1  多址方式与资源分配

　　LTE采用OFDM技术为基础，根据上行和下行链路各自的特点，分别采用单载波DFT-SOFDM和OFDMA作为两个方向上多址方式的具体实现。OFDM技术以子载波为单位进行频率资源的分配，LTE系统采用15kHz的子载波带宽，按照不同的子载波数目，可以支持1.4，3，5，10，15和20MHz各种不同的系统带宽。Release 10版本中将要引入的载波聚合技术，可以通过聚合5个20MHz的单元载波实现100MHz的全系统带宽（见图1）。

　　图1  载波聚合

　　2  快速的分组调度

　　无线衰落信道在时间上和频率上是变化的，在LTE中采用1ms时间长度的TTI（传输时间间隔）结合12个子载波（180KHz）频率宽度，形成PRB（物理资源块）。根据信道的变化情况，系统进行快速的调度，给用户分配的物理资源。在所选择的物理资源上，进一步利用AMC（自适应编码调制）技术，形成资源的利用。这样的自适应调度，从整个系统的角度实现资源优化的分配和利用，提高全系统性能。同时，灵活的调度也可以根据业务特点为单个用户提供合理的QoS保证，相关的机制已经成为所有新一代移动通信系统设计中的一项基本技术。

　　3  多天线技术

　　多天线（MIMO）技术是LTE系统提高吞吐量的一项关键技术，根据天线部署形态和实际应用情况可以采用发射分集、空间复用和波束赋形3种不同的MIMO实现方案。例如，对于大间距非相关天线阵列可以采用空间复用方案同时传输多个数据流，实现很高的数据速率；对于小间距相关天线阵列，可以采用波束赋形技术，将天线波束指向用户，减少用户间干扰。对于控制信道等需要更好的保证接收正确性的场景，发射分集是一种合理的选择。

　　LTE Release 8版本支持下行最多4天线的发送，可以空间复用4个数据流的并行传输，在20MHz带宽的情况下，可以实现超过300Mbit/s的峰值速率。在Release 10中，下行支持的天线数目将扩展到8个。相应地，可以空间复用8个数据流的并行传输，峰值频谱效率提高一倍，达到30bit/s/Hz。同时，在上行也将引入MIMO的功能，支持最多4天线的发送，可以空间复用4个数据流，达到16bit/s/Hz的上行峰值频谱效率（见图2）。

　　图2  MIMO技术增强

　　4  中继技术

　　中继（Relay）技术是LTE将在Release 10版本中开始引入的另一项重要功能（见图3）。传统基站需要在站点上提供有线链路的连接以进行“回程传输”，而中继站通过无线链路进行网络端的回程传输，因此可以更方便地进行部署。根据使用场景的不同，LTE中的中继站可以用于对基站信号进行接力传输，从而扩展网络的覆盖范围；或者用于减小信号的传播距离，提高信号质量，从而提高热点地区的数据吞吐量。

　　图3  中继技术

　　5  性能评估情况

　　在作为4G候选提案的准备过程中，按照ITU规定的评估场景对LTE/LTE-Advanced的系统性能进行了全面的评估，包括频谱效率，VoIP容量，业务/切换时延等各项关键指标均达到或者超过了ITU

　　IMT-Advanced技术要求。图4是在4种场景下对于LTE系统平均频谱效率的评估情况。

　　图4  LTE/LTE-Advanced性能评估

　　作为LTE 技术的演进，LTE- Advanced 必然针对LTE 技术具有一定的兼容性，同时还必须有所增强，以下给出了LTE- Advanced 主要的演进目标：

　　（1）LTE- Advanced 将基于LTE 平滑演进，LTE- Advanced 网络应当能够支持LTE 终端。反之，LTE- Advanced 终端也应当能够在LTE 网络中使用基本功能。

　　（2）能够支持从宏蜂窝到室内环境（如家庭网络）的覆盖。

　　（3）优先考虑低速移动的用户。

　　（4）网络自适应和自优化功能应当进一步加强。

　　（5）在3GPP 之前的各个版本当中支持的功能都应当在LTE- Advanced 系统中有所体现，包括与其他类型接入网的切换、网络共享等。

　　（6）降低成本，包括网络建设、终端、功率使用效率以及骨干网的支撑等。

　　（7）降低终端的复杂度。

　　（8）频谱方面。应当同时支持连续和不连续的频谱；能够支持不超过100MHz 的带宽；支持ITU分配的无线频段；能够与LTE 共享相同的频段。

　　（9）系统性能方面。在规定时间内满足ITU 对IMT- Advanced 技术的所有要求；下行峰值速率能够达到1Gbit/s，上行应当超过500Mbit/s，天线配置要求为下行2×2、上行1×2，其他性能应不低于LTE 的标准。

　　为了满足IMT- Advanced 的性能要求，3GPP 制定了LTE- Advanced 的研究目标，其关键技术包括了 包括载波聚合（carrier aggregation）、增强型上下行 MIMO、协作的多点传输与接收（Coordinated Multiple Point transmission and reception，CoMP）、接力通信 （relay）。

　　1 载波聚合

　　LTE 目前支持20MHz 的系统带宽，可实现 下行300Mbit/s、上行80Mbit/s 的峰值速率。在ITU 关 于IMT- Advanced 的规划中，提出了下行峰值速率 1Gbit/s、上行500Mbit/s 的目标，并将系统支持 带宽不小于40MHz 作为IMT- Advanced 系统的技术 要求之一，因此需要对LTE 的系统带宽作进一步的 扩展。LTE- Advanced 将采用载波聚合的方式实现系 统带宽的扩展。 下面两幅图给出了对多个载波进行聚合的两种 基本形式。图1 对在频段上连续的多个载波进行聚 合，在各个载波保持LTE 后向兼容的同时，实现了 LTE- Advanced 全系统带宽的扩展。图2 是对频段上 非连续的多个载波进行聚合的情况。

　　由于频谱规划 和分配的结果，一个运营商拥有的频率资源可能分 散在各个非连续的频段。非连续载波的聚合提供了 一个系统对分散的频率资源进行整合利用的解决方 案。另外值得一提的是，同样是出于对运营商所拥有 的频率资源情况的考虑，在载波聚合中各个单位载 波的带宽并不限定为20MHz，可以支持更小的选项 以提供充分的灵活性。

　　载波聚合的基本形式不同对系统设计有很大的 影响，例如对载波聚合在协议功能上的设计就存在一些区别。

　　图3 说明在MAC 层进行聚合时，各个单 元载波采用相互独立的HARQ 进程。而图4 说明物 理层进行聚合时，所有载波将采用同一个HARQ 进 程。这些系统设计方面的问题都是目前LTE- Advanced 的研究内容之一。

　　1.2 增强型的MIMO

　　2.2.1 上行MIMO

　　在LTE 中，上行仅支持单天线的发送，也就是说 不支持SU-MIMO。为了提高上行传输速率，同时也 为了满足IMT- Advanced 对上行峰值频谱效率的要 求，LTE- Advanced 将在LTE 的基础上引人上行 SU-MIMO，将支持最多4 个发送天线。

　　2.2.2 下行MIMO

　　LTE 下行可以支持最多4 个发送天线，而 LTE- Advanced 将会在此基础上进一步增强以提高 下行吞吐量。目前确定将扩展到支持最多8 个发送 天线。

　　2.3 CoMP

　　LTE- Advanced 中提出的协作式多点传输技术 （即一般所说的CoMP，Coordinated MultiPoint transmission／ reception） 可分为分布式天线系统（Disfributed Antenna System，DAS） 和协作式MIMO 两大类。

　　DAS 改变了传统蜂窝系统中集中式天线系统的 风格，将天线分散安装，再用光纤或是电缆将它们连接到一个中央处理单元进行统一的收发信号处理。这使得发送功率得以降低，提高整个系统的功率使用效率，降低小区间的干扰等。协作MlMO 是对传统的基于单基站的MIMO 技术的补充，它通过基站间协作的MIMO 传输来达到减小小区间干扰、提高系统容量、改善小区边缘的覆盖和用户数据速率的目的。若干小区的基站使用光纤或电缆连接，通过协作通信与用户形成虚拟MIMO 系统。各基站由中央处理单元进行统一的调度或联合的信号处理。

　　2.4 中继技术

　　所谓中继技术，就是将一条基站与移动台的链 路分割为基站与中继站和中继站与移动台两条链 路，从而有机会将一条质量较差的链路替换为两条 质量较好的链路，以获得更高的链路容量和更好的 传输效率。在LTE 中的层1 中继和层2 中继的基础 上，LTE- Advanced 又引入了一种新的中继方式：层3 中继。

　　层1 中继：中继节点只是在物理层上简单的放 大转发所接收的比特流。包括噪声，层1 中继虽然对 于SINR 没有改善，但是时延很小，设备简单，成本较 低。 层2 中继：中继节点在MAC 层对接收的数据块 解码，然后再编码，转发。这样有利于改善SINR，但 是会有明显的时延，而且还会增加设备的复杂度。

　　层3 中继：主要是对接收到的IP 数据包进行转 发。该种中继方式和层2 中继很相像，同样会引入时 延，不会放大噪声，其不同之处是在标准上不会引入 任何新的节点或是接口，因为它主要是依靠S1 和 X2 信令。层2 中继和层3 中继的应用场合不一样， 两者可以相互补充。

　　2.5 家庭基站

　　家庭基站的应用可能对LTE- Advanced 的相关 工作带来挑战。一方面，家庭基站的密集部署、重叠 覆盖会造成很复杂的干扰结构；另一方面，由于家庭 基站的所有权变化，运营商可能部分的丧失网规、网 优的控制权，更加剧了干扰控制和接入管理的难度。 另外，由于家庭基站的庞大数量，要考虑现有网络架 构是否能支持海量的接口。基于这点，甚至有观点建 议对家庭基站采用相对独立的网络结构。

　　2.6 物理层传输技术

　　由于是在LTE 系统上的演进，LTE- Advanced 可能无法找到全新的先进传输技术，但仍可能在现有传输技术的基础上进行进一步优化[7]。对于上行多址技术，LTE 主要出于降低PAPR的考虑选用了SC- FDMA，而非OFDM技术作为上行多址方案。但实际上，在低SINR 场景，OFDM的频谱效率仍然略高于SC- FDMA，LTE- Advanced 系统所侧重的室内、热点覆盖，小区边缘问题不是十分严重，可以考虑在某些场景采用OFDM作为上行多址技术，更有效的支持上行高阶MIMO 和Node B 先进接收机。实际上OFDM与SC- FDMA 是可以在一个发射机结构中实现的，通过DFT 模块的增减，在两种技术之间实现切换。

　　对于下行，由于LTE 已经采用了较先进的MIMO 技术，一个优化的方向是在LTE- Advanced 系统 中将LTE 已经采用的单流波束赋形扩展到多流波束 赋形（包括单用户MIMO 和多用户MIMO），实际上 这种技术也可以用于CoMP 发送。

　　LTE（Long Term Evolution）是3G之后新的系统设计，3GPP在2004年底开始技术研究与系统的标准化工作。到2008年初，完成了个版本Release 8的系统技术规范，形成了面向下一代移动通信系统的、以OFDM/MIMO技术为基础的全新的技术架构。LTE Release 8版本实现了100Mbit/s吞吐量的设计目标，在此基础上，3GPP在后续的版本中不断进行系统的完善与技术增强。

　　截至2010年3月，LTE Release 9的各个标准化项目都已经完成，系统新增的功能包括用户定位、多播/广播功能、双流波束赋型，家庭基站和自组织网络等。虽然并没有增加系统的峰值吞吐量，但是这些功能进一步完善了系统，在前一版本形成新的系统框架的基础上，LTE Release 9版本丰富了系统的业务能力。

　　目前，正在进行研究工作的是LTE Release 10版本，已经确定的研究内容包括前面介绍的载波聚合、MIMO技术增强、中继Relay技术以及异构网络等。载波聚合技术和MIMO技术的进一步增强将显着提升系统的吞吐量能力，实现超过下一代移动通信系统1Gbit/s的性能目标。LTE Release 10计划的完成时间是2011年初，届时LTE的系统性能将得到一次显着的增强和完善。图所示的是LTE的技术发展情况。

　　图  LTE技术发展

　　LTE是3G之后，下一代移动通信系统一个最重要的发展方向，国内各个单位在相关技术研究和国际标准化领域进行了很大的投入。据统计，至今中国公司在3GPP共提交LTE方面的文稿大约5000篇，占相关总文稿数目的约14%。随着LTE标准的不断发展，国内公司的参与力度在不断加强，文稿占总数的比例也在逐年上升，到2009年下半年已经达到了20%以上。对于我们重点关注的TD-LTE的系统设计，中国公司提交的文稿数目更是接近总数的50%。