1   TD-LTE发展概述 
　　LTE包括TD-LTE和LTE FDD这2种双工方式，自2008年3GPP发布第1个版本R8以来，LTE得到了移动通信产业界最广泛的支持。TD-LTE是我国首先提出并最先形成国际标准的。2010年我国又提交了TD-LTE的演进版本TD-LTE-A，和LTE-A FDD一起被接受为4G国际标准。 
　　近年来，TD-LTE在全球发展迅猛，尤其是在亚太、北美等地区。截止2014年10月，全球已有28个国家部署了43张TD-LTE网络。我国于2013年12月4日向中国的3家运营商发放了TD-LTE经营许可牌照，正式商用一年以来，TD-LTE网络部署和用户发展都取得了显著成绩。截至2014年10月，中国TD-LTE已建基站数超过60万台，覆盖300多个主要城市和县城，预计今年年底，基站数量将达到70万台。中国TD-LTE用户快速增长，仅10月份1个月新增用户数就超过1350万户，预计到今年年底，TD-LTE用户数将达到8000万户。芯片方面，TD-LTE芯片发展进度超过预期，产业日趋完善，实现了多模多频产品的多厂家供货。目前全球TD-LTE芯片厂商已增至14家，各芯片厂家出货持续增长。终端方面，全球TD-LTE终端生产厂家和终端型号都迅猛增加，TD-LTE入网终端款型已超过600款。 
2   TD-LTE成功纳入4G标准的历程 
　　在TD-SCDMA阶段，我国移动通信产业界积累了通信标准和技术研发的经验，这为通信标准的持续演进奠定了基础。根据无线通信向宽带化方向发展的趋势，从2005年开始，国际标准化组织3GPP启动LTE项目，研究3G之后长期演进的新一代移动通信技术。在研究的过程中，各主要提案国均提出了基于OFDM与MIMO技术的TDD制式方案，但技术方案不尽相同，主要分为Type1和Type2这2种LTE TDD技术方案。其中Type1是欧洲为主提出的TDD方案，它是基于LTE FDD做广域覆盖，TDD做热点地区补充考虑提出的，故不能满足TDD方案独立组网规模化使用的要求。Type2方案是中国提出的，这个方案考虑了TDD方案单独组网规模化使用的要求，采用了与TD-SCDMA兼容的帧结构、初搜的方法、波束赋形传输、终端定位等技术。这2个LTE TDD方案在很多地方难以协调，根本原因在于这2个TDD标准的帧结构不同。 
　　2007年，TD-SCDMA的发展遇到了一些困难，比如产业化起步晚、市场前景不明朗、多厂家供货能力弱、芯片发展慢、国际企业参与度低等，这些问题制约着TD-SCDMA的发展。因此我国在制定TD-LTE标准时需要综合考虑，为TD-SCDMA的后续发展找到方向。在政府指导下，国内企业经过激烈的讨论后决定，帧结构应尽可能保留已有研发成果，且在尽可能有利于国际化的原则下进行改变。2007年9月，在3GPP RAN#37会议上，中国企业联合几家国际运营商和诺基亚西门子通信等设备制造商共同提出对LTE TDD进行优化和融合的提案，提出TDD技术只保留一种基于Type2的新帧结构。 
　　11月，3GPP决定将这2种方案进行融合，形成统一的TD-LTE技术方案，融合后的方案保留了部分TD-SCDMA的核心技术，同时增加了与FDD共性的技术，保证了TDD方案的独立组网与规模化使用的能力，为打造具有国际竞争力的TD-LTE技术标准和产业链奠定了基础。同时，对TD-LTE进一步优化的提案也被会议接受，并且在12月份召开的3GPP RAN#38全会上通过。改进后的TD-LTE最大限度地保留了TD-SCDMA的特征，确保了TD-LTE与TD-SCDMA的良好兼容，因此被广泛认为是TD-SCDMA技术演进的一个里程碑。为了TD-LTE与LTEFDD的融合发展，这2个制式近90%的技术采用相似的方案，高度可复用的产业链使TD-LTE获得了运营商和制造商广泛的支持。 
　　2007年底至2008年底，TD-LTE标准在3GPP标准组织中完成了第1个版本，一年之后更加稳定。TD-LTE经过两年左右的进一步研究和演进，形成TD-LTE-A技术标准。10月，国际电信联盟在德国德累斯顿举行ITU-RWP5D工作组第6次会议，征集遴选新一代移动通信4G候选技术。此后，14个独立的评估组展开了严格的技术评估、试验验证、评审遴选工作，在2010年2月和6月召开两次会议后，国际电信联盟于2010年10月在中国重庆举行的会议上确定了4G国际标准，TD-LTE-A和LTE-A FDD被一起接纳为4G技术。中国主导的具有自主知识产权的TD-LTE-A作为LTE-A技术的TDD分支，获得欧洲标准化组织3GPP和国际通信企业的广泛认可和支持。

3   TDD本身的技术优势是FDD无法替代的 
　　3G时代，以FDD为代表的WCDMA、CDMA2000标准早已成熟，但为何国际电信联盟还会在2000年接纳TD-SCDMA成为3G标准之一呢？究其原因，TDD本身的技术优势是FDD所无法替代的，同样这也是TD-LTE-A会被接纳成为4G标准之一的原因。 
　　随着移动互联网的发展，4G业务不断向IP化、宽带化发展，呈现出明显的上下行流量不对称的情况。根据对典型应用如视频类、网页类、交互类等业务的分析来看，上下行流量比例基本在1：3～1：9之间，如果完全采用FDD方式，对称的频段分配将会造成相当一部分上行频谱资源的浪费。而在3GPP标准中，TD-LTE有多种不同的时隙配比方案，可灵活地配置上下行资源比例，能更有效地支持非对称的移动互联网业务。 
　　由于TDD系统频谱利用率高等优势日益凸显，而对称频谱资源越来越缺乏，因此在发展第四代移动通信阶段，ITU为TDD分配了更多的非对称频谱资源，如2300—2400MHz、2500—2690MHz、3400—3800MHz及700MHz等，在“频谱为王”的时代，这为TDD双工方式后续更广泛的应用奠定了非常重要的基础。 
　　近期部分业内专家在研究5G技术时提出，若要成倍提高频谱的使用效率，使用单一频段的技术应成为重点研究的内容。同时，诸如大规模天线阵列等可大幅提升业务峰值速率和系统容量的技术，更适合在使用单一频段的系统中应用。因此在未来的5G时代，无论是仍然存在FDD和TDD这2种双工技术方案或是两者融合为一种技术方案，TDD的技术特性都将在5G技术中得到充分发挥。 
4   TD-LTE主要增强特性的最新进展 
　　从2010年10月LTE-A（即3GPP R10版本）被国际电信联盟接纳为4G标准以来，3GPP又相继进行了R11、R12版本的制定和发布，主要针对LTE-A技术的完善和提升，每个版本具体的技术研究热点如图1所示。目前，在全球TD-LTE商用网络中，多数运营商的端到端网络设备均已遵循3GPP R9标准，部分运营商近期将陆续升级支持R10版本。 

　　在3GPP的LTE标准中，我国进行了大量的TD-LTE技术和专利的布局和研究，极大地提升了TD-LTE的峰值速率和系统容量，为TD-LTE扩大规模商用奠定了基础。这些特性包括载波聚合、多天线技术、业务流量自适应、LTE-Hi等。 
　　（1）载波聚合 
　　载波聚合是提升系统容量的最直接的途径，从R10版本到R12版本，针对载波聚合的研究不断递进和深入。R10版本支持FDD下行频带内和频带间载波聚合、FDD上行频带内载波聚合和TDD频带内的载波聚合，并且TDD不同单元载波采用相同的上下行配比，重点优化2个载波的聚合;而R11版本引入FDD上行频带间载波聚合和TDD频带间载波聚合，TDD不同单元载波可以配置不同的上下行配比，提高了组网的灵活性;R12版本则侧重研究TDD和FDD异系统间的载波聚合。我国在载波聚合领域向国际相关组织提交了多篇标准技术文稿和专利发明申请。 
　　（2）多天线技术 
　　多天线技术是提高单载波数据传输性能的主要手段之一，经历了从二维天线到三维天线、从单点多天线到多点协作多天线技术的发展。R10到R12版本，主要是将下行MIMO从R8版本支持4流发送扩展到支持8流发送、上行MIMO从支持1流发送扩展到支持4流发送，R11版本开始支持多小区协作CoMP技术。CoMP技术中，数据需要在多个发送小区间共享，因此能增强小区覆盖，并提升系统频谱效率。对于TDD双工方式，上下行信号在相同的频带内发送，因此可以充分利用信道的互易性来获得发送方向的信道信息。与FDD系统相比，TDD系统可以利用信道互易特性，在发送端采用相关预编码技术优化系统的性能，因此多天线技术在TDD系统中性能优势将发挥得更加显著。 
　　在全球Top200运营商里，超过一半的运营商同时拥有TDD和FDD频谱，随着LTE网络部署的不断扩大，很多运营商都希望能够充分利用TDD频段，通过FDD和TDD载波聚合方式提升网络容量;另一方面，随着Small Cell技术的发展，运营商希望使用低频段部署宏蜂窝，高频段部署小蜂窝，通过站间聚合的方式运营网络，因此R12版本提出了TDD+FDD联合操作的课题，通过载波聚合和多流传输方式为运营商提供更灵活更有效的FDD和TDD频谱资源管理和使用方式。2014年6月亚洲通信展期间，中国移动与华为联合展示了采用5个单元载波聚合加高阶多流传输技术，TD-LTE下行峰值速率可达到1Gbps，充分体现了TD-LTE频谱资源丰富与多流传输技术的优势。2014年12月ITU TELECOM WORLD 2014展会期间，诺基亚联合中国移动、Ooredoo Qatar采用9个TDD载波和1个FDD载波聚合，创下4.1Gbps峰值速率的新世界纪录。 
　　（3）业务流量自适应 
　　传统的TDD系统组网通过全网采用相同的上下行子帧配比方式实现，不同运营商间需要协调上下行子帧配比，而从R11版本开始侧重研究动态调整上下行子帧配比方案，以提高TD-LTE-A在实际网络中部署的实用性和自适应能力。我国在此领域形成了大量专利，并向国际标准组织提交了多篇技术文稿。 
　　（4）LTE-Hi 
　　LTE-Hi是高频热点小区覆盖技术，我国在2011年就启动了相关技术研究，并积极推动其国际标准化，经过国内政府、企业和研究机构的努力，小小区增强技术研究在产业界形成共识，3GPP在R12及后续版本也重点开展了小小区增强技术的研究和标准化。LTE-Hi在R12阶段包含多个课题，重点包括： 
　　空口同步增强：通过基于网络空口侦听的同步和终端辅助的同步这2种机制，支持运营商内和运营商间的基站同步，一方面为TDD系统提升了同步精度，同时也为FDD系统带来干扰删除及增强小区发现等方面的好处，使得运营效率得到进一步提升。

    动态TDD：通过动态重配TDD的上下行子帧，可灵活适应LTE-Hi小区业务的变化，提升TDD频谱的资源利用率，提升数据包吞吐量，降低数据包传输时延，实现基站节能等。 
　　针对LTE-Hi技术，2013年和2014年的重大专项也设立了相关课题，支持关键技术研究和原理验证以及产品样机和演示系统的开发项目。中国移动今年也开展了相关的实验室和外场测试，下一步需要推动更多企业参与测试，推动相关产业发展成熟。 
　　（5）R13及后续版本进展 
　　3GPP R13标准工作于2014年9月启动，计划2015年12月功能性冻结，继续向提升网络容量、增强业务能力、更灵活使用频谱等方向发展。目前已经通过的议题包括：LTE许可频谱辅助接入（LAA）、3D-MIMO传输技术、低成本低功耗广覆盖物联网优化、LTE和UTRAN室内定位等技术的研究和标准化工作。 
　　从2013年起，欧洲、北美、中、日、韩等国家都高度重视5G技术的研究，成立了一系列的推进组织和项目，如欧盟的METIS项目、韩国的“5G论坛”、中国的IMT-2020（5G）推进组等。关于5G，业界普遍认为有3种路径：4G演进、5G革命性新空口、WLAN演进。因此在5G标准化之前，3GPP可能会在R13及后续的版本中提前布局4G演进路径方面的技术及标准，为5G做铺垫。目前，大家对于5G研究节奏的看法比较一致：2015年前完成5G需求及系统架构相关预研，2016年开始为标准化提前准备，预计2018年正式启动标准化工作以达到2020年商用的目标。因此预计3GPP会在R15版本进行5G标准化工作，而R14重点仍是4G或4.5G相关技术的完善和演进。 
5   热点问题探讨——关于TD-LTE全下行提案的立项 
　　2013年12月在3GPP RAN#62全会上，NTT DOCOMO提交了一篇题为“New UL-DL configuration for LTE-TDD”的立项申请，该立项提出为TD-LTE新增10：0：0和9：1：0这2种时隙配比方式，即在1个无线帧中包含全下行的10个子帧配置方式以及在1个无线帧中包含9个下行子帧和1个特殊子帧的配置方式，要求写入3GPP R12版本。该方案的目的是将TDD频谱作为全下行通过载波聚合补充给FDD，这样就规避了FDD暂时不需要的时间同步要求。因为不需要上行和同步，FDD无需进行射频外的硬件更改，目前已经得到了不少FDD运营商的支持。 
　　需要特别注意的是，TD-LTE全下行提案完全不需要TDD频段的上行，而将TDD作为FDD载波聚合的第二载波，变相地将TDD频谱用于FDD，违反了TDD系统的现有设计原则。如果提案成立，大量TDD频谱可能被用于FDD的补充却并不使用TDD技术，对于TDD产业尤其是终端产业链的后续发展和TD-LTE国际化将是一个致命打击。另外，TD-LTE支持运营商间无保护带的频谱使用方式，当运营商间采用无保护带部署时，如果一个运营商采用10：0：0时隙配比，全下行网络将对邻频产生直接干扰，使得相邻频段的运营商无法保证合法TDD终端的接入，从而无法正常运营TDD网络。最后，从频谱管制角度来看，全球的频谱大部分都分为FDD和TDD，但如果在TDD中引入全下行时隙配比，运营商可不经过任何程序就将管制机构分配的TDD频谱直接用作FDD的下行，这将给管制机构的监管带来很大的困扰。 
　　因此，从TD-LTE的设计初衷、现网运营和产业健康发展的角度考虑，不建议在3GPP相关标准中引入TD-LTE全下行时隙配比方案。 
6   结束语 
　　产业发展，标准先行。标准的制定和实施对移动通信产品和产业的发展至关重要。宏观上，标准直接带动产业资源汇聚，成为产业链各方协同创新的“无形之手”;微观层面，移动通信技术标准是行业发展的统一技术规范，指引企业进行产品创新，保证各家的移动通信产品共同组成一个完整的通信系统。 
　　正是因为我国在TD-SCDMA和TD-LTE标准上的提前部署，才使得TDD产业链得以成熟发展，TDD网络规模商用。因此下一阶段国内企业在扩大4G商用部署的同时，需继续加强在4G及其后续演进技术方面的标准创新和引领工作。 

作者简介：

杨骅：硕士毕业于空军工程大学无线电专业，现任TD产业联盟秘书长，长期致力于TD产业链的构建与完善、产业发展规划、企业合作、国内外市场推广、知识产权保护等相关工作。 

周正兰：硕士毕业于北京邮电大学微电子学与固体电子学专业，现任职于TD产业联盟产业部，长期从事TD技术研究、频率规划、产业协调等工作。