解讀LTE FDD發展態勢與技術演進
自2009年LTE技術在全球商用以來,業務發展迅猛,尤其在2012-2014年,每年新增約100個LTE商用網絡。根據LTE產業鏈的發展狀況及LTE使用頻率的特點,當前大多數國際運營商仍集中精力發展LTE FDD移動網,從全球LTE網絡的部署情況來看,截至2014年底,共360個LTE網絡在124個國家商用,其中329個FDD LTE網絡,另一方面,許多LTE運營商開始嘗試選擇混合組網,發揮TD-LTE和LTE FDD的各自優勢,目前已有17個FDD/TDD混合網絡。 其中有158個Band3(1710 MHz–1785 MHz/1805 MHz–1880 MHz)的LTE商用網絡,占比高達43.8%;有91個Band7(2500 MHz–2570 MHz/2620 MHz–2690 MHz)的LTE商用網絡,占比25.3%;有68個Band20(832 MHz–862 MHz/791 MHz–821 MHz)的LTE商用網絡,占比18.9%,Band3、Band7和Band20都是FDD制式。
在LTE FDD終端產業鏈中,Band3終端產業鏈最成熟,截至2015年2月,在2646個LTE商用終端中支持Band3的終端共有1141款,占比43.12%。LTE終端產業鏈日趨成熟,使得LTE用戶數發展迅猛,截至2014年第4季度,全球共4.97億用戶,2014年凈增的LTE用戶高達2.9億,增長率為140%,2014年第4季度,凈增1.15億用戶,LTE用戶數呈指數級增長。
2014年是中國的LTE混合組網元年,該年6月份,工業和信息化部批準中國電信、中國聯通分別在16個城市開展LTE混合組網試驗,同年8月擴大到41個城市,同年12月份TD-LTE/LTE FDD混合組網的試驗城市擴大至56個。在2015年2月27日,工業和信息化部正式向中國電信、中國聯通兩大運營商發放FDD制式4G牌照,這將推動兩大運營商4G業務的全面開展。中國電信在產業鏈最成熟的1800MHz(Band3)運營LTE FDD網絡,采用TDD和FDD混合組網的運營模式,有效利用LTE網絡資源,切實保證4G網絡質量和用戶體驗,實現LTE FDD與TD-LTE的優勢互補與融合發展,將促進產業繁榮。
隨著LTE R8和R9版本的大規模商用,LTE技術正在向LTE-A持續演進。LTE-A指3GPP R10及后續版本,其研究目標主要包括:
- 提升峰值速率,下行峰值速率達3 Gbps,上行峰值速率達1.5 Gbps;
- 提升頻譜效率,R8版本的***頻譜效率為16bps/Hz,在R10版本***頻譜效率可達30 bps/Hz;
- 提升同時在線的激活用戶數;
- 提升小區邊緣速率,例如在2*2MIMO下,至少可達2.40bps/Hz/小區。
為達到LTE-A的目標,載波聚合、雙連接、多天線增強、多點協作等技術被采用。
1) 載波聚合
載波聚合是LTE-A的最主要特征,分為帶內連續載波聚合、帶內非連續載波聚合和帶間非連續載波聚合。目前協議規定,載波聚合最多可實現5個載波的聚合,每個載波最多支持110個RB,上行載波個數不能超過下行載波個數,上、下行載波帶寬需一致。載波聚合在R10-R12版本都有相應的研究,在R10完成同構網中TDD內部和FDD內部的載波聚合標準化,在R11完成異構網中的載波聚合以及TDD采用不同子幀配置情況下載波聚合的標準化,在R12主要完成TDD和FDD之間的載波聚合。
載波聚合中,包括主服務小區(Pcell)和輔服務小區(Scell),用戶在主服務小區建立RRC連接,每個用戶只有一個RRC連接。載波聚合下切換在主服務小區上執行,針對輔服務小區引入激活和去激活,當有新的業務需求時,通過主服務小區激活輔服務小區,當一段時間內用戶的輔服務小區沒有數據傳送或者信道質量惡化低于一定門限時,去激活該輔服務小區。主服務小區發生無線鏈路連接失敗時會觸發RRC重建,輔服務小區的無線鏈路連接失敗不會觸發RRC重建。
載波聚合的演進方向包括:
- 實現更多個載波的聚合:提升峰值速率,超過當前5載波的限制,比如R13中提出32個載波的聚合;
- 多節點載波聚合:多流載波聚合,如宏站和小站之間的載波聚合;
- 跨授權頻段聚合:授權頻段和非授權頻段的載波聚合;
2) 雙連接
雙連接是指對于一個RRC連接態的用戶同時與兩個網絡節點通信。載波聚合要求載波間必須保持時間同步,同步精度要求高;雙連接的載波間不需要保持時間同步,同步精度要求低;。
雙連接是針對非理想回傳場景提出的解決方案,雙連接可以是同頻,也可以是異頻。雙連接可解決宏微異頻組網情況下面臨的以下問題:
- 終端在宏微之間頻繁切換可能導致的切換性能下降
- 宏微站上下行負載不均衡;
- 宏微頻繁切換導致的高信令負荷增加;
- 使用超過1個基站的資源提升用戶吞吐量;
3) 多天線增強
3GPP在后續版本中對MIMO進行了持續增強,比如在R10中,下行MIMO中新增傳輸模式TM9,支持***8流的單用戶MIMO,用于提升下行速率,提升頻譜效率。
在R8和R9版本,上行僅支持單天線發,在LTE-A中進行了擴展,支持1、2、4三種上行發射天線數量,用于提升上行容量。但上行MIMO增強技術對于終端提出了更高的復雜度,將增大終端芯片的體積和功耗。
4) 多點協作
多點協作技術(Coordinated Multi-Point)是LTE的重要演進方向,工作原理是利用多個小區節點為一個用戶服務,提升小區邊緣用戶的速率,提升網絡整體容量。多點協作技術包括上行多點協作和下行多點協作。上行多點協作技術包括聯合接收和協作調度兩種方式;下行多點協作技術包括聯合處理技術和協調調度/波束成型技術。
另外,隨著LTE用戶數的迅猛發展,LTE網絡的流量將激增,頻譜資源很可能成為LTE網絡發展的瓶頸,因此如何提升頻譜效率可能成為LTE FDD技術演進的重要方向,如采用更高階的調制方式,或者采用更多流的MIMO。