LTE-Advanced技術(shù)研發(fā)推進(jìn) 開始規(guī)模部署

　　工信部電信研究院 沈嘉 徐霞艷

　　全球LTE發(fā)展進(jìn)入快車道。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，2013年全球LTE用戶數(shù)達(dá)到2.38億，較2012年年末的8200萬(wàn)增長(zhǎng)了190%，速度相當(dāng)驚人。2014年，全球LTE發(fā)展還將迎來(lái)新的浪潮，一方面是美、韓、日等市場(chǎng)繼續(xù)領(lǐng)跑，另一方面則是中國(guó)LTE商用的全面推進(jìn)，都將給LTE的發(fā)展帶來(lái)源源動(dòng)力。與此同時(shí)，在市場(chǎng)的推進(jìn)下，LTE技術(shù)也正在快速成熟，相關(guān)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。尤為值得一提的是，LTE的演進(jìn)型技術(shù)LTE-Advanced的研發(fā)也正在有序推進(jìn)，其中載波聚合技術(shù)有望在2014年實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用。

　　LTE-Advanced(簡(jiǎn)稱LTE-A)是LTE技術(shù)的進(jìn)一步演進(jìn)版本，可以實(shí)現(xiàn)更高的峰值速率和系統(tǒng)容量。需要說(shuō)明的是，LTE-A不是一項(xiàng)獨(dú)立的技術(shù)，而是由3GPP R10～R12版本標(biāo)準(zhǔn)中定義的載波聚合(Carrier Aggregation，CA)、高階MIMO(下行TM9、上行TM2)、增強(qiáng)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(eICIC)、協(xié)同多點(diǎn)(CoMP)、中繼(Relay)、小小區(qū)增強(qiáng)(Small Cell)等一系列增強(qiáng)特性構(gòu)成的技術(shù)集。因此，產(chǎn)業(yè)界可以選擇性地逐步實(shí)現(xiàn)各個(gè)LTE-A技術(shù)選項(xiàng)的發(fā)展，而不需要一步到位。

　　產(chǎn)業(yè)界在選擇實(shí)現(xiàn)LTE-A技術(shù)發(fā)展的先后優(yōu)先級(jí)時(shí)，主要考慮兩方面因素：運(yùn)營(yíng)商的需求和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。從這兩個(gè)因素出發(fā)，全球產(chǎn)業(yè)界確定，首先規(guī)模部署的LTE-A技術(shù)將是載波聚合，其余的高階MIMO、eICIC、Small Cell、CoMP、Relay等技術(shù)將在未來(lái)幾年內(nèi)逐步完成產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模部署。

　　載波聚合領(lǐng)跑LTE-A技術(shù)部署

　　載波聚合技術(shù)是為了提高LTE系統(tǒng)的峰值速率而將多個(gè)載波聚合在一起使用的技術(shù)，其技術(shù)復(fù)雜度取決于聚合的“成員載波”(component carrier)的數(shù)量和這些載波的分布情況。如果成員載波連續(xù)分布，稱為連續(xù)載波CA，射頻的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度相對(duì)較低；如果成員載波不連續(xù)分布，稱為非連續(xù)載波CA，射頻實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度相對(duì)較高；如果成員載波均分布在一個(gè)頻帶內(nèi)，稱為頻帶內(nèi)CA(intra-band CA)，射頻的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度相對(duì)較低；如果成員載波分布在不同頻帶內(nèi)，稱為跨頻帶CA(inter-band CA)，射頻實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度相對(duì)較高。

　　載波聚合之所以成為發(fā)展最快的LTE-A技術(shù)，首先是源于運(yùn)營(yíng)商的需求。由于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的爆炸式增長(zhǎng)，國(guó)際運(yùn)營(yíng)商作為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的“接入管道”，一方面要擴(kuò)充管道的容量，另一方面要向用戶宣稱自己具有“峰值速率優(yōu)勢(shì)”。因此，國(guó)際上已部署LTE國(guó)家的運(yùn)營(yíng)商均不由自主地卷入“峰值速率競(jìng)爭(zhēng)”，在LTE-A發(fā)展最快的韓國(guó)，3家運(yùn)營(yíng)商已于2013年開始了載波聚合的商用部署，以強(qiáng)化其“技術(shù)領(lǐng)跑”優(yōu)勢(shì)。國(guó)際上另有3家運(yùn)營(yíng)商正在部署載波聚合網(wǎng)絡(luò)，21家已有計(jì)劃或正在試驗(yàn)。2013年8月，日本軟銀在3.5GHz進(jìn)行了采用5個(gè)20MHz的CA和44 MIMO的TD-LTE系統(tǒng)演示，峰值速率達(dá)到700Mbps以上。在2014年2月巴塞羅那的世界移動(dòng)通信大會(huì)(MWC 2014)上， 諾基亞 (NSN)演示了采用6個(gè)20MHz載波聚合與88 MIMO的LTE FDD系統(tǒng)演示，峰值速率達(dá)到2.6Gbps。

　　不過(guò)，這些只是基于概念樣機(jī)的演示，并不能代表真實(shí)產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)度。目前，大部分主流系統(tǒng)設(shè)備商已實(shí)現(xiàn)了R10版本定義的2載波下行頻帶內(nèi)CA，從而可以將下行峰值速率提高一倍。比較領(lǐng)先的廠商已經(jīng)開始支持更多數(shù)量載波以及跨頻帶的CA，在MWC 2014上，華為演示了采用3個(gè)載波、共50MHz跨頻帶CA和44 MIMO的LTE FDD系統(tǒng)，峰值速率達(dá)到460Mbps。其余主流系統(tǒng)廠家預(yù)計(jì)將于2014年內(nèi)支持3個(gè)載波的下行跨頻帶CA。

　　當(dāng)然，載波聚合與其他無(wú)線通信技術(shù)一樣，需要從網(wǎng)絡(luò)到終端“端到端”完成研發(fā)才能實(shí)現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化。而由于一項(xiàng)新興技術(shù)的研發(fā)瓶頸往往是在終端側(cè)，而非網(wǎng)絡(luò)側(cè)，因此CA技術(shù)的實(shí)際商用時(shí)間也將取決于終端側(cè)的研發(fā)進(jìn)展。在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中，支持2載波CA和300Mbps峰值速率的終端被定義為“等級(jí)6”(Cat6)終端。因此載波聚合技術(shù)是否能得到廣泛應(yīng)用，還要看國(guó)際終端和芯片產(chǎn)業(yè)對(duì)Cat6終端的支持程度。截至2014年1月，在全部發(fā)布的1371款LTE終端中，只有兩款宣稱為Cat6終端�？上驳氖牵�在MWC 2014大會(huì)上， 高通 公司已經(jīng)演示了其基于20nm先進(jìn)半導(dǎo)體工藝的Cat6終端芯片平臺(tái)，預(yù)計(jì)2014年第三季度可能實(shí)現(xiàn)商用。而針對(duì)超過(guò)兩個(gè)載波和跨頻帶的CA，終端芯片廠商尚無(wú)清晰可靠的路標(biāo)。由于上行CA在3GPP R12版本中才被標(biāo)準(zhǔn)化，近期還無(wú)法明確判斷其研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化時(shí)間表。

　　綜上所述，基本配置的CA技術(shù)渴望在2014年完成產(chǎn)業(yè)化并實(shí)現(xiàn)初步的規(guī)模部署。最后需要說(shuō)明的是，CA技術(shù)的應(yīng)用也不一定只集中在2.6GHz等傳統(tǒng)的LTE核心頻段，近來(lái)國(guó)際上對(duì)3.5GHz頻譜的分配加速，由于該頻段帶寬資源相對(duì)更為充裕，為更多運(yùn)營(yíng)商部署CA提供了條件，也可能成為下一階段CA應(yīng)用需求比較集中的頻段。但近幾年3.5GHz頻段并非制造廠商的研發(fā)重點(diǎn)，尤其不被終端芯片廠商所重視，因此這一頻段的CA產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度遲滯更為嚴(yán)重，與運(yùn)營(yíng)商需求之間的差距更為突出。

　　我國(guó)TD-LTE-A技術(shù)試驗(yàn)成果初顯

　　為了推進(jìn)TD-LTE-A技術(shù)的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化，我國(guó)在工業(yè)和信息化部TD-LTE工作組的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，從2013年下半年開始組織TD-LTE-A技術(shù)試驗(yàn)，主要針對(duì)3GPP R10版本引入的LTE-A增強(qiáng)技術(shù)，包括CA、高階MIMO(下行TM9、上行TM2)和eICIC等開展測(cè)試。

　　TD-LTE工作組將制定25冊(cè)技術(shù)規(guī)范，現(xiàn)已完成其中的兩冊(cè)，另有9冊(cè)已開始制定。2013年9月第一輪的LTE-A系統(tǒng)設(shè)備測(cè)試啟動(dòng)，測(cè)試內(nèi)容包括：CA——對(duì)2.6GHz頻段的20MHz+20MHz連續(xù)載波CA的相關(guān)功能、性能和射頻指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證；下行TM9——對(duì)基于碼本和非碼本實(shí)現(xiàn)的TM9(目前要求支持單用戶雙流傳輸)的功能和性能進(jìn)行驗(yàn)證；上行TM2——對(duì)上行雙流MIMO功能進(jìn)行驗(yàn)證，為可選測(cè)試內(nèi)容。

　　截至2013年年底，已有3個(gè)系統(tǒng)廠商基本完成此輪測(cè)試，一個(gè)廠商完成了CA部分的測(cè)試。在試驗(yàn)中，相關(guān)測(cè)試儀表對(duì)TD-LTE-A的支持程度也得到驗(yàn)證：在CA方面，終端模擬器和信道仿真器已滿足測(cè)試要求；在高階MIMO方面，終端模擬器尚不能支持真正的8天線端口，目前只能基于2天線端口模式進(jìn)行初步的測(cè)試驗(yàn)證。

　　多種LTE-A技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展

　　在其他LTE-A技術(shù)特性中，研發(fā)進(jìn)展最快的是下行高階MIMO，即傳輸模式9(TM9)。但由于相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，終端天線數(shù)量仍限制于兩根天線，即使完成了4~8流的基站研發(fā)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)端到端的產(chǎn)業(yè)化，因此目前主流系統(tǒng)廠商仍只支持雙流TM9發(fā)送(包括單終端雙流單用戶MIMO和雙終端單流多用戶MIMO)，TM9的“高階MIMO”優(yōu)勢(shì)并沒有得到充分發(fā)揮。因此，雖然主流芯片廠商預(yù)計(jì)2014年上半年即可支持TM9(終端芯片理論上將可支持4~8流TM9信號(hào)的接收，但數(shù)據(jù)卡和手機(jī)設(shè)計(jì)短期內(nèi)很難支持2流以上的MIMO信號(hào)接收)，但運(yùn)營(yíng)商對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的部署需求尚不明確。而且考慮到國(guó)際上除了日本軟銀、中國(guó)移動(dòng)等少數(shù)TD-LTE運(yùn)營(yíng)商擁有較多天線數(shù)量的基站天面條件，大部分FDD LTE運(yùn)營(yíng)商要將基站天線數(shù)量增加到4根以上還有諸多困難，可能帶來(lái)建網(wǎng)成本的大幅增加。因此，雖然基本TM9技術(shù)的研發(fā)進(jìn)度并不落后于載波聚合，但此項(xiàng)技術(shù)很難在2014年得到規(guī)模部署，也很難真正完成產(chǎn)業(yè)化。

　　上行高階MIMO技術(shù)，TM2由于需要增加上行射頻發(fā)射模塊的數(shù)量，比下行MIMO造成的復(fù)雜度和終端成本增加更大。另外，目前LTE運(yùn)營(yíng)商主要關(guān)注下行數(shù)據(jù)率的提升，對(duì)上行增強(qiáng)尚未重視，大多數(shù)主流終端芯片廠商還沒有明確的研發(fā)時(shí)間表，因此預(yù)計(jì)此項(xiàng)技術(shù)不會(huì)很快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

　　eICIC技術(shù)是針對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(HetNet)部署場(chǎng)景研發(fā)的增強(qiáng)干擾抑制技術(shù)，可以提高日漸增多的LTE微小區(qū)、室內(nèi)覆蓋和家庭基站的抗干擾性能。eICIC通過(guò)軟件升級(jí)就可以實(shí)現(xiàn)，對(duì)基站和終端硬件沒有額外要求，此項(xiàng)技術(shù)在2014年上半年和下半年可分別得到網(wǎng)絡(luò)側(cè)與終端側(cè)的支持。此項(xiàng)技術(shù)的部署進(jìn)度更多取決于運(yùn)營(yíng)商的選擇，如果某些運(yùn)營(yíng)商重視LTE微小區(qū)部署和層疊組網(wǎng)，則可能要求盡早實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)技術(shù)，eICIC可能在2014年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模部署。

　　其他處于預(yù)研階段的LTE-A技術(shù)還包括CoMP、Relay等，由于其在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的性能增益尚有爭(zhēng)議、產(chǎn)品升級(jí)的復(fù)雜度和成本較高，大部分廠商尤其是終端芯片廠商還沒有明確的研發(fā)時(shí)間表，預(yù)計(jì)不會(huì)在近期實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。Small Cell作為近來(lái)新興的LTE增強(qiáng)技術(shù)，受到產(chǎn)業(yè)的廣泛重視，但此項(xiàng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化尚未完成，真正的Small Cell產(chǎn)業(yè)化也難以在近期實(shí)現(xiàn)。

　　需要說(shuō)明的是，有些公司將VoLTE也視為一種LTE-A技術(shù)，但是從3GPP標(biāo)準(zhǔn)的角度，VoLTE不在LTE-A標(biāo)準(zhǔn)范疇內(nèi)。

　　結(jié) 語(yǔ)：

　　LTE及LTE-A已經(jīng)成為很多國(guó)際運(yùn)營(yíng)商面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量的重要技術(shù)手段。雖然在國(guó)際范圍內(nèi)，LTE的發(fā)展還很不均衡，歐洲國(guó)家的LTE規(guī)模發(fā)展剛剛起步。但在美、韓、日等國(guó)家，LTE發(fā)展領(lǐng)先的運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開始部署LTE-A技術(shù)，以強(qiáng)化其技術(shù)先行優(yōu)勢(shì)。2014年，預(yù)計(jì)載波聚合將成為第一項(xiàng)完成產(chǎn)業(yè)化并開始規(guī)模部署的LTE-A技術(shù)。在未來(lái)的幾年中，R10~R12的部分LTE-A技術(shù)將逐步得到應(yīng)用，在5G到來(lái)之前為移動(dòng)通信系統(tǒng)持續(xù)帶來(lái)性能提升。