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，根據無線通信向寬帶化方向發展的趨勢，LTE采用了OFDM技術為基礎，結合多天線和快速分組調度等設計理念，形成了新的面向下一代移動通信系統的空中接口技術，又稱為3G演進型系統（LTE，Long Term Evolation）。2008年初，完成了LTE第一個版本的系統技術規范，即Release 8。在此之后，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，國際電信聯盟（ITU）一直在開展關于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。OFDM技術以子載波為單位進行頻率資源的分配，LTE系統采用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（自適應編碼調制）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采用發射分集、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據流，實現很高的數據速率；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個數據流的并行傳輸，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中的中繼站可以用于對基站信號進行接力傳輸，從而擴展網絡的覆蓋范圍；或者用于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