LTE-Hi：無線移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)路線

陳山枝，秦 飛

（大唐電信科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán) 北京 100191）

1 背景

2012年1月，ITU-R通過了第4代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建議書 ITU-R M.2012[1]，LTE-Advanced成為 IMT-Advanced移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，包括以我國(guó)為主提交的TD-LTE-Advanced和LTE-Advanced FDD兩種技術(shù)。大唐電信科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱大唐電信）等國(guó)內(nèi)企業(yè)主導(dǎo)了TD-LTE-Advanced標(biāo)準(zhǔn)的制定，并確保了TD-SCDMA的平滑演進(jìn)。

未來的移動(dòng)寬帶發(fā)展呈現(xiàn)兩大趨勢(shì)：從移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生的場(chǎng)景看，主要發(fā)生在室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)；從未來移動(dòng)通信發(fā)展的潛在頻率看，滿足未來移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)需求的潛在頻率主要集中在3 GHz以上的高頻段。為了滿足未來移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，高頻段、大容量、小覆蓋系統(tǒng)成為最重要的技術(shù)趨勢(shì)。

LTE/LTE-Advanced R8到R11版本的特性研究主要針對(duì)宏覆蓋場(chǎng)景，雖然在產(chǎn)品形態(tài)上支持Macro/Micro/Pico以及Femto等針對(duì)不同覆蓋距離的設(shè)備，但標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是面向移動(dòng)場(chǎng)景，并沒有針對(duì)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求以及高頻段熱點(diǎn)場(chǎng)景進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。

從2010年開始，以大唐電信為代表的中國(guó)企業(yè)率先開展了基于TDD的LTE-Hi的技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)研究，以解決未來無線移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在室內(nèi)和熱點(diǎn)場(chǎng)景的需求。在2012年3GPP針對(duì)R12及后續(xù)研究方向的研討會(huì)上，針對(duì)室內(nèi)熱點(diǎn)高頻的小小區(qū)（small cell）成為L(zhǎng)TE R12研究方向的熱點(diǎn)議題[2]，LTE-Hi成為未來無線移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)發(fā)展的方向。

2 未來無線移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)需求

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展和智能終端的快速普及，帶來移動(dòng)業(yè)務(wù)流量的指數(shù)增長(zhǎng)。未來移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量飛速增長(zhǎng)，主要發(fā)生在室內(nèi)和熱點(diǎn)場(chǎng)景

近年來，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展、智能終端的大量普及，人們生活、工作的各個(gè)領(lǐng)域?qū)τ谝苿?dòng)寬帶業(yè)務(wù)的需求呈井噴式增長(zhǎng)，根據(jù)CCSA最新的業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)報(bào)告[3]，到2015年，我國(guó)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的總流量相對(duì)于2010年將增長(zhǎng)約40倍，如圖 1所示。從業(yè)務(wù)類型看，移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)呈現(xiàn)全I(xiàn)P化、業(yè)務(wù)類型多樣化以及以高速率大流量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的特點(diǎn)。從業(yè)務(wù)發(fā)生的場(chǎng)景統(tǒng)計(jì)，在全球主要運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，移動(dòng)話音業(yè)務(wù)的60%、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的70%發(fā)生在室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)；根據(jù)預(yù)測(cè)，未來室內(nèi)及熱點(diǎn)業(yè)務(wù)將占總業(yè)務(wù)量的90%。因此，提高系統(tǒng)流量、支持室內(nèi)及熱點(diǎn)場(chǎng)景業(yè)務(wù)是解決移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)問題的關(guān)鍵。

（2）運(yùn)營(yíng)商利潤(rùn)和流量增長(zhǎng)不成正比

在移動(dòng)流量飛速增長(zhǎng)的同時(shí)，運(yùn)營(yíng)商利潤(rùn)并沒有實(shí)現(xiàn)同比增長(zhǎng)。目前，大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量采用類似包月的收費(fèi)模式，而且包月流量逐年成倍增加，但費(fèi)用并沒有明顯提高。由國(guó)際電信聯(lián)盟和聯(lián)合教科文組織聯(lián)合成立的寬帶發(fā)展委員會(huì)頒布的2015年全球?qū)拵Оl(fā)展目標(biāo)，明確給出了用于寬帶接入的開銷占居民收入的比例建議，具體為：發(fā)達(dá)國(guó)家小于2%，發(fā)展中國(guó)家小于5%[4]。以我國(guó)移動(dòng)通信手機(jī)數(shù)據(jù)流量包月制度為例，目前通常為GB級(jí)別的流量包月，按照總流量增長(zhǎng)趨勢(shì)，可以預(yù)測(cè)到2020年至少需要支持TB級(jí)別的流量包月，這就要求單位比特的成本降低為現(xiàn)在水平的1/1 000～1/500，這為運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

（3）未來移動(dòng)寬帶頻段分配主要面向高頻段

3.4～3.6 GHz頻段是2007年世界無線電大會(huì)（WRC-07）劃分給移動(dòng)通信使用的重要頻段之一，全球范圍內(nèi)，該頻段的商用已經(jīng)提上日程，歐洲部分國(guó)家已經(jīng)開始商用部署。例如，香港電訊盈科英國(guó)子公司UK Broadband已經(jīng)決定采用3.5 GHz頻段部署TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。在WRC-12會(huì)議上，確定了下屆WRC-15議程1.1將針對(duì)未來移動(dòng)寬帶發(fā)展需求為IMT分配新的頻率。3 GHz以下，已經(jīng)很難找到足夠的頻段滿足未來移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)的需求；而3 GHz以上，3.4～3.6 GHz有可能進(jìn)一步擴(kuò)充到C波段其他部分（3.6～4.2 GHz）。部分國(guó)家也在考慮將5 GHz以上空閑頻段分配給IMT?？梢姡磥硪苿?dòng)通信發(fā)展的潛在頻率主要集中在3 GHz以上的高頻段，而TDD制式在高頻段、大帶寬、小覆蓋方面具有天然的優(yōu)勢(shì)。

（4）移動(dòng)寬帶成為全球發(fā)展趨勢(shì)

基于移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)的各種業(yè)務(wù)和應(yīng)用蓬勃發(fā)展，移動(dòng)寬帶應(yīng)用被業(yè)界廣泛接受，移動(dòng)和寬帶融合滿足未來各種場(chǎng)景下的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求議程成為必然趨勢(shì)；全球范圍內(nèi)，美國(guó)、歐洲、日韓等國(guó)家和地區(qū)相繼發(fā)布了國(guó)家寬帶計(jì)劃，將移動(dòng)寬帶未來的發(fā)展提高到戰(zhàn)略高度。

3 LTE-Hi的提出、定位和技術(shù)需求

從業(yè)界觀點(diǎn)看，滿足未來移動(dòng)寬帶發(fā)展的有兩類技術(shù)路線：一種為MBB=LTE+Wi-Fi，另外一種為MBB=LTE+LTE高頻熱點(diǎn)增強(qiáng)，如圖2所示。雖然Wi-Fi已形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，而超高速本地接入標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11ac/ad的標(biāo)準(zhǔn)化工作也已經(jīng)基本完成，支持的帶寬較寬，峰值速率可以達(dá)到1 GHz，但由于使用非授權(quán)頻段，節(jié)點(diǎn)部署隨意性較強(qiáng)，運(yùn)營(yíng)商無法做到可管可控，在干擾管理、移動(dòng)性管理、功耗管理以及用戶QoS支持方面存在很大問題，不能滿足移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需要。為了支持無線移動(dòng)寬帶的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，在現(xiàn)有LTE技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)高頻熱點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步增強(qiáng)，是支持未來移動(dòng)寬帶可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)之計(jì)。

面對(duì)未來移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)的需求和發(fā)展態(tài)勢(shì)，工業(yè)和信息化部2010年底開始組織大唐電信等國(guó)內(nèi)各大廠商和運(yùn)營(yíng)商成立專門的課題研究組，開展專題研究。鑒于我國(guó)在3GPP已經(jīng)取得的標(biāo)準(zhǔn)化成果和技術(shù)地位，提出了以3GPP路線為主，開發(fā)并推動(dòng)基于TD-LTE的無線移動(dòng)寬帶接入技術(shù)，以滿足室內(nèi)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)需求的技術(shù)路線。即我國(guó)明確了以基于TD-LTE的室內(nèi)熱點(diǎn)高頻高速率技術(shù)為未來重要的技術(shù)方向，并在2011年將該系統(tǒng)命名為L(zhǎng)TE-Hi。LTE-Hi的Hi具有多重含義，如hotspot and indoor、higher frequency、high bandwidth、higher performance。LTE-Hi系統(tǒng)的定位是基于TD-LTE，建立小覆蓋、高吞吐量、低移動(dòng)性、架構(gòu)優(yōu)化的低成本室內(nèi)熱點(diǎn)無線通信解決方案，滿足該場(chǎng)景的大數(shù)據(jù)量需求。

基于第2節(jié)的分析，LTE-Hi進(jìn)一步的技術(shù)需求包括以下幾個(gè)方面。

·支持密集部署和高系統(tǒng)容量。需要針對(duì)熱點(diǎn)場(chǎng)景用戶密度高、話務(wù)量高的特點(diǎn)，支持多小區(qū)密集部署，提高單位面積的吞吐量，并盡量提高單小區(qū)的容量。

·后向兼容性。設(shè)計(jì)上盡量維持現(xiàn)有LTE/SAE設(shè)計(jì)，即現(xiàn)有版本的LTE終端能夠接入新系統(tǒng)中。同時(shí)，考慮到不同場(chǎng)景的需求和工作頻率，允許非后向兼容增強(qiáng)。

·數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)路由簡(jiǎn)化。核心網(wǎng)要具有必要的控制、計(jì)費(fèi)等功能；而用戶本地?cái)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以不經(jīng)過核心網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)也可以直接通過本地接入互聯(lián)網(wǎng)。

·支持用戶自主安裝配置和靈活組網(wǎng)。LTE-Hi基站需要簡(jiǎn)化安裝和配置過程，降低運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的復(fù)雜度和成本；此外需要考慮自動(dòng)建立與歸屬運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)的聯(lián)系，完成認(rèn)證與鑒權(quán)過程；自動(dòng)選擇恰當(dāng)?shù)念l點(diǎn)和帶寬等參數(shù)。

·可管可控可運(yùn)營(yíng)。作為電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，可管可控和可運(yùn)營(yíng)為基本需求，包括：對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可管可控，主要為OAM相關(guān)特性；對(duì)終端行為的可管可控，包括終端行為和終端業(yè)務(wù)的可管可控。

·降低體積和功耗。LTE-Hi的體積和功耗應(yīng)當(dāng)接近于Wi-Fi的接入點(diǎn)，而在運(yùn)營(yíng)商部署方面則需要支持多運(yùn)營(yíng)商、較低的制造成本、較小的體積。

·滿足移動(dòng)業(yè)務(wù)QoS需求。能提供一種簡(jiǎn)單、靈活、低成本的室內(nèi)覆蓋方案，業(yè)務(wù)QoS需求與現(xiàn)有LTE系統(tǒng)一致，可以進(jìn)一步增強(qiáng)本地分流業(yè)務(wù)QoS和移動(dòng)性。

·增加規(guī)模效益，持續(xù)降低接入點(diǎn)的成本。在新的工作頻段上，針對(duì)小覆蓋場(chǎng)景特點(diǎn)，可以考慮優(yōu)化射頻指標(biāo)方式，包括放寬干擾指標(biāo)、降低靈敏度等，以降低接入點(diǎn)的成本。

4 LTE-Hi關(guān)鍵技術(shù)

基于未來移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)的需求，高頻段熱點(diǎn)小覆蓋場(chǎng)景具有與LTE廣覆蓋系統(tǒng)不同的特性，包括組網(wǎng)場(chǎng)景、傳播特性、信道特性、業(yè)務(wù)特性和相關(guān)需求等，針對(duì)未來蜂窩網(wǎng)絡(luò)高頻段、大帶寬、小覆蓋以及多頻段多層次異構(gòu)組網(wǎng)的特性，基于TD-LTE系統(tǒng)的LTE-Hi系統(tǒng)在多個(gè)方面開展關(guān)鍵技術(shù)研究，以滿足未來無線移動(dòng)寬帶發(fā)展的需求。本文著重介紹部分LTE-Hi關(guān)鍵技術(shù)，作為無線移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方向，LTE-Hi系統(tǒng)還有許多特性和技術(shù)有待進(jìn)一步開發(fā)和研究。

4.1 TDD上下行自適應(yīng)技術(shù)

與FDD相比，TDD雙工方式具有可靈活進(jìn)行上下行比例配置的優(yōu)勢(shì)，非常適合IP分組業(yè)務(wù)等非對(duì)稱業(yè)務(wù)的傳輸。通過基于業(yè)務(wù)情況進(jìn)行靈活的上下行資源比例調(diào)整，能夠有效地提升小區(qū)和用戶吞吐量，降低業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延，提升用戶體驗(yàn)。此外，在小區(qū)業(yè)務(wù)負(fù)載較低時(shí)，通過配置更多的上行子幀實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。

TD-LTE支持7種上下行子幀分配方式，其中下行資源比例占無線幀中的40%～90%，上下行配置信息通過系統(tǒng)廣播告知終端。網(wǎng)絡(luò)修改上下行分配方式需要通過尋呼信道觸發(fā)終端讀取新的系統(tǒng)信息，不能很快速地進(jìn)行上下行資源的重配。這種設(shè)計(jì)主要面向宏蜂窩的應(yīng)用，在宏蜂窩中，由于接入的用戶較多，且包括話音、數(shù)據(jù)等多樣的業(yè)務(wù)需求，因此從整個(gè)小區(qū)來看，業(yè)務(wù)突發(fā)性不強(qiáng)，且業(yè)務(wù)對(duì)上下行的資源需求不會(huì)隨時(shí)間劇烈變化。此外，在宏小區(qū)中，由于基站天線架高，相鄰基站與基站之間的信號(hào)傳播損耗很小，因此如果相鄰基站同時(shí)進(jìn)行不同方向的傳輸，交叉時(shí)隙干擾（即本區(qū)基站上行接收鄰區(qū)基站下行發(fā)射信號(hào)干擾，或鄰區(qū)終端下行接收本區(qū)終端上行發(fā)射信號(hào)的干擾）的存在將顯著地降低網(wǎng)絡(luò)的性能。考慮到業(yè)務(wù)特性以及干擾特性，在現(xiàn)有以宏網(wǎng)絡(luò)為主的TD-LTE組網(wǎng)中，通常采用小區(qū)間嚴(yán)格同步的方式，并配置相同的上下行子幀。因此現(xiàn)有的TD-LTE并不能充分發(fā)揮TDD技術(shù)根據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行靈活上下行資源配置的優(yōu)勢(shì)。

與TD-LTE系統(tǒng)相比，LTE-Hi系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景具有如下顯著特征：

·高頻段、小覆蓋，信號(hào)的路徑損耗更大，僅支持較小的小區(qū)覆蓋；

·以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，單小區(qū)用戶數(shù)較少，業(yè)務(wù)突發(fā)性強(qiáng)，隨時(shí)間的波動(dòng)大；

·密集的多小區(qū)組網(wǎng)；

·較多的室內(nèi)覆蓋場(chǎng)景；

·基站發(fā)射功率低，大多數(shù)場(chǎng)景和終端相當(dāng)。

在這種組網(wǎng)場(chǎng)景下，路徑損耗大、基站發(fā)射功率低、大量的室內(nèi)熱點(diǎn)小區(qū)部署等減弱了小區(qū)之間的干擾，使得在小區(qū)間應(yīng)用不同的上下行配置成為可能。由于該場(chǎng)景中，單小區(qū)業(yè)務(wù)突發(fā)性更強(qiáng)且隨時(shí)間波動(dòng)劇烈，非常適用于基于業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)調(diào)整上下行的資源比例，滿足不同小區(qū)的差異化業(yè)務(wù)需求以及同一小區(qū)業(yè)務(wù)隨時(shí)間變化的需求，充分發(fā)揮TDD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)業(yè)務(wù)情況實(shí)時(shí)調(diào)整上下行資源比例，能夠提升小區(qū)以及用戶的吞吐量，降低業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延，提高用戶感知，降低網(wǎng)絡(luò)能耗等。為了達(dá)到這一目標(biāo)，需要開展的關(guān)鍵技術(shù)研究包括以下兩種。

·TDD業(yè)務(wù)自適應(yīng)：從性能評(píng)估入手，根據(jù)評(píng)估結(jié)果設(shè)計(jì)合理的技術(shù)方案，支持子幀的重配置。

·TDD小區(qū)間干擾：分析各種場(chǎng)景下應(yīng)用增強(qiáng)TDD業(yè)務(wù)自適應(yīng)的可行性以及相應(yīng)的干擾水平，并設(shè)計(jì)合理的技術(shù)方案以降低小區(qū)之間的干擾，擴(kuò)大業(yè)務(wù)自適應(yīng)的應(yīng)用范圍。

4.2 多小區(qū)干擾協(xié)調(diào)技術(shù)

如何最小化TDD 基站間的干擾，保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和頑健性，對(duì)提升系統(tǒng)性能有非常重要的作用。由于TD-LTE高頻高速熱點(diǎn)基站具有靈活可動(dòng)的特點(diǎn)，決定了干擾問題出現(xiàn)的突發(fā)性和可變性，在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下需要實(shí)時(shí)地對(duì)干擾進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)，集中控制節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)或基站間分布式的自適應(yīng)協(xié)商都是可能的干擾協(xié)調(diào)方式。干擾協(xié)調(diào)和干擾消除包括從頻域和時(shí)域上的協(xié)調(diào)和消除，通過避免相鄰基站間復(fù)用頻域或時(shí)域上的資源，最小化對(duì)相鄰基站的干擾和影響；也可以采用底層技術(shù)進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)和消除，如功率協(xié)調(diào)、物理層干擾消除技術(shù)、空口同步技術(shù)等。

頻域上，通過集中控制或分布式控制方式，協(xié)調(diào)各基站的頻域資源分配，減小對(duì)鄰基站的干擾。集中控制方式指通過OAM或其他高層節(jié)點(diǎn)對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)的基站進(jìn)行頻率協(xié)調(diào)，為相鄰基站分配間隔較大的頻點(diǎn)；分布式控制方式指通過感知無線電等技術(shù)，基站通過頻率搜索和干擾檢測(cè)等方式，獲取可用的頻率信息，通過自適應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)最優(yōu)頻點(diǎn)選擇。還有一種分布控制方式是通過基站間的信息交互實(shí)現(xiàn)頻率協(xié)調(diào)，可用于基站間的直接信息交互或通過高層節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的信息交互。

時(shí)域上，通過集中控制方式或基站間的信息交互協(xié)調(diào)方式，協(xié)調(diào)各基站的子幀使用情況，具體包括設(shè)置空子幀、MBSFN子幀等，使每個(gè)基站都可以獲取鄰基站的子幀配置，必要時(shí)可獲取鄰基站子幀的使用情況，對(duì)干擾情況嚴(yán)重的用戶，盡量使用鄰基站的空子幀進(jìn)行調(diào)度和資源配置，最小化鄰基站的干擾，從而保證用戶的服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)性能。

功率上，基于用戶位置、多小區(qū)上行干擾情況、用戶業(yè)務(wù)類型控制用戶的發(fā)射功率、調(diào)制編碼方式，將功率控制和自適應(yīng)調(diào)制編碼結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)有效的上行干擾抑制；同時(shí)研究控制信令的編碼壓縮技術(shù)，研究控制信令的有效可靠傳輸。

同步協(xié)調(diào)也是保證TDD系統(tǒng)多小區(qū)組網(wǎng)正常工作的重要技術(shù)之一，小區(qū)之間可以通過空口監(jiān)聽方式實(shí)現(xiàn)小區(qū)間同步，當(dāng)小區(qū)間干擾較大時(shí)，適當(dāng)通過集中式或者分布式的協(xié)調(diào)方法調(diào)整時(shí)鐘，保證不存在過大的上下行干擾。

4.3 熱點(diǎn)MIMO增強(qiáng)技術(shù)

MIMO技術(shù)對(duì)于提高無線鏈路的峰值速率與系統(tǒng)頻譜利用率具有十分重要的意義，但是TD-LTE系統(tǒng)中現(xiàn)有的MIMO技術(shù)主要是針對(duì)宏小區(qū)場(chǎng)景設(shè)計(jì)的，無法體現(xiàn)對(duì)高頻段/室內(nèi)/熱點(diǎn)環(huán)境特點(diǎn)的優(yōu)化，因而不能充分地發(fā)揮其在熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景中的優(yōu)勢(shì)。LTE R10雖然將MIMO增強(qiáng)作為一個(gè)重點(diǎn)工作方向，但由于受到其設(shè)計(jì)目標(biāo)及宏小區(qū)覆蓋的一些特殊要求的限制，將現(xiàn)有的LTE MIMO技術(shù)方案的設(shè)計(jì)思路用于熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景并不是最優(yōu)的。熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景中，尤其是室內(nèi)應(yīng)用場(chǎng)景中，一般具有較豐富的散射/反射路徑，相對(duì)于宏小區(qū)而言，信噪比較高，而且終端移動(dòng)性較低。這些因素對(duì)于MIMO技術(shù)的應(yīng)用是十分有利的，因此從應(yīng)用場(chǎng)景到業(yè)務(wù)需求，都迫切需要針對(duì)熱點(diǎn)場(chǎng)景優(yōu)化的MIMO方案。

基于熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景中MIMO信道的特性，結(jié)合現(xiàn)有的LTE MIMO技術(shù)框架，熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景中的MIMO技術(shù)增強(qiáng)需要重點(diǎn)對(duì)以下幾方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

·高階MIMO：主要針對(duì)非相關(guān)場(chǎng)景，研究新型的預(yù)編碼與碼本設(shè)計(jì)機(jī)制或?qū)ΜF(xiàn)有碼本進(jìn)行擴(kuò)充，以更好地支持高階MIMO傳輸。載波頻段的提高，有利于天線陣列的小型化，而熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景中天線陣列的布置較為靈活，因此有條件使用更大規(guī)模的天線陣列，支持更高階的MIMO傳輸。

·上行MIMO增強(qiáng)：熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景中，接入點(diǎn)與終端之間的間距較小，因此發(fā)送上行信號(hào)時(shí)，對(duì)功放效率的限制可適當(dāng)放松。在此基礎(chǔ)上，上行碼本的設(shè)計(jì)可以更為靈活，將注意力更多地集中于改善MIMO的傳輸容量上。

·CSI反饋增強(qiáng)：熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景中，終端的移動(dòng)性普遍較低，因此CSI反饋機(jī)制還可以進(jìn)一步優(yōu)化。例如采用逐步細(xì)化的反饋方式，在信道的相關(guān)時(shí)間內(nèi)，逐次上報(bào)具有不同分辨率的CSI信息，以便于在網(wǎng)絡(luò)側(cè)進(jìn)行更精準(zhǔn)的調(diào)度與預(yù)編碼/波束成形。針對(duì)TDD系統(tǒng)，有必要繼續(xù)深入研究基于信道互易性的反饋技術(shù)。此外，還可以考慮引入顯式信道反饋機(jī)制，降低終端復(fù)雜度，提升基站預(yù)編碼性能。

·RS設(shè)計(jì)：如果引入更高階的MIMO技術(shù)，則需要定義新的參考符號(hào)。針對(duì)熱點(diǎn)場(chǎng)景移動(dòng)速度低、時(shí)延擴(kuò)展小的特點(diǎn)，高階MIMO的RS設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)同時(shí)考慮支持MIMO傳輸?shù)臏y(cè)量需求以及系統(tǒng)對(duì)參考符號(hào)開銷的約束條件，利用信道的時(shí)域和頻域相關(guān)性，在保證測(cè)量精度的前提下盡可能控制其對(duì)系統(tǒng)效率的影響。

·控制信令與反饋信道：引入上述技術(shù)之后，需要定義新的增強(qiáng)的控制信令及相應(yīng)的控制流程與反饋信道和控制信道，以支持增強(qiáng)的MIMO技術(shù)。

4.4 高頻新載波設(shè)計(jì)

LTE/LTE-Advanced物理層最初的設(shè)計(jì)針對(duì)蜂窩覆蓋，要求最大支持100 km的覆蓋半徑，最高350 km/h的移動(dòng)速度[5]；LTE-Hi針對(duì)高頻段、小覆蓋場(chǎng)景，覆蓋半徑通常在100 m以內(nèi)，用戶通常為靜止或者移動(dòng)速度在3 km/h以下。這樣，原有物理層底層設(shè)計(jì)，如子載波間隔設(shè)計(jì)、CP長(zhǎng)度、同步精度、多址方式、調(diào)制編碼方式等在高頻熱點(diǎn)場(chǎng)景下冗余度較大，系統(tǒng)效率不高。為了更大地提高系統(tǒng)容量和頻譜效率，針對(duì)LTE/LTE-Advanced在高頻段熱點(diǎn)更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展需求，將開展非兼容載波設(shè)計(jì)，突破現(xiàn)有LTE/LTE-Advanced的約束。

新載波設(shè)計(jì)主要考慮以下方面。

（1）新的 OFDM 設(shè)計(jì)

新的OFDM設(shè)計(jì)包括支持更大的系統(tǒng)帶寬 （>100 MHz）、適合的子載波間隔（室內(nèi)場(chǎng)景可以適當(dāng)增加子載波間隔以支持大帶寬）、合適的CP長(zhǎng)度、熱點(diǎn)場(chǎng)景下的時(shí)延（通常擴(kuò)展在幾百納秒范圍）、合適的子幀長(zhǎng)度，室內(nèi)允許適當(dāng)擴(kuò)展子幀長(zhǎng)度、降低調(diào)度開銷等。

（2）上行 OFDMA 技術(shù)

在現(xiàn)有LTE/LTE-Advanced系統(tǒng)上行多址方式設(shè)計(jì)中，由于宏覆蓋場(chǎng)景下上行功率受限，采用了DFT-S-OFDM技術(shù)，降低上行信號(hào)PAPR，以滿足上下行覆蓋的平衡需求。室內(nèi)熱點(diǎn)場(chǎng)景下，小區(qū)覆蓋半徑通常在100 m內(nèi)，熱點(diǎn)基站的發(fā)射功率通常在24 dBm以下，上行功率受限的特性并不明顯，針對(duì)高頻熱點(diǎn)場(chǎng)景也可以使用OFDMA技術(shù)。上行OFDMA技術(shù)主要有以下優(yōu)勢(shì)：

·降低終端成本，OFDMA處理復(fù)雜度明顯低于DFT-S-OFDM；

·上下行對(duì)等設(shè)計(jì)，終端和基站共用芯片設(shè)計(jì)成為可能，從而大大降低高頻熱點(diǎn)基站成本；

·OFDMA方式下，允許上行靈活的頻域調(diào)度，帶來頻率選擇性增益，進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量。

4.5 綠色節(jié)能技術(shù)

保護(hù)環(huán)境，應(yīng)對(duì)氣候變化是全世界面臨的共同課題。在電信領(lǐng)域，由于能源價(jià)格的提升，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商越來越重視對(duì)環(huán)境的責(zé)任和運(yùn)營(yíng)成本的控制。節(jié)能技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)側(cè)節(jié)能和終端側(cè)節(jié)能兩個(gè)方面。

（1）網(wǎng)絡(luò)側(cè)節(jié)能

LTE-Hi著重解決室內(nèi)熱點(diǎn)區(qū)域覆蓋和高速數(shù)據(jù)傳輸問題，基站用于熱點(diǎn)區(qū)域覆蓋且具有靈活部署的特性，網(wǎng)絡(luò)側(cè)節(jié)能顯得尤為重要。網(wǎng)絡(luò)側(cè)的節(jié)能方法主要有以下幾種。

·根據(jù)用戶分布和業(yè)務(wù)需求，合理控制熱點(diǎn)區(qū)域基站的開關(guān)，以最合理的基站數(shù)量滿足用戶需求；同時(shí)在密集組網(wǎng)場(chǎng)景下開展基站間的覆蓋協(xié)作技術(shù)，在業(yè)務(wù)需求量降低時(shí)，可以通過基站間協(xié)調(diào)讓部分基站下行處于靜默態(tài)，同時(shí)擴(kuò)大剩余基站的覆蓋范圍。

·基站根據(jù)數(shù)據(jù)量需求，提供最合理的傳輸帶寬，這可以通過基站上下行帶寬靈活配置實(shí)現(xiàn)。

·降低天線端口數(shù)，直接關(guān)閉部分PA實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

·根據(jù)業(yè)務(wù)特性和數(shù)據(jù)量，基站的部分子幀不進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)的能耗。

（2）終端側(cè)節(jié)能

終端側(cè)節(jié)能關(guān)系到電池消耗、用戶體驗(yàn)、節(jié)能環(huán)保等多個(gè)方面，本課題同時(shí)面向技術(shù)設(shè)計(jì)和樣機(jī)開發(fā)的特點(diǎn)，終端側(cè)節(jié)能技術(shù)研究包括兩個(gè)方面。

①基于技術(shù)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)

對(duì)于基于技術(shù)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)終端側(cè)節(jié)能，有如下3種方式。

·DRX機(jī)制：除了LTE的DRX設(shè)計(jì)，在本課題的場(chǎng)景中可以考慮更大的DRX周期或基于業(yè)務(wù)特性的DRX機(jī)制，實(shí)現(xiàn)較為精準(zhǔn)的終端能耗控制。

·子幀靜默：通過MBSFN子幀配置、blank子幀配置等方式，使終端在特定子幀可以不進(jìn)行接收和解碼，降低終端能耗。

·其他優(yōu)化：如PDCCH優(yōu)化，通過多子幀調(diào)度等方式，降低終端接收和解碼的開銷。

②在設(shè)備開發(fā)中實(shí)現(xiàn)

在設(shè)備開發(fā)中實(shí)現(xiàn)終端側(cè)節(jié)能，通過合理的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)和優(yōu)化等降低終端能耗。

4.6 優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)接入方式

高頻高速熱點(diǎn)接入系統(tǒng)針對(duì)室內(nèi)熱點(diǎn)場(chǎng)景，以大帶寬、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，終端為固定和低速移動(dòng)，支持本地接入和游牧。熱點(diǎn)區(qū)域傳輸具有數(shù)據(jù)量大、業(yè)務(wù)發(fā)生區(qū)域集中的特點(diǎn)，如果采用LTE廣域覆蓋系統(tǒng)架構(gòu)，核心網(wǎng)的負(fù)擔(dān)相當(dāng)大。LTE Femto針對(duì)室內(nèi)熱點(diǎn)接入場(chǎng)景引入了LIPA架構(gòu)，數(shù)據(jù)面通道從UE到HeNB再通過LGW直接訪問到家庭網(wǎng)絡(luò)，不需要經(jīng)過核心網(wǎng)功能實(shí)體，控制面通道仍要經(jīng)過核心網(wǎng)實(shí)體[6]。在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和測(cè)試中，大量用戶下控制面信令對(duì)核心網(wǎng)的沖擊是很大的，一個(gè)典型的例子是移動(dòng)QQ軟件的大量突發(fā)小數(shù)據(jù)分組和信令對(duì)網(wǎng)絡(luò)的沖擊，這已經(jīng)促使了很多應(yīng)用層程序優(yōu)化、設(shè)備實(shí)現(xiàn)優(yōu)化和核心網(wǎng)優(yōu)化。同時(shí)，高頻高速熱點(diǎn)接入設(shè)備除了需要和LTE宏網(wǎng)絡(luò)融合組網(wǎng)外，還存在和其他現(xiàn)有3G甚至2G網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合組網(wǎng)的需求，這種情況下，運(yùn)營(yíng)商并沒有部署SAE核心網(wǎng)絡(luò)。LTE-Hi無線接入系統(tǒng)脫離現(xiàn)有LTE的EPS核心網(wǎng)架構(gòu)，支持靈活的網(wǎng)絡(luò)接入方式，是從互聯(lián)網(wǎng)角度對(duì)無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，是對(duì)無線移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)的深入詮釋。

網(wǎng)絡(luò)接入方式優(yōu)化的方向?yàn)橛脩裘婧涂刂泼娑疾捎帽镜豂P接入的方式，用戶數(shù)據(jù)可以直接在本地IP接入，而控制面對(duì)QoS、移動(dòng)性等按照寬帶IP網(wǎng)絡(luò)思路進(jìn)行簡(jiǎn)化，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)側(cè)基于現(xiàn)有IP系統(tǒng)，采用現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)接入2G/3G/4G宏網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)，進(jìn)行用戶的加密、鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)等功能。

優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)接入架構(gòu)如圖3所示，在系統(tǒng)架構(gòu)邏輯實(shí)體中，HSS/HLR、在線/離線CS以及AAA服務(wù)器通常為現(xiàn)有核心網(wǎng)模塊或者新增功能模塊，GW和AP可以合設(shè)。

5 LTE-Hi發(fā)展路線與建議

LTE-Hi作為無線移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方向，需要政府主導(dǎo)、國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)公司共同努力，在標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化各方面進(jìn)行規(guī)劃和推動(dòng)。

（1）標(biāo)準(zhǔn)策略和技術(shù)路線

LTE-Hi各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究成果，需要考慮產(chǎn)業(yè)發(fā)展和頻率分配的情況，有步驟地向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)。在ITU和3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織推進(jìn)的策略和技術(shù)路線如下。

ITU主要推動(dòng)頻率的劃分和使用，主要目標(biāo)為針對(duì)WRC-15議題1.1，推動(dòng)更多的高頻段（3 GHz）為IMT分配業(yè)務(wù)，并開展C波段IMT和衛(wèi)星共存研究的工作，促進(jìn)全球統(tǒng)一的TDD劃分。

3GPP主要推動(dòng)LTE-Hi相關(guān)技術(shù)在LTE-Advanced R12及后續(xù)版本中的立項(xiàng)研究和標(biāo)準(zhǔn)化，重點(diǎn)推動(dòng)TDD相關(guān)特性，并保證TDD系統(tǒng)獨(dú)立組網(wǎng)的能力。

（2）產(chǎn)業(yè)化路線

面對(duì)室內(nèi)熱點(diǎn)場(chǎng)景無線移動(dòng)寬帶需求和Wi-Fi產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)壓力，盡快推出LTE-Hi產(chǎn)品，滿足市場(chǎng)需求非常關(guān)鍵。LTE-Hi產(chǎn)業(yè)化建議采用先易后難的步驟，前期盡快推出產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)，后期分步驟逐漸增加特性，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

6 結(jié)束語

基于TDD的LTE-Hi技術(shù)，以其高頻段大容量、適應(yīng)熱點(diǎn)覆蓋、組網(wǎng)靈活、高效率高質(zhì)量支持移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及和運(yùn)營(yíng)商蜂窩網(wǎng)絡(luò)良好兼容等特征，能夠很好地滿足未來移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)的需求，將成為未來無線移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的重要方向。

1 Recommendation ITU-R M.Detailed Specifications of the Terrestrial Radio Interfaces of InternationalMobileTelecommunications Advanced(IMT-Advanced),2012

2 Keynote Speech Materials from 3GPP Workshop on R12 and Beyond,2012

3 CCSA TC5 WG6.未來10年IMT業(yè)務(wù)市場(chǎng)預(yù)測(cè),2012

4 Broadband Commission.Broadband Targets for 2015,2011

5 3GPP TR36.913V10.0.0.Requirements for Further Advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA)(LTEAdvanced),2011

6 3GPP TR23.809V10.0.0.Local IP Access and Selected IP Traffic Offload(LIPA-SIPTO),2011