LTE—A及移動網絡技術演進

【摘 要】主要從小基站增強技術、載波聚合增強功能、宏蜂窩增強功能、機器型通信、3GPP-WLAN互通、免許可頻段LTE以及其他增強技術等方面，針對3GPP Release 12中的關鍵技術進行了詳細說明和探討。

【關鍵詞】LTE Release 12 載波聚合 小基站 eCoMP

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2014）-20-0038-04

Evolution of LTE-A and Mobile Network Technology

SHEN Da-peng

（China United Network Communications Co.， Ltd.， Gansu Branch， Lanzhou 730000， China）

[Abstract]

The key technologies in 3GPP Release 12 are illustrated in detail and discussed in terms of enhancement technology of small base station， carrier aggregation （CA） enhancement， enhancement function of macro cell， machine communications， 3GPP-WLAN interoperability， free license band LTE and other enhancement technologies.

[Key words]LTE Release 12 CA small base station eCoMP

1 概述

隨著LTE網絡在全球的大規模商用，充分證明了無線通信網絡可以提供峰值數據速率高達150Mbps、延遲低于20ms的移動寬帶服務。在LTE演進（LTE-Advanced）的峰值數據傳輸速率會超過1Gbps，增強多頻段和多天線技術的同時，在現有LTE技術的基礎上平滑演進，并且后向兼容LTE標準。目前在韓國已經開始了LTE-A載波聚合的商業部署[1-2]。

終端用戶不斷上升的數據速率期望值以及網絡日益增長的容量需求，使得運營商在保護移動寬帶市場、挖掘新的商業機會的同時，不僅要保護既有網絡投資，還要進一步地提高網絡運營效率。

2 LTE Release 12關鍵技術

LTE Release 12的技術增強主要集中在容量（Capacity）、覆蓋（Coverage）、小區間協調（Coordination）和成本（Cost）4個領域。通過站點間載波聚合、LTE-WLAN融合、宏小區增強技術、異構網絡、3D波束賦形、先進的UE接收機、CoMP（Coordination Multi-Point，多點協調）以及SON（Self-Organized Network，自組織網絡）等技術的綜合運用，實現網絡在容量和服務質量等方面的提升。

2.1 小基站增強技術

隨著無線寬帶市場的發展和用戶規模的擴大，移動數據流量快速增長，Release 12的增強功能主要在2個方面幫助小基站的部署：降低小基站間的信令交互；宏基站和小基站配合提高用戶傳輸速率。

大量高密度的小基站部署會增加核心網絡的信令負荷，這種情況將通過分離無線接入網絡（RAN）架構中用戶平面和控制平面的功能得到改善，即讓宏基站做流動管理，同時將高數據流量由小基站來承載。

雙連接（Dual Connectivity）-站點間的載波聚合，對于那些沒有理想傳輸網絡的運營商來說是一個有吸引力的解決方案。雙連接通過宏基站進行移動性管理，同時聚合小基站提供額外的用戶面容量，提高用戶數據吞吐量。這個技術實現了宏基站和小基站的容量優化，通過載波聚合增加帶寬，即使在過載的網絡，站點間載波聚合也可以提供50%的小區邊緣增益。

同時，根據密集部署場景的需求，Release 12還通過引入256QAM、動態開關及小區發現、空中同步增強等技術合力保證小基站的高效部署。小基站室內稀疏部署時，256QAM在30%的覆蓋區域提升小區平均頻譜效率16%，有效地增強了頻譜效率。動態小區開關和小區發現技術降低了干擾及能耗，提升頻譜效率10%以上；多跳空口同步增強滿足3μs要求，可有效降低網絡干擾，提高網絡部署的可靠性和靈活度[3]。

2.2 載波聚合增強功能

載波聚合增強功能在Release 12中將能夠實現FDD/TDD載波聚合。基于Release 10的載波聚合是FDD或TDD聚合同頻段或跨頻段的載波，Release 12允許共站的FDD和TDD載波實現聚合。作為小基站增強功能中站點間載波聚合功能的擴展，進一步會支持站點間的載波聚合。

根據射頻特性和性能要求，如圖1所示，支持3個下行鏈路60MHz頻譜的載波聚合，數據速率可高達450Mbps。

圖1 3個下行鏈路60MHz頻譜的載波聚合

2.3 宏蜂窩增強功能

隨著網絡流量的快速增長，未來網絡的部署會同時兼顧宏基站和小基站發展演進。利用多天線技術、先進的接收器、網絡架構和新的頻譜資源，可以有效地改進網絡宏基站的容量和覆蓋。宏單元的改進是對運營商的吸引力，因為它們允許在現有基站站址和運輸基礎設施進一步剝削。由于既有的網絡設備資源和投資，針對宏基站技術的增強無疑對運營商更具吸引力。

基站設備會在700—2 600MHz頻段支持LTE和LTE-Advanced技術，同時和小基站緊密配合，主要功能如下：

（1）增強型MIMO；endprint

（2）先進的上行接收機；

（3）增強型多點協調技術（eCoMP）；

（4）基于資源池的無線網絡架構；

（5）高容量傳輸；

（6）授權共享訪問（ASA）以獲得更多的頻率資源。

通過增加基站天線數量2個到4個，甚至到8個，會顯著提高網絡容量增益，并且可通過使用基于專用解調參考信號先進接收機的單用戶和多用戶MIMO方案（SU/MU MIMO），使網絡容量增益得以進一步提高。

Release 12引入了基于波束賦形和自動小區分裂技術的三維有源天線系統（3D AAS）。通過波束賦形技術，3D AAS可以在水平及垂直方向上自動調整天線主波瓣方向，小區呼吸范圍更大，能更深入地滿足用戶大容量需求；當熱點區域的用戶較多時，3D AAS也可以自動小區分裂，提高小區容量。在引入3D MIMO支持多用戶的情況下，傳統宏站小區平均吞吐率可提升43%、小區邊緣吞吐率可提升41%，是Release 12以及后續演進的重點之一。

基于集中調度技術的增強CoMP（eCoMP）技術可以協調宏基站和小基站資源，小區站點的天線以一種協作的方式進行接收/發射，改善UE/eNodeB的接收信號質量，降低小區之間的干擾，提升小區邊緣用戶吞吐量以及小區平均吞吐量。

此外，運營商通過使用已授權頻譜外的資源作為補充的方式授權共享訪問（ASA），獲得更多的頻譜資源和QoS保障，從而提高用戶數量和網絡的容量。

2.4 機器型通信（MTC）

據預測，到2020年世界上物與物之間的通信業務是人與人之間的30倍，全球至少有500億臺M2M設備會連接到移動網絡中。預期的嵌入式機器對機器的調制解調器的數目在將來會大幅增加。目前每個基站可以支持最多5 000～10 000用戶，而機器對機器的通信會高達每基站100 000連接的設備，這一切對移動網絡提出了新的要求。

除了3GPP中已經制訂支持MTC（Machine Type Communication，機器型通信）的功能外，Release 12還針對以下方面進行了特別的優化：

（1）網絡負荷優化：確保MTC特定信令和連接，保證非常大量連接的設備可以通過在LTE無線支承和小量數據地有效傳遞。

（2）在3GPP中定義了一個新的UE類別，成本根據MTC操作特點進行了優化。研究表明，對于射頻部分，UE僅使用一個接收天線和半雙工操作，可以顯著降低成本。在基帶方面，通過單個接收天線，帶寬減少和峰值數據速率的降低可以節省60%的設備成本。

一些安裝在極端覆蓋條件下的MTC UE，可能只需要非常低的數據速率和更大的延遲。Release 12版本提供了一些LTE覆蓋改善的解決方案，主要通過如進一步重復、功率提升和某些控制信道功能的簡化等技術來實現。

2.5 3GPP-WLAN互通

3GPP已經針對3GPP-WLAN互通進行相關的研究。目前ANDSF（Access Network Discovery and Selection Function，接入網絡發現選擇機制）沒有考慮RAN側和WLAN側的負荷，僅僅根據WLAN信號強度來決定是否將話務從3GPP網絡轉移到WLAN網絡。

針對3GPP-WLAN互通RAN級別的幫助是針對目前典型的WLAN選擇不足之處，以達到蜂窩網絡與WLAN之間的負載均衡，保證用戶的體驗質量。負載均衡的目的是由eNodeB根據動態需求，主動引導UE的流量使用運營商控制的WLAN或RAN。

作為Release 12的一部分，目的是確定3GPP-WLAN選擇接入網絡和流量轉向指定的機制。所引入的解決方案支持部署和不部署ANDSF，并充分考慮了和支持RAN規則的ANDSF共存。RAN參數通過系統的廣播或專用信令傳送[4]。

2.6 免許可頻段LTE

對于移動運營商來說，許可頻段（Licensed Bands）一直以來都是其核心資產，是提供高質量無線通信服務的基礎，并在可以預見的未來舉足輕重。但是，隨著移動互聯網的蓬勃發展，公眾對高帶寬無線業務需求的爆發與頻譜資源的稀缺之間矛盾日益尖銳，免許可頻段作為許可頻段的補充，還存在豐富的資源以及極大的發展空間。以5GHz頻段為例，目前全球各國已分配的免許可頻譜資源總計超過500MHz。

免許可頻段LTE可以在免許可頻段內應用LTE技術，實現許可頻段和免許可頻段的有效載波間聚合，從而倍增網絡容量，提升頻譜利用率。該方案在現有LTE網絡的基礎上，不需要修改安全認證、核心網業務管理和計費架構，僅升級基站就可以實現U-LTE的部署，并且和原LTE業務進行無縫切換。還可以在室內室外熱點等任何有小基站部署的區域進行靈活部署，不需要額外的站址和傳輸資源，幫助運營商節省部署和運維成本[5]。

2.7 其他增強技術

隨著移動寬帶時代的到來，海量數據業務迅速增長，多制式多層次網絡不斷部署，如何更快速優化網絡性能、精準滿足終端體驗要求，是當前運營商面臨的主要問題。自組織網絡（SON）真正做到了多制式多層次的網絡快速準確地自動部署和優化，讓網絡一直保持最佳狀態，更高效合理地為每個用戶分配無線資源，使無線資源利用率和終端用戶體驗達到最優化。

TDD LTE增強上下行干擾管理和話務適配（eIMTA）功能可以根據實時話務統計動態調整上下行。Release 12版本中的eIMTA功能可以極大地改善小基站部署環境下TDD的容量和服務質量。

此外，3GPP還在LTE-HSPA融合、LTE-WLAN互通、商務及公共安全通信等方面進行了深入地探討和研究。

3 總結

在Release 12版本中針對LTE增強功能和部署，尤其在小基站的部署、宏基站功能增強、SON、異構網絡的靈活部署和干擾管理等方面進行了深入地研究。表1針對其中主要技術進行了總結：endprint

表1 Release 12主要功能列表及描述

功能 描述及益處

基于站點間載波聚合的小基站

增強功能 通過減少RAN和CN間的信令

交互優化小基站移動性管理

提高數據傳輸速率

靈活地使用TDD頻段

基于波束賦形和自動小區分裂

技術的三維有源天線系統 顯著提高宏基站覆蓋和容量

先進的接收機 抑制干擾提高上下行容量

基于集中調度技術的增強CoMP 通過多點協調技術增強網絡

覆蓋能力

SON增強功能 有效部署網絡

節能減排

LTE-WLAN互通 保證UE下行速率10Mbps以上

充分利用已有網絡資源

LTE-HSPA融合 支出多技術能力

機器型通信 為到來的大數據網絡做準備

參考文獻：

[1] 電信研究院. LTE語音業務解決方案[EB/OL]. （2013-01-17）. http：//www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n15214847/n15218234/15475252.html.

[2] 21IC中國電子網. EUTRAN演進方式及LTE/LTE-A技術介紹[EB/OL]. （2012-04-27）. http：//www.21ic.com/app/rf/201204/118739.htm.

[3] C114中國通信網. 華為攜手3GPP研究LTE-Advanced及Rel-12未來演進[EB/OL]. （2012-06-27）. http：//www.c114.net/news/126/a700009.html.

[4] Nadeem Akhtar. LTE-WLAN Interworking： 3GPP Release-12 Perspective[EB/OL]. （2013-07-31）. http：//standards.ieee.org/events/last_mile/NadeemAkhtar.pdf.

[5] 新浪科技. 華為展示U-LTE解決方案提升移動寬帶網絡容量[EB/OL]. （2014-02-25）. http：//tech.sina.com.cn/roll/2014-02-25/17359190609.shtml.

作者簡介

沈大鵬：畢業于蘭州鐵道學院通信工程專業，現任職于中國聯合網絡通信有限公司甘肅省分公司網建部，長期從事無線網絡規劃、建設和優化工作。endprint

表1 Release 12主要功能列表及描述

功能 描述及益處

基于站點間載波聚合的小基站

增強功能 通過減少RAN和CN間的信令

交互優化小基站移動性管理

提高數據傳輸速率

靈活地使用TDD頻段

基于波束賦形和自動小區分裂

技術的三維有源天線系統 顯著提高宏基站覆蓋和容量

先進的接收機 抑制干擾提高上下行容量

基于集中調度技術的增強CoMP 通過多點協調技術增強網絡

覆蓋能力

SON增強功能 有效部署網絡

節能減排

LTE-WLAN互通 保證UE下行速率10Mbps以上

充分利用已有網絡資源

LTE-HSPA融合 支出多技術能力

機器型通信 為到來的大數據網絡做準備

參考文獻：

[1] 電信研究院. LTE語音業務解決方案[EB/OL]. （2013-01-17）. http：//www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n15214847/n15218234/15475252.html.

[2] 21IC中國電子網. EUTRAN演進方式及LTE/LTE-A技術介紹[EB/OL]. （2012-04-27）. http：//www.21ic.com/app/rf/201204/118739.htm.

[3] C114中國通信網. 華為攜手3GPP研究LTE-Advanced及Rel-12未來演進[EB/OL]. （2012-06-27）. http：//www.c114.net/news/126/a700009.html.

[4] Nadeem Akhtar. LTE-WLAN Interworking： 3GPP Release-12 Perspective[EB/OL]. （2013-07-31）. http：//standards.ieee.org/events/last_mile/NadeemAkhtar.pdf.

[5] 新浪科技. 華為展示U-LTE解決方案提升移動寬帶網絡容量[EB/OL]. （2014-02-25）. http：//tech.sina.com.cn/roll/2014-02-25/17359190609.shtml.

作者簡介

沈大鵬：畢業于蘭州鐵道學院通信工程專業，現任職于中國聯合網絡通信有限公司甘肅省分公司網建部，長期從事無線網絡規劃、建設和優化工作。endprint

表1 Release 12主要功能列表及描述

功能 描述及益處

基于站點間載波聚合的小基站

增強功能 通過減少RAN和CN間的信令

交互優化小基站移動性管理

提高數據傳輸速率

靈活地使用TDD頻段

基于波束賦形和自動小區分裂

技術的三維有源天線系統 顯著提高宏基站覆蓋和容量

先進的接收機 抑制干擾提高上下行容量

基于集中調度技術的增強CoMP 通過多點協調技術增強網絡

覆蓋能力

SON增強功能 有效部署網絡

節能減排

LTE-WLAN互通 保證UE下行速率10Mbps以上

充分利用已有網絡資源

LTE-HSPA融合 支出多技術能力

機器型通信 為到來的大數據網絡做準備

參考文獻：

[1] 電信研究院. LTE語音業務解決方案[EB/OL]. （2013-01-17）. http：//www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n15214847/n15218234/15475252.html.

[2] 21IC中國電子網. EUTRAN演進方式及LTE/LTE-A技術介紹[EB/OL]. （2012-04-27）. http：//www.21ic.com/app/rf/201204/118739.htm.

[3] C114中國通信網. 華為攜手3GPP研究LTE-Advanced及Rel-12未來演進[EB/OL]. （2012-06-27）. http：//www.c114.net/news/126/a700009.html.

[4] Nadeem Akhtar. LTE-WLAN Interworking： 3GPP Release-12 Perspective[EB/OL]. （2013-07-31）. http：//standards.ieee.org/events/last_mile/NadeemAkhtar.pdf.

[5] 新浪科技. 華為展示U-LTE解決方案提升移動寬帶網絡容量[EB/OL]. （2014-02-25）. http：//tech.sina.com.cn/roll/2014-02-25/17359190609.shtml.

作者簡介

沈大鵬：畢業于蘭州鐵道學院通信工程專業，現任職于中國聯合網絡通信有限公司甘肅省分公司網建部，長期從事無線網絡規劃、建設和優化工作。endprint