電子設計 發表於 2018-11-12 08:27:00
1 引言
LTE-Advanced是LTE的演進，正式名稱為 Further Advancements for E-UTRA，2008年3月開始，2008年5月確定需求。它滿足ITU-R 的IMT-Advanced技術徵集的需求，不僅是3GPP形成歐洲IMT-Advanced技術提案的一個重要，還是一個後向兼容的技術，完全兼容LTE，是演進而不是革命。2008年初，完成了LTE第一個版本的系統技術規範，即Release 8。在此之後，3GPP中繼續進行技術的完善與增強，剛剛完成了第二個技術版本（Release 9），目前正處於Release 10版本的研究過程中。
在3GPP中進行LTE技術研究的同時，國際電信聯盟（ITU）一直在開展關於下一代移動通信系統的市場需求和頻率規劃等方面的調研工作，為制定4G技術的國際標準建議做準備。2008年3月，ITU開始了候選技術的徵集和標準化進程，稱為IMT-Advanced。響應ITU關於4G IMT-Advanced技術的徵集，3GPP中將正在研究的LTE Release 10以及之後的技術版本稱為LTE-Advanced，並且向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，採用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技術的後續演進，LTE的TDD模式又稱為TD-LTE/TD-LTE-Advanced。出於對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採用OFDM技術為基礎，根據上行和下行鏈路各自的特點，分別採用單載波DFT-SOFDM和OFDMA作為兩個方向上多址方式的具體實現。OFDM技術以子載波為單位進行頻率資源的分配，LTE系統採用15kHz的子載波帶寬，按照不同的子載波數目，可以支持1.4，3，5，10，15和20MHz各種不同的系統帶寬。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100MHz的全系統帶寬（見圖1）。
圖1 載波聚合
2.2 快速的分組調度
無線衰落信道在時間上和頻率上是變化的，在LTE中採用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）。根據信道的變化情況，系統進行快速的調度，給用戶分配最優的物理資源。在所選擇的物理資源上，進一步利用AMC（自適應編碼調製）技術，形成資源的最佳利用。這樣的自適應調度，從整個系統的角度實現資源優化的分配和利用，提高全系統性能。同時，靈活的調度也可以根據業務特點為單個用戶提供合理的QoS保證，相關的機制已經成為所有新一代移動通信系統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系統提高吞吐量的一項關鍵技術，根據天線部署形態和實際應用情況可以採用發射分集、空間復用和波束賦形3種不同的MIMO實現方案。例如，對於大間距非相關天線陣列可以採用空間復用方案同時傳輸多個數據流，實現很高的數據速率；對於小間距相關天線陣列，可以採用波束賦形技術，將天線波束指向用戶，減少用戶間幹擾。對於控制信道等需要更好的保證接收正確性的場景，發射分集是一種合理的選擇。
LTE Release 8版本支持下行最多4天線的發送，最大可以空間復用4個數據流的並行傳輸，在20MHz帶寬的情況下，可以實現超過300Mbit/s的峰值速率。在Release 10中，下行支持的天線數目將擴展到8個。相應地，最大可以空間復用8個數據流的並行傳輸，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天線的發送，最大可以空間復用4個數據流，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絡端的回程傳輸，因此可以更方便地進行部署。根據使用場景的不同，LTE中的中繼站可以用於對基站信號進行接力傳輸，從而擴展網絡的覆蓋範圍；或者用於減小信號的傳播距離，提高信號質量，從而提高熱點地區的數據吞吐量。
圖3 中繼技術
2.5 性能評估情況
在作為4G候選提案的準備過程中，按照ITU規定的評估場景對LTE/LTE-Advanced的系統性能進行了全面的評估，包括頻譜效率，VoIP容量，業務/切換時延等各項關鍵指標均達到或者超過了ITU
IMT-Advanced技術要求。圖4是在4種場景下對於LTE系統平均頻譜效率的評估情況。
圖4 LTE/LTE-Advanced性能評估
3 標準發展情況
LTE（Long Term Evolution）是3G之後新的系統設計，3GPP在2004年底開始技術研究與系統的標準化工作。到2008年初，完成了第一個版本Release 8的系統技術規範，形成了面向下一代移動通信系統的、以OFDM/MIMO技術為基礎的全新的技術架構。LTE Release 8版本實現了100Mbit/s吞吐量的設計目標，在此基礎上，3GPP在後續的版本中不斷進行系統的完善與技術增強。
截至2010年3月，LTE Release 9的各個標準化項目都已經完成，系統新增的功能包括用戶定位、多播/廣播功能、雙流波束賦型，家庭基站和自組織網絡等。雖然並沒有增加系統的峰值吞吐量，但是這些功能進一步完善了系統，在前一版本形成新的系統框架的基礎上，LTE Release 9版本豐富了系統的業務能力。
目前，正在進行研究工作的是LTE Release 10版本，已經確定的研究內容包括前面介紹的載波聚合、MIMO技術增強、中繼Relay技術以及異構網絡等。載波聚合技術和MIMO技術的進一步增強將顯著提升系統的吞吐量能力，實現超過下一代移動通信系統1Gbit/s的性能目標。LTE Release 10計劃的完成時間是2011年初，屆時LTE的系統性能將得到一次顯著的增強和完善。圖5所示的是LTE的技術發展情況。
圖5 LTE技術發展
LTE是3G之後，下一代移動通信系統一個最重要的發展方向，國內各個單位在相關技術研究和國際標準化領域進行了很大的投入。據統計，至今中國公司在3GPP共提交LTE方面的文稿大約5000篇，佔相關總文稿數目的約14%。隨著LTE標準的不斷發展，國內公司的參與力度在不斷加強，文稿佔總數的比例也在逐年上升，到2009年下半年已經達到了20%以上。對於我們重點關注的TD-LTE的系統設計，中國公司提交的文稿數目更是接近總數的50%。
4 結束語
3GPP LTE以OFDM/MIMO作為基本技術，大量採用了目前移動通信領域最先進的技術和設計理念，從Release 8版本開始，LTE已經完成了Release 9版本，目前正處於Release 10版本的研究過程中。為了響應ITU關於IMT-Advanced國際建議的工作，將LTE Release 10以及後續版本又稱為LTE-Advanced，是移動通信系統在4G階段一個最重要的發展方向。LTE-Advanced的TDD模式又稱為TD-LTE-Advanced，它是3G TD-SCDMA在下一代移動通信系統4G上的技術演進。按照ITU規定的評估場景所進行的性能仿真評估結果顯示，LTE-Advanced/TD-LTE-Advanced的各項系統性能指標均達到或者超過了ITU IMT-Advanced技術要求。
中國公司在LTE的國際標準化工作中進行了很大的投入，並且隨著LTE標準的發展不斷加大參與的力度。在近期LTE Release 10階段的標準化工作中，中國公司提交的文稿數量已經達到會議總文稿數量的20%以上（見圖6），在全面參與LTE技術國際標準化的同時，有效引導了TD-LTE技術的發展方向。
圖6 中國公司文稿佔3GPP LTE總文稿數的比例
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