任務5 TD-LTE標準的演進

1.5.1 概述

LTE是3GPP提出的一種新的寬帶無線空中接口技術。可分為FDD和TDD 2種模式。TD-LTE 是一種新一代通信技術，是我國擁有自主知識產權的 TD-SCDMA 的后續演進技術。相比于3G,TD-LTE在系統性能上有跨越式提高，能夠為用戶提供更加豐富多彩的移動互聯網業務。

當前，全球無線通信正呈現出移動化、寬帶化和 IP 化的趨勢，移動通信行業的競爭極為激烈。基于WCDMA無線接入技術的3G移動通信技術已逐漸成熟，正在世界范圍內被廣泛推廣應用。隨著寬帶無線接入概念的出現，Wi-Fi 和 WiMAX 等無線接入方案迅猛發展，為了維持在移動通信行業中的競爭力和主導地位，3GPP在2004年1月啟動了長期演進計劃（Long Term Evolution,LTE），以實現3G技術向4G的平滑過渡。LTE計劃是3GPP最近幾年啟動的最大科研項目，目標是在相當程度上推動3G技術的發展，并滿足人們未來10年左右對移動通信的技術要求。3GPP 提出 LTE 設計的主要目標是滿足低時延、低復雜度、低成本的要求，從而實現更高的用戶容量、系統吞吐量和端到端的服務質量保證。

1.5.2 TD-LTE標準的提出

早在2004年11月3GPP魁北克的會議上，3GPP決定開始3G系統的長期演進的研究項目。世界主要的運營商和設備廠家通過會議、郵件討論等方式，開始形成對 LTE 系統的初步需求。

作為一種先進的技術，LTE需要系統在提高峰值數據速率、小區邊緣速率、頻譜利用率，并著眼于降低運營和建網成本方面進行進一步改進，同時為使用戶能夠獲得“Always Online”的體驗，需要降低控制和用戶平面的時延。該系統必須能夠和現有系統（2G/3G）共存。

在無線接入網（RAN）側，將由 CDMA 技術改變為能夠更有效對抗寬帶系統多徑干擾的OFDM（正交頻分調制）技術。OFDM技術源于20世紀60年代，其后不斷完善和發展， 90年代后隨著信號處理技術的發展，在數字廣播、DSL 和無線局域網等領域得到廣泛應用。OFDM 技術具有抗多徑干擾、實現簡單、靈活支持不同帶寬、頻譜利用率高支持高效自適應調度等優點，是公認的未來4G儲備技術。

1.5.3 TD-LTE R8版本

3GPP于2008年12月發布LTE第一版（Release 8）,R8版本為LTE標準的基礎版本。目前 R8版本已非常穩定。R8版本重點在 LTE/SAE 網絡的系統架構、無線傳輸關鍵技術、接口協議與功能、基本消息流程、系統安全等方面進行了細致的研究和標準化。

在無線接入網方面，將系統的峰值數據速率提高至下行100Mbit/s、上行50Mbit/s；在核心網方面，引入了純分組域核心網系統架構，并支持多種非3GPP接入網技術接入統一的核心網。

從2004年年底概念提出，到2008年年底發布R8版本，LTE的商用標準文本制定及發布整整經歷了4年時間。對于TDD的方式而言，在R8版本中，明確采用Type 2類型作為唯一的 TDD 物理層幀結構，并且規定了相關物理層的具體參數，即 TD-LTE 方案，這為今后其后續技術的發展，打下堅實的基礎。圖1-14所示為TD-LTE R8。

另外，R8版本中也有許多對 RAN 功能增強的特性，如對HSPA+的增強。然而，R8的重點是介紹LTE。R8中HSPA+包含了許多關鍵增強特性，如下所示。

（1）64QAM和MIMO。R8合并了64QAM和MIMO，使理論速率達到42Mbit/s，即2× 21.6Mbit/s。

（2）雙小區操作。在R8中引入的特性DC-HSDPA（Dual Cell-HSDPA，雙小區HSDPA）在R9和R10中得到進一步增強。它使手機能有效使用2個5MHz的UMTS載波。假使這2個載波均使用64QAM調制方式（即21.6Mbit/s的速率），則最高理論速率能達到42Mbit/s。需要注意的是，在R8中，手機是無法同時使用MIMO和DC-HSDPA的。

（3）減少了上行開銷。

1.5.4 TD-LTE R9版本

2010年3月發布第2版（Release 9）LTE標準，R9版本為LTE的增強版本。R9版本與R8版本相比，將針對 SAE 緊急呼叫、增強型 MBMS（E-MBMS）、基于控制面的定位業務，及LTE與WiMAX系統間的單射頻切換優化等課題進行標準化。

另外，R9版本還開展一些新課題的研究與標準化工作，包括公共告警系統（Public Warning System,PWS）、業務管理與遷移（Service Alignment and Migration,SAM）、個性回鈴音CRS、多PDN接入及IP流的移動性、Home eNodeB安全性，以及LTE技術的進一步演進與增強（LTE-Advanced）等。

1.5.5 TD-LTE的未來演進

TD-LTE 是中國主導的具有“國際化”特征的標準。TD-LTE 的技術優勢體現在速率、時延和頻譜利用率等多個方面，使得運營商能夠在有限的頻譜帶寬資源上為更強大的業務提供動力，而這正是全球移動通信產業孜孜以求的目標所在。基于 TDD 技術的網絡部署不需要成對頻譜，并且通過日益發展的寬帶功放技術，可以把零散的頻譜聚合起來提供業務，進一步提高了遠營商的頻譜資源利用效率和網絡部署效率。可以預見，TD-LTE 必將成為移動寬帶時代的主力軍，為運營商提升ARPU、提升用戶體驗、拓寬行業應用前景提供重要的動力。

2008年3月，在 LTE 標準化終于接近于完成之時，1個在 LTE基礎上繼續演進的項目——先進的 LTE（LTE-Advanced）項目又在3GPP 拉開了序幕。3GPP R10版本完整定義LTE-A的關鍵技術特性，它是在LTE R8/R9版本的基礎上進一步演進和增強的標準，它的1個主要目標是滿足ITU-R關于IMT-A（4G）標準的需求，因此，R10版本也被稱為真正4G技術的第1個標準版本。同時，為了維持3GPP標準的競爭力，3GPP制定的LTE技術需求指標要高于IMT-A的指標。

LTE 相對于3G 技術，名為“演進”，實為“革命”，但是 LTE-Advanced 將不會成為再一次的“革命”，而是作為LTE基礎上的平滑演進。LTE-Advanced系統應自然地支持原LTE的全部功能，并支持與 LTE 的前后向兼容性，即 R8 LTE 的終端可以接入未來的 LTEAdvanced系統，LTE-Advanced系統也可以接入R8 LTE系統。

在 LTE 基礎上，LTE-Advanced 的技術發展更多地集中在 RRM 技術和網絡層的優化方面，主要使用了如下一些新技術。

載波聚合：核心思想是把連續頻譜或若干離散頻譜劃分為多個成員載波（Component Carrier,CC），允許終端在多個子頻帶上同時進行數據收發。通過載波聚合，LTE-A 系統可以支持最大100MHz帶寬，最大峰值速率可達1Gbit/s以上。

增強上下行MIMO:LTE R8/R9下行支持最多4數據流的單用戶MIMO，上行只支持多用戶MIMO。LTE-A為提高吞吐量和峰值速率，在下行支持最高8數據流單用戶MIMO，上行支持最高4數據流單用戶MIMO。

中繼（Relay）技術：基站不直接將信號發送給 UE，而是先發給一個中繼站（Relay Station,RS），然后再由 RS 將信號轉發給 UE。無線中繼很好地解決了傳統直放站的干擾問題，不但可以為蜂窩網絡帶來容量提升、覆蓋擴展等性能增強，更可以提供靈活、快速的部署，彌補回傳鏈路缺失的問題。

協作多點傳輸技術（Coordinative Multiple Point,CoMP）：該技術是LTE-A中為了實現干擾規避和干擾利用而進行的一項重要研究。包括兩類：小區間干擾協調技術（Coordinated Scheduling），也稱為“干擾避免”；協作式 MIMO 技術（Joint Processing），也稱為“干擾利用”。兩種方式通過不同的技術降低小區間干擾，提高小區邊緣用戶的服務質量和系統的吞吐量。

針對室內和熱點場景進行優化：未來移動網絡中除了傳統的宏蜂窩，微蜂窩，還有微微蜂窩，及家庭基站，這些新節點的引入使得網絡拓撲結構更加復雜，形成了多種類型節點共同競爭相同無線資源的全新干擾環境。