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中國集群通信網(wǎng)：LTE Advanced研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

LTE-Advanced（簡稱LTE-A）是LTE技術(shù)的進(jìn)一步演進(jìn)版本，可以實現(xiàn)更高的峰值速率和系統(tǒng)容量。需要說明的，LTE-A不是一項獨(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（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)界可以選擇性的逐步實現(xiàn)各個LTE-A技術(shù)選項，而不需要一步到位的實現(xiàn)全部。

產(chǎn)業(yè)界在選擇實現(xiàn)LTE-A技術(shù)的先后優(yōu)先級時，主要考慮兩方面因素：運(yùn)營商的需求和實現(xiàn)復(fù)雜度。從這兩個因素出發(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)將可能在未來幾年內(nèi)逐步完成產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模部署。

一、載波聚合的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

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，射頻的實現(xiàn)復(fù)雜度相對較低；如果成員載波不連續(xù)分布，稱為非連續(xù)載波CA，射頻實現(xiàn)復(fù)雜度相對較高；如果成員載波均分布在一個頻帶內(nèi)，稱為頻帶內(nèi)CA（intra-band CA），射頻的實現(xiàn)復(fù)雜度相對較低；如果成員載波分布在不同頻帶內(nèi)，稱為跨頻帶CA（inter-band CA），射頻實現(xiàn)復(fù)雜度相對較高。

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)營商的需求。由于移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的爆炸性增長，國際運(yùn)營商作為移動互聯(lián)網(wǎng)的“接入管道”，一方面擴(kuò)充管道的容量，一方面需要向用戶宣稱自己具有“峰值速率優(yōu)勢”。因此，國際上已部署LTE的國家，運(yùn)營商均不由自主地卷入“峰值速率競爭”，在LTE-A發(fā)展最快的韓國，3家運(yùn)營商已經(jīng)于2013年已經(jīng)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。國際上另有3家運(yùn)營商正在部署載波聚合網(wǎng)絡(luò)，21家已有計劃或正在試驗。2013年8月，日本軟銀在3.5GHz進(jìn)行了采用5個20MHz的CA和4?4 MIMO的TD-LTE系統(tǒng)演示，峰值速率達(dá)到700Mbps以上。在2014年2月巴塞羅那的無線世界大會（MWC 2014）上，諾基亞（NSN）演示了采用6個20MHz載波聚合和8?8 MIMO的LTE FDD系統(tǒng)演示，峰值速率達(dá)到2.6Gbps。

但這些只是基于概念樣機(jī)的演示，并不能代表真實產(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個載波、共50MHz跨頻帶CA和4?4 MIMO的LTE FDD系統(tǒng)，峰值速率達(dá)到460Mbps。其余主要系統(tǒng)廠家預(yù)計將于2014年內(nèi)支持3個載波的下行跨頻帶CA。

當(dāng)然，載波聚合和其他的無線通信技術(shù)一樣，需要從網(wǎng)絡(luò)到終端“端到端”完成研發(fā)才能實現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化。而由于一項新興技術(shù)的研發(fā)瓶頸往往是在終端側(cè)，而非網(wǎng)絡(luò)側(cè)，CA技術(shù)的實際商用時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，還要看國際終端/芯片產(chǎn)業(yè)對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2款宣稱為Cat6終端。可喜的是，在MWC 2014大會上，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，預(yù)計2014年三季度可能實現(xiàn)商用。而針對超過2個載波的和跨頻帶的CA，終端芯片廠商尚無清晰可靠的路標(biāo)。由于上行CA在3GPP R12版本中才被標(biāo)準(zhǔn)化，近期也還無法明確判斷其研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化時間表。

綜上所述，基本配置的CA技術(shù)渴望在2014年完成產(chǎn)業(yè)化并實現(xiàn)初步規(guī)模部署。最后需要說明的是，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，近來國際上對3.5GHz頻譜的分配加速，由于該頻段帶寬資源相對更為充裕，為更多運(yùn)營商部署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，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)營商需求之間的差距更為突出。

二、其他LTE-A技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)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)長時間內(nèi)，終端天線數(shù)量仍將限制在2根天線，即使完成了4-8流的基站研發(fā)也無法實現(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（SU-MIMO）和雙終端單流多用戶MIMO（MU-MIMO）），TM9的“高階MIMO”優(yōu)勢并沒有得到充分發(fā)揮。因此雖然主流芯片廠商預(yù)計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信號的接收，但數(shù)據(jù)卡和手機(jī)設(shè)計短期內(nèi)很難支持2流以上的MIMO信號接收），運(yùn)營商對這項技術(shù)的部署需求尚不明確。而且考慮到國際上除了少數(shù)TD-LTE運(yùn)營商擁有較多天線數(shù)量的基站天面條件（如日本軟銀、中國移動），大部分LTE FDD將基站天線數(shù)量增加到4根以上還存在諸多困難，可能帶來建網(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)，即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)營商主要關(guān)注下行數(shù)據(jù)率的提升，對上行增強(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)時間表，因此預(yù)計此項技術(shù)不會很快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

eICIC技術(shù)是針對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（HetNet）部署場景研發(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通過軟件升級就可以實現(xiàn)，對基站和終端硬件沒有額外要求，此項技術(shù)在2014年上半年和下半年可分別得到網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)的支持。此項技術(shù)的部署進(jìn)度更多取決于各個運(yùn)營商的選擇，如果某些運(yùn)營商重視LTE微小區(qū)部署和層疊組網(wǎng)，可能要求盡早實現(xiàn)此項技術(shù)，則eICIC可能在2014年實現(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，由于其在實際網(wǎng)絡(luò)中的性能增益尚有爭議、產(chǎn)品升級的復(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)時間表，預(yù)計不會在近期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。Small Cell作為近期新興的LTE增強(qiáng)技術(shù)，受到產(chǎn)業(yè)的廣泛重視，但此項技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化尚未完成，真正的Small Cell產(chǎn)業(yè)化也難以在近期實現(xiàn)。

需要說明的是，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)，其研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展可另文論述。由于篇幅所限，本文暫不涉及。

三、我國TD-LTE-A技術(shù)試驗進(jìn)展

為了推進(jìn)TD-LTE-A技術(shù)的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化，我國在工業(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技術(shù)試驗，主要針對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等開展測試。

TD-LTE工作組將制定25冊技術(shù)規(guī)范，已完成了其中的2冊，另有9冊已開始制定。從2013年9月份啟動了第一輪的LTE-A系統(tǒng)設(shè)備測試，測試內(nèi)容包括：

CA：對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)行驗證；

下行TM9：對基于碼本和非碼本實現(xiàn)的TM9（目前要求支持單用戶雙流傳輸）的功能和性能進(jìn)行驗證；

上行TM2：對上行雙流MIMO功能進(jìn)行驗證，為可選測試內(nèi)容。

截至2013年底，已有3個系統(tǒng)廠商基本完成此輪測試，一個廠商完成了CA部分的測試。在試驗中，相關(guān)測試儀表對TD-LTE-A的支持程度也得到驗證：在CA方面，終端模擬器和信道仿真器已滿足測試要求；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)行初步的測試驗證。

四、小結(jié)

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