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LTE-Advanced蓄势待发 TD-LTE进展加速

2009-03-10
来源:全球IP通信联盟

    当前,在中国移动、中国电信和中国联通的积极推动下,TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA等3G网络正在全国各地进行广泛部署,而作为呼声甚高的后3G标准,LTE标准已接近完成,LTE-Advanced标准化工作也在紧锣密鼓地展开。那么,LTE标准化工作目前进展到了什么阶段?其难点在何处?在哪些方面做出了提升和完善?TD-LTE和FDDLTE两种标准的进展如何?对此,记者日前与工业和信息化部IMT-Advanced推进组技术工作组副组长、工业和信息化部电信研究院通信标准研究所高级工程师沈嘉进行了座谈。

LTERel.8标准制定完成

LTE-Advanced进入准备阶段

    当前,LTERelease8大部分标准(包括基本技术、功能、特性等)的制定基本已经完成,但是一些测试标准(主要是RAN5制定的终端测试标准)尚需延迟到9月完成。另外,LTE标准后续版本的不断完善和增强是一个漫长的过程,正如WCDMA的R99版本很早就被推出,但是其后续R4、R5、R6、R7版本却一直在不断地完善和演进,这是一个长期的过程。

    沈嘉表示,随着Release8版本技术标准制定的基本完成,其标准制定的难点和技术挑战都已经被一一克服。现在的挑战和难点在于,如何将LTE标准从技术层面向产业化层面成功转化,使新的产品能够融合新的标准、实现各种新的技术、通过新体系的测试,并进一步保证投入新体系的运营。

    沈嘉表示,标准的制定与产业部署遵循“部署一代、研发一代、准备一代”的规律与准则,当前3G进入到部署阶段,LTE进入到研发阶段,LTE-Advanced进入准备周期。另外,ITU也有相关要求,对LTE标准的制定与成型提出了时间表;对于3GPP等各个标准化组织来说,他们必须按照此时间表开展工作,按时推出IMT-Advanced标准。

    每一种新标准的提出,都分为两种模式:是对原来标准的继承、发展之后进一步做出改进和完善,还是对原有标准革命性、颠覆性地进行创新。而LTE相对于WCDMA、TD-SCDMA等3G技术而言,其革命性和颠覆性更强,尤其是在物理层做出了极大的创新。而LTE-Advanced对LTE的增强相对来讲,继承性则较强,它保留了LTE的核心,在此基础上进行了许多外围扩展,比如增加带宽、空间维度上的进一步增强等。目前3GPPRAN1的工作重点已经逐渐转向LTE-Advanced,RAN其他各工作组也将逐渐增加在LTE-Advanced方面的投入。

    LTE-Advanced的下一个阶段的标准俗称5G,目前还没有相关工作开展。当前,LTE和IMT-Advanced标准制定的工作之所以能够展开,主要是由于WRC07(2007年世界无线大会)为IMT-Advanced分定了新的频谱。WRC每4年召开一次,因此到WRC11时5G标准的雏形方可能出现。

LTE-Advanced在4方面做出增强与提升

    LTE-Advanced是3GPP为了满足ITUIMT-Advanced(4G)的要求而推出的标准。3GPP认为,LTE本身可以作为满足IMT-Advanced需求的技术基础和核心,只是纯粹从指标上来讲,LTE较IMT-Advanced的要求还有一定差距。因此当将LTE升级到4G时,我们并不需要改变LTE标准的核心,而只需在LTE基础上进行扩充、增强、完善,就可以满足IMT-Advanced的要求,LTE-Advanced正是基于此原因而被提出。

    沈嘉介绍说,LTE-Advanced主要在以下4个方面做出了新的提升和增强。

    首先是通过对频域进行扩充,进一步提高带宽。因为IMT-Advanced峰值速率的指标要求更高,而LTE的最大带宽是20MHz,还不足以达到IMT-Advanced的要求,所以需要扩充到更高带宽,比如40MHz、60MHz,甚至更高。提高带宽和峰值速率的方法之一是对频域进行扩充,即把几个基于20MHz的LTE设计捆绑在一起,通过“频谱聚合”的方式进行带宽增强。

    提高峰值速率的第二种方法是:通过增加天线数量以提高峰值频谱效率,即利用空间维度进行扩充。目前这方面最直接的方法是在基站站点上增加天线——即采用更高阶的MIMO技术,在LTE阶段可以做到在基站侧设置4个天线,终端侧设置4个接收天线和1个发射天线,这样只能做到下行4发4收、上行1发4收;为了进一步提高峰值频谱效率,基站侧将增加到8个天线、终端侧增加到8个接收天线和4个发射天线,这样就可以做到下行8发8收、上行4发8收。考虑到基站和终端的空间有限、施工难度和终端成本因素,再增加天线变得不太现实,因此下行8×8、上行4×8的设计已经是一个极端配置了。

    除了以上方法,对空域的扩充还有其它的两个方法,是以前所没有采用的——第一种是多点协同,即CoMP技术;第二种是Relay(无线中继)技术。这两种技术尽管也是进一步利用空间的维度进行扩充,但是其设计思路更加开阔,不仅仅是在原有站点上加天线,而是增加一些新的站点。集中在单个站点增加天线可以看作一种集中式的多天线技术,而通过增加新站点增加天线的方法则是一种分布式多天线技术。

Relay和CoMP技术推动新标准革命式创新

    作为LTE-Advanced对空域扩充的两种核心技术,Relay和CoMP技术对LTE标准做出了很大的创新。

    Relay技术是在原有站点的基础上,通过增加一些新的Relay站(或称中继节点),加大站点和天线的分布密度。这些新增relay节点和原有基站(母基站)都通过无线连接,和传输网络之间没有有线的连接,下行数据先到达母基站,然后再传给中继节点,中继节点再传输至终端用户,上行则反之。这种方法拉近了天线和终端用户的距离,可以改善终端的链路质量,从而提高系统的频谱效率和用户数据率。

    沈嘉介绍说,Relay技术跟传统的直放站接力不同,传统的直放站完全是在接到母基站的射频信号后,在射频上直接转发,因此它的作用只是放大器而已。这种放大器在一些场景是有一定的作用的,但是它的作用仅限于增加覆盖,并不能提高容量。当直放站放入母基站和终端之间,它并不能利用其跟用户之间更近的距离,进一步优化信号的传输格式和资源分配,提高传输效率。比如母基站直接向终端传输时会选择一个调制编码阶数,而经过中继站转发时,由于链路条件的改善,有机会设置一个更高的调制编码阶数,获得更好的传输速率。而直放站只支持简单的转发功能,无法实现传输设置的优化。

    另外,即便是为增加覆盖而用,使用直放站也会造成很多问题,比如它会带来更多的干扰源。这个干扰如果控制得好,它便能增加覆盖;但是如果控制不好干扰,用户体验可能不升反降。

    沈嘉提到,目前考虑的Relay站有3种类型:层三Relay、层二Relay和层一Relay。层三Relay就是一个无线回传的基站;层一Relay就是一个增强的直放站;层二Relay介于层三Relay和层一Relay之间,比无线回传的基站简单、价格和成本低廉,但是比直放站复杂。从协议功能上讲,层二中继节点有一定的资源分配功能,但没有完整的层三资源管理功能;无线回传基站是层三的中继节点,即包含了完整的三层协议;而增强直放站是层一的中继节点,因为它只有物理层的转发功能。

    沈嘉表示,以上三种究竟采用哪种还存在一定的争议,层一的和层三的相对来讲争议小一些,争议较大的是第二种,即要不要做这样一种中间类型。要做层一和层三的基站,基于原来的LTE设计改动较小;但是要做层二的,删掉哪些功能、保留哪些功能,新类型的站点需要确定一套新的配置集、参数集和减化的协议架构,在标准化方面需要做的工作要多一些。

    协同多点(CoMP)跟传统的分布式天线技术类似,但分布式天线的设计是基于具体实际工程形态而言,而不是技术层面的概念。CoMP是从技术角度进行定义,它是利用光纤连接的天线站点协同在一起为用户服务,相邻的几个天线站或节点同时为一个用户服务,从而提高用户的数据率。

    CoMP尤其可以提高小区边缘的性能。目前传统网络拓扑结构的主要问题是:基站的交界部存在干扰和覆盖质量下降的问题,导致终端在切换区的性能较差。但是CoMP可以使几个小区同时对小区结合部进行覆盖,这样就可以提高小区边缘的通信质量。CoMP与Relay技术的区别在于,分布式节点不是利用无线的方式、而是通过光纤与网络进行有线连接。

TD-LTE和FDDLTE同步发展

    谈起当前TD-LTE和FDDLTE并列发展的格局,沈嘉并不赞同TD-LTE和FDDLTE是两个阵营这一说法;他认为二者是LTE支持的两种模式,分别用于对称频谱和不对称频谱,它们之间并不存在对立的关系。“运营商关注的是怎样有效利用其频谱,如果得到的是成对频谱(pairedspectrum),那么就适合部署FDD LTE;如果得到的是非成对频谱(unpaired spectrum),那么就适合部署TD-LTE。”

    沈嘉表示,这两个技术共用了很多核心技术,只不过在具体的资源调度、信令设计、多天线设计、时序管理等方面,由于FDD和TDD本身的特性和信道条件的不同,有一些不同的设计。当二者从LTE阶段向LTE-Advanced演进时,也将基于很多共同的核心技术,而在FDD和TDD模式下分别保留其特性。

    沈嘉认为,TD-LTE和FDDLTE的设计目标并不是FDD和TDD的融合,而是为不同的运营商在不同的频谱提供高效而优化的技术,共享核心技术使产业界能够以更低的成本开发两种模式的设备。当前,TD-LTE和FDDLTE获得同步的发展,二者的各自保持特点、分别优化,在共性和特性之间取得良好的平衡,这是一种很好的状态。FDD和TDD的信道特性不同,天生具有差异性,要使二者完全一致不是一种科学的做法,其成本也不可能真正降低,因此FDD和TDD两个标准很难完全融合。

    在2007年底以前,曾经有两个TDDLTE标准,但在这之后二者融合为一个TDD标准,即目前中国主导的TD-LTE标准,沈嘉和他的很多同事就曾参与到标准融合的过程中。融合的原因是,随着市场和技术的发展,产业界对两种TDDLTE标准融合的需求越来越高——TD-SCDMA产业界在国内做了大规模的试验,各种研发和推广工作逐步展开,许多产业链的国内外厂商都看到了中国推动TDD产业发展的坚定决心,于是纷纷参与到标准的制定中;比另外一种TDDLTE标准具有更好的大规模部署前景。从研发、部署和成本等方面考虑,如果两种TDD模式并存,将分散产业的力量,因此产业界希望LTE模式尽可能少,让FDD和TDD各仅存在一个模式。产业界最终选择了TD-LTE。

    从2007年第四季度开始,产业界开始达成共识——中国移动开始和许多国外运营商沟通,力促两种TDD标准合二为一;国内各设备企业也纷纷投入TD-LTE标准的融合工作,并与国外设备企业频繁沟通,不断达成共识。最终3GPP在11月和12月的会议上,将另外一种TDDLTE模式合并入当前的TD-LTE。

    沈嘉认为,当前两种LTE标准的制定是同时完成的,进度保持一致,为TD-LTE产业化和FDDLTE同步发展创造了良好条件。

    TD-LTE从融合成统一标准到后续的标准化过程中,许多国际厂商也都参与到其中,做出了很多贡献,如爱立信、诺基亚、诺基亚西门子、高通等,现在正积极参与TD-LTE的设备开发。因此,我们对TD-LTE的标准发展和产业化充满信心。