《LTE基础原理与关键技术》课件第14章

第14章LTEA技术进展14.1IMT-A和LTE-A时间计划表14.2IMT-A和LTE-A需求对比分析14.33GPPR8/R9/R10标准进展摘要14.43GPPLTER9技术重点14.53GPPLTE-R10物理层重点技术

2008年1月，ITU-R向全球发出了征集IMT-Advanced技术的通函，各技术阵营在2008年底开始向ITU-R提交IMT-Advanced技术提案。3GPPLTE作为当时最受关注的宽带移动通信系统标准，当然希望在IMT-Advanced阶段占有有利地位，进一步巩固LTE标准在未来市场竞争中的优势地位。

LTE标准自2004年11月启动，当时的主要目的是为了对抗WIMAX等标准，因此其标准本身不是真正意义上的“4G标准”，还不能满足IMT-Advanced的技术特征。在2008年3月，在LTE标准化基本接近完成时，LTE-A(LTEAdvanced)项目又在3GPP拉开序幕。LTE-A启动的背景就是为了满足ITU-RIMT-Advanced技术征集的需要，同时通过LTE至LTE-A的平滑演进，一旦LTE-A能成功入选IMT-A标准，则可以保证LTE至未来IMT-Advanced的平滑演进。

3GPP中，标准的形成一般需要经历四个阶段，如图14.1.1所示。3GPP在各阶段均借鉴了国际上其他标准组织的多项成果，同时，为了有效地协调工作，3GPP还下设了多个工作组，图14.1.2描述了3GPP工作小组职责划分。14.1IMT-A和LTE-A时间计划表

图14.1.1标准四个阶段阶段1:需求。

·SA1/NGMN

·ITURWP5D

阶段2:架构。

阶段3:规范细节。

·RAN1/2/3/4/5

·SA3/5

阶段4:测试。

·LSTI

其中，RAN小组又下设5个工作小组:RAN1(物理层)、RAN2(L2/3协议)、RAN3(架构及S1/X2界面)、RAN4(RF&RRM性能)和RAN5(UE一致性测试)。

图14.1.23GPP工作组职责在2008年3月，ITU-R新成立了WP5D(第5D工作组)，专门负责IMT-Advanced技术的征集和评估，其组织架构如图14.1.3所示。

WP5D在第一次全会上发出了征集IMTA的通函，标志着IMTA技术征集正式拉开序幕；在2008年6月的第二次会议上，讨论了IMTA的基本需求和各阶段提交的时间表，截止2009年10月，WP5D第六次会议召开前，都为IMTA后续技术提交阶段；六次会议还确定2010年6月WP5D第八次会议前，为技术评估阶段；2010年12月前为一致性构建阶段；在2011年3月前，基本结束技术规范。

图14.1.3WP5D小组组织架构与分工为了保证IMT-A技术的先进性和公平性，ITU聘请如下一些组织机构，作为IMT-A的评估机构:①ARIB(Japan)；②ATISWTSC(Japan)；③CEG(CanadianEvaluationGroup)；④ChEG(ChineseEvaluationGroup)；⑤ETSI(Europe)。⑥IEG(IsraelEvaluationGroup)；⑦TCOE(India)；⑧TR-45(USA:MPCSS，个人移动通信标准组织；TIA，电信工业协会)；⑨TTAPG707(Korea:电信技术协会)；B10-UADE(Argentina:InstitutedeTecnology)；B11-WCAI，无线通信国际联盟；B12-WINNER＋(Europe)。为完成IMT-A的工作，3GPPTSGRAN#39全会上，通过了SID和工作计划，各公司介绍需求和技术观点，初步明确基本需求和研究方向。在RAN#40全会上，通过了LTE-A需求档TR36.913的初稿，该需求高于ITUWP5D#2会议上确定的IMT-A基本需求。同时，在RAN#41全会上，基于前期的初步研究成果，形成了一个概念性的提案，并在ITUWP5D#3会议上提交。另外，在RAN#45全会上，基于前期的研究成果，形成了一个最终的技术提案和自身评估报告，并在ITUWP5D#6会议上提交。

IMT-A和LTE-A时间安排如图14.1.4所示。

图14.1.4IMT-A和LTE-A时间计划表

从IMT-A和LTE-A时间安排看，3GPPLTE-A小组做好了时间安排和技术准备工作，力争把LTE-A标准转化为IMT-A候选标准，并且这种可能性极大。

14.2.1IMT-A基本需求

表14.2.1描述了IMT-A的基本需求，从这些需求看，全面低于LTE-A的需求，许多需求与LTE-R8相当。14.2IMT-A和LTE-A需求对比分析表14.2.1IMT-A基本需求14.2.2LTE-A基本需求

LTE-A通用需求

LTE-A通用需求描述如下:

(1)与LTER8平滑演进和强相容:

·LTER8需求完全适用于LTE-A。

·LTER8终端可以接入未来LTE-A系统，LTE-A终端也可以接入R8系统。

(2)支持所有覆盖场景:宏小区、室内环境、家庭覆盖等。

(3)针对室内、热点游牧场景进行优化。

(4)自配置、自优化功能得到进一步加强。

(5)成本更低。

(6)频谱:

·频谱聚合；

·最大支持100MHz带宽；

·潜在频段:450～470MHz、698～862MHz、790～862MHz、2.3～2.4GHz、3.4～4.2GHz和4.4～4.99GHz。LTE-A性能需求

LTE-A性能需求如下:

(1)峰值速率:

·DL:1Gb/s(相比R8300Mb/s提高3.3倍)；

·UL:500Mb/s(相比R875Mb/s提高6.6倍)。

(2)频谱效率:

·峰值:DL30b/Hz/s基于8×8(相比R815b/Hz/s提高2倍)；

UL15b/Hz/s基于4×4(相比R83.75b/Hz/s提高4倍)。

·平均:DL3.7b/Hz/s基于4×4(相比R81.69b/Hz/s提高2.2倍)；

UL2.0b/Hz/s基于2×4(相比R80.73b/Hz/s提高2.7倍)。

·小区边缘:DL0.12b/Hz/s基于4×4(相比R80.05b/Hz/s提高2.4倍)；

UL0.07b/Hz/s基于2×4(相比R80.028b/Hz/s提高2.5倍)。

·VoIP能力:与LTE基线相比，提高3倍以上。

·平均和边缘用户吞吐量的改善相比峰值效率和VoIP能力的改善更明显。

(3)移动速度:

·最高350km/h，甚至500km/h；

·系统性能在0～10km/h下得到完美体现。

根据3GPP各小组进展，R8/R9/R10各标准进展与计划如表14.3.1所示，3GPPRAN#45全会于2009年9月召开。14.33GPPR8/R9/R10标准进展摘要表14.3.1R8/R9/R10标准进展与计划14.3.1R8标准进展摘要

3GPPRel-8标准核心内容于2009年3月已完成且ASN.1已冻结，Rel-8LTE测试标准在2009年9月完成，Rel-8HSPA＋终端测试标准将在2010年3月最后完成。Rel-8LTE测试规范已完成87%工作量，计划在2009年底全部完成；HSPA＋测试规范已完成43%工作量，ImprovedL2UL已完成100%；64QAM＋MIMO(90%)、DC-HSDPA(40%)、Type3i接收机(80%)计划在2009年底完成；eCell_FACHUL(20%)与HS-DSCHServingCellChangeEnhancements(0%)将在2010年3月完成。CT3决定在Rel-8TS29.212PCC标准中添加IEEE802.16e(WiMAX)接入网类型代码，向SA2小组询问HRPDandeHRPD是否需要接入EPC，并要求CT4小组在TS29.275删除此接入网类型映射表(EP-090856)。

3GPP向ITU-R提交了基于2008年12月技术规范的3G标准M.1457之Revision9，ITU-R已在M.1457Revision9添加了IMT-2000CDMADS/TDD标准和R8HSPA＋、HNB系列标准(TS25.367/467/68/69)、MBMS同步协议(TS25.446)与LTE功能，详见RP-090853。

3GPPRAN45全会上，通过了R7/8RRC标准系列CR(RP090957/902)，以尽快实现Rel-8UMTS到LTE系统移动性；泛欧车载紧急呼叫eCall阶段2，将在现有高通的eCallflag(SP-090623/22)方案基础上，添加法国政府主张的BearerCapabilityinformation(SP-090637/576)方案，详见SP-090666。14.3.2R9标准进展摘要

Rel-9冻结时间与基本功能

3GPPRel-9阶段1在2008年12月冻结，其中UICCinHNB是在2009年6月冻结，Rel-9阶段2和3分别在2009年6月和12月冻结。

Rel-9基本功能包括:E-H(e)NBBasicCSGaccesscontrolandHPLMN-basedCSGroamingsupport(SP080636)、E-H(e)NBHandlingofhybridmode(RP-090351)、GPRSandEPSaspectsofIMSEmergency(SP-080844)、IMSServiceContinuityandIMSCentralizedServicesenhancements(SP-080633/34)、LCSCPforEPS(SP-080445)、ANDSFenhancements(SP-080887)和MAPSUP(SP-090098)。

3GPPRel-9/8/7/6/5/4/99CR数统计分布见图14.3.1(详见RP-090988)。由图可见，2007年12月冻结的Rel-7标准CR数已明显降低而接近稳定，2009年3月冻结的Rel-8标准CR数仍在上升，估计至少要到2010年底才能稳定。

图14.3.1CR提案分布Rel-9UTRAandE-UTRA功能可选性

为加快LTE终端供应时间，Nokia提出UTRA与E-UTRA系统Rel-9新功能(包括TEI9功能)对终端原则上应该是可选的，并由RAN2研究决定哪些R9功能需要定义UE能力指示位，详见RP-090940。

Nokia指出，实际上从R99以来，包括HSDPA与HSUPA，终端都是以可选方式来实现大多数功能的，AT&T、VDF、NTTDCM、NNSN、Ericsson、NEC、QCM、Sharp均支持所有Rel-9功能但对UE可选，如果不定义能力指示信令将导致IOT问题。NTT要求一些Idlemode功能可选；TIM与CMCC并不支持“所有功能可选”，而是要“逐个功能讨论”，同时TIM还建议由RAN2讨论并考虑“运营商观点”；KDDI担心所有Rel-9功能可选就没有Rel-9UE概念了。Panasonic建议还要依据“BackwardCompatibility”来考虑TEI9功能可选性。RAN2主席与Ericsson都强调目前尚未明确定义哪些功能是Rel-9功能，且RAN2主席建议2009年12月全会根据RAN2讨论结果来决定哪些功能可选及UE能力指示位。

2009年9月，RAN#45全会讨论的结果是:RAN2小组负责起草具备1个IOT比特指示位来避免出现IOT问题的Rel-9功能列表，并研究功能分组是否能够共享1个IOT比特，以及Rel-8LTEFGI(FeatureGroupingIndication)列表的更新问题。RAN组在2009年12月全会讨论通过RAN2研究结果，包括没有IOT比特指示位的Rel-9功能是否可选问题，当然这不包括Rel-8LTE必选功能。Rel9HSPA＋主要功能标准进展

Rel-9DC-HSUPA已完成RAN1/2/3/4100/75/60/60%工作量，其RAN2/3FFS包括RAN2/3Stage3CRs，详见RP-090692；DB-HSDPA已完成RAN2/3/4小组90/100/80%工作量，RAN2新规范是TS25.317RequirementsonUEssupportingareleaseindependentfrequencybandcombination，详见RP-090693；DC-HSDPA＋MIMO已完成RAN1/2/3/4100/95/95/60%工作量，只是RAN4CR需在2009年12月全会通过，详见RP-090694；RAN1UTRAN2msTTI上行覆盖改进项目已完成RAN120%、RAN2:10%与RAN3/4:0%工作量，由于RAN1标准化方案存在争议，NSN修改了WID为RP-090992，以便在2009年12月#46全会通过WID并在L1标准方案达成共识，详见RP090695；Rel-9TxAAextensionfornonMIMOUEsRAN1/2/3/4已完成100/100/100/20%工作量，详见RP-090696。14.3.3R10标准进展摘要

R10标准计划与特征如下:

(1)3GPPRel-10阶段1/2/3在2010年3月、9月2011年3月冻结:ASN.1将在2011年上半年冻结。

(2)3GPPRel-10以LTE-Advanced为核心功能。

(3)3GPP将向ITU递交以LTE/LTE-A为核心技术的IMTA标准候选技术方案:RP-090743TR36.912和RP-090744Selfevaluation。

(4)3GPP明确了Relay结构RAN2与RAN3分工原则:RP090958。

(5)Ericsson发起4C-HSDPA立项RP-090976在2009年12月全会通过且L1工作立即开始:BouyguesTelecom，eMobile，Orange/FT，SoftbankMobile，T-MobileUSA，TelecomItalia，Vodafone支持。

(6)HSPA/LTEMachineTypeCommunication阶段2研究工作:SA2/RAN2SIDinSP-090619/RP-090991；已在SA2/RAN2小组启动，SA3/SA5/CT6也很快开始研究工作；所有3GPP运营商支持。

(7)3GPP通过了Rel-10ExtendedH(e)NB阶段1新立项SP-090472:NEC与SoftBankMobile、TelecomItalia发起；德意志电信、Vodafone与AT&T希望SA1做功能裁减。

3GPPRel-10冻结时间与核心功能

Rel-10核心功能是LTE/IMT-Advanced，Rel-10阶段1(需求)冻结时间是2010年3月(2009年6月SA#44决定)，Rel10阶段3标准通过及功能冻结时间是2010年12月，ASN.1冻结时间是2011年3月或6月，详见RP-091000/SP09XXXX。3GPP将向ITU递交以LTE/LTE-A为核心技术的IMT-A标准候选技术方案

2009年10月14～21日ITUWP5D#六次会议期间召开了IMT-A候选技术专题讨论会，ITU-RWP5D评估组给出3GPP专门的IMT-A候选技术报告时间，并向3GPPRAN组主席及LTE-A编辑提出问题(RP090757)。ITU-RWP5A正在起草“认知无线电系统应用”报告(“Cognitiveradiosystemsinthelandmobileservice”作为5A/305文稿的附件15)，要求其他标准组织在2009年11月16日前递交报告材料(RP090859)。

LTE-A性能评估结果参见R1-093616、RP-090738/744，大约18家公司(ALU/ALUSB、CATT、CMCC、Ericsson/ST-Ericsson、Fujitsu、Hitachi、Huawei、LGE、Motorola、NEC、Nokia/NSN、NTTDoCoMo、Panasonic、Qualcomm、RITT、Samsung、TexasInstruments、ZTE)提交了评估结果，3GPP选用了8家公司的结果向ITU提交。3GPP最后向ITU-RWP5D提交的报告见RP-090938/090939。此报告与RAN#45及RAN1#58会议文件的对应关系见RP090742。

LTE-A核心技术-RAN1物理层计划如图14.3.2所示。

图14.3.2LTE-ARAN1计划LTE-A可行性研究项目进展

LTE-A可行性研究项目自2008年6月开始，在2010年3月完成，目前已完成70%工作量，详见RP-090729。LTEASI已完成的主要功能方案包括宽带宽支援、上行发射技术、下行发射技术、时延改进、RAN4中可行性和向ITU提交自评估报告。

LTE-ASI待完成的功能方案包括CoMP技术细节、分层网络和中继架构。

14.4.1LTER9物理层技术

双层BF

在RAN157次会议上总结了之前的邮件讨论，分别讨论了以下7个关于双层BF的技术点(R1-093697):

(1)Rank1和Rank2的导频开销及图案，DMRS导频开销控制在12个RE:

·Rank1和Rank2使用同一套RE设定。14.43GPPLTER9技术重点

·R9的导频图案是否沿用R8的设计后续讨论(当前已确定normalsubframe，normalCP下的导频图案)。

(2)设计低秩(1或2层)导频图案和高秩(3~8层)导频图案之间的关系:

·R9的前向兼容性决定了R9的导频图案是R10的子集，因此新的导频图案所具备的性能不能比R8差。

(3)Rank1和Rank2间的快速/动态秩适应:

·此WI应该支持快速/动态秩适应，只需重用R8的切换方式即可达到效果。

(4)双层Beamforming关于UE回馈问题:

·FDD支持PMIfeedback。

·TDD是否支持PMI作回馈留待后续讨论(当前结论为:TDD不使用回馈作为基线)。

(5)双层Beamforming中的UE校准:

·是否需要支持UE校准留待后续讨论。

·UE端的天线校准是实现问题，不会被RAN1标准化。

(6)双层Beamforming的层交换:

·沿用R8的层映射作为讨论的基准。

·后续评估层交换所带来的增益，特别在用了spatialbundling之后。

(7)在双层Beamforming中支持MU-MIMO:

·是否在双层Beamforming中支持基于非正交(显性)导频的MU-MIMO，在下一次全会前需要得出结论。

在2009年8月举行的RAN1#58次会议上通过了一个由多家公司联署的备忘录:

(1)R1-093697:Rel-9中TDD和FDD下双层BF。

(2)合签公司包括:Alcatel-Lucent、CATT、CHTTL、CMCC、Huawei、Ericsson、ST-Ericsson、Philips、NEC、Nokia、NokiaSiemensNetworks、Qualcomm、TexasInstruments、Panasonic、NTTDocomo、ZTE、ITRI。

R1-093697由中国移动起草，并在会下经过众多公司协商后得到，一共分了5点:

图14.4.1双层DMRS图案

(1)R9双流BF信令传输模式:

·暂时基于DCI2A:信令方面，暂时没有定下具体的传输模式以及信令比特映射关系，但备忘录的第一点已经确定，假如R9的双流BF确定支持MU-MIMO的话，那么DSBF/SU-MIMO/MU-MIMO将在一个传输模式下通过信令进行切换。

·加入了双流BF的缘故，原来的模式7已经不足以支持协议进展，需要定义新的控制信令，如模式8。

(2)DMRS图案。这次会议确定了在normal子帧下NormalCP的导图案，此图案以高通提出CDM-Tpattern为原型:

·双层导频采用CDMA复用方式，如图14.4.1所示。

·在R10中，对于Rank1、Rank2，与R9具有相同的DMRS结构(包括Res、扩频和加扰)。

·DwPTS和ExtendedCP下的DM-RS结构与NormalCP下可以不同。

(3)单双层自适应快速切换。定义使用双层BF对应的传输模式情况下，在Rank＝1时基站可以通过信令调度在同一个PDSCH时频资源块上的不同UE选择不同的DMRS埠，这样做可以提高调度的灵活性，但需要牺牲信令开销。

(4)SU-MIMO/MU-MIMO假设。CMCC为了在双层BF中推进MU-MIMO做了大量努力，这点已经隐含了LTER9需要支持MU-MIMO所需要的铺垫。

·在Rank＝1下，配对UE不需要额外的信令。

·在Rank＝1发射模式下，UE不能够假定另外一个DMRS埠没有被其他UE所使用。

(5)发射分集合PMI回馈模式对于TDD和FDD相同。RAN#57次会议只确定了FDD情况下双流BF使用PMI的回馈方式，而中国多家公司则支持TDD下不用PMI作回馈。RAN#58次会议在这点上依然无法和国外公司达成一致观点。本次会议国内公司通过努力争取把noPMIfeedback作为TDD双流BF的基线，而最终使用哪种回馈方式，国内公司的观点还是要以CMCC的决定为参考。

·基线:无PMI回馈(TDD和FDD相同)。

·回馈PMI对于TDD和FDD也同样支持；

·尽可能重用R8中回馈机制。

R9双层BF对R8产品开发的影响:

(1)成本:后向与R8兼容，硬件上需要和LTE共平台，做到只需要软件升级即可实现R9DLBF功能。

(2)高优先级功能:

·TDD模式下的双层BF；

·下行8Tx发射分集，仍采用LTE中的4Tx发射分集方式(需要采用天线虚拟映像)；

·上行2Tx发射分集。

(3)中优先级功能:

·上行空间复用；

·下行空间复用；

·上行4Tx发射分集。

(4)低优先级功能:

·多用户MIMO；

·FDD双层BF。

定位

2008年12月初召开的RAN#42次会议上，各运营商和各主流设备制造商共同提出对LTER8进行定位增强的需求，并获得立项通过，在RAN#46次会议完成了WI工作。支持这一功能的运营商有AT&T、CMCC、KDDI、Verizon、USCellularCorporation；支持这一功能的设备和芯片制造商有AlcatelLucent、Ericsson、NokiaSiemensNetworks、NortelNetworks、QualcommEurope、SpirentTeleCommunicationSystems、NEC、Samsung。目前主要的定位方案有:

(1)A-GNSS或A-GPS:

·能够提供最精确的定位，商用程度最高；

·一般需要最少4颗卫星；

·在标准中仅仅与测量相关；

·Alcatel-Lucent为主要技术提供者。

(2)下行信号基于OTDOA:

·至少需要3个eNodeB信号，基本技术就是3个圆的交点，当前重点讨论技术；

·仅仅与无线部分有关；

·为了方便定位技术实现，新的定位参考信号也在设计之中。

(3)上行基于AoA＋TA技术:

·这项技术已在CMCC的TDSCDMA系统中商用试验，为CMCC强力推荐；

·主要核心技术就是基于智能天线估计出计算手机信号到达服务基站的接收角度和信号到达延迟来进行手机移动定位；

·单小区定位；

·定位精度50m(LOS)和100～150m(NLOS)。

(4)网络解决技术。

为了良好支持OTDOA技术方案，从上述介绍可知，定位UE至少需要收到3个基站的下行信号，此时UE可以使用R8中小区参考信号(CRS)，但这在很多区域是不能满足的，因为这与为降低小区间干扰(不需要收到邻区信号)提升小区性能的思路是相违背的。为了解决上述问题，特别设计了定位导频参考信号(PRS)。目前有关PRS的讨论结果如下:

(1)PRS图案和序列(R1-093626):

·PN序列，基于QPSK调制；

·同CRS类似的产生方式，与物理小区ID有关；

·一种可能的PRS图案如图14.4.2所示，采用对角线式图案。

图14.4.2PRS图案

(2)PRS配置方法:

·为了降低开销，每个小区的PRS发射周期可配置为160×n(ms)(n＝1，2，4，8)；

·在一个周期内，PRS可以占用m(可配置)个子帧，以提高定位精度；

·在系统带宽内，定位所占带宽可配置，发射功率可配置(R1-093627)；

·PRB为PRS所占RE资源，在基站发射PRS子帧，PRB不能携带业务数据，但可以携带CRS和PDCCH控制信息。14.4.2LTER9RAN2/RAN3技术

在LTER9RAN2/RAN3技术中，目前重点讨论与关注的有多定时器、速率自适应编/解码器、公众告警系统、定位、IMS告警、EMBMS、SON和基于下一代网络的自动路测数据采集。

速率自适应编/解码器

在RP-090660＋SP-090461提案中，讨论了运营商根据负载控制用户的编/解码速率的必要性，其目的是在业务高峰时段增加容量可以适当降低业务质量(降低用户业务的编/解码速率)，同时可以扩大覆盖范围。具体来说就是在呼叫建立时和呼叫进行中支持编/解码速率的选择。

·功能描述:LTE系统中支持编/解码速率改变，特别是让UE为VOIP业务选择一个更合适的编/解码速率。

·计划完成时间:2009年12月。

·主导公司:Alcatel，Ericsson。

·参与公司:AT&T、AlcatelLucent、Huawei、Ericsson、ST-Ericsson、NokiaSiemensNetworks、Samsung、QualcommEurope。

·RAN2#66次会议结论:Ericsson的方案被采纳，只影响stage2的36.300，对stage3没有影响。

定位

(1)LTE_LCS项目是由Qualcomm主导，目前由RAN2担任leadingworkgroup。计划完成时间是2009年12月。目前LTE_LCS处于stage2阶段，stage3即将启动。关注公司有Qualcomm、Ericsson、AlcatelLucent、Nokia、NSN、Panasonic、Huawei、ZTE、DT、LG、Samsung和Vodefone等主流公司。在stage2阶段，主要的竞争在于定位协议架构，竞争在Qualcomm和Ericsson两大阵营之间展开。

(2)立项背景:目前SA2在R9中，需要定位支持的有两个WI。一个WI是支持EPS上的IMS紧急呼叫，另外一个WI是为EPS定义的LCS控制面解决方案。在该方案中，除了EUTRAN和MME之间基本的cellID的方法，没有其他的定位支持方法。因此需要增强在LTE系统中的定位支持。

(3)立项目标:

·定位协议应该兼容和能够支持SA2的控制面LCS解决方案和OMASUPL。

·支持UE辅助和基于UE的AGNSS。

·支持下行的陆地定位方法，类似于EOTD、OTDOA和AFLT，并能通过UE辅助或基于UE的方式来实现；增强从UE或者是从eNodeB的cellID测量。

(4)所有新的特征和能力都应该后向兼容R8网络和UE。

(5)一个定位过程的发起者可以是UE、eNodeB和MME，也可是第三方实体。

(6)LTE定位支持三种定位方法:GNSS、DL-OTDOA和E-CID。其中每种方法支持两种操作方式:

·UE自身:由UE根据测量结果以及相关的辅助信息计算自己的位置。

·UE辅助:由UE上报测量结果，E-SMLC计算UE的位置。SON

随着网络的发展，网络规模越来越大，多种技术同时存在(如GSM、UMTS和LTE)，以及HomeNB/eNodeB的引入，使网络变得更复杂，巨量的网络参数几乎无法由人工来完成操作，网络运营成本越来越高。因此，运营商希望通过Self-OrganizingNetwork(SON)功能来减少运营成本，提高操作效率，提高网络性能和稳定性。SON的功能、特点和目标如图14.4.3所示。

图14.4.3SON功能、特点和目标示意图在R9中，SON目前重点研究的用例有4个:

(1)移动负荷均衡(MobilityLoadBalancing，MLB):

·优化小区重选/切换参数以应对不均衡的业务负荷，以及达到负荷均衡所需的切换和重定向最小化次数；

·负荷均衡可有以下场景:Intra-LTE负荷均衡和InterRAT负荷均衡。

(2)移动鲁棒性优化(MobilityRobustnessOptimization，MRO):

·不合适的切换(HO)参数设置会导致乒乓切换(HOpingpongs)、切换失败和无线链路失败(RadioLinkFailures，RLF)，对用户的体验造成负面影响且网络资源被浪费；

·MRO的主要目的就是降低HO相关的RLF；

·MRO的第二个目的就是减少不必要的或丢失的切换，以提高网络性能；

·MRO的场景:过早切换、过晚切换和切换到错误小区。

(3)RACH优化(RACHOptimization，RO):

·主要目标:最小化UE的接入延迟，最小化由RACH和PUSCH带来的上行干扰；

·次要目标:最小化RACH重试之间的干扰。

(4)覆盖与容量优化(Coverage&CapacityOptimization，CCO):

·提供优化的覆盖:需要在LTE的服务区域内，用户可以使用可接受的或默认的质量建立和维持连接，就是说覆盖需要连续，且使用户意识不到小区的边界；无论UE在IDLE还是Active状态，在上、下行都要提供覆盖。

·提供优化的容量:在R9阶段，覆盖优化比容量优化有更高的优先级，但覆盖优化的算法也需要将对容量的影响考虑在内；覆盖和容量是相互制约的，因此如何寻找其间的平衡也是优化目标之一。

SON主要参与的公司有:Ericsson、Qualcomm、NSN、ZTE、Huawei、NTTDOCOMO、CATT、AlcatelLucent、Samsung、Motorola。

14.5.1频谱聚合

频谱聚合的概念

现有的LTE系统单载波最大带宽为20MHz，在目前的频谱分配下，还勉强可以找到可利用的频段，如图14.5.1所示。对于FDD，需要为上、下行分配对称的频段。同时更大的频谱可以配置成多载波LTE系统。14.53GPPLTE-R10物理层重点技术

图14.5.1LTE连续频谱示意图在LTE-A系统中，要求使用最大100MHz的带宽，以提供高达1Gb/s的峰值速率。然而在当前频谱紧张的情况下，找到连续100MHz的频谱已经相当困难，特别对于FDD，还需要找到对称的上、下行各100MHz频段几乎不太可能。因此，利用非连续频谱构建出更大的带宽势在必行。LTE-A中频谱聚合就是为了解决此问题而提出，如图14.5.2为非连续频谱示意图。

图14.5.2离散频谱示意图频谱聚合的目的:

(1)提供更高的峰值传输速率；

(2)整合更多的带宽资源，提高调度效率从而提高系统数据吞吐量；

(3)优化频谱的使用。

频谱聚合广义上来讲是一个已经采用的技术，CDMAEV-DO多载波就属于频谱聚合，每个无线标准自身特点不同，因此其频谱聚合需要解决的问题有所差别。对于LTE-A而言，存在以下一些频谱聚合方式，如图14.5.3所示。其中对于上行而言，每个UE可能使用相对较窄的、分布在不同频段的带宽，下行可能需要发射更大的带宽。图14.5.4是一个把多小区通过频谱聚合定义为更宽带宽的单小区的过程。

图14.5.3LTE-A中频谱聚合的具体利用图14.5.4小区聚合示意图

频谱聚合讨论的问题

目前频谱聚合的讨论主要集中在以下几个方面:

(1)分量载波结构。

·基本目标:与LTE兼容，减小功耗，降低实现复杂度和控制开销。

·Primary/Secondary载波配置:Primary载波完全兼容LTE；Secondary载波可以不兼容LTE；控制信息只在Primary载波上发送；系统信息、同步信息只在Primary载波上发送。

(2)PDCCH设计。

·面临问题:在一个载波上发送对比在多个载波上发送；独立编码对比联合编码；控制和业务是否在同一个载波上。

·几种可选结构，如图14.5.5所示。

图14.5.5几种可选的PDCCH发射模式

(3)PUCCH设计。

·面临问题:需要对多个载波的传输块进行反馈；与现有系统兼容问题；单载波特性如何保持。

·几种建议结构，如图14.5.6所示。

图14.5.6几种可选的PUCCH发射模式

(4)非对称频谱聚合问题。

·非对称频谱聚合下的上行控制信道发送:使上行载波数目等于下行载波数目；保持上、下行载波数目不对称。

·随机接入的载波模糊问题是网络如何知道终端是选择哪个下行载波进行接入:不同下行载波对应的随机接入配置不同；在所有下行载波上发送随机接入响应；固定在一些载波上发送随机接入响应。

(5)频谱聚合中UE能力问题。

需要考虑UE接收功率谱和发射功率谱不匹配问题，另外，UE支持天线数目和带宽会影响UE的能力。

频谱聚合待研究的问题

目前频谱聚合主要有以下几个待研究问题:

(1)频谱聚合场景。

(2)硬件设计需要考虑问题:

·信道预失真；

·自适应双工器设计；

·交调失真抑制。

(3)峰均比问题:

·同小区的多个载波采用相同小区标识，各个载波发送的导频序列是相同的，从而造成比较大的峰均比。

·解决方案:同小区不同载波采用不同的小区标识；采用相同的小区标识，在保护带中填充数据；采用相同的小区标识，不同载波对应一个不同的循环时间移位；采用相同的小区标识，不同载波对应一个不同的相位偏置。

(4)功率控制问题(上行链路):各个分量载波使用同一个功放，还是各个载波都有一个功放。

(5)载波负载平衡:分量载波的带宽可能不同。

(6)TDD系统不同载波的时隙配置比例:干扰问题如何解决？

(7)HARQ问题:如何有效支持初次/重发数据不同载波？

(8)异构网络下频谱聚合:HomeNB下的干扰问题如何解决？14.5.2协作MIMO

CoMP基本概念

协作MIMO简称CoMP(CoordinatedgeographicallyseparatedMultipointtransmission/reception)，它有可能带来无线通信领域的巨大变革。传统的MIMO技术通过在发射／接收端配置多个天线构成多发射／接收天线分集，主要存在两个方面的问题:

(1)小型移动终端多天线实现困难。对于小型移动终端来说，实现大于两天线以上的发射和接收相当困难。

(2)小区边缘速率的改善。传统的单小区MIMO技术可以在小区内部良好发挥作用，但在小区边缘，由于同频干扰作用导致SIR非常低，基本不能发挥MIMO作用。

CoMP的提出使MIMO不再局限于单小区，它可以是多小区，主要目的是改善小区边缘吞吐量，并一定程度改善小区平均吞吐量。图14.5.7为CoMP的示意图。

图14.5.7CoMP示意图目前CoMP的研究主要集中在两种类型上:

(1)联合处理(JointProcessing，JP):发射数据由每一个协作点联合处理。根据复杂度，联合处理又可以分成联合发射和动态小区选择发射两种模式。联合发射(JointTransmission，JT)是每个UE的数据都由所有或部分协作点联合发射，以提高接收质量，消除干扰。动态小区选择发射(DynamicCellSelection，DCS)是根据一定准则，在某个时间选择唯一一个协作点发射。

(2)协作调度(CoordinatedScheduling，CS)/协作波束形成(CoordinatedBeamforming，CB):数据仅仅从服务小区发射，但UE调度或BF方式是由协作点共同完成。

联合发射

对于联合发射，根据发射的相干性，分为相干联合发射和非相干联合发射。相干联合发射就是多个发射点进行相干发射，其目的是获得幅度增益。非相干联合发射就是多个发射点之间独立发射，以获得功率增益。

1)相干联合发射

相干联合发射如图14.5.8所示，可以采用联合precoding方法，其非常类似于LTER8上行的虚拟MIMO方法。相干联合发射也分为图14.5.8(a)所示的单UE联合发射和图14.5.8(b)所示的多UE联合发射。

图14.5.8相干联合发射示意图为了获得良好的相干特性，在图14.5.8中，UE需要反馈信道H或信道空间协方差矩阵HHH，以便各协作点联合形成最优加权值Wopt。

相干联合发射的优点是增益较高，缺点是需要大量的下行信道H反馈信息，会占用太多上行信道。

2)非相干联合发射

当无法进行相干联合发射时，非相联合干性发射也是一种稳健的发射方法。参入发射的多个协作点都为某个UE服务，但发射权值是独立形成，因此不能在UE端形成相干信号，但可以比较稳定地获得功率增益，另外一半不需要反馈信道信息，如图14.5.9所示。这种方法常有SFN(常用于MBSFN)和CDD(类似于R8中开环发射分集)两种。

图14.5.9非相干联合发射示意图

非相干单点发射(CS/CB)

从节可知，相干联合发射具有最优的性能，但需要反馈大量的信道信息；非相干联合发射一般不需要复杂的反馈信息，但性能有限。介于这二者之间的一种方法——协作调度(CS)和协作波束形成(CB)被认为是一种性能和复杂度的折中。

图14.5.10为非相干单点发射的典型应用示意图，对于某个UE而言，这种发射与联合发射的差异在于其仍属于单小区发射范畴，但与R8中单小区服务的差异在于其在考虑发射权值时，需要参考邻区的干扰控制，类似于“零点形成”技术。

图14.5.10非相干单站发射应用示意图

CB的本质在于:在对本小区的UE形成权值时，考虑对邻区边缘UE的干扰控制，最佳的目标就是本小区服务UE得到服务，同时对邻区的边缘UE的干扰最小，因此一种所谓的“信漏噪比准则”被讨论。

CS的本质在于:通过调度的方法，保证边缘UE同时只收到服务小区的同频信号(此时协作小区“牺牲”自己的资源)。

相对于R8的变化

CoMP实施后，对R8网络存在一定的冲击，对产品开发也有一定的影响，主要如下:

·网络结构:同步、Backhaul等。

·信道估计和测量方式:采用PrecodedDMRS和CSIRS，全新的体系。

·反馈方式:可能与R8的PMI反馈方式大为不同，同时对于CQI等上报也会发生变化。

·网络节点间协调方式:节点间传输的协调信令等，如CS/CB等。

·MU-MIMO:成为必选，相应的配对、权值生成、调度等都有较大变化。

·天线配置模式:天线数目、成本、天线形式(分集天线还是阵列天线)。

·应用环境:宏站、郊区、农村、家庭基站。

·网络同步:定时精度、同步成本。

·校正网络:特别对于FDD而言。

·信道特征获取:实时测量、信道模型。

·发射方法:CB、CS、配对算法、发射权值生成方案、CSI反馈、网络同步。14.5.3下行MIMO

下行MIMO增强主要表现在空间维度的扩充，LTE4Tx增强至LTE-A8Tx。涉及到的关键技术包括码字个数/码字-层映射、8Tx预编码码本设计、8Tx发射分集方案确定、增强反馈设计、信令设计和其他传输模式的支持。

码字个数、码字-层映射

LTE-A下行空间复用支持最高8层的传输，在下行8-by-X单用户空间复用时，每个下行分量载波的一个子帧中容许最多两个传输块(码字)传输给一个被调度的UE。每个传输块进行独立编码调制。对于下行码字到层的映射，当层数小于等于4层时，与R8下行码字到层的映射方式相同；当层数多于4层时，按照图14.5.11所示的方式映射。

图14.5.11多余4层的码字-层映射示意图8Tx码本设计

1)LTE-A码本设计方向

根据目前的提案，LET-A码本有两个设计方向:

(1)以Philips、Qualcomm和Alcatel-Lucent公司为代表，认为需要设计新的LTEA码本，该码本具有利用信道时域和频域相关性的能力，如动态码本或多级码本。但是Samsung、LGE(R1-090219)、Marvell和Motorola等公司认为，闭环空分复用应设计8Tx的固定码本，例如对LTE码本进行简单的扩展或DFT(CHT、Household变换)方法生成新的8Tx码本。而Huawei等公司则同时考虑了动态码本和固定码本设计。

(2)LTE中对于下行MIMO预编码传输，预编码码本设计采用了16bit固定码本。但在LTE-A中，码本设计要同时考虑支持多种模式传输，如SU-MIMO、MU-MIMO和CoMP等。动态码本、多级码本、自适应码本和可下载码本概念的出现迎合了这样的设计需求。但固定码本实现简单，仍具吸引力。

2)LTE-A码本设计准则讨论

(1)动态码本设计:目前没有明确的设计准则，当然首先必须能充分利用信道状态的时域相关性和频域相关性，以最小化反馈开销。

(2)固定码本设计准则:

·尽量保持LTERel-8码本4种性质(嵌套/酉阵/恒模/8PSK)，在性能增益显著的情况下，可以放宽其中部分特性；

·同时支持SU-MIMO和MU-MIMO，也可能对SU和MU分别优化码本；

·支持Rank1~Rank8传输。

(3)目前唯一共识是:必须设计新码本(动态或固定)。Philips、Qualcomm和Alcatel-Lucent等公司给出的新码本设计WayForward包括:

·Rel-8码本只是LTE-A新码本的一个子集；

·新码本必须具有利用信道时域/频域/空间相关性的能力；

·可以考虑在不同报告子帧中使用不同码本。

3)主要码本设计方案

(1)Samsung公司利用了复Hadamard变换固定码本，包含16个码字。

(2)Motorola公司设计了简单的针对Rank1和Rank2的码本，Rank1满足LTE码本性质，Rank2设计两类码本，分别适应线阵和极化阵。

(3)Huawei公司针对不同Rank值采用不同的码字生成方法设计了具有不同码字个数的固定码本。

(4)Marvell公司直接利用满秩2Tx和4Tx码本构造了8Tx固定码本，码字个数16。

(5)中兴公司设计原则:

·设计固定码本，对H变化进行扩展，保持LTE码本设计4特性，以弦距最优为准则进行码字搜索；

·SU-MIMO和MU-MIMO码本分别进行优化；

·设计的码本可适应多种天线配置和信道环境(如线阵/极化、相关信道/非相关信道)。8发射分集码本设计

在3GPPRAN1#57次会议上，对于8Tx下行发射分集的结论为:在LTE-A的下行8Tx传输中，不会引入新的发射分集方式。主导此结论的公司是Ericsson、Qualcomm和Nokia。Qualcomm和Nokia的提案中，通过仿真说明了引入新的发射分集方式与虚拟4端口映射到8Tx上后与仍采用LTE4Tx发射分集相比没有明显的增益，而采用虚拟4端口映射方式仍可以继续沿用LTE中的4端口CRS进行解调，导频开销少，不会增加设计的复杂度。

Qualcomm的虚拟4端口映射到8Tx的实现方案举例:

(1)物理天线进行配对进行与虚拟端口的映射:(1，5)→1′，(2，6)→2′，(3，7)→3′，(4，8)→4′。

(2)映射时物理天线间引入CDD方式的线性变换:

LTE-A与LTE中MIMO对比

LTE-A较LTE最显著的MIMO增强特征是:

(1)增强了LTE下行传输方案性能(DL4Tx→8Tx)。

(2)增加了新的下行传输模式，初步定义为模式8等。

(3)增加了新的DCI格式和RS类型。

(4)定义了两类RS:DMRS和CSI-RS。

·DM-RS:用于PDSCH解调，UE专用，是Rel-8DRS到多层的扩展，每层RS相互正交，与数据执行相同预编码操作。

·CSI-RS:用于获取CSI(包括CQI/PMI/RI等)，小区专用(即公共RS，CRS)，稀疏分布于时域和频域。14.5.4下行参考信号设计

在R8中，RS有多种用途，既用于UE进行CQI估计，也用于UE作数据解调参考，另外还用于信道PMI/RI判断。然而，随着端口数增加，小区参考信号的开销急剧增加，以至于在LTE-A中，为了支持8层数据复用而又不明显增大开销，必须全新设计参考信号。每种参考信号有不同的目的:

(1)CRS:

·最大即4端口，在4端口及以下时，与R8完全一致；

·用于控制信道的解调；

·对于特定UE进行信道状态测量。

(2)DMRS:

·R10中最高8层PDSCH解调参考；

·其密度随层数不同可以不同；

·支持SU-MIMO、MU-MIMO、SU-CoMP和MU-CoMP；

·为UE特定参考信号，其加权编码矩阵同UE数据部分；

·编码矩阵可以传递给UE；

·在不同的RB可以有不同图；

·与CRS的FDM/TDM复用不同，R10中DMRS采用CDM方式。在支持Rank1和Rank2时，DMRS密度为每RB12个RE，采用CDM方式，与R9中DMRS一致，见图14.4.1；当支持Rank3~Rank8时，DMRS密度为每RB24个RE，复用方式正在讨论之中。

(3)CSI-RS:

·为小区参考信号；

·R10中UE信道状态测量，且支持最高8端口测量；

·不能用于数据解调参考；

·不需要每TTI都发射，因此有低的开销(8端口总共开销小于1%)；

·支持所有发射模式下的信道测量；

·图案正在讨论之中。14.5.5中继技术

在R8及以前的移动通信系统中，为了增大覆盖，常常采用两种方式:

(1)RRU拉远。该方法是把小区中部分射频及天线单元通过光纤方式进行拉远，如图14.5.12所示。在此方式中，需要有足够的光纤资源，而且，由于是部分射频单元拉远，因此在拉远部分覆盖区域，其频谱效率将降低。

图14.5.12RRU拉远示意图(2)直放站。如图14.5.13所示，直放站是把无线信号直接放大。这种方式的特点是简单、不能改善SINR、不能提高容量、可能造成小区之间干扰增大。

图14.5.13直放站示意图

为了克服上述两种方式的缺点，