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LTE-A的关键技术 [复制链接]

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发表于 2012-1-17 12:18:21 |只看该作者 |倒序浏览

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2011年一季度，3GPP发布了第一个LTE-A协议版本Release10。LTE-A是LTE的演进技术，满足IMT-A第四代移动通信系统的所有需求。LTE-A技术大大提高了无线通信系统的峰值速率、峰值频谱效率、平均速率、平均频谱效率、小区边缘用户性能，也能提高整个网络的组网效率，将成为未来无线通信技术发展的主流，引领MBB新纪元。

移动用户和移动宽带用户在强劲地增长。Infonetics的研究报告指出：2011年全球移动用户数量预计将达到52亿；从2007年到2011年，移动宽带用户的复合年增长率达到104%；未来10年，移动宽带用户将达到50亿的规模，每个用户每年的流量增长超过50%。因此，网络流量可能会增长500倍。为了提供如此巨大的网络容量，LTE-A应运而生。

LTE-A的关键技术

LTE-A以LTE为技术基础和核心，进行扩充、增强、完善，其特点是：灵活有效的频谱利用、更高的频谱效率、简单优化的网络架构，能够节省TCO、提供更多的服务。因此，LTE-A是LTE的平滑演进，后向兼容LTE标准。具体而言，LTE-A需要支持高达100MHz的带宽；下行峰值速率为1Gbps，频谱效率提高到30bps/Hz；上行峰值速率为500Mbps，频谱效率提高到15bps/Hz；下行天线扩展到8×8（发射8天线、接收8天线），上行天线扩展到4×4。

这些特性的获取源于LTE-A引入了载波聚合（CA：Carrier Aggregation）、多天线增强（Enhanced MIMO）、多点协同传输（CoMP：Coordinated Multi-point Tx/Rx）、异构网（HetNet：Heterogeneous Network）、自组织网络（SON：Self Organization Network）等关键技术。

载波聚合（CA）

为了满足峰值速率要求，即达到上行500Mbps、下行1Gbps的高速率，LTE-A应该支持最大100MHz带宽。然而，现有可用频谱资源中很难找到如此大的连续带宽。因此，LTE-A引入载波聚合这一关键技术，把分散在多个频段上的频谱资源充分利用起来。这样能够获取大带宽，保证对LTE后向兼容。

LTE当前支持的最大带宽是20MHz，LTE-A聚合多个对LTE后向兼容的载波，可以支持最大100MHz带宽。LTE-A采用带内连续载波聚合、带内非连续载波聚合、带外非连续载波聚合三种方式，实现多个连续或者非连续的成员载波的聚合。另外，考虑到上下行业务的非对称性，LTE-A还能聚合非对称载波，典型场景为下行带宽大于上行带宽。

载波聚合不但大大提高了频谱资源的使用，而且帮助运营商灵活组合带宽、解决频谱不连续的问题，从而提高用户峰值速率和系统吞吐量。载波聚合对终端的接收能力也没有额外要求，这使得接收能力超过20MHz的LTE-A终端可以同时接收多个成员载波，而LTE Rel.8的终端也可以正常接收其中一个成员载波。

多天线增强（Enhanced MIMO）

鉴于频率资源日益珍贵，通过多天线技术提高信道容量已被多种标准广泛采纳，这也是提升LTE-A峰值频谱效率和平均频谱效率的重要途径之一。

LTE Rel.8下行支持1、2、4天线发射，终端侧2、4天线接收，下行可支持最大4层传输；上行只支持终端侧单天线发送，基站侧最多4天线接收。LTE Rel.8的多天线发射模式包括开环MIMO、闭环MIMO、波束成型、发射分集。除了单用户MIMO，LTE还采用了另外一种频谱效率增强的多天线传输方式，称为多用户MIMO，即多个用户通过空分的方式复用相同的无线传输资源。

在LTE Rel.8的基础上，LTE-A上行最多4天线发送；物理上行共享信道引入单用户MIMO，可以支持最大两个码字流和4层传输；物理层上行控制信道也可以通过发射分集的方式，提高上行控制信息的传输质量以及覆盖。LTE-A下行最多8天线发送，两个码字流的传输和最大支持8层，进一步提高了下行传输的吞吐量和频谱效率。同时，LTE-A下行支持单用户MIMO和多用户MIMO的动态切换，并通过增强型信道状态信息反馈和新的码本设计，进一步增强了下行多用户MIMO的性能。

LTE-A多天线技术提高了峰值频谱效率和平均频谱效率，大大增强了系统的容量和覆盖，改善了网络性能。

多点协同传输（CoMP）

多点协同传输的核心思想是小区边缘用户能同时与多个小区进行信号的接收和发送，并对信号进行协调。在下行，如果对来自多个小区的发射信号进行协调，以规避彼此间的干扰，能大大提升下行性能。在上行，信号由多个小区联合接收、合并，如果同时对多小区协调调度，能抑制小区间干扰，提升接收信号的信噪比。

按照进行协调的节点之间的关系，CoMP主要分为两种方式，即站内CoMP和站间CoMP。站内CoMP指协作发生在一个站点内，由于没有回传容量的限制，可以在同一个站点的多个小区间交互大量的信息。站间CoMP指协作发生在多个站点间，对回传容量和时延提出了更高要求。反过来说，站间CoMP性能也受限于当前Backhaul的容量和时延能力。

CoMP包括下行CoMP发射和上行CoMP接收。“上行CoMP接收”通过多个小区对用户数据的联合接收，来提高小区边缘用户吞吐量。“下行CoMP发射”根据业务数据是否在多个协调点上获取，采用“联合处理”和“协同调度/波束赋形”两种协同方式。

联合处理指多个小区通过协调的方式共同为终端服务，就像虚拟的单小区一样。这种方式通常能更好获取传输增益，但对Backhaul的容量和时延提出了更高要求。

协同调度/波束赋形指多个小区间进行动态信息交互，协调相应的调度和发射权重等，尽可能减少多个小区间的互干扰。终端要对多个小区的信道进行测量和反馈，反馈的信息既包括终端期望的来自服务小区的预编码向量，也包括邻近的强干扰小区的干扰预编码向量；然后多个小区的调度器经过协调，使各小区在发射波束时尽量不对邻小区造成强干扰，尽可能保证本小区用户期望的信号强度。

CoMP作为LTE-A的一项关键技术，有效提高了系统的平均吞吐量以及小区边缘用户的信噪比。虽然CoMP会增加系统的复杂性，但它在提高系统容量和覆盖增益上的优势在很大程度上弥补了这个不足。

异构网（HetNet）

有统计表明，未来80%－90%的系统吞吐量发生在室内和热点游牧场景，室内、低速、热点将成为移动互联网时代更重要的应用场景。因此，运营商需要应用新技术，增强传统蜂窝网络在热点场景的用户体验。

在传统的宏蜂窝网络，运营商可以掌握更多的频谱或增加更多的基站（如小区分裂），以提高供应能力。运营商还可以部署更多的基站天线，实现高阶MIMO技术。这些措施会带来一定的成本开支和部署困难，因此传统宏小区的网络性能进化潜力很有限。

异构网是一种显著提升系统吞吐量和网络整体效率的技术，其策略是将低功率节点布放在宏基站覆盖区域内，形成同覆盖的不同节点类型的异构系统。低功率节点包括Micro、Pico、RRH（Remote Radio Head）、Relay和Femto等。这种增加低功率小站的方式，有效提升了整网的系统容量，还具有部署灵活、成本低等优势。这一方面是因为小站精确吸收了宏网络的热点，另一方面是小站补充覆盖了宏网络的盲点区域。异构网的关键是宏微协同，尤其是具有干扰协调、互操作等特性。