有效提升系统性能。

提出的兼容3GPP HARQ缓存和机制的子块移位时域交织技术

基于现有蜂窝系统的帧结构，团队设计了一种跨行置换（Inter-row permutation）和行内循环移位（Intra-row cyclic shift）的频域交织完整技术方案，在兼容现有帧结构的情况下，通过数学推导论证，最大化提升了交织最小跨度（Minimum Span），充分获得频域的分集增益，同时具备克服广播单频网中常见的双抽头信道（Two-Tap Channel）所引起的频域周期性深衰落的能力，大幅提升了移动终端在多种典型场景下接收5G广播的性能。

提出的兼容3GPP帧结构的频域交织完整技术方案

上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金优秀青年科学基金的资助，同时也得到了数字电视国家工程研究中心的支持。

人员信息

徐胤，研究员、博士生导师，国家级高层次青年人才，现任上海交通大学学生创新中心副主任（挂职）、集成电路学院（信息与电子工程学院）院长助理，上海交通大学3GPP 6G首席标准代表，美国ATSC IT-5副主席，IEEE Transactions on Broadcasting副主编。主要从事5G/6G、广播、短距和AI通信的理论、关键技术研究、样机研制和标准化工作，致力于技术研发与产业落地深度融合。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划、上海市6G科技创新与产业培育等多个重点项目课题，提出的多项通信物理层核心技术入选3GPP 5G、美国ATSC3.0广播传输、星闪短距无线通信等国际、国家标准，授权70余项中国发明专利及10余项国际发明专利，向国际巨头收取规模化专利许可费，应用于相关芯片超1亿颗，广泛应用于智能手机、智能汽车、智慧家庭等场景。获星闪标准贡献先进奖、上海市科技进步一等奖、中国电影电视学会科技进步奖、6G星辰青年科学家等荣誉。

何大治，研究员、博士生导师，现任上海交通大学未来媒体网络协同创新中心副主任。主要从事智能通信与异构网络融合、广播传输与信号处理、短距高速连接及芯片化等方向研究。主持国家自然科学基金、国家科技重大专项、国家重点研发计划等多项国家级重点项目。曾作为核心骨干，先后参与中国地面数字电视传输标准（DTMB）、中国直播卫星电视传输标准（ABS-S）、国际数字电视标准（ATSC3.0）及 3GPP 5G广播标准的技术研究与制定工作。相关技术发表IEEE期刊会议学术论文70余篇，获中国授权发明专利134项、国际授权发明专利29项（其中13项专利入选国际标准专利池），获国家科技进步二等奖2项、上海市科技进步一等奖2项、国家专利金奖1项、国家广播电影电视总局科技创新奖1项、国家广播电影电视总局科技创新突出贡献奖1项、王选新闻科学技术奖1项。