张文军院士团队成功将时频域交织技术打入3GPP 5G Rel-19标准

2025年12月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。在本次SA（业务与系统组）全体会议上，主席正式宣告了3GPP 5G/5G-A Rel-19版本完成冻结（图1）。上海交通大学未来媒体网络协同创新中心张文军院士团队徐胤教授、何大治教授课题组提出的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，获得了中国华为、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（图2），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，此项成果极为不易，意义重大。

图1 3GPP Rel-19完成冻结

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，并在Rel-16进行增强，通过引入新的帧结构参数来提升性能。然后，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。

早在2019年Rel-16阶段，中心团队就在3GPP力推时频域交织技术，当时未形成共识。在总结经验教训后，历经5年多的思考、创新、论证，于2024年12月西班牙马德里举办的3GPP第106次RAN全体会议上，中心徐胤教授作为上海交通大学3GPP首席标准代表出席会议（如图3所示），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。

工作组项目立项后，3GPP RAN1物理层工作组启动了5G广播标准协议规范制定。中心团队全程参与了在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（如图4所示），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物理层冻结版本。

具体而言，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（如图5所示）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。

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（如图6右上部分所示）。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，我们创新的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。

最后，基于现有蜂窝系统的帧结构，我们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（如图7所示），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。