LTE Advanced研发和产业化进展

LTE-Advanced(简称LTE-A)是LTE技术的进一步演进版本，可以实现更高的峰值速率和系统容量。需要说明的，LTE-A不是一项独立的技术，而是由3GPP R10-R12版本标准中定义的载波聚合(Carrier Aggregation，CA)、高阶MIMO(下行TM9、上行TM2)、增强小区间干扰协调(eICIC)、协同多点(CoMP)、中继(Relay)、小小区增强(Small Cell)等一系列增强特性构成的技术集。因此，产业界可以选择性的逐步实现各个LTE-A技术选项，而不需要一步到位的实现全部。

产业界在选择实现LTE-A技术的先后优先级时，主要考虑两方面因素：运营商的需求和实现复杂度。从这两个因素出发，全球产业界确定，首先规模部署的LTE-A技术将是载波聚合，其余的高阶MIMO、eICIC、Small Cell、CoMP、Relay等技术将可能在未来几年内逐步完成产业化和规模部署。

一、载波聚合的研发和产业化进展

载波聚合技术是为了提高LTE系统的峰值速率，而将多个载波聚合在一起使用的技术，其技术复杂度取决于聚合的“成员载波”(component carrier)的数量和这些载波的分布情况。如果成员载波连续分布，称为连续载波CA，射频的实现复杂度相对较低;如果成员载波不连续分布，称为非连续载波CA，射频实现复杂度相对较高;如果成员载波均分布在一个频带内，称为频带内CA(intra-band CA)，射频的实现复杂度相对较低;如果成员载波分布在不同频带内，称为跨频带CA(inter-band CA)，射频实现复杂度相对较高。

载波聚合之所以成为发展最快的LTE-A技术，首先是源于运营商的需求。由于移动互联网业务的爆炸性增长，国际运营商作为移动互联网的“接入管道”，一方面扩充管道的容量，一方面需要向用户宣称自己具有“峰值速率优势”。因此，国际上已部署LTE的国家，运营商均不由自主地卷入“峰值速率竞争”，在LTE-A发展最快的韩国，3家运营商已经于2013年已经开始了载波聚合的商用部署，以强化其“技术领跑”优势。国际上另有3家运营商正在部署载波聚合网络，21家已有计划或正在试验。2013年8月，日本软银在3.5GHz进行了采用5个20MHz的CA和4?4 MIMO的TD-LTE系统演示，峰值速率达到700Mbps以上。在2014年2月巴塞罗那的无线世界大会(MWC 2014)上，诺基亚(NSN)演示了采用6个20MHz载波聚合和8?8 MIMO的LTE FDD系统演示，峰值速率达到2.6Gbps。

但这些只是基于概念样机的演示，并不能代表真实产品的研发进度。目前大部分主流系统设备商已实现了R10版本定义的2载波下行频带内CA，从而可以将下行峰值速率提高一倍。比较领先的厂商已经开始支持更多数量载波以及跨频带的CA，在MWC 2014上，华为演示了采用3个载波、共50MHz跨频带CA和4?4 MIMO的LTE FDD系统，峰值速率达到460Mbps。其余主要系统厂家预计将于2014年内支持3个载波的下行跨频带CA。

当然，载波聚合和其他的无线通信技术一样，需要从网络到终端“端到端”完成研发才能实现真正的产业化。而由于一项新兴技术的研发瓶颈往往是在终端侧，而非网络侧，CA技术的实际商用时间也将取决于终端侧的研发进展。在3GPP标准中，支持2载波CA和300Mbps峰值速率的终端被定义为“等级6”(Cat6)终端。因此载波聚合技术是否能得到广泛应用，还要看国际终端/芯片产业对Cat6终端的支持程度。截至2014年1月，在全部发布的1371款LTE终端中，只有2款宣称为Cat6终端。可喜的是，在MWC 2014大会上，高通公司已经演示了其基于20nm先进半导体工艺的Cat6终端芯片平台，预计2014年三季度可能实现商用。而针对超过2个载波的和跨频带的CA，终端芯片厂商尚无清晰可靠的路标。由于上行CA在3GPP R12版本中才被标准化，近期也还无法明确判断其研发和产业化时间表。

综上所述，基本配置的CA技术渴望在2014年完成产业化并实现初步规模部署。最后需要说明的是，CA技术的应用也不一定只集中在2.6GHz等传统的LTE核心频段，近来国际上对3.5GHz频谱的分配加速，由于该频段带宽资源相对更为充裕，为更多运营商部署CA提供了条件，也可能成为下一阶段CA应用需求比较集中的频段。但近几年3.5GHz频段并非制造厂商的研发重点，尤其不被终端芯片厂商所重视，因此这一频段的CA产业化进度迟滞更为严重，与运营商需求之间的差距更为突出。

二、其他LTE-A技术的研发和产业化进展

在其他LTE-A技术特性中，研发进展最快的是下行高阶MIMO，即传输模式9(TM9)。但由于相当长时间内，终端天线数量仍将限制在2根天线，即使完成了4-8流的基站研发也无法实现端到端的产业化，因此目前主流系统厂商仍只支持双流TM9发送(包括单终端双流单用户MIMO(SU-MIMO)和双终端单流多用户MIMO(MU-MIMO))，TM9的“高阶MIMO”优势并没有得到充分发挥。因此虽然主流芯片厂商预计2014年上半年即可支持TM9(终端芯片理论上将可支持4-8流TM9信号的接收，但数据卡和手机设计短期内很难支持2流以上的MIMO信号接收)，运营商对这项技术的部署需求尚不明确。而且考虑到国际上除了少数TD-LTE运营商拥有较多天线数量的基站天面条件(如日本软银、中国移动)，大部分LTE FDD将基站天线数量增加到4根以上还存在诸多困难，可能带来建网成本的大幅增加。因此虽然基本TM9技术的研发进度并不落后于载波聚合，但此项技术很难在2014年得到规模部署，也很难真正完成产业化。

上行高阶MIMO技术，即TM2由于需要增加上行射频发射模块的数量，比下行MIMO造成的复杂度和终端成本增加更大，另外目前LTE运营商主要关注下行数据率的提升，对上行增强尚未重视，大多数主流终端芯片厂商还没有明确的研发时间表，因此预计此项技术不会很快实现产业化。

eICIC技术是针对异构网络(HetNet)部署场景研发的增强干扰抑制技术，可以提高日渐增多的LTE微小区、室内覆盖和家庭基站的抗干扰性能。eICIC通过软件升级就可以实现，对基站和终端硬件没有额外要求，此项技术在2014年上半年和下半年可分别得到网络侧和终端侧的支持。此项技术的部署进度更多取决于各个运营商的选择，如果某些运营商重视LTE微小区部署和层叠组网，可能要求尽早实现此项技术，则eICIC可能在2014年实现产业化和规模部署。

其他处于预研阶段的LTE-A技术还包括CoMP、Relay等，由于其在实际网络中的性能增益尚有争议、产品升级的复杂度和成本较高，大部分厂商、尤其是终端芯片厂商还没有明确的研发时间表，预计不会在近期实现产业化。Small Cell作为近期新兴的LTE增强技术，受到产业的广泛重视，但此项技术的标准化尚未完成，真正的Small Cell产业化也难以在近期实现。

需要说明的是，有些公司将VoLTE也视为一种LTE-A技术，但是从3GPP标准的角度，VoLTE不在LTE-A标准范畴内，其研发和产业化进展可另文论述。由于篇幅所限，本文暂不涉及。

三、我国TD-LTE-A技术试验进展

为了推进TD-LTE-A技术的研发产业化，我国在工业和信息化部TD-LTE工作组的统一领导下，从2013年下半年开始组织TD-LTE技术试验，主要针对3GPP R10版本引入的LTE-A增强技术，包括CA、高阶MIMO(下行TM9、上行TM2)和eICIC等开展测试。

TD-LTE工作组将制定25册技术规范，已完成了其中的2册，另有9册已开始制定。从2013年9月份启动了第一轮的LTE-A系统设备测试，测试内容包括：

CA：对2.6GHz频段的20MHz+20MHz连续载波CA的相关功能、性能和射频指标进行验证;

下行TM9：对基于码本和非码本实现的TM9(目前要求支持单用户双流传输)的功能和性能进行验证;

上行TM2：对上行双流MIMO功能进行验证，为可选测试内容。

截至2013年底，已有3个系统厂商基本完成此轮测试，一个厂商完成了CA部分的测试。在试验中，相关测试仪表对TD-LTE-A的支持程度也得到验证：在CA方面，终端模拟器和信道仿真器已满足测试要求;在高阶MIMO方面，终端模拟器尚不能支持真正的8天线端口，目前只能基于2天线端口模式进行初步的测试验证。

四、小结

LTE及LTE-A已经成为很多国际运营商面向移动互联网发展扩展网络容量的重要技术手段。虽然在国际范围内，LTE的发展还很不均衡，欧洲国家的LTE规模发展刚刚起步。但在美、韩、日等国家，LTE发展领先的运营商已经开始部署LTE-A技术，以强化其技术先行优势。2014年，预计载波聚合将成为第一项完成产业化并开始规模部署的LTE-A技术。在未来的几年中，R10-R12的部分LTE-A技术将逐步得到应用，在5G到来之前为移动通信系统持续带来性能提升。