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通信技術于80 年代開始逐漸普及到人們的日常生活中，由于該項技術的許多優(yōu)越性，使其在短短幾十年內得到了很好的發(fā)展， 而移動通信業(yè)務也產(chǎn)生了越來越高效和便于使用的技術。近年來，隨著科學技術的不斷進步，人們對網(wǎng)絡的需求量與日俱增，這使得移動通信業(yè)務得以廣泛發(fā)展， 為了滿足人們越來越高的要求，LTE 無線網(wǎng)絡技術（4G） 應運而生。聚合載波、MIMO、多點協(xié)作發(fā)送、中繼等新技術也隨之產(chǎn)生， 這滿足了人們對通信高效的數(shù)據(jù)業(yè)務的需求。而最為關鍵的LTE-Advanced 技術也成為尤為重要的4G 國際標準之一， 并得到了世界范圍內通信領域的研究人員的關注。相信在不久的將來，4G 網(wǎng)絡將普遍應用于所有用戶。 1 LTE-Advanced 技術概述及分析 1.1 發(fā)展背景 移動通信業(yè)務的產(chǎn)生改變了人類傳統(tǒng)的通訊方式，并很快取代了原始郵寄書信的通訊模式，這有效的改善了人們的生活，大大提高了生活效率，使得人們能夠更加容易的了解周圍發(fā)生的事情， 移動通信業(yè)務的發(fā)展是人類歷史上的一大進步。 至今為止， 通信領域已經(jīng)經(jīng)歷了三個重要的發(fā)展階段，每一次的改善都是重大的進步。第一代是模擬通信系統(tǒng)， 是由美國推出的一種高級移動電話系統(tǒng)，通過頻分多址技術實現(xiàn)了全國范圍的語音通信。第二代通信系統(tǒng)源于美國的CDMAone 系統(tǒng)和歐洲的全球移動通信系統(tǒng)，是數(shù)字通信系統(tǒng)的開端，它在全球范圍內都取得了前所未有的成功，目前全球移動通信系統(tǒng)仍然是通信領域的主要服務方式。隨著科技的進步，用戶對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎唾|量的要求越來越高，第二代數(shù)字通信系統(tǒng)的一些技術已無法滿足用戶日漸增長的需求，這就推動了第三代移動通信系統(tǒng)的發(fā)展，3G 標準應運而生。它包括中國主導的同步碼分多址技術、全球微波互聯(lián)接入技術、美國的CDMA2000 以及歐洲和日本的寬帶碼分多址技術。3G 移動通信系統(tǒng)是以CDMA 技術為基礎，在提高數(shù)據(jù)傳輸速率的同時還能支持多媒體業(yè)務。近兩年，3G 業(yè)務已經(jīng)廣泛的應用于全球范圍。 隨著科技的發(fā)展及人類的進步，對于能夠提供更好的通話質量、優(yōu)質的媒體服務以及更加高效快捷的數(shù)據(jù)傳輸速率的要求，這就需要更加先進的網(wǎng)絡架構和空中接口技術，基于人們這樣的需求，LTE無線網(wǎng)絡技術應運而生，標志著4G 時代的到來。 1.2 LTE-Advanced 技術分析 LTE 無線網(wǎng)絡技術是移動通信產(chǎn)生以來經(jīng)歷的一次較大的變革和創(chuàng)新， 原始3G 時代的通信系統(tǒng)中的許多基礎技術被改進或替換，這標志著人類社會更大的進步。LTE 技術對于4G 通信系統(tǒng)有更高的要求，較大的帶寬、較高的峰值速率并保證用戶在各個區(qū)域的體驗。統(tǒng)計表明，未來系統(tǒng)的吞吐量有80%~90%將發(fā)生在室內和熱點場景，這些將成為4G 時代更為重要的應用。所以，要增強熱點場景的用戶體驗，新技術的產(chǎn)生是不可避免的。 2 LTE-Advanced 主要技術 為了滿足用戶更高的要求和適應未來無線通信市場的更多應用，LTE 無線網(wǎng)絡技術產(chǎn)生并引入了許多新技術，如上下行的多天線增強技術、聚合載波技術、中繼及多點協(xié)作傳輸技術等，更大幅度的提高了無線移動通信系統(tǒng)的性能，更有利于用戶體驗。 2.1 聚合載波技術 聚合載波技術的提出是為了使LTE 網(wǎng)絡的系統(tǒng)帶寬達到相應的要求。聚合載波技術就是聚合兩個或兩個以上的成分載波，使其能夠接收更高頻率的成員載波， 并且使用了聚合載波技術的通信系統(tǒng)仍可接收其中的一個成員載波（聚合之前相應頻率的載波）。 載波的聚合分為連續(xù)的和非連續(xù)的兩種技術，如圖一、圖二所示。連續(xù)頻譜的載波聚合技術可以使基站和終端的配置更為簡捷方便，適用于3.4GHZ～3.8GHZ 頻段的頻率范圍； 非連續(xù)頻譜的聚合載波具有更高的頻譜聚合的靈活性， 并需要確定頻譜聚合可支持的終端的能力， 以便設計出最低的成本和功率損耗。 LTE 網(wǎng)絡系統(tǒng)的多個成員載波的數(shù)據(jù)流之間的載波聚合方式有兩種：物理層聚合和MAC 層聚合。物理層聚合方式是指所有的成員載波之間使用相同的調制編碼方式，并且共享同一個HARQ 進程和ACK/NACK 反饋。MAC 層載波聚合方式下，各個載波都有各自的傳輸塊， 每個成員載波使用各自獨立的鏈路自適應技術， 并可根據(jù)自身的鏈路情況來選擇相應的調制編碼方式， 各成員載波之間混合使用并能自動重傳請求HARQ 進程和ACK/NACK反饋。相比較而言，MAC 層載波聚合方要優(yōu)于物理層載波聚合方式. 2.2 MIMO 技術 LTE下行能夠支持4*4 的天線配置，其在MIMO技術中得到了進一步的增強， 使其能夠滿足LTE提升平均譜效率和峰值譜效率的需求。在MIMO技術下，下行單用戶可支持擴展到8*8 配置的場景，最多可支持8 層傳輸；上行在MIMO 下最多可支持4*4 配置，最多支持4 層傳輸。 2.2.1 MIMO 的上行多線增強 LTE 的上行技術需要考慮很多需求，如上行的低峰值比、更多的天線配置以及每個載波的單載波傳輸?shù)刃枨蟆?br /> 多天線技術使上行控制信道性能和覆蓋進一步優(yōu)化，而發(fā)射分集的方式是決定這一性能的主要因素。據(jù)調查實踐評估，在MIMO 技術上對信號使用相互正交的碼序列進行調制傳輸， 即用SORTD 的發(fā)射分集方式取代原來的碼分上行控制信道，更有利于性能的優(yōu)化。 提升容量，多天線技術空間復用的引入是上行業(yè)務信道的主要需求。與此同時，更為簡單的開環(huán)傳輸預編碼相較于發(fā)射分集更具有性能上的優(yōu)勢，所以最終確定對小區(qū)邊界的用戶直接采用開環(huán)傳輸預編碼的方式來確定上行業(yè)務信道。 2.2.2 MIMO 的下行多線增強 對于LTE 的下行信號而言，采用專用參考信號進行傳輸，所有上下行信號的發(fā)送在原則上采用基于碼本或非碼本均可。同時，對閉環(huán)MIMO 采用基于碼本的PMI 反饋方式以降低反饋開銷。目前正在采用雙預編碼矩陣碼本結構設計8 天線碼本，即用兩個矩陣的乘積表示碼本矩陣，通常情況下一個是矩陣式基本碼，另一個是在基本碼的基礎長根據(jù)信道特征對其的修正。此外，還要根據(jù)信道變化的快慢分別對其進行長周期（空間相關性）或短周期反饋（快衰因素），以進一步減少反饋開銷。 LTE 技術對于業(yè)務信道的傳輸是采用用戶的專用參考信道，對于同一用戶來說，其業(yè)務信道的不同層使用CDM+FDM 相互正交的信號作為參考信號。目前，LTE 網(wǎng)絡技術為了減少多用戶流之間的干擾，正在探討對MU-MIMO 技術進一步增強，開發(fā)聯(lián)合信號處理以及多用戶分集的增益，并且要在性能和鏈路復雜度之間做到較好的折中處理。 2.3 中繼（relay）技術 中繼技術通過在原有站點的基礎上增加新的站點來加大天線與站點之間的分布密度。原有基站（母基站）與傳輸網(wǎng)絡相連，新增的站點通過無線與母基站相連， 所以在新基站與傳輸網(wǎng)絡之間不存在有線的連接。下行數(shù)據(jù)的傳輸是先經(jīng)過母基站，然后通過母基站傳給中繼節(jié)點，最后傳輸給終端用戶，上行數(shù)據(jù)的傳輸則與下行相反。通過這種方法可以提高系統(tǒng)的用戶數(shù)據(jù)率和頻譜效率， 拉近了終端用戶與天線之間的距離，提高了終端鏈路的質量。 為了滿足用戶對高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�，提出了中繼技術來提高小區(qū)邊緣用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率和平均吞吐量。目前較為簡單的中繼是兩跳中繼，即基站—中繼站和中繼站—基站這兩條鏈路，使用這種方式可將一條質量較差的鏈路轉換為兩條質量更好的鏈路結構，從而提高鏈路的容量和覆蓋。 目前中繼可分為兩種類型，即Type1 中繼和Type2 中繼。Type1 中繼因其自身具有獨立的小區(qū)ID，所以它可以通過發(fā)送自己的同步和導頻信號來控制一個單獨的小區(qū)， 對其覆蓋范圍內的每個小區(qū)來說都相當于有一個自己的主基站。而Type2 中繼不具備Type1 的擁有獨立小區(qū)ID 的性能， 因此不能夠形成新的小區(qū)并發(fā)送自己的同步和導頻信號，Type2 中繼主要用來增加頻譜效率和小區(qū)的吞吐量。表一為移動端是否中繼的基站信息記錄。 2.4 多點協(xié)作技術（CoMP） 多點協(xié)作傳輸是一種較為廣泛的天線技術，主要采用分布式，即小區(qū)邊界區(qū)域的終端，其自身傳輸?shù)男盘柲軌蛲瑫r被多個小區(qū)接收，并且能夠同時接收來自多個小區(qū)的不同的請求信號，因此使得小區(qū)邊緣用戶的系統(tǒng)性能得以改善。下行傳輸時，通過協(xié)調多個小區(qū)之間的發(fā)射信號避免彼此間的干擾，能夠大幅度的提升下行傳輸?shù)男�。上行�?shù)據(jù)傳輸時，也可協(xié)調抑制各小區(qū)之間的干擾情況，有多個小區(qū)同時聯(lián)合接收信號并合并，從而可提升接收信號的信噪比，達到更好的效果。 在采用傳統(tǒng)的傳輸方式時，小區(qū)之間存在干擾，這易導致邊緣用戶的性能下降，多點協(xié)作傳輸技術通過在各機基站之間共享信息，能夠有效的消除各小區(qū)之間的相互干擾。多點協(xié)作技術可根據(jù)各基站之間是否共享用戶信息分為聯(lián)合傳輸和協(xié)作調度/波束成形兩類。 聯(lián)合處理或協(xié)作調度/ 波束成形這兩種方式均可提高系統(tǒng)的性能，但彼此之間各有各的優(yōu)缺點。聯(lián)合傳輸是指信號同時從兩個或兩個以上的基站傳輸，因此聯(lián)合傳輸相較于協(xié)調調度/ 波束成形方式能夠更好的改善用戶性能。但是在聯(lián)合傳輸模式下，每個小區(qū)用戶占用過多的資源，所以對于平均速率來說,聯(lián)合傳輸模式要低于協(xié)作調度/ 波束成形的方式，聯(lián)合傳輸對于單用戶來說性能增益較小，而協(xié)作調度/ 波束成形的方式單用戶的性能增益較高。對于多用戶模式，用戶的平均速率和邊緣用戶的性能都有較大程度的改善。 3 結束語 新的事物象征著發(fā)展，引入LTE 技術標志著人類在不斷的進步，這滿足了人們對網(wǎng)絡更高的要求，從3G 到4G 時代的改變，將是人類社會上又一項重要的進步。小區(qū)吞吐量、數(shù)據(jù)傳輸速率及空間接口技術的不斷提高，使得無線扁平化技術興起，這是無線網(wǎng)絡架構史上的偉大進步，LTE-Advanced 技術的產(chǎn)生和發(fā)展勢不可擋，其發(fā)展標準甚至超過了原有的由ITU 制定的標準， 并且LTE-Advanced 技術能夠完全兼容LTE 無線網(wǎng)絡技術。本文對LTE-Advanced技術的發(fā)展及相關的主要技術進行了介紹，并就其關鍵技術做出了探究�？梢灶A見，LTE-Advanced技術將在很長一段時間內作為世界范圍移動通信領域的熱點研究課題， 這將更有利于推動第四代通信技術的發(fā)展，人類進入4G 時代不再遙遠。 |
