自2009年LTE技術(shù)在全球商用以來(lái),業(yè)務(wù)發(fā)展迅猛,尤其在2012-2014年,每年新增約100個(gè)LTE商用網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)LTE產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展?fàn)顩r及LTE使用頻率的特點(diǎn),當(dāng)前大多數(shù)國(guó)際運(yùn)營(yíng)商仍集中精力發(fā)展LTE FDD移動(dòng)網(wǎng),從全球LTE網(wǎng)絡(luò)的部署情況來(lái)看,截至2014年底,共360個(gè)LTE網(wǎng)絡(luò)在124個(gè)國(guó)家商用,其中329個(gè)FDD LTE網(wǎng)絡(luò),另一方面,許多LTE運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始嘗試選擇混合組網(wǎng),發(fā)揮TD-LTE和LTE FDD的各自優(yōu)勢(shì),目前已有17個(gè)FDD/TDD混合網(wǎng)絡(luò)。 其中有158個(gè)Band3(1710 MHz–1785 MHz/1805 MHz–1880 MHz)的LTE商用網(wǎng)絡(luò),占比高達(dá)43.8%;有91個(gè)Band7(2500 MHz–2570 MHz/2620 MHz–2690 MHz)的LTE商用網(wǎng)絡(luò),占比25.3%;有68個(gè)Band20(832 MHz–862 MHz/791 MHz–821 MHz)的LTE商用網(wǎng)絡(luò),占比18.9%,Band3、Band7和Band20都是FDD制式。
在LTE FDD終端產(chǎn)業(yè)鏈中,Band3終端產(chǎn)業(yè)鏈最成熟,截至2015年2月,在2646個(gè)LTE商用終端中支持Band3的終端共有1141款,占比43.12%。LTE終端產(chǎn)業(yè)鏈日趨成熟,使得LTE用戶數(shù)發(fā)展迅猛,截至2014年第4季度,全球共4.97億用戶,2014年凈增的LTE用戶高達(dá)2.9億,增長(zhǎng)率為140%,2014年第4季度,凈增1.15億用戶,LTE用戶數(shù)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。
2014年是中國(guó)的LTE混合組網(wǎng)元年,該年6月份,工業(yè)和信息化部批準(zhǔn)中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通分別在16個(gè)城市開(kāi)展LTE混合組網(wǎng)試驗(yàn),同年8月擴(kuò)大到41個(gè)城市,同年12月份TD-LTE/LTE FDD混合組網(wǎng)的試驗(yàn)城市擴(kuò)大至56個(gè)。在2015年2月27日,工業(yè)和信息化部正式向中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通兩大運(yùn)營(yíng)商發(fā)放FDD制式4G牌照,這將推動(dòng)兩大運(yùn)營(yíng)商4G業(yè)務(wù)的全面開(kāi)展。中國(guó)電信在產(chǎn)業(yè)鏈最成熟的1800MHz(Band3)運(yùn)營(yíng)LTE FDD網(wǎng)絡(luò),采用TDD和FDD混合組網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)模式,有效利用LTE網(wǎng)絡(luò)資源,切實(shí)保證4G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗(yàn),實(shí)現(xiàn)LTE FDD與TD-LTE的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)與融合發(fā)展,將促進(jìn)產(chǎn)業(yè)繁榮。
隨著LTE R8和R9版本的大規(guī)模商用,LTE技術(shù)正在向LTE-A持續(xù)演進(jìn)。LTE-A指3GPP R10及后續(xù)版本,其研究目標(biāo)主要包括:
提升峰值速率,下行峰值速率達(dá)3 Gbps,上行峰值速率達(dá)1.5 Gbps;
提升頻譜效率,R8版本的最大頻譜效率為16bps/Hz,在R10版本最大頻譜效率可達(dá)30 bps/Hz;
提升同時(shí)在線的激活用戶數(shù);
提升小區(qū)邊緣速率,例如在2*2MIMO下,至少可達(dá)2.40bps/Hz/小區(qū)。
為達(dá)到LTE-A的目標(biāo),載波聚合、雙連接、多天線增強(qiáng)、多點(diǎn)協(xié)作等技術(shù)被采用。
1) 載波聚合
載波聚合是LTE-A的最主要特征,分為帶內(nèi)連續(xù)載波聚合、帶內(nèi)非連續(xù)載波聚合和帶間非連續(xù)載波聚合。目前協(xié)議規(guī)定,載波聚合最多可實(shí)現(xiàn)5個(gè)載波的聚合,每個(gè)載波最多支持110個(gè)RB,上行載波個(gè)數(shù)不能超過(guò)下行載波個(gè)數(shù),上、下行載波帶寬需一致。載波聚合在R10-R12版本都有相應(yīng)的研究,在R10完成同構(gòu)網(wǎng)中TDD內(nèi)部和FDD內(nèi)部的載波聚合標(biāo)準(zhǔn)化,在R11完成異構(gòu)網(wǎng)中的載波聚合以及TDD采用不同子幀配置情況下載波聚合的標(biāo)準(zhǔn)化,在R12主要完成TDD和FDD之間的載波聚合。
載波聚合中,包括主服務(wù)小區(qū)(Pcell)和輔服務(wù)小區(qū)(Scell),用戶在主服務(wù)小區(qū)建立RRC連接,每個(gè)用戶只有一個(gè)RRC連接。載波聚合下切換在主服務(wù)小區(qū)上執(zhí)行,針對(duì)輔服務(wù)小區(qū)引入激活和去激活,當(dāng)有新的業(yè)務(wù)需求時(shí),通過(guò)主服務(wù)小區(qū)激活輔服務(wù)小區(qū),當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)用戶的輔服務(wù)小區(qū)沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送或者信道質(zhì)量惡化低于一定門(mén)限時(shí),去激活該輔服務(wù)小區(qū)。主服務(wù)小區(qū)發(fā)生無(wú)線鏈路連接失敗時(shí)會(huì)觸發(fā)RRC重建,輔服務(wù)小區(qū)的無(wú)線鏈路連接失敗不會(huì)觸發(fā)RRC重建。
載波聚合的演進(jìn)方向包括:
實(shí)現(xiàn)更多個(gè)載波的聚合:提升峰值速率,超過(guò)當(dāng)前5載波的限制,比如R13中提出32個(gè)載波的聚合;
多節(jié)點(diǎn)載波聚合:多流載波聚合,如宏站和小站之間的載波聚合;
跨授權(quán)頻段聚合:授權(quán)頻段和非授權(quán)頻段的載波聚合;
2) 雙連接
雙連接是指對(duì)于一個(gè)RRC連接態(tài)的用戶同時(shí)與兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信。載波聚合要求載波間必須保持時(shí)間同步,同步精度要求高;雙連接的載波間不需要保持時(shí)間同步,同步精度要求低;。
雙連接是針對(duì)非理想回傳場(chǎng)景提出的解決方案,雙連接可以是同頻,也可以是異頻。雙連接可解決宏微異頻組網(wǎng)情況下面臨的以下問(wèn)題:
終端在宏微之間頻繁切換可能導(dǎo)致的切換性能下降
宏微站上下行負(fù)載不均衡;
宏微頻繁切換導(dǎo)致的高信令負(fù)荷增加;
使用超過(guò)1個(gè)基站的資源提升用戶吞吐量;
3) 多天線增強(qiáng)
3GPP在后續(xù)版本中對(duì)MIMO進(jìn)行了持續(xù)增強(qiáng),比如在R10中,下行MIMO中新增傳輸模式TM9,支持最大8流的單用戶MIMO,用于提升下行速率,提升頻譜效率。
在R8和R9版本,上行僅支持單天線發(fā),在LTE-A中進(jìn)行了擴(kuò)展,支持1、2、4三種上行發(fā)射天線數(shù)量,用于提升上行容量。但上行MIMO增強(qiáng)技術(shù)對(duì)于終端提出了更高的復(fù)雜度,將增大終端芯片的體積和功耗。
4) 多點(diǎn)協(xié)作
多點(diǎn)協(xié)作技術(shù)(Coordinated Multi-Point)是LTE的重要演進(jìn)方向,工作原理是利用多個(gè)小區(qū)節(jié)點(diǎn)為一個(gè)用戶服務(wù),提升小區(qū)邊緣用戶的速率,提升網(wǎng)絡(luò)整體容量。多點(diǎn)協(xié)作技術(shù)包括上行多點(diǎn)協(xié)作和下行多點(diǎn)協(xié)作。上行多點(diǎn)協(xié)作技術(shù)包括聯(lián)合接收和協(xié)作調(diào)度兩種方式;下行多點(diǎn)協(xié)作技術(shù)包括聯(lián)合處理技術(shù)和協(xié)調(diào)調(diào)度/波束成型技術(shù)。
另外,隨著LTE用戶數(shù)的迅猛發(fā)展,LTE網(wǎng)絡(luò)的流量將激增,頻譜資源很可能成為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸,因此如何提升頻譜效率可能成為L(zhǎng)TE FDD技術(shù)演進(jìn)的重要方向,如采用更高階的調(diào)制方式,或者采用更多流的MIMO。