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1、LTE-Advvancced 关键技技术及标标准进展展来源电信网网技术作者者华为为技术有有限公司司导读对LTTE-AA采用的的载波聚聚合（CCarrrierr Agggreegattionn）、上上/下行行多天线线增强（EEnhaanceed UUL/DDL MMIMOO）、多多点协作作传输（CCoorrdinnateed MMultti-ppoinnt TTx&RRx）、中中继（RRelaay）、异异构网干干扰协调调增强（EEnhaanceed IInteer-ccelll Innterrferrencce CCoorrdinnatiion forr Heeterrogeeneoous Ne
2、ttworrk）等等关键技技术及其其标准进进展进行行了介绍绍。1 引言LTE-Advvancced(LTEE-A)是LTTE的演演进版本本，其目目的是为为满足未未来几年年内无线线通信市市场的更更高需求求和更多多应用，满满足和超超过IMMT-AAdvaanceed的需需求，同同时还保保持对LLTE较较好的后后向兼容容性。LLTE-A采用用了载波波聚合(Carrrieer AAggrregaatioon)、上上/下行行多天线线增强(Enhhancced UL/DL MIMMO)、多多点协作作传输(Cooordiinatted Mullti-poiint Tx&Rx)、中继继(Reelayy)、异异
3、构网干干扰协调调增强(Enhhancced Intter-celll IInteerfeerennce Cooordiinattionn foor HHeteeroggeneeouss Neetwoork)等关键键技术，能能大大提提高无线线通信系系统的峰峰值数据据速率、峰峰值谱效效率、小小区平均均谱效率率以及小小区边界界用户性性能，同同时也能能提高整整个网络络的组网网效率，这这使得LLTE和和LTEE-A系系统成为为未来几几年内无无线通信信发展的的主流，本本文将对对这些关关键技术术及其标标准进展展进行介介绍。2 3GPPP LLTE-Advvancced需需求分析析IMT-Advvancced
4、 和LTTE-AAdvaanceed的需需求以及及LTEE Reel.88版本对对需求的的满足度度参见表表1。表1 IIMT-Advvancced 和LTTE-AAdvaanceed的需需求以及及LTEE Reel.88性能为满足这这些需求求，3GGPP在在LTEE-A SI(Stuudy Iteem)阶阶段对载载波聚合合、上下下行多天天线增强强、多点点协作传传输、中中继等关关键技术术进行了了性能评评估。220099年100月，33GPPP将LTTE-AAdvaanceed (LTEE Reeleaase 10 & bbeyoond) 作为为IMTT-Addvanncedd候选技技术方案案提交
5、IITU，包包括FDDD和TTDD两两种制式式，以及及初始的的自评估估结果。同时基于于此候选选方案和和评估结结果，在在20110年33月LTTE-AA SII结束后后，3GGPP又又先后成成立了CCA WWI (Worrk IItemm)，UUL MMIMOO WII， DDL MMIMOO WII，Reelayy WII，CooMP SI，对对这些关关键技术术进行进进一步完完善和标标准化。另外，LLTE/LTEE-A制制式内的的不同功功率节点点同覆盖盖形成的的异构网网络系统统(Heeterrogeeneoous Nettworrk，HHetnnet)作为一一种显著著提升系系统吞吐吐量和提提高
6、网络络整体效效率的技技术在33GPPP中也引引起了极极大关注注，20010年年3月也也成立了了eICCIC forr Heetneet WWI。中国公司司一直非非常重视视并积极极参与LLTE-A的标标准化过过程，提提交的提提案覆盖盖了下文文阐述的的所有关关键技术术，并且且突破性性地取得得了其中中两个重重要WII的报告告人职位位中国国移动成成为eIICICC WII的报告告人，华华为公司司成为UUL MMIMOO WII的报告告人。本文将对对这些关关键技术术及其目目前的标标准进展展进行简简要介绍绍。3 载波聚聚合(CCarrrierr agggreegattionn，CAA)载波聚合合是能满满足
7、LTTE-AA更大带带宽需求求且能保保持对LLTE后后向兼容容性的必必备技术术。目前，LLTE支支持的最最大带宽宽是200MHzz，LTTE-AA通过聚聚合多个个对LTTE后向向兼容的的载波可可以支持持到最大大1000MHzz带宽。接接收能力力超过220MHHz的LLTE-A 终终端(UUserr Eqquippmennt，UUE)可可以同时时接收多多个成员员载波，而而对LTTE RRel.8的终终端，也也可以正正常接收收其中一一个成员员载波。频谱聚合合的场景景可以分分为3种种：带内内连续载载波聚合合(Inntraa-Baand，CConttiguuouss)、带带内非连连续载波波聚合(Int
8、tra-Bannd，NNon-conntigguouus)、带带外非连连续载波波聚合 (Innterr-Baand，CConttiguuouss)。具具体参见见图1。图1 典典型CAA场景带外非连连续载波波聚合通通常会造造成共站站同功率率的两个个成员载载波的覆覆盖不相相同。标准中曾曾对LTTE-AA每个成成员载波波是否都都要保证证对LTTE RRel.8后向向兼容性性的问题题进行过过长时间间的讨论论。考虑虑到频谱谱效率、系系统简单单性、终终端/eeNoddeB复复杂度和和测试复复杂度等等因素，标标准最后后决定在在Rell.100中，CCA成员员载波都都是后向向兼容的的，在后后续版本本中可以以考
9、虑引引入其他他形态载载波的可可能性。LTE-A不同同终端聚聚合的载载波数目目可以不不同。FFDD系系统中，同同一个终终端聚合合的上/下行成成员载波波的数目目也可以以不同;但TDDD系统统中，通通常上/下行成成员载波波的数目目是相同同的。在MACC到PHHY映射射上，无无论上行行还是下下行，每每个成员员载波有有独立的的HARRQ实体体，这种种方式可可以最大大程度地地重用RRel.8的功功能，并并能保证证较好的的HARRQ性能能，缺点点是可能能需要反反馈多个个ACKK/NAACK。LTE上上行采用用了单载载波传输输方式(DFTT-S-OFDDM)，在在LTEE-A上上行多载载波聚合合传输时时，经过
10、过对OFFDM和和N xx DFFT-SS-OFFDM之之间的评评估之后后，最终终传输方方式采纳纳了N x DDFT-S-OOFDMM的形式式，即其其中每个个成员载载波按独独立的DDFT-S-OOFDMM传输。4 多天线增增强(EEnhaanceed MMulttiplle AAnteennaa Trranssmisssioon)多天线技技术的增增强是满满足LTTE-AA峰值谱谱效率和和平均谱谱效率提提升需求求的重要要途径之之一。LTE Rell.8下下行支持持1，22，4天天线发射射，终端端侧2，44天线接接收，下下行可支支持最大大4层(Layyer)传输。上行只支持终端侧单天线发送，基站侧
11、最多4天线接收。LTE Rel.8的多天线发射模式包括开环(Open loop)MIMO，闭环(Closed loop)MIMO，波束成型(Beamforming，BF)，以及发射分集。除了单用用户MIIMO(sinnglee-usser MIMMO，SSU-MMIMOO)，LLTE中中还采用用了另外外一种谱谱效率增增强的多多天线传传输方式式，称为为多用户户MIMMO(MMultti-UUserr MIIMO，MMU-MMIMOO)，多多个用户户复用相相同的无无线资源源通过空空分的方方式同时时传输。LTE-A中为为提升峰峰值谱效效率和平平均谱效效率，在在上下行行都扩充充了发射射/接收收支持的的
12、最大天天线个数数，允许许上行最最多4天天线4层层发送，下下行最多多8天线线8层发发送，从从而LTTE-AA中需要要考虑更更多天线线数配置置下的多多天线发发送方式式。1） 上行行多天线线增强LTE-A上行行除了需需要考虑虑更多天天线数配配置外，还需要考虑上行低峰均比的需求和每个成员载波上的单载波传输的需求。对上行控控制信道道而言，容容量提升升不是主主要需求求，多天天线技术术主要用用来进一一步优化化性能和和覆盖，因因此只需需要考虑虑发射分分集方式式。经过过评估，对对采用码码分的上上行控制制信道(PUCCCH)格式 1/11a/11b采用用了SOORTDD(Sppatiial Ortthoggona
13、al RResoourcce TTrannsmiit DDiveersiity)的发射射分集方方式，即即在多天天线上采采用互相相正交的的码序列列对信号号进行调调制传输输。上行行控制信信道格式式2的分分集方式式还在讨讨论中。对上行业业务信道道而言，容容量提升升是主要要需求，多多天线技技术需要要考虑空空间复用用的引入入。同时时，由于于发射分分集相对对于更为为简单的的开环秩秩1预编编码并没没有性能能优势，因因此标准准最终确确定上行行业务信信道不采采用发射射分集，对对小区边边界的用用户等可可以直接接采用开开环秩11预编码码。目前前，2发发射天线线和4发发射天线线下的低低峰均比比秩14的码码本设计计都已
14、完完成。与LTEE一样，LLTE-A的上上行参考考信号(Reffereencee Siignaal，RRS)也也包括用用于信道道测量的的SRSS(Soounddingg RSS) 和和用于信信号检测测DMRRS(DDemoodullatiion RS)。由于于上行空空间复用用及多载载波的采采纳，单单个用户户使用的的上行DDMRSS的资源源开销需需要扩充充，最直直接的方方式就是是在LTTE 上上行RSS使用的的CAZZAC(Connst Ampplittudee Zeero Autto-CCoreelattionn)码循循环移位位(Cyycliic SShifft)的的基础上上，不同同数据传传输
15、层的的DMRRS使用用不同的的循环移移位。还还有一种种可能是是在时域域的多个个RS符符号上叠叠加正交交码(OOrthhogoonall Cooverr Coode，OOCC)来扩充充码复用用空间。目目前，关关于两种种扩充方方式的讨讨论还在在继续。对对于SRRS信号号，为了了支持上上行多天天线信道道测量以以及多载载波测量量，资源源开销相相对于RR8 SSRS信信号同样样需要扩扩充，除除了延用用R8周周期性 SRSS发送模模式以外外，LTTEA还还增加了了非周期期SRSS发送模模式，由由NoddeB触触发UEE发送，实实现SRRS资源源的扩充充。2） 下行行多天线线增强因为支持持的传输输层数的的增
16、加，导致需要考虑更大尺寸的码本设计。因为LTE-A下行业务信道的传输可以采用专用参考信号(dedicated RS)，因此原则上下行发送可以基于码本也可以基于非码本。同时，对于闭环MIMO，为了减少反馈开销，采用基于码本的PMI反馈方式。目前8天线码本的设计正在进行，初步采用双预编码矩阵码本(Dual-index Precoding Codebook)结构，即把码本矩阵用两个矩阵的乘积表示，通常两个矩阵中一个是基码本，另一个是根据信道变化特征在基码本上的修正。为了进一步减少反馈开销，还可以考虑根据信道的变化快慢不同的统计特征分别进行长周期反馈(比如空间相关性)和短周期反馈(比如快衰因素)。LT
17、E-A采用用用户专专用参考考信号的的方式来来进行业业务信道道的传输输，同一一用户业业务信道道的不同同层使用用的参考考信号以以CDMM+FDDM的方方式相互互正交。为了测量量最多八八层信道道，除了了原来的的公共参参考信号号(Coommoon RRS)外外，还引引入了信信道状态态指示参参考信号号(Chhannnel Staate Inddicaatioon RRS，CCSI-RS)，CSSI-RRS在时时频域可可以设置置得比较较稀疏，各各天线端端口的CCSI-RS以以CDMM+FDDM的方方式相互互正交。另外，LLTE-A中目目前正在在讨论对对MU-MIMMO的继继续增强强，以充充分开发发多用户户
18、分集增增益和联联合信号号处理的的增益来来减少多多用户流流间的干干扰，同同时也做做到性能能和复杂杂度之间间的较好好折中。根据目前前标准上上达成的的结论，MU-MIMO支持最多4个用户复用，每用户不超过两层，总共不超过4层传输。为了增加调度灵活性，MU-MIMO调度对用户而言是透明的，即用户可以不知道是否有其它用户与其在相同的资源上进行空间复用，并且用户可以在SU-MIMO和MU-MIMO状态之间动态进行转换。5 协作作多点传传输(CCoorrdinnateed MMulttiplle PPoinnt TTrannsmiissiion andd Reecepptioon，CCoMPP)协作多点点传
19、输是是一种提提升小区区边界容容量和小小区平均均吞吐量量的有效效途径。其核心想想法是当当终端位位于小区区边界区区域时，它它能同时时接收到到来自多多个小区区的信号号，同时时它自己己的传输输也能被被多个小小区同时时接收。在在下行，如如果对来来自多个个小区的的发射信信号进行行协调以以规避彼彼此间的的干扰，能能大大提提升下行行性能。在在上行，信信号可以以同时由由多个小小区联合合接收并并进行信信号合并并，同时时多小区区也可以以通过协协调调度度来抑制制小区间间干扰，从从而达到到提升接接收信号号信噪比比的效果果。按照进行行协调的的节点之之间的关关系，CCoMPP可以分分为inntraa-siite CoMMP
20、和iinteer-ssitee CooMP两两种。(1)IIntrra-ssitee CooMP协协作发生生在一个个站点(sitte，eeNoddeB)内，此此时因为为没有回回传(BBackkhauul)容容量的限限制，可可以在同同一个站站点的多多个小区区(ceell)间交互互大量的的信息。(2)IInteer-ssitee CooMP协协作发生生在多个个站点间间，对回回传容量量和时延延提出了了更高要要求。反反过来说说，Innterr-siite CoMMP性能能也受限限于当前前Bacckhaaul的的容量和和时延能能力(见见图2)。图2 iintrra-ssitee CooMP和和intte
21、r-sitte CCoMPP示意图图在协作多多点发射射(对应应下行CCoMPP)中，按按业务数数据是否否在多个个协调点点上都能能获取，可可以分为为协作调调度/波波束成型型(Cooorddinaatedd Scchedduliing/Beaamfoormiing，CCS/CCBF)和 联联合处理理(Joointt Prroceessiing，JJP)两两种。对对CS/CBFF而言，业业务数据据只在服服务小区区上能获获取，即即对终端端的传输输只来自自服务小小区(SServvingg Ceell)，但相相应的调调度和发发射权重重等需要要小区间间进行动动态信息息交互和和协调，以以尽可能能减少多多个小区
22、区的不同同传输之之间的互互干扰。而而对JPP而言，业业务数据据在多个个协调点点上都能能获取，对对终端的的传输来来自多个个小区，多多小区通通过协调调的方式式共同给给终端服服务，就就像虚拟拟的单个个小区一一样，这这种方式式通常有有更好的的性能，但但对Baackhhaull的容量量和时延延提出了了更高要要求。一种常见见的CSS/CBBF方式式是，终终端对多多个小区区的信道道进行测测量和反反馈，反反馈的信信息既包包括期望望的来自自服务小小区的预预编码向向量，也也包括邻邻近的强强干扰小小区的干干扰预编编码向量量，多个个小区的的调度器器经过协协调，各各小区在在发射波波束时尽尽量使得得对邻小小区不造造成强干
23、干扰，同同时还尽尽可能保保证本小小区用户户期望的的信号强强度。在联合处处理方式式(JPP)中，既既可以由由多个小小区执行行对终端端的联合合预编码码, 也也可以由由每个小小区执行行独立的的预编码码、多个个小区联联合服务务同一个个终端。既既可以多多小区共共同服务务来自某某个小区区的单个个用户，也也可以多多小区共共同服务务来自多多小区的的多个用用户。如图3所所示是不不同CooMP类类型下的的性能增增益，仿仿真条件件按照33GPPP TRR 366.8114规定定。可以以看出，CCoMPP技术能能带来显显著的小小区边界界和小区区平均性性能增益益。图3 DDL CCoMPP增益目前，CCoMPP还处在在
24、SI阶阶段，对对协作多多点接收收(对应应上行CCoMPP)而言言，由于于主要影影响调度度器和接接收机，可可以通过过实现途途径达到到，因此此目前在在Rell.100中没有有标准化化。对协协作多点点发射，由由于inntraa-siite CoMMP已经经可以达达到可观观的性能能增益，同同时又不不需要对对站点间间的X22接口在在标准化化上提出出新的要要求，因因此目前前inttra-sitte CCoMPP是标准准关注的的重点。CSI-RS的的设计也也是CooMP的的一个标标准化重重点。为为了支持持终端对对邻小区区信道的的测量，在在CSII-RSS设计时时需要尽尽量保证证小区之之间CSSI-RRS的正
25、正交性，以以及考虑虑本小区区业务信信道对测测量邻小小区CSSI-RRS信号号强度的的影响。6 中继继(Reelayy)Rel.10的的Rellay技技术主要要定位在在覆盖增增强场景景。Relaay节点点(RNN)用来来传递eeNoddeB和和终端之之间的业业务/信信令传输输，目的的是为了了增强高高数据速速率的覆覆盖、临临时性网网络部署署、小区区边界吞吞吐量提提升、覆覆盖扩展展和增强强、支持持群移动动等，同同时也能能提供较较低的网网络部署署成本。RN通过过宿主(Donnor)eNoodeBB以无线线方式连连接到接接入网。RRN和宿宿主eNNodeeB间的的接口定定义为UUn口，终终端仍通通过Uu
26、u口和RRN相连连。Unn口可以以是带内内的也可可以是带带外的，带带内是指指eNoodeBB和RNN之间的的链路(Linnk)与与RN和和终端之之间的链链路共享享同一段段频率，否否则称为为带外。目前标准关注的场景中，eNodeB和RN之间的链路与eNodeB和终端之间的链路总是共享同一段频率(见图4)。图4 RRelaay NNetwworkk按照RNN是否具具有独立立的ceell id，33GPPP将RNN分为两两类：(1)TTypee 1 Rellay有独立的的celll iid;传传输自己己的同步步信道、参参考信号号等;终终端直接接从RNN接收调调度信令令，HAARQ反反馈等，并并将自己
27、己的控制制信道等等直接发发送给RRN;即即在Reel.88 终端端看来，RRN就是是一个RRel.8基站站，而LLTE-A 终终端可能能可以分分辨RNN和eNNodeeB。(2)TTypee 2 Rellay没有独立立的ceell id，不不能形成成新的小小区;对对Rell.8 终端是是透明的的，即RRel.8 终终端意识识不到RRelaay的存存在;可可以传输输业务信信道，但但至少不不能传输输 CRRS和 PDCCCH。目前标准准中主要要关注带带内Tyype I RRelaay。关于各链链路的资资源使用用，eNNodeeBRN和和RNUE两两条链路路在同一一频带上上时分复复用，一一个时间间内
28、只有有一个传传输; RNeNoodeBB和UEERN两两条链路路在同一一频带上上时分复复用，一一个时间间内只有有一个传传输。另外，关关于Baackhhaull链路的的传输资资源，在在FDDD系统中中，eNNodeeBRN和和RNeNoodeBB 分别别在下行行频带和和上行频频带上传传输;TTDD系系统中，eeNoddeBRN和和RNeNoodeBB 分别别在eNNodeeB和RRN之间间的Baackhhaull链路的的下行子子帧和上上行子帧帧上传输输。为了完成成带内回回传，需需要分配配一些资资源用来来进行eeNoddeB和和RN之之间的信信息传输输，这些些资源不不能再被被用作RRN和终终端之间
29、间的接入入链路的的传输。为为了保持持对Reel.88 终端端的后向向兼容性性，在下下行，RRN通过过配置MMBSFFN(广广播多播播单频网网)子帧帧的方式式来进行行回传链链路的传传输，即即在配置置的MBBSFNN子帧中中，RNN实际上上在接收收来自eeNoddeB的的下行信信息，此此时RNN不再给给下辖的的终端发发送下行行数据。而而当RNN向eNNodeeB传送送信息时时，可以以通过调调度使得得RN下下辖的终终端在此此时不再再发送上上行数据据给RNN。目前，标标准上正正在对带带内Tyype I RRelaay的BBackkhauul各信信道设计计进行讨讨论，主主要集中中在控制制信道设设计、参参
30、考信号号设计和和各链路路的定时时关系上上。7 异构构网干扰扰协调增增强(eeICIIC ffor Hetteroogennouss Neetwoorkss)异构网是是一种显显著提升升系统吞吞吐量和和网络整整体效率率的技术术。异构网是是指低功功率节点点被布放放在宏基基站覆盖盖区域内内，形成成同覆盖盖的不同同节点类类型的异异构系统统。低功功率节点点(Loow PPoweer NNodee，LPPN)包包括Miicroo，Piico，RRRH(Remmotee Raadioo Heead)，Reelayy和Feemtoo(毫微微蜂窝基基站，通通常指家家庭基站站)等。目前讨论论的异构构场景主主要包括括
31、室内家家庭基站站、室外外热点和和室内热热点，其其他场景景优先级级较低(见图55)。图5 异异构网示示意图异构网中中很重要要的部分分就是同同覆盖的的各节点点间的干干扰问题题，尤其其是因为为宏基站站发射功功率较LLPN大大很多，导导致宏站站对LPPN中边边界用户户下行接接收的干干扰，以以及宏站站边缘大大功率终终端对附附近LPPN的干干扰。另另外，在在家庭基基站等CCSG(Cloosedd Suubsccribber Grooup)场景下下，家庭庭基站的的发射也也会对附附近的宏宏基站用用户造成成影响，因因而控制制信道之之间的干干扰是更更关键的的问题。目前，对对干扰进进行规避避和控制制的方法法包括完完
32、全异频频，CAA-baasedd和noon-CCA-bbaseed。(1)完完全异频频的方式式下，宏宏基站和和覆盖内内的LPPN完全全异频，类类似分层层网的情情况，此此时基本本无干扰扰。(2)CCA-bbaseed场景景下，两两种节点点的控制制信道可可以位于于不同的的成员载载波上，业业务信道道可以共共道传输输。(3)nnon-CA-bassed场场景下控控制信道道和业务务信道都都可以共共道传输输，此时时可以通通过频分分/时分分等方式式来正交交化两种种节点的的控制信信道，也也可以通通过其它它方式来来实现控控制信道道的部分分正交，目目前这些些方案都都正在讨讨论中。8 结束语语上述关键键技术分分别是提提升系统统峰值数数据速率率、峰值值谱效率率、小区区平均谱谱效率、小小区边界界用户性性能和整整个网络络效率的的使能技技术，以以及LTTE-AA需求指指标的对对应关系系(见表表2)。表2 需需求指标标和使能能技术LTE-A RRel.10的的各WII/SII预计会会在20010年年底或220111年初结结束，之之后还会会考虑RRel.11/Rell.122等进一一步演进进。目前前的一些些关键技技术如CCoMPP和异构构网干扰扰协调增增强等在在Rell.100版本中中只进行行了一些些基本特特性的标标准化，预预计在后后续版本本还会有有更进一一步的优优化和完完善。