摘要：LTE -advanced是基于LTE技术开发的4G标准之一。因此，在讨论LTE- advanced技术时，对其原理和应用的阐述也与LTE紧密结合。
关键词：LTE LTE-Advanced R10 4G
一、LTE与LTE-Advanced发展背景
第一代移动通信指20世纪80年代的模拟移动无线电系统。第二代移动通信指首批数字移动通信系统，第三代指首批用于处理宽带数据的移动系统。第四代移动通信系统（IMT-Advanced）以两个主要标准LTE-Advanced与WirelessMAN-Advanced为主。LTE-Advanced的技术发展将集中在无线资源管理技术和网络层优化方面。包括多频段协同与频谱整合问题、中断技术的发展、协作多点传输技术、异构网干扰协调增强问题以及多天线增强技术。移动无线技术的演进路径主要有3条：一是WCDMA和TD-SCDMA，均从HSPA演进至HSPA+，进而到LTE；二是cdma2000沿着EV-DO路线，最终到UMB（超移动宽带），但这条路几乎已经进入死胡同；三是802.16m的WiMAX路线。其中LTE拥有最多的支持者，WiMAX次之。
第一代移动通信系统，以语音业务为主。现在的系统设计却强调可以提供最优的数据业务。这一趋势开始于3GPP关于第三代宽带码分多址WCDMA系统的设计。目前，在此基础上发展的长期演进LTE正在加强这一趋势。LTE是第一个从一开始就强调支持分组交换数据业务的蜂窝移动通信系统，分组语音通信只是其中的一部分。LTE规范文件本身并没有详细的过程叙述，基本上只是一些所采纳的决定的记录，这些决策通常是在权衡性能与成本、理论可能性和现实约束情况下所选定的。LTE的后续演进被称为“LTD-Advanced”，对应于LTE Release10以及之后的版本。
二、LTE与LTE-Advanced设计目标
LTE在系统设计之初，旨在降低时延、提高用户数据传输速率、提高系统容量和覆盖范围。LTE系统设计的目标是在20MHz系统带宽配置下，达到下行100Mbit/s（2天线接收），上行50Mbit/s（1天线发送）的系统峰值数据传输速率。
LTE无线接入的基本原则之一就是采用共享信道传输方式，即上行链路和下行链路上的时间和频率资源被多个用户动态共享。上行链路和下行链路的资源受到严格的调度，因此对于高负荷网络，调度算法非常关键，它决定着整个网络的性能。调度是LTE系统无线资源管理（RRM）算法的关键内容之一，它是指在满足不同应用程序和用户需求的QoS的基础上，使无线资源的利用率最大化。
3GPP组织于2008年年底完成了LTE标准第一个版本R8的制定工作。LTE-Advanced是在LTE R8/R9版本基础上的进一步演进和增强，它于2010年6月通过ITU 的评估，于2010年10月正式成为IMT-A（4G）的主要技术之一。在考虑到R10的兼容性问题上，LTE-Advanced在设计特征时，采用了后向兼容方式，这样LTE R8终端可工作在LTE-Advanced R10特征处于激活状态的同一载波上。
LTE R10版本中新增的LTE-Advanced元素：
（1）载波聚合；（2）增强下行多天线传输技术；（3）上行多天线传输技术；
（4）中继；（5）异构网络部署的支持。
三、LTE与LTE-Advanced的技术特点
（一）LTE的主要技术特征
（1）通信速率的提高，下行峰值速率为100Mbit/s、上行为50Mbit/s；
（2）提高了频谱效率；
（3）以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换；
（4）QoS保证，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务的服务质量；
（5）系统部署灵活，能够支持1.25―20MHz间的多种系统带宽，并支持“Paired”和“Unpaired”的频谱分配，保证了将来在系统部署上的灵活性；
（6）降低无线网络时延：子帧长度0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达U―plan<5ms，C―plan<looms；
（7）增加小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率；
（8）强调向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。
（二）Release 10 LTE-Advanced中的主要技术构件
（1）总带宽高达40MHz的载波聚合，后续潜在带宽有望达到100MHz；
（2）MIMO向下行链路8×8天线配置、上行链路4×4天线配置；
（3）用于提供简单传输方案的中继节点；
（4）用于实现蜂窝层之间互通优化的异构网络。
与3G相比，LTE与LTE-Advanced更具技术优势，具体体现在高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。
（三）LTE的网络结构
LTE网络结构和空中接口协议：LTE采用由NodeB构成的单层结构，这样有利于简化网络和减小延迟，实现低时延、低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP接入网相比，LTE减少了RNC节点，对3GPP的整个体系架构进行了变革，逐步趋近于典型的IP宽带网结构。3GPP初步确定LTE的架构如图l所示，或称为演进型UTRAN结构（E―UTRAN）。
（四）LTE的核心技术
传输技术与多址技术-3GPP选择了下行OFDM、上行SC-FDMA的方案，在OFDM的调制之前对信号进行扩展。这样系统发射的是时域信号，从而避免OFDM系统发送频域信号带来的PAPR问题。宏分集――由于存在难以解决的“同步问题”，ME对单播业务不采用下行宏分集。对频率要求稍低的多小区广播业务，可采用较大的循环前缀（CP）来解决小区之间的同步问题。考虑到实现网络结构扁平化、分散化，LTE不采用上行宏分集技术。
调制与编码――LTE下行主要采用OPSK、16QAM、64QAM调制方式。上行主要采用位移BPSK、OPSK、8PSK和16QAM。信道编码主要考虑Turbo码，但若能获得明显的增益，也将考虑其他编码方式，如LD―PC码。
多天线技术――MIMO技术是LTE最核心的技术，是提高传输率的主要手段。LTE系统将设计适应宏小区、微小区、热点等各种环境的MIMO技术。已确定MIMO天线个数的基本配置是下行2×2、上行1×2，同时考虑4×4的高阶天线配置。目前正在考虑的方法包括空分复用（SDM）、空分多址（SDMA）、预编码、秩自适应、智能天线等。
3GPP也对MBMS、同步、小区间干扰抑制、切换、小区搜索、空中接人等技术作了相应的规定。LTE可以实现真正的移动宽带。根据测算，LTE的实际平均每用户传输速率可以达到2Mbit/s左右，基本上跟现在的ADSL相当，能够为各种多媒体业务提供良好的支持。由于LTE大大提升了网络传输速率、降低了网络时延，因此对于一些对网络带宽占用较大的业务以及一些对交互性要求较高的业务来说，相对于现在的3G及3G增强型技术，LTE能够给用户带来更好的业务体验。
四、LTE与LTE-Advanced的分类
目前，LTE按物理层分类包括TD-LTE和FD-LTE，日前颁发的4G牌照是由中国移动制定的TD-LTE，它的主要特征与TD-SCDMA存在一定的共性。因为TD-SCDMA是基于R4建设起来的，目前大规模TDD系统已经部署完成，所以也给非成对频谱的TD-LTE的部署创造了条件。而预留较多非成对频谱分配是为了FD-LTE的进一步发展，中国联通和中国电信也将进一步做FD-LTE的部署准备工作。
TDD的基本原理是传输和接收使用相同频段，但在时域中改变传输方向。TD-LTE支持的带宽范围为1.4-20MHz，但支持的带宽数值可能会小于最大范围，这主要取决于使用的频段。由于上行链路与下行链路共享同一频段，这两种传输方向中的信号会产生相互干扰。在TD-LTE 模式中，地位于同一覆盖区域的基站进行帧级同步，以避免产生这种干扰。由于上行链路和下行链路之间（以及用户之间）共享时域中的频率块，因而TD-LTE中的传输是不连续的。当下行链路资源被使用时，所有上行链路传输需要进行等待。相反，当上行链路方向的任何UE在传输信号时，下行链路需要完全处于静默状态。相反，当上行链路方向的任何UE在传输信号时，下行链路需要完全处于静默状态。传输方向之间的转换存在一个小的硬件延迟，必须对其进行补偿。
由于3GPP Release 8规范中涵盖了TDD和FDD两种工作模式，因而LTE既可以有效地部署在成对频谱中，又可以有效地部署在非成对频谱中。由于两种工作模式共享同一基础框架，包括下行链路中的OFDMA和上行链路中的SC-FDMA，、基本子帧格式、配置、协议等。由于存在上行链路/下行链路转换操作，因而TDD与FDD的物理层存在一些区别。
五、LTE与LTE-Advanced的应用特点
2013年7月底，全球LTE商用网络数量达到200个，其中包括9个TDD和9个FDD/TDD双模网络，2013年底，全球LTE商用网络数量达到260个。2013年6月，全求LTE用户规模达到1.12亿，同比增长303%。美国、日本和韩国引领LTE用户规模快速上升。中国移动对现有频谱资源情况如表1所示。
在3G到4G的过渡期间，必然会有技术共存的情况。当TD-LTE和TD-SCDMA共享站点和使用同一频段时，系统需要对上行链路/下行链路间隔进行排列，以避免不同基站收发信机之间产生干扰。由于TD-SCDMA持续时间与TD-LTE子帧持续时间不匹配，因而LTE子帧参数确定过程设计用于满足共存要求。根据上行链路/下行链路相对分离的事实，当BTS之间不存在干扰的情况下，可以对TD-SCDMA和TD-LTE的相对定时进行调整，以支持共存。在上行链路/下行链路中，TD-LTE子帧域的持续时间将随着配置的变化而变化，这样定时就可以取不同的值。
参考文献
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[5]李新.TD-LTE无线网络参数规划研究.电信快报，2013年第8期.
论文作者:李振文
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
标签：td-scdma论文; 链路论文; 系统论文; 技术论文; 天线论文; 频谱论文; 速率论文; 《基层建设》2018年第26期论文;