4G LTE-Advanced技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1 引言

LTE-Advanced指的是LTE在Release 10以及之后的技術(shù)版本。2004年底，在3GPP中開(kāi)始進(jìn)行LTE的標(biāo)準(zhǔn)化工作，與3G以CDMA技術(shù)為基礎(chǔ)不同，根據(jù)無(wú)線(xiàn)通信向?qū)拵Щ较虬l(fā)展的趨勢(shì)，LTE采用了OFDM技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合多天線(xiàn)和快速分組調(diào)度等設(shè)計(jì)理念，形成了新的面向下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的空中接口技術(shù)，又稱(chēng)為3G演進(jìn)型系統(tǒng)（LTE，Long Term Evolation）。2008年初，完成了LTE第一個(gè)版本的系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，即Release 8。在此之后，3GPP中繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)的完善與增強(qiáng)，剛剛完成了第二個(gè)技術(shù)版本（Release 9），目前正處于Release 10版本的研究過(guò)程中。

在3GPP中進(jìn)行LTE技術(shù)研究的同時(shí)，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）一直在開(kāi)展關(guān)于下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的市場(chǎng)需求和頻率規(guī)劃等方面的調(diào)研工作，為制定4G技術(shù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建議做準(zhǔn)備。2008年3月，ITU開(kāi)始了候選技術(shù)的征集和標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，稱(chēng)為IMT-Advanced。響應(yīng)ITU關(guān)于4G IMT-Advanced技術(shù)的征集，3GPP中將正在研究的LTE Release 10以及之后的技術(shù)版本稱(chēng)為L(zhǎng)TE-Advanced，并且向ITU進(jìn)行了候選技術(shù)的提交。

LTE支持FDD和TDD兩種雙工方式，在LTE Release 8版本中，采用20MHz的通信帶寬，空中接口的下行峰值速率超過(guò)300Mbit/s上行方向的峰值速率也超過(guò)了80Mbit/s。而LTE Release 10版本（LTE-Advanced）將支持100MHz的通信帶寬，空中接口的峰值速率超過(guò)1Gbit/s。值得一提的是，作為T(mén)D-SCDMA技術(shù)的后續(xù)演進(jìn)，LTE的TDD模式又稱(chēng)為T(mén)D-LTE/TD-LTE-Advanced。出于對(duì)TD-SCDMA技術(shù)演進(jìn)路線(xiàn)的關(guān)注，中國(guó)的成員單位在3GPP中深度參與了相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程，2009年10月，中國(guó)政府正式向ITU提交了TD-LTE-Advanced建議作為4G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)候選技術(shù)。

2 技術(shù)特點(diǎn)

2.1 多址方式與資源分配

LTE采用OFDM技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)上行和下行鏈路各自的特點(diǎn)，分別采用單載波DFT-SOFDM和OFDMA作為兩個(gè)方向上多址方式的具體實(shí)現(xiàn)。OFDM技術(shù)以子載波為單位進(jìn)行頻率資源的分配，LTE系統(tǒng)采用15kHz的子載波帶寬，按照不同的子載波數(shù)目，可以支持1.4，3，5，10，15和20MHz各種不同的系統(tǒng)帶寬。Release 10版本中將要引入的載波聚合技術(shù)，可以通過(guò)聚合5個(gè)20MHz的單元載波實(shí)現(xiàn)100MHz的全系統(tǒng)帶寬（見(jiàn)圖1）。

圖1 載波聚合

2.2 快速的分組調(diào)度

無(wú)線(xiàn)衰落信道在時(shí)間上和頻率上是變化的，在LTE中采用1ms時(shí)間長(zhǎng)度的TTI（傳輸時(shí)間間隔）結(jié)合12個(gè)子載波（180KHz）頻率寬度，形成PRB（物理資源塊）。根據(jù)信道的變化情況，系統(tǒng)進(jìn)行快速的調(diào)度，給用戶(hù)分配最優(yōu)的物理資源。在所選擇的物理資源上，進(jìn)一步利用AMC（自適應(yīng)編碼調(diào)制）技術(shù)，形成資源的最佳利用。這樣的自適應(yīng)調(diào)度，從整個(gè)系統(tǒng)的角度實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化的分配和利用，提高全系統(tǒng)性能。同時(shí)，靈活的調(diào)度也可以根據(jù)業(yè)務(wù)特點(diǎn)為單個(gè)用戶(hù)提供合理的QoS保證，相關(guān)的機(jī)制已經(jīng)成為所有新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)基本技術(shù)。

2.3 多天線(xiàn)技術(shù)

多天線(xiàn)（MIMO）技術(shù)是LTE系統(tǒng)提高吞吐量的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)天線(xiàn)部署形態(tài)和實(shí)際應(yīng)用情況可以采用發(fā)射分集、空間復(fù)用和波束賦形3種不同的MIMO實(shí)現(xiàn)方案。例如，對(duì)于大間距非相關(guān)天線(xiàn)陣列可以采用空間復(fù)用方案同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)很高的數(shù)據(jù)速率；對(duì)于小間距相關(guān)天線(xiàn)陣列，可以采用波束賦形技術(shù)，將天線(xiàn)波束指向用戶(hù)，減少用戶(hù)間干擾。對(duì)于控制信道等需要更好的保證接收正確性的場(chǎng)景，發(fā)射分集是一種合理的選擇。

LTE Release 8版本支持下行最多4天線(xiàn)的發(fā)送，最大可以空間復(fù)用4個(gè)數(shù)據(jù)流的并行傳輸，在20MHz帶寬的情況下，可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)300Mbit/s的峰值速率。在Release 10中，下行支持的天線(xiàn)數(shù)目將擴(kuò)展到8個(gè)。相應(yīng)地，最大可以空間復(fù)用8個(gè)數(shù)據(jù)流的并行傳輸，峰值頻譜效率提高一倍，達(dá)到30bit/s/Hz。同時(shí)，在上行也將引入MIMO的功能，支持最多4天線(xiàn)的發(fā)送，最大可以空間復(fù)用4個(gè)數(shù)據(jù)流，達(dá)到16bit/s/Hz的上行峰值頻譜效率（見(jiàn)圖2）。

圖2 MIMO技術(shù)增強(qiáng)

2.4 中繼技術(shù)

中繼（Relay）技術(shù)是LTE將在Release 10版本中開(kāi)始引入的另一項(xiàng)重要功能（見(jiàn)圖3）。傳統(tǒng)基站需要在站點(diǎn)上提供有線(xiàn)鏈路的連接以進(jìn)行“回程傳輸”，而中繼站通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)端的回程傳輸，因此可以更方便地進(jìn)行部署。根據(jù)使用場(chǎng)景的不同，LTE中的中繼站可以用于對(duì)基站信號(hào)進(jìn)行接力傳輸，從而擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍；或者用于減小信號(hào)的傳播距離，提高信號(hào)質(zhì)量，從而提高熱點(diǎn)地區(qū)的數(shù)據(jù)吞吐量。

圖3 中繼技術(shù)