4G LTE-Advanced技術標準

1 引言

LTE-Advanced指的是LTE在Release 10以及之后的技術版本。2004年底，在3GPP中開始進行LTE的標準化工作，與3G以CDMA技術為基礎不同，根據(jù)無線通信向?qū)拵Щ较虬l(fā)展的趨勢，LTE采用了OFDM技術為基礎，結合多天線和快速分組調(diào)度等設計理念，形成了新的面向下一代移動通信系統(tǒng)的空中接口技術，又稱為3G演進型系統(tǒng)（LTE，Long Term Evolation）。2008年初，完成了LTE第一個版本的系統(tǒng)技術規(guī)范，即Release 8。在此之后，3GPP中繼續(xù)進行技術的完善與增強，剛剛完成了第二個技術版本（Release 9），目前正處于Release 10版本的研究過程中。

在3GPP中進行LTE技術研究的同時，國際電信聯(lián)盟（ITU）一直在開展關于下一代移動通信系統(tǒng)的市場需求和頻率規(guī)劃等方面的調(diào)研工作，為制定4G技術的國際標準建議做準備。2008年3月，ITU開始了候選技術的征集和標準化進程，稱為IMT-Advanced。響應ITU關于4G IMT-Advanced技術的征集，3GPP中將正在研究的LTE Release 10以及之后的技術版本稱為LTE-Advanced，并且向ITU進行了候選技術的提交。

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300Mbit/s上行方向的峰值速率也超過了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1Gbit/s。值得一提的是，作為TD-SCDMA技術的后續(xù)演進，LTE的TDD模式又稱為TD-LTE/TD-LTE-Advanced。出于對TD-SCDMA技術演進路線的關注，中國的成員單位在3GPP中深度參與了相關的系統(tǒng)設計過程，2009年10月，中國政府正式向ITU提交了TD-LTE-Advanced建議作為4G國際標準候選技術。

2 技術特點

2.1 多址方式與資源分配

LTE采用OFDM技術為基礎，根據(jù)上行和下行鏈路各自的特點，分別采用單載波DFT-SOFDM和OFDMA作為兩個方向上多址方式的具體實現(xiàn)。OFDM技術以子載波為單位進行頻率資源的分配，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，可以通過聚合5個20MHz的單元載波實現(xiàn)100MHz的全系統(tǒng)帶寬（見圖1）。

圖1 載波聚合

2.2 快速的分組調(diào)度

無線衰落信道在時間上和頻率上是變化的，在LTE中采用1ms時間長度的TTI（傳輸時間間隔）結合12個子載波（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)進行快速的調(diào)度，給用戶分配最優(yōu)的物理資源。在所選擇的物理資源上，進一步利用AMC（自適應編碼調(diào)制）技術，形成資源的最佳利用。這樣的自適應調(diào)度，從整個系統(tǒng)的角度實現(xiàn)資源優(yōu)化的分配和利用，提高全系統(tǒng)性能。同時，靈活的調(diào)度也可以根據(jù)業(yè)務特點為單個用戶提供合理的QoS保證，相關的機制已經(jīng)成為所有新一代移動通信系統(tǒng)設計中的一項基本技術。

2.3 多天線技術

多天線（MIMO）技術是LTE系統(tǒng)提高吞吐量的一項關鍵技術，根據(jù)天線部署形態(tài)和實際應用情況可以采用發(fā)射分集、空間復用和波束賦形3種不同的MIMO實現(xiàn)方案。例如，對于大間距非相關天線陣列可以采用空間復用方案同時傳輸多個數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)很高的數(shù)據(jù)速率；對于小間距相關天線陣列，可以采用波束賦形技術，將天線波束指向用戶，減少用戶間干擾。對于控制信道等需要更好的保證接收正確性的場景，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天線的發(fā)送，最大可以空間復用4個數(shù)據(jù)流的并行傳輸，在20MHz帶寬的情況下，可以實現(xiàn)超過300Mbit/s的峰值速率。在Release 10中，下行支持的天線數(shù)目將擴展到8個。相應地，最大可以空間復用8個數(shù)據(jù)流的并行傳輸，峰值頻譜效率提高一倍，達到30bit/s/Hz。同時，在上行也將引入MIMO的功能，支持最多4天線的發(fā)送，最大可以空間復用4個數(shù)據(jù)流，達到16bit/s/Hz的上行峰值頻譜效率（見圖2）。

圖2 MIMO技術增強

2.4 中繼技術

中繼（Relay）技術是LTE將在Release 10版本中開始引入的另一項重要功能（見圖3）。傳統(tǒng)基站需要在站點上提供有線鏈路的連接以進行“回程傳輸”，而中繼站通過無線鏈路進行網(wǎng)絡端的回程傳輸，因此可以更方便地進行部署。根據(jù)使用場景的不同，LTE中的中繼站可以用于對基站信號進行接力傳輸，從而擴展網(wǎng)絡的覆蓋范圍；或者用于減小信號的傳播距離，提高信號質(zhì)量，從而提高熱點地區(qū)的數(shù)據(jù)吞吐量。

圖3 中繼技術