任务5 TD-LTE标准的演进

1.5.1 概述

LTE是3GPP提出的一种新的宽带无线空中接口技术。可分为FDD和TDD 2种模式。TD-LTE 是一种新一代通信技术，是我国拥有自主知识产权的 TD-SCDMA 的后续演进技术。相比于3G,TD-LTE在系统性能上有跨越式提高，能够为用户提供更加丰富多彩的移动互联网业务。

当前，全球无线通信正呈现出移动化、宽带化和 IP 化的趋势，移动通信行业的竞争极为激烈。基于WCDMA无线接入技术的3G移动通信技术已逐渐成熟，正在世界范围内被广泛推广应用。随着宽带无线接入概念的出现，Wi-Fi 和 WiMAX 等无线接入方案迅猛发展，为了维持在移动通信行业中的竞争力和主导地位，3GPP在2004年1月启动了长期演进计划（Long Term Evolution,LTE），以实现3G技术向4G的平滑过渡。LTE计划是3GPP最近几年启动的最大科研项目，目标是在相当程度上推动3G技术的发展，并满足人们未来10年左右对移动通信的技术要求。3GPP 提出 LTE 设计的主要目标是满足低时延、低复杂度、低成本的要求，从而实现更高的用户容量、系统吞吐量和端到端的服务质量保证。

1.5.2 TD-LTE标准的提出

早在2004年11月3GPP魁北克的会议上，3GPP决定开始3G系统的长期演进的研究项目。世界主要的运营商和设备厂家通过会议、邮件讨论等方式，开始形成对 LTE 系统的初步需求。

作为一种先进的技术，LTE需要系统在提高峰值数据速率、小区边缘速率、频谱利用率，并着眼于降低运营和建网成本方面进行进一步改进，同时为使用户能够获得“Always Online”的体验，需要降低控制和用户平面的时延。该系统必须能够和现有系统（2G/3G）共存。

在无线接入网（RAN）侧，将由 CDMA 技术改变为能够更有效对抗宽带系统多径干扰的OFDM（正交频分调制）技术。OFDM技术源于20世纪60年代，其后不断完善和发展， 90年代后随着信号处理技术的发展，在数字广播、DSL 和无线局域网等领域得到广泛应用。OFDM 技术具有抗多径干扰、实现简单、灵活支持不同带宽、频谱利用率高支持高效自适应调度等优点，是公认的未来4G储备技术。

1.5.3 TD-LTE R8版本

3GPP于2008年12月发布LTE第一版（Release 8）,R8版本为LTE标准的基础版本。目前 R8版本已非常稳定。R8版本重点在 LTE/SAE 网络的系统架构、无线传输关键技术、接口协议与功能、基本消息流程、系统安全等方面进行了细致的研究和标准化。

在无线接入网方面，将系统的峰值数据速率提高至下行100Mbit/s、上行50Mbit/s；在核心网方面，引入了纯分组域核心网系统架构，并支持多种非3GPP接入网技术接入统一的核心网。

从2004年年底概念提出，到2008年年底发布R8版本，LTE的商用标准文本制定及发布整整经历了4年时间。对于TDD的方式而言，在R8版本中，明确采用Type 2类型作为唯一的 TDD 物理层帧结构，并且规定了相关物理层的具体参数，即 TD-LTE 方案，这为今后其后续技术的发展，打下坚实的基础。图1-14所示为TD-LTE R8。

另外，R8版本中也有许多对 RAN 功能增强的特性，如对HSPA+的增强。然而，R8的重点是介绍LTE。R8中HSPA+包含了许多关键增强特性，如下所示。

（1）64QAM和MIMO。R8合并了64QAM和MIMO，使理论速率达到42Mbit/s，即2× 21.6Mbit/s。

（2）双小区操作。在R8中引入的特性DC-HSDPA（Dual Cell-HSDPA，双小区HSDPA）在R9和R10中得到进一步增强。它使手机能有效使用2个5MHz的UMTS载波。假使这2个载波均使用64QAM调制方式（即21.6Mbit/s的速率），则最高理论速率能达到42Mbit/s。需要注意的是，在R8中，手机是无法同时使用MIMO和DC-HSDPA的。

（3）减少了上行开销。

1.5.4 TD-LTE R9版本

2010年3月发布第2版（Release 9）LTE标准，R9版本为LTE的增强版本。R9版本与R8版本相比，将针对 SAE 紧急呼叫、增强型 MBMS（E-MBMS）、基于控制面的定位业务，及LTE与WiMAX系统间的单射频切换优化等课题进行标准化。

另外，R9版本还开展一些新课题的研究与标准化工作，包括公共告警系统（Public Warning System,PWS）、业务管理与迁移（Service Alignment and Migration,SAM）、个性回铃音CRS、多PDN接入及IP流的移动性、Home eNodeB安全性，以及LTE技术的进一步演进与增强（LTE-Advanced）等。

1.5.5 TD-LTE的未来演进

TD-LTE 是中国主导的具有“国际化”特征的标准。TD-LTE 的技术优势体现在速率、时延和频谱利用率等多个方面，使得运营商能够在有限的频谱带宽资源上为更强大的业务提供动力，而这正是全球移动通信产业孜孜以求的目标所在。基于 TDD 技术的网络部署不需要成对频谱，并且通过日益发展的宽带功放技术，可以把零散的频谱聚合起来提供业务，进一步提高了远营商的频谱资源利用效率和网络部署效率。可以预见，TD-LTE 必将成为移动宽带时代的主力军，为运营商提升ARPU、提升用户体验、拓宽行业应用前景提供重要的动力。

2008年3月，在 LTE 标准化终于接近于完成之时，1个在 LTE基础上继续演进的项目——先进的 LTE（LTE-Advanced）项目又在3GPP 拉开了序幕。3GPP R10版本完整定义LTE-A的关键技术特性，它是在LTE R8/R9版本的基础上进一步演进和增强的标准，它的1个主要目标是满足ITU-R关于IMT-A（4G）标准的需求，因此，R10版本也被称为真正4G技术的第1个标准版本。同时，为了维持3GPP标准的竞争力，3GPP制定的LTE技术需求指标要高于IMT-A的指标。

LTE 相对于3G 技术，名为“演进”，实为“革命”，但是 LTE-Advanced 将不会成为再一次的“革命”，而是作为LTE基础上的平滑演进。LTE-Advanced系统应自然地支持原LTE的全部功能，并支持与 LTE 的前后向兼容性，即 R8 LTE 的终端可以接入未来的 LTEAdvanced系统，LTE-Advanced系统也可以接入R8 LTE系统。

在 LTE 基础上，LTE-Advanced 的技术发展更多地集中在 RRM 技术和网络层的优化方面，主要使用了如下一些新技术。

载波聚合：核心思想是把连续频谱或若干离散频谱划分为多个成员载波（Component Carrier,CC），允许终端在多个子频带上同时进行数据收发。通过载波聚合，LTE-A 系统可以支持最大100MHz带宽，最大峰值速率可达1Gbit/s以上。

增强上下行MIMO:LTE R8/R9下行支持最多4数据流的单用户MIMO，上行只支持多用户MIMO。LTE-A为提高吞吐量和峰值速率，在下行支持最高8数据流单用户MIMO，上行支持最高4数据流单用户MIMO。

中继（Relay）技术：基站不直接将信号发送给 UE，而是先发给一个中继站（Relay Station,RS），然后再由 RS 将信号转发给 UE。无线中继很好地解决了传统直放站的干扰问题，不但可以为蜂窝网络带来容量提升、覆盖扩展等性能增强，更可以提供灵活、快速的部署，弥补回传链路缺失的问题。

协作多点传输技术（Coordinative Multiple Point,CoMP）：该技术是LTE-A中为了实现干扰规避和干扰利用而进行的一项重要研究。包括两类：小区间干扰协调技术（Coordinated Scheduling），也称为“干扰避免”；协作式 MIMO 技术（Joint Processing），也称为“干扰利用”。两种方式通过不同的技术降低小区间干扰，提高小区边缘用户的服务质量和系统的吞吐量。

针对室内和热点场景进行优化：未来移动网络中除了传统的宏蜂窝，微蜂窝，还有微微蜂窝，及家庭基站，这些新节点的引入使得网络拓扑结构更加复杂，形成了多种类型节点共同竞争相同无线资源的全新干扰环境。