LTE-R12版本以及后续演进

1、LTE 第12版以及演进简介：基于LTE无线接入技术的4G移动宽带统的已经进入了大规模的部署阶段，截止2011年末已经有1200万用户，并且预计在2015年达到5亿用户。现在开始部署的LTE是基于3GPP 8/9 版本，也就是LTE的第一个版本。但是为了满足合理的满足运营商和用户的期望，持续的提高运营商和用户的体验，LTE无线接入技术会不断的向前演进。LTE的演进中道路中的第一步被称作TLE-A，是作为3GPP Re1-10中的一部分于2010年定案的。版本10在各个方面扩充和提高LTE无线接入技术的性能，包括传输大于20MHZ的带宽和通过载波整合来提高频谱的适应性，加强了基于扩展和更弹性化的

2、参考信号的结构的多天线传输技术。同时介绍了继电保护功能，也意味着不仅可以把LTE应用在网络接入中，还可以作为一种无线回路（wireless backhauling）的解决方案。 最近，3GPP已经进入LTE Re1-11的最后阶段了。除此之外，为了更好的改良Re1-10中的一些部分，LTE Re1-11 包括了CoMP（coordinated multipoint transmission/reception）的一些基本功能，同时为了提高能效和降低干扰而改良了载波结构。满足支持GSM,HSPA和LTE的终端和基站更高的性能要求，也是Re1-11版本的任务之一。对于LTE Rel-10/11版本

3、来说另一个主要关注点是加强对于局部地区接入和通信的非均匀部署。虽然这样的部署，既低功率节点部署在大功率节点的覆盖下已经在第一个LTE版本已经实现（已经更早的无线接入技术，包括3G/HSPA和2G的GSM中），10/11版本又引入了额外的功能，以增强异构部署和扩展低功率节点的范围，尤其是广域和局域层运行在同一个载波频率上时。由于LTE 11版本的规范已经进入尾声，3GPP逐渐把重点转移到下一个主要的步骤上，有时被简称为LTE-B（如图1）。本文的目的是一些LTE进一步演进上的一些关键技术。图一：LTE的演进2进一步加强局域接入改善通信容量和扩展无线接入网可达到数据速率的关键是进一步的密致化的网络

4、，即网络节点的数目增加，从而使用户终端物理上更加接近网络节点。除了直接大规模部署致密化网络，网络的致密化还可以由在现有的宏节点层覆盖下的互补的低功率节点实现。在这样的异构部署，在本地，低功耗节点提供了非常高的通信能力和服务水平（终端用户吞吐量），例如：当宏层提供全区域覆盖时的室内和户外热点位置。因此除了广域覆盖宏层，低功率节点同样能够提供局部地区的网络接入。相比更常规的宏层部署，在一般情况下，当考虑本地区域层的部署时，重要的是要理解和考虑到这种部署方面的特点和限制的差异。例如，虽然通常来说低部署量，运行成本和能耗是三个非常重要的方面，但是这些方面应该在局域接入部署中被进一步强调。因为大量的这样

5、部署的网络节点中，每个节点的负载和使用率往往还比较低。同时，当本地区域层部署在终端随时可以接回的宏层下时，局部区域层的可靠性和覆盖要相较于非常高的可靠性和覆盖范围要求的宏层而言得到一定程度的降低。就传输而言，对每个局部区域的节点而言同时处于活跃的用户终端非常少。可以预期，由于非常低的平均负载和非常高的瞬间数据传输率，传输动态范围变化会非常大最后，与宏层相比，可以预期的是：在局部区域层，用户终端将是静止的或者缓慢的移动。LTE从第一个版本开始就能够在很宽的范围内拥有良好的表现，包括广域接入和局域接入。然而，随着对搞数据速率的稳定性的关注，针对当地区域的情况进一步优化，应考虑到上述的要求。2.1离

6、散频率的局域接入正如上文提到的，在异构部署的3GPP业务包括Rel-11，主要集中在相同的频率操作，即广域和局域层在同一载波频率上运行。主要原因是，特别是对拥有有限的频谱的运营商，他们不必为各层分裂频谱，减少带宽，也可实现的数据速率可在每一层中传输。因此，现在3GPP中功能的焦点主要针对处理中的相同频率的部署的不同层之间的层间干扰。然而，由于较低的频率已经被蜂窝和非蜂窝服务大量使用，在未来的可用频谱将主要集中在更高的频率（3.5GHZ甚至更高）。在一般情况下，更高的频带不太适合于使用在一个宏内部署。并且，在世界的某些地区，在室外使用3.5 GHz频段和最大输出功率受到一定的监管和限制。随着更高

7、的频带在宏层使用上的受限，需要更多地考虑附加在宏层之下的工作在高频并且频率离散的局域接入。这样频率分离的局域部署不仅避免了在Rel-11中提出并讨论过的相同频率的部署的层间干扰问题，相比运行在相同的频率下，它也提供了一些额外的好处。目前，在3GPP中，许多方面，局域接入节点对RF要求与广域一样严格。其中一个原因是，3GPP一直假设局域和广域部署可以共享相同的频带。对RF的要求十分严格，例如相邻信道受到抑制时，为避免阻塞靠近本地区域的临近局域节点，会连接到具有高输出功率的并可能在相邻频域的广域层。然而，如果额外的频带只能被用于本地区域访问，它是能够放松局域接入节点的对RF要求的。离散频率的部署方

8、式，还允许在广域和局域层采取不同的双工方案。总之，相较最新的广域部署，现在对局部地区部署的兴趣正在不断增加，在这种情况下 TDD越来越重要。例如，现有的广域的FDD网络可以由局域层使用TDD来补充。为了更好地处理在一个局域内流量的高度动态变化，这时从一个局域接入节点发送或接收数据的终端的数目可以非常小，动态TDD是十分有益并且必要的。在动态TDD中，网络可以动态地使上行链路或下行链路传输的子帧与瞬时流量的情况相匹配，这会让用户终端的性能得到改进。动态TDD要求离散频率的局域部署，以避免层间干扰。例如，如果广域层的下行链路传输干扰到局域层的上行链路传输，可能会严重限制局域层的性能。2-2广域和局

9、域的交互-软小区传统的局域接入运营方式是局域节点自建独立的小区，这些小区单独运行并且相对独立于叠加在局域层上的宏层。在这种情况下，低功率节点传输与小区相关联的所有的信号，包括特定小区的参考信号和同步信号，以及系统的全套信息。此外，移动装置只能单一地与一个局域节点或一个宏节点连通。很显然，一个独立的节点不管是否存在广域层都可以运行。然后终端在广域已经覆盖的到的地方，通过一个更综合的方式，既同时连接到广域和局域两个层获以取更多的好处。如图2中所示，软小区，是一种使所述终端具有双连接的手段：1广域层通过锚载波（降载波），用于传输系统信息，基本的无线资源控制（RRC）信令和可能的低速率高可靠性的用户数

10、据2局域层通过升载波，用于大量的高速率用户数据。此外，升载波传输应该在没有特定小区的参考信号和无系统信息的传输时有非常陡峭的性质以达到最小能量的开销。实际上，升载波应该只在 发送信息给终端的子帧的载波中存在。陡峭性能传输（ultra-lean transmissions）不仅造就了一个非常节能的局域层，降低了运营成本，同时也降低了干扰水平。这对非常密集的区域部署起到了十分关键的推动作用，否则，从低到中等负荷都会受到不同程度的干扰。此外，软小区也将提供了稳定性性和移动性方面的好处。在升连接丢失的情况下，终端仍然通过锚载波连接，从而避免一个完整的无线链接的失败。广域层也可以帮助终端减少复杂性和功耗

11、，例如，通过终端寻找局域节点时提供辅助信息。最后，动态TDD和宽松的RF要求都要作用于升载波上，以实现在上一节所讨论的好处。图2：软小区 广域和局域层的双连接锚载波和升载波传输的调度分别受广域和局域节点的控制。因此，两个载波有单独的调度器，也没有要求层与层之间的互连低延迟。显然，在一个软小区部署中当广域和局域层紧密互通时，在局域层之上当有一个覆盖全区域的宏层运行。低功耗的局域节点被部署在偏远地区，那里没有广域覆盖，这时显然需要独立运行的低功耗节点。以现有LTE规格和局域优化已能初步提供特定产品以供选择来看，这样的部署是可能的，例如，在输出功率和容量方面。前一节中提到的增强，即宽松的RF要求和动

12、态TDD，也可以适用于这种独立的情况。同一个节点可以运行为一个独立节点或作为软小区配置的一部分 - 的两者之间的差别仅是传输信号的不同。对不同的终端，节点甚至可以有不同的表现。因此，从单机运行向软小区转移很简单。3多天线增强从LTE第一个版本就出现并且在后续版本中得到的进一步增强的不同类型的多天线传输技术已经在LTE的无线接入技术中成为不可分割的一部分。更具体地来说， Rel-10扩展的下行链路的空间复用多达8层，上行链路的空间复用多达四个层。这项工作的一个重要组成部分，是引入更灵活的下行参考信号结构，为新型天线的安排和新的传输技术，铺平了道路,如CoMP。作为一个扩展的Rel-8的参考信号结

13、构一个用于解调和信道状态报告的单一参考信号类型，Rel-10允许通过解调参考信号（DM-RS）和信道状态信息的参考信号（CSI-RS）来分离这两个功能，对两个功能分别进行了优化。在Rel-11，扩展的参考信号结构也可通过引入增强的物理下行链路控制信道（ePDCCH）用到L1/L2控制信令中。从REL-11 到REL-12，一个悬而未决的问题是如何增强CSI反馈3。由于在REL-11的技术和结果中存在巨大的分歧，第一阶段应是进行协调并统一标准以确保能够介绍相关增强功能。在Rel-12的中CSI反馈增强的候选方案包括：在基站处设四个天线，增强频域中的相邻间隔尺寸。 3.1阵列天线系统和波束成型相比

14、传统的部署中通过馈线电缆连接到收发器的无源天线，有源阵列天线系统（AAS），RF元件，如功率放大器和收发器集成天线阵列，提供了以下几个好处。不仅电缆损耗减少，从而改善性能和减少能源消耗，而且安装工作得以简化，并减少所需的设备空间。不幸的是，由于缺少相关的RF和电磁兼容性（EMC）要求，用于有源天线阵列系统的支持在3GPP中是有限的。因此还要继续在Rel-11开始研究这些资料，在Rel-12的中定义这些需求和进行相应的测试方法是十分必要的。空间维度是AAS的关键方面，它会增加问题的复杂度，有可能还要可能需要一些有限的（OTA）测试使用。法规要求应该要考虑并且无线多标准应该被视为基准。为了限制工作

15、的范围，包括载波指定倾斜和可变波束宽度在内的基本功能都应该考虑在内以建立一个基准线方法学和术语，如果需要的话，可以拓展到更先进的功能。相较于建立需要的相关性能，定义更高性能的有效率是有限的，例如仰角波束形成或大规模MIMO。相较于常规带有小区专用的带反馈的扇形天线相比他可以更好的利用高程域，有源天线还可以使用更先进的天线理念例如垂直堆叠天线元素。几个可能的技术是，包括动态的特定终端的下倾，多用户MIMO，和垂直的扇区化。发展过程的一个自然步骤是吧海拔域的水平域的波束形成一起考虑。不同方法的性能是基于信道和传播模型的。其中信道模型是要在开始时候定义的。现有的在Rel-10/11CSI定义的馈机制

16、中应被视为基准，以确定潜在的改进。此外，有灵活的回程需求的CoMP应该成为核心以扩大CoMP的应用。协作多点的传输和接收协作多点传输和接受最初是为了减少小区内部干扰，但是同样也可以用于增加覆盖面积。目前为止，3GPP已经考虑到了上行和下行链路。上行CoMP很大程度上是在尽可能的减少需求情况下达到更多的指定的工作，尽管一些增强上行正交性的小的增强的功能是第十一版本的一部分。下行CoMP，另一方面，主要在该地区的CSI反馈方面需要一个较大的努力。鉴于此目的，多点CSI反馈网络构架在十一版本里应运而生。由于CoMP中还有很多未解决的问题，这些问题还要使用，所以这些工作在第十二版本中应该还要继续，例如

17、多点CSI和下行控制信道的增强。精益载波能量效益在无线通信中变得越来越重要。由于电池的限制，设备端的能量效率更加重要，在网络端的能量效率也越来越被人们关注。除了追求一个更稳定，提高能源效率还可以提供很大的经济效益。对于大多数运营商来说，很大一部分网络运行的能量是由整体运行开支消耗的。为了减少运行成本，提高能量效率是非常重要的，因为未来的能量的价格会越来越高。减少基站的能源消耗可能会开启新的部署方案，例如在没有电站可以介入的地方，提供太阳能供电的大小合适的基站。这对于在农村地区以至于全世界发展移动带宽服务是相当重要的。网络的能源效率在很大程度上是一个执行问题，然而，特殊功能的实现要么减少要么增加

18、能量效率。很大一部分的能量是在在小区节点的放大器直接或者非直接的消耗的尤其是高能源消耗的节点。此外目前可用的能量放大器的能量消耗与放大的功率输出是远远不成比例的，即使是在低功率输出时候也消耗着不可忽视的能量，例如当只有有限的控制信号在另外一个空的小区内传输的。减少那些一直需要发送的信号显得尤为重要，因为在没有数据要发送的时候他可以让基站关掉发送电路。 在十一版本中，一个修改过的载波结构，在发送当小区指定的参考信号并且删除五个子帧中四个子帧时候和ePDCCH被控制信号使用时被引进。他不但改善网络能量消耗效率，而且减少低到中等链路的干扰，允许更高的最终用户的吞吐量，并提高了系统的效率。 在十一版本

19、中的修改过的载波结构只能在与载波聚合的时候使用，限制了他的使用。为了增加灵活性，在没有在Rel-12的载波聚合的情况下，优选也支持精益载体，和 Rel-11精益载体相比，这样的单机载体需要支持空闲模式操作和系统信息的分布。精艺载波的内部，无论是在Rel-11载体聚合有限版本和在Rel-12的一个潜在的单机版，都是向后兼容性的影响。并不是所有的传统终端所期望的信号将被发送伪作为精益载体的一部分，证明了只有心的终端才能访问精艺载波。精艺载波的发展会在实际中受限于载波的限制，这些载波由于，没有合法的终端运行还没有被LTE使用。机器类型通信当今世界正在朝着网络化发展，并且所有的设备可以互联还可以通信。

20、因此，很多领域如运输和物流，智能电网，电子医疗等，在各种通信设备和交通的预期会有一个显着增长。所有可以从网络连接获益的设备都会被互联，并且互联的数量会远远超过注入智能手机等的以人为中心的设备。很显然，有很多机器类通信的使用场景和情况例如下图3，定义一个单一的节点是很困难的。例如一个远程监控摄像机对网络提出一个要求相对于货物跟踪应用程序监控一个集装箱位置是相当不同的，后面两个典型的例子中的挑战不是要发送的数据量，却是通信设备的巨大数量和低消费的要求和在终端的非常低的能量消耗。虽然LTE是能够处理广泛的机器类型通信方案今天已经，应考虑以更好的进一步增强和改进， 1支持低价位和低复杂度的设备类型以匹

21、配低的性能要求2允许低能量消耗的数据传输，保证长时间的通信3在每个单元内部处理大量设备寻找低价位的MTC设备类型的技术在当前是是被认为3GPP中11版本的研究的一部分，这些技术，半双工操作，降低峰值数据速率和减少带宽操作（小于20 MHz）是特别让人感兴趣的。但如果天线被允许（相对于当前对作为基准的双路接受的要求）并且最大上行传输能量被减少的话附加的简化功能是可以实现的。然而，必须保证小区覆盖的丢失和小区频谱效率可以有效的限制。为了使电池有更高的持续时间，每个设备的数据传输所消耗的能量都要被减少的最小。对于不是很频繁的数据传输，如果DRX周期可以延长的话能量消耗会被很大的减少。这使得设备利用延

22、长睡眠时间，同时在不发送数据时最大限度地减少读取的控制通道和流动性相关的测量。此外，不频繁传输少量的用户数据通常与信令程序是相关的，这些信令程序有时从功耗的角度来看，比数据传输本身更昂贵。因此，偶然的小的数据传输可以简化这些程序提供显着的好处。由于连接的机器数量回答道一个相当大的数量，机制要处理小区内的相当大的数量的设备，被称为增强的访问限制的下载控制方案正在被LTE中的第十一版本只作为标准以防止由于大量访问引起的RAN的过负载。通常的来说，每个连接的设备可以导致非常大的控制计划的下载，因此在减少每个通信设备的信令引起的网络压力时候轻量级的信令程序亟待出现。注意一个轻量级的信令方案可能在同一时

23、间提高设备电池消耗。设备间通信最近邻近的应用程序和服务社会的技术发展趋势和日益增加的市场利率在短距离通信中引发了研究和发掘潜在的直接设备到设备（D2D）通信的标准化社区，在许可（移动）和无牌（或不使用）谱5678。因此，3GPP已经开始研究基于邻近的服务相关需求和可能的技术引擎9。 3GPP考虑的两个主要 直接设备到设备的通信用例是接近为基础的社会网络和国家安全，公共安全（NSPS）对于这些用力，可以分为两个情况：1接近检测，其中一个设备在其附近发现另一个设备（及可能也决定了所提供的服务的类型），2两个设备间的通信基于邻近的社交网络，首先可实现接近检测，其次是通信阶段，可通过蜂窝网络或通过直接

24、的设备到设备通信链路。在这两种情况下有理由相信基础网络覆盖可以提供网络帮助。该网络可以协助诸如与时间同步，发现信号配置，以及身份和安全管理，相较于一般的技术提供更快更有效的机制。因此，在3GPP的研究应该从调查网络辅助接近检测。为了公众的安全，另一方面也需要支持通信在没有网络覆盖的情况。设备到设备的直接通信因此也是这种使用情况下的要求。这种强烈的需求非常不同于商业服务，并可能影响的无线接口的设计。鉴于这种原因，寻求在一般公共安全系统的基于3GPP的系统宽度的研究是首选的，而不是在指定设备到设备的通信间直接开始工作。结论本文提供了一些可能成为LTE REL-12领域的高层次概述，包括额外的功能，

25、例如针对当地区域的访问和异构部署，多天线增强，能源效率的改进，进一步提高支持机器类型通信，以及不同方面的设备到设备的直接通信。显然，LTE是非常复杂的平台，并将持续的发展以满足更新的要求和更多的情况。参考1 E. Dahlman, S. Parkvall, J. Skld, “4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband”, Academic Press, Oxford, UK, 20112 Heavy Reading, “LTE TDD Operator Business Case & Adoption Forecast”, March 20113 RP-, “Further Downlink MIMO Enhancement for LTE-Advanced,” 3GPP RAN Plenary, Xiamen, China, Feb. 28 - March 2, 2012 4 3GPP TR 36.888, “Study on provision of low-cost Machine-Type Communications (MTC