LTE-U技术调研

1、LTE-U技术调研1 概述非授权频段是指在在满足政府部门有关规定，不需要授权就可以直接使用的频段。目前，移动运营商所经营的移动通信网络都是运行在授权频谱上，这些频谱是需要付费使用并且授权频谱数量较少。随着移动终端智能化时代的到来，移动通信网络的负担的数据服务呈爆炸式增长，为了满足不断增长的数据服务的需求，我们很自然的想到利用非授权频谱来分摊移动网络的负担。随着4G技术LTE的不断成熟、稳定，如何利用LTE的先进技术让LTE运行在非授权载波上成为了现阶段的一个研究热点，这也即是我们所说的LTE-U。本文针对该技术从一下几个方面展开调研，LTE-U方案的可行性、LTE-U涉及的相关技术、LTE-U

2、与现有的移动通信技术兼容问题及采用LTE-U所带来的移动通信网络的性能的提升等。2 LTE-U提案2.1 LTE-U的设计原则1LTE空中接口改动最小化。在对LTE进行必要改动时，应保持LTE的技术先进的优势，如以基站为基础的资源分配和调度，链路自适应的先进功能，控制信道稳健性的干扰，上行链路功率控制的能力等。可与授权频谱进行聚合。非授权频谱应该与现有的授权频谱进行整合，这样便可以充分利用现有的LTE系统部署的优势，实现与现有系统共存的目的。确保与现有系统的共存。非授权频谱是一个公共频段，目前使用非授权频谱进行无线接入的技术很多，如WiFi、Bluetooth、ZigBee等，这就需要合理的设

3、计通信协议，确保他们可以进行信道共享。2.2 基本原理1-3与现有的LTE移动通信网络系统进行整合是LTE-U的关键所在。我们可以将未授权频谱作为次选频谱，通过载波聚合技术将未授权频谱与授权频谱整合到一起，从而可以实现频谱的高效利用。未授权频谱作为一种次选频谱，我们可以设计该频谱作为DL、UL的载波或者仅作为DL的载波，与此同时，位于授权频谱的主载波可以以任意模式进行操作。图1.授权频谱与非授权频谱的聚合如图1.所示，将非授权频谱与授权频谱进行聚合之后，将会带来性能的巨大增益。首先，移动终端的可移动性仍由LTE网络来保证，同时，LTE与LTE-U的联合调度可以保证LTE网络流量的平稳性，减轻了

4、LTE网络的峰值负担；服务的安全性和服务质量也完全由LTE网络得到保证；对于LTE网络密集部署的小区，由于LTE-U的介入，增强了小区的协作，从而有利于降低小区间的干扰；除此以外，由于LTE-U对现有的LTE物理层设计和原理的高度兼容，使得LTE-U的部署成本可能是微不足道的。图2.LTE与LTE-U联合部署的优势3 技术介绍LTE-U与现有的WiFi相比有着明显的优势，它对移动通信网络的带来的性能提升完完全全来自坚实的LTE先进技术。3.1调度技术4由于沿用LTE先进技术，所以LTE-U将会使用集中调度的方案，即无线资源由基站集中控制和分配。终端之间无需去竞争资源。与此不同，WiFi使用竞争

5、的方法去各自抢占资源不但集中需要去抢占资源，而且各个终端也要去抢占资源这使得WiFi在资源使用效率上较低。3.2 干扰协调技术4干扰协调技术包括频率上的干扰协调技术（ICIC）、时间上的干扰协调技术（eICIC/FeICIC/MBSFN子帧等）、发射功率控制（TPC）等。ICIC 技术使得自己“用不完”的资源块（RB）“让出来”给别的小区使用，如图3所示。在图3中，对于20MHz的系统可以这样划分，f1为RB0RB31，f2为RB32RB63，f3为RB64RB99。这样，在相邻的小区之间的小区边缘上，UE分配到的频率各不相同，从而避开了主要干扰。当然，还可以使用半静态ICIC技术和动态ICI

6、C 技术。在WiFi系统中，一个AP抢占到资源后是使用全部频率资源的，从而没有办法在频率上进行协调。eICIC的原理是通过宏小区把一个或多个子帧配置为“几乎空白的子帧”，微小区/Pico小区/Femto小区在子帧上为小区边缘UE提供服务，从而避免了主要的干扰，从而提升了小区边缘UE的服务速率。如图4.所示，处于边缘的UE2在子帧1、子帧40*k+1得到服务，而这时候宏站“让开”了该子帧，宏站是主要的干扰源。图3.ICIC原理示意图图4.eICIC原理示意图在WiFi系统中，AP或STA也是在时间上协调资源。但由于存在竞争窗和回退问题 ，时间的利用效率不高。3.3 自适应重传请求技术4当物理层传

7、输块传错之后，LTE及以后的LTE-U接收端不会丢弃传错的传输块，而会等待重新传输的同一传输块。接收端在接收到重新传输的同一传输块之后进行合并操作。从而有效的利用了之前的传输的能量，提高了传输成功率。目前，WiFi系统没有这样的技术。3.4 载波聚合技术4LTE在Rel-10版本中引入了CA技术。终端跟基站建立无线资源控制连接的载波称为主载波，除了主载波外的载波称为辅助载波。LTE-U也可使用CA技术，由于LTE-U沿用LTE技术，因此，二者的兼容性将远远超过LTE系统与其他接入技术的融合，这也将成为未来LTE-U技术的最大优势所在。如果由授权载波来传递控制信息，非授权载波能够得到充分的利用。

8、这一点优势是WiFi系统不可比拟的。3.5 载波感知自适应传输2在WiFi和LTE-U密集部署的小区，LTE-U系统可能无法发现空白的信道，在这种情况下，LTE-U可以通过载波感知自适应传输技术来实现与相邻小区的WiFi或LTE-U共享信道。传统的信道共享机制，如WiFi中的LBT和CSMA机制。这些技术的共性就是在使用共享信道进行数据发送时首先要进行载波侦听，以确保共享信道是处于空闲的状态。对于载波感知自适应传输CSAT机制，CSAT定义了一个发送循环周期， 在这个循环周期里，LTE-U只用一部分时间间隔进行小区的传输，其中传输执行与传输关闭的占空比是由小区内其他传输系统的活动程度决定的，这

9、样就可以确保信道的共享和服务的质量。图5.CSAT的传输原理如图5.所示，小区中的LTE-U系统通过周期性发送开启和关闭发送转态，以确保与WiFi的兼容。4 应用场景2-3 图6.（a）图6.（b）如图6.（a）所示，图中展示的方案是同一个小区内同时使用LTE-U和LTE进行部署的场景，在这种情景下，运营商投入的成本将会非常低，可以充分利用现有的LTE网络；另外，LTE-U与LTE的联合部署将会有利于授权频谱与非授权频谱的高效聚合，有利于实现高速的数据传输。图6.（b）则给出了在室内部署LTE-U的场景，这样将会大大改善类似企业、学校等公共场所的无线上网体验。在以上的部署场景中，势必会遇到LT

10、E-U、WiFi的联合部署的情况。在这种场景下，由于LTE-U与WiFi均工作于非授权频段，因此我们首先要考虑的就是LTE-U与WiFi的信道共享问题。图7.非授权频谱分布 图8.（a）CSAT 图8.（b）LBT针对信道共享问题，图8.给出了两种解决方案，（a）是采用CSAT机制，（b）图是未来将要制定的LBT机制。采用联合部署可以充分的利用现有的WiFi网络部署，达到节省成本的目的。图9.信道共享算法流程5 性能分析对于LTE-U而言，将5GHz附近的非授权频谱运用到小小区是一个理想的选择，这将会显著增强LTE移动网络的信息承载能力。以下我们对LTE-U性能的分析也是基于此场景进行的。图1

11、0.LTE-U的设定场景5.1 容量性能35.2 数据速率2图12.场景部署在对数据率性能进行分析时，我们采用了以下具体的部署场景：宏小区间的距离为500米，每个宏小区中拥有一个半径为50米的微微小区簇，这个小区簇中随机的配置有4到8个小基站，每个小基站之间的最小距离为10米，宏小区内三分之二的用户随机分布在以小区簇为中心的70米的半径范围内，剩下的用户则随机的分布于宏小区各个角落。本次性能分析时，我们与WiFi技术进行了对比。此处WiFi技术采用LDPC编码和信道选择方案。具体参数配置如下：表1.参数设置通过进一步的仿真，我们得出了以下的结论：（1）每个宏小区中微微小区簇由4个微微小区组成。图13. DL平均用户数据速率增益（2）每个宏小区中微微小区簇由8个微微小区组成图14. DL平均用户数据速率增益5.3 吞吐量3图15.LTE-U对系统吞吐量的增益6 结束语本文给出了未来LTE-U的一些可能的关键技术，首先，我们应该充分肯定LTE-U的优势所在，另外，一些非技术因素也应该考虑进去，如各个国家对非授权频谱的开放使用、LTE-U的成本优势等。从现有资料分析来看，LTE-U必将会蓬勃发展，未来的非授权频谱使用竞争将会更加激烈。7 参考文献1 Unlicensed Spectrum Utilization of LTE,