4G发展现状以及未来展望.doc

0、引文11、LTE-advanced和802.16m31.1 LTE-Advanced31.2 802.16m关键技术41.2.1 MIMO天线技术41.2.2 干扰协调调度技术51.2.3 多址方式51.2.4 帧结构51.2.5 多载波技术51.2.6 向IMT-Advanced迈进51.3 LTE-advanced和802.16m的技术对比62、TDD-LTE与FDD-LTE的关键技术以及融合72.1 TD-LTE-Advanced技术特点72.1.1 多址方式72.2.2 帧结构72.2.3 MIMO方案72.2.4 性能评估达到或超过4G要求82.2 TDD-LTE和FDD-LTE之间的融合82.2.1 标准进展82.2.2 帧结构92.2.3 平台共用102.2.4 存在的问题102.2.5 总结113、4G标准的一些提案分析110、引文 4G的关键技术1）正交频分复用（OFDM）技术OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，其主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子载波并行传输。尽管总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽。OFDM技术的优点是可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率，可实现低成本的单波段接收机。 2）软件无线电软件无线电的基本思想是把尽可能多的无线及个人通信功能通过可编程软件来实现，使其成为一种多工作频段、多工作模式、多信号传输与处理的无线电系统。也可以说，是一种用软件来实现物理层连接的无线通信方式。 3）智能天线技术智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。4）多输入多输出（MIMO）技术 MIMO技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效地将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大的容量。在功率带宽受限的无线信道中，MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。 5）基于IP的核心网 4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络，可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络(CN)协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。 有可能成为4G的技术1) IEEE 802.16m 是以移动WiMAX (Mobile WiMAX, IEEE 802.16e-2005) 为基础的无线通信技术, 也称为WiMAX II。未来IEEE 802.16m 在高速移动下, 将可支持达到100Mbps 的传输速率; 而在慢速状态下, 传输速率将能达到1Gbps。在都市中, 其传输距离约2km, 而在郊区的传输距离可达10km。WiMAX 由美国英特尔( Intel) 所主导, 知名厂家如摩托罗拉(Motorola) , 诺基亚(Nokia) , 阿尔卡特朗讯(Alcatel-Lucent) , 三星( Samsung) 及SprintNextel 等都已加入发展。预计于2009 年完成初步的IEEE 802.16m 规格标准制定1。2) LTE( Long-Term Evolution)以欧盟厂家为主的3G 标准组织3GPP ( TheThird-Generation Partnership Project) 已着手新一代无线通信技术规格的制定, 称为LTE。LTE 为GSM( 2G) /UMTS( 3G) 、WCDMA( 3G) 标准家族的最新成员。它是以GSM 为技术基础、3G 为发展延伸的技术。对于现有3G业而言, LTE似乎是顺理成章的选择。爱立信( Ericsson)主张推广LTE,摩托罗拉(Motorola)、阿尔卡特朗讯(Alcatel-Lucent)、VerizonWireless、Vodafone、China Mobile、NTT DoCoMo等厂商也支持LTE发展。目前LTE可达到的最高下载速率约为325Mbps, 而上载速率约为86Mbps。虽然LTE现阶段仍未符合4G系统的需求标准, 但3GPP已积极进行技术的研发与规格的制定, 预定2008 年将完成第一个LTE 技术规格版本。3) UMB UMB是由3G (CDMA2000) 标准组织3GPP2( The Third-Generation Partnership Project 2) 所制定的技术, 高通(Qualcomm) 为主要推动者, 摩托罗拉(Motorola) , 阿尔卡特朗讯(Alcatel-Lucent) , VerizonWireless 等厂家也加入发展UMB 技术。但是，2008年11月，美国高通宣布放弃UMB（EV-DO Rev.C）技术，因此802.16m在4G时代将单枪匹马挑战LTE。2007年10月，802.16e已经成功跻身3G标准；而在4G时代，尽管LTE已经公认拥有最多的支持者，802.16m作为颠覆者的表现同样令人期待。下面详细介绍LTE和802.16m技术1、LTE-advanced和802.16m在介绍LTE-advanced之前先简单介绍一下LTE的关键技术 1）LTE 物理层的传输技术LTE 物理层传输技术包括物理层上下行传输方案、帧结构设计、小区间干扰控制技术、多天线技术、小区搜索技术和随机接入技术等。2）采用OFDM是LTE 系统的主要特点,其优点是对时延扩展有较强的抵抗力,减小符号间干扰，通常在OFDM符号前加入保护间隔，只要保护间隔大于信道的时延扩展则可以完全消除符号间干扰。3） MIMO 作为提高系统传输率的最主要手段，也受到了广泛关注。由于OFDM的载波衰落情况相对平坦，十分适合与MIMO 技术相结合，提高系统性能。MIMO 系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道。4） LTE 的空中接口协议由于基于全分组的协议，3GPP LTE 的协议结构得到极大简化，RLC 和MAC 都位于节点eNB，因此调度器可以根据信道质量对RLC 服务数据单元(SDU)进行切割，从而减少填充和充分利用信道的传输能力，同时可以对RLC 层的自动重发请求(ARQ)和MAC 层的混合自动重发请求(HARQ)进行联合优化。1.1 LTE-AdvancedLTE-Advanced是LTE的演进，正式名称为 Further Advancements for E-UTRA，2008年3月开始，2008年5月确定需求。它满足 ITU-R 的IMT-Advanced技术征集的需求，是3GPP形成欧洲IMT-Advanced技术提案的一个重要来源。是一个后向兼容的技术，完全兼容LTE，是演进而不是革命。LTE-Advanced技术参数带宽：100MHz 峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps 峰值频谱效率：下行30bps/Hz，上行15bps/Hz 针对室内环境进行优化 有效支持新频段和大带宽应用 峰值速率大幅提高，频谱效率有限改进LTE-Advanced关键技术为了满足IMT-Advanced 的性能要求, 3GPP制定了L TE-Advanced 的研究目标, 开始了基于LTE 系统的技术发展方向的讨论。其关键技术包括了包括载波聚合(Carrier Aggregation) 、增强型上下行MIMO、协作的多点传输与接收(Coordinated Multiple Point Transmission and Reception ,CoMP) 、接力通信(Relay)等1)载波聚合LTE 目前最大支持20 MHz 的系统带宽, 可实现下行300 Mbit/ s、上行80 Mbit/ s 的峰值速率。在ITU关于IMT-Advanced 的规划中, 提出了下行峰值速率1 Gbit/ s、上行500 Mbit/ s 的目标, 并将系统最大支持带宽不小于40 MHz 作为IMT-Advanced 系统的技术要求之一, 因此需要对L TE 的系统带宽作进一步的扩展。L TE-Advanced 将采用载波聚合的方式实现系统带宽的扩展。2) 增强型的MIMO上行MIMO：在L TE 中, 上行仅支持单天线的发送, 也就是说不支持SU-MIMO。为了提高上行传输速率, 同时也为了满足IMT-Advanced对上行峰值频谱效率的要求, LTE-Advanced 将在L TE 的基础上引人上行SU-MIMO , 支持最多4 个发送天线。下行MIMO：LTE 下行可以支持最多4个发送天线, 而LTE-Advanced 将会在此基础上进一步增强以提高下行吞吐量。目前确定将扩展到支持最多8 个发送天线。3) CoMPLTE-Advanced 中提出的协作式多点传输技术可分为分布式天线系统(Disf ributed Antenna System , DAS) 和协作式MIMO 两大类。 DAS 改变了传统蜂窝系统中集中式天线系统的风格, 将天线分散安装, 再用光纤或电缆将它们连接到一个中央处理单元统一进行收发信号处理。这使得发送功率得以降低, 可提高整个系统的功率使用效率, 降低小区间的干扰, 还可以提高资源管理的灵活性、优化资源的使用和提高频谱效率等。协作MlMO 是对传统的基于单基站的MIMO 技术的补充。它通过基站间协作的MIMO 传输来达到减小小区间干扰、提高系统容量、改善小区边缘的覆盖和用户数据速率的目的4) 中继技术所谓中继技术, 举个简单例子就是将一条基站与移动台的链路分割为基站与中继站、中继站与移动台两条链路, 从而有机会将一条质量较差的链路替换为两条质量较好的链路, 以获得更高的链路容量和更好的传输效率。在L TE 中的层1中继和层2中继的基础上。LTE-Advanced 又引入了一种新的中继方式层3中继。层3中继：主要是对接收到的IP数据包进行转发。这种中继方式和层2中继很相似, 同样会引入时延, 不会放大噪声, 其不同之处是在标准上不会引入任何新的节点或是接口, 因为它主要是依靠S1和X2信令。层2中继和层3中继的应用场合不一样, 两者可以相互补充。5) 家庭基站3GPP 已经对家庭基站(Home NodeB) 进行了一些研究, 但家庭基站的应用仍然可能对LTE-Advanced的相关工作带来挑战。这个挑战的大小,很大程度上取决于家庭基站的使用范围。6) 物理层传输技术由于是在LTE 系统上的演进, LTE-Advanced可能无法找到全新的先进传输技术, 但仍可能在现有传输技术的基础上进一步进行优化对于上行多址技术, L TE 主要出于降低PAPR的考虑选用了SC-FDMA , 而非OFDM 技术作为上行多址方案。但实际上, 在低SINR 场景, OFDM的频谱效率仍然略高于SC-FDMA , 尤其在采用高阶调制时, SC-FDMA 的降PAPR 效果并不明显。但对于LTE-Advanced 系统所侧重的室内、热点覆盖, 小区边缘问题不是十分严重, 因此可以考虑在某些场合采用OFDM 作为上行多址技术, 以提高资源分配的灵活性, 更有效的支持上行高阶MIMO 和Node B 先进接收机。实际上OFDM 与SC-FDMA 是可以在一个发射机结构中实现的, 通过DFT 模块的增减, 在两种技术之间实现切换, 如在小区中心、室内热点及使用MIMO 传输时采用OFDMA , 在小区边缘、室外广覆盖及不使用MlMO 传输时采用SC-FDMA。对于下行, 由于L TE 已经采用了较先进的MIMO 技术。一个优化的方向是在LTE-Advanced，系统中将LTE 已经采用的单流波束赋形扩展到多流波束赋形(包括单用户MIMO 和多用户MIMO) , 实际上这种技术也可以用于CoMP 发送。1.2 802.16m关键技术1.2.1 MIMO天线技术移动WiMAX中的多天线技术可以分为3类，分别是波束赋形、空时编码和空间复用。波束赋形是智能天线的关键技术，通过将主要能量对准期望用户从而提高信噪比，有效抑制共道干扰。空时编码分为空时格码和空时块码，空时格码可以使系统同时获得编码增益和分集增益。空时块码降低了译码复杂度，同时可以获得2倍于接收天线数目的分集增益。空间复用在发射端发射相互独立的信号，可以最大化MIMO系统的平均发射速率。在IEEE802.16e中，虽然MIMO只是一个可选方案2，但是空时编码和空间复用技术都得到了应用，从而有效地提高了系统的容量和覆盖，并且协议还给出了同时使用两种技术的形式。同时对MIMO给出了相当完备的定义。1.2.2 干扰协调调度技术如图1所示的蜂窝网络小区结构中，小区中心采用频率复用因子为1，而小区边缘采用频率复用因子为3，这样小区边缘就可得到相对好的信噪比，提高用户业务质量。这样小区边缘采用大于1的频率复用因子以减少小区边缘用户干扰的干扰协调技术可以提高小区边缘用户的QoS，满足数据业务的高吞吐量要求6。在这种网络结构下，小区内部和小区边缘如何分配子载波，在已分配的子载波上如何分配功率是实际布网中遇到的关键问题之一。分配方法可以是静态分配，即在各小区内部固定采用一些子载波，并固定分配功率，也可是动态分配，即根据实际场景的负载分布来确定资源分配，同时根据QoS来分配资源。根据现有的资源和网络结构来实现用户不同业务的QoS是干扰协调最大的优势。1.2.3 多址方式正交频分多址OFDMA 以其抗多径衰落、频谱资源分配灵活性、子载波内信道平坦的特性，成为宽带通信系统最有竞争力的多址方案。IEEE 802.16m 作为移动无线宽带解决方案， 下行和上行均采用了OFDMA 技术。1.2.4 帧结构16m 帧结构支持超帧、帧、子帧、符号的多层设计，以降低时延和信令开销。其中，20ms 长度的超帧包含4 个5ms 帧，一个帧包含多个子帧，根据CP 长度不同，包含的子帧个数不同，上、下行转换点的长度也不同，并可根据需要将数据符号用作转换点。图1 以1/8CP 长度为例，介绍16mTDD 帧结构。1.2.5 多载波技术ITU 关于IMT-Advanced 需求中规定最大支持100MHz 带宽，为了满足ITU 需求，16m 支持多载波技术，支持多个连续或不连续载波的聚合，这些载波可以是相同或不同带宽。另外，对于连续的载波，充分利用保护子载波， 将连续载波间的保护子载波用于数据的传输。1.2.6 向IMT-Advanced迈进要使从WiMAX技术演进而来的802.16m能成为IMT-Advanced标准之一，则必须首先考虑演进后的802.16m是否能够满足这个最基本的要求。为了满足人们对传输速率日益增长和高速移动性的要求，IEEE 802.16委员会设立了802.16m项目，并于2006年12月批准了802.16m的立项申请（PAR），正式启动了IEEE 802.16m标准的制订工作。IEEE 802.16m项目的主要目标有两个，一是满足IMT-Advanced的技术要求；二是保证与802.16e兼容。为了满足IMT-Advanced所提出的技术要求，IEEE 802.16m下行峰值速率应该实现：低速移动、热点覆盖场景下传输速率达到1 Gbit/s以上，高速移动、广域覆盖场景下传输速率达到100 Mbit/s。为了兼容802.16e，IEEE 802.16m标准考虑在IEEE 802.16 WirelessMAN-OFDMA的基础上进行修改来实现。通过对IEEE802.16 WirrelessMAN-OFDMA进行增补，进一步提高系统吞吐量和传输速率。目前，基于IEEE 802.16e的移动WiMAX技术物理层采用了MIMO/波束赋形以及OFDMA等先进技术，可以提供较好的移动宽带无线接入。由于采用了MIMO/OFDM等4G的核心技术，移动WiMAX在某些方面已经具有了4G的特征，因此IEEE 802.16m完全可以在移动WiMAX技术的基础上进行修改而得来。1）从物理层上看，802.16m将支持OFDMA技术以及包括MIMO、波束赋形在内的先进天线技术，这些技术将在802.16e的基础上进一步地增强。从天线配置上看，802.16m中要求下行至少能够支持2发2收，上行至少能够支持1发2收。而OFDMA技术则应该支持更加细化的频率分配技术，例如对子信道边缘的子载波进行转换分配等。至于带宽方面，802.16m将支持从5 MHz到20 MHz的可变带宽，在某些特殊情况下可以支持高达100 MHz的带宽。对于终端来说，带宽超过20 MHz的方案将采用可选的形式。具体方案的采用将视IMT-Advanced的规定以及运营商的要求来确定。802.16m中对于双工模式的支持仍将采用与802.16e中一样的方案，即全双工TDD、全双工FDD和半双工FDD等2）从MAC层上看，必须进一步改善802.16e中MAC层的功能，包括业务安全保障、QoS和无线资源管理等，以便降低传输时延，减少系统开销，从而实现更高的传输速率、系统吞吐量以及支持更高的终端移动速度。安全保障方面不仅要提供强健有效的用户设备认证方案，还应该提供灵活可靠的业务隐私安全保障。QoS则要求对更多不同类型业务的通信质量进行保障。无线资源管理虽不属于802.16m标准的制订范围，但是其相关技术对应的信令和参数必须得到MAC层的支持。3）系统性能方面，802.16m也提出了较多的比802.16e更高的要求。速率方面除了满足IMT-Advanced的基本要求外，802.16m还提出了归一化峰值速率要求，即下行大于6.5 bit/（sHz），上行大于2.8.bit/（sHz）。业务时延方面的要求则要视具体业务而言，但是MAC PDU传输处理的时延要控制在10 ms以内。在状态转换中，如从IDLE-STATE到ACTIVE-STATE转换时，其时延要控制在100 ms以内。切换中断时延则要求同频切换小于50 ms，异频切换小于100 ms。从总体上看，802.16m的平均用户吞吐量比802.16e的平均用户吞吐量要大很多，在只承载数据业务时，802.16m的上下行平均用户吞吐量要比802.16e大两倍以上。对终端移动性的支持方面，802.16m也比802.16e有很大的增强，系统将支持移动速率高达350 km/h的终端用户的接入及正常通信。1.3 LTE-advanced和802.16m的技术对比LTE-AdVanced是3GPP组织为满足IMT-AdVanced需求而提出的，从已具有明显4G技术特征的LTE技术上平滑演进过来。2008年5月，3GPP完成LTE-Advanced需求制定，并在9月份修改后，已向I TU提交概念性提案。它的首要目标是增强低速移动用户(1 Okmh)性能，并保持与LTE的前后向兼容，支持与现有RAT的切换、网络共享、多频谱整合等性能，同时它还提出了对室内、局域覆盖、低速移动的进一步优化问题以及符合运营商需求的共享网络架构问题。3GPP寄望利用演进的LTE-Advaced进一步巩固LTE标准在未来市场竞争中的优势地位。随着技术的发展，3G演进技术(LTE)及LTE-Advanced在传输速率上不断提高，WiMAX技术对终端移动速度的支持也不断改善，两者之间的差距正变得越来越小。从技术方面来讲，二者都支持0FDMA以及包括MIMO、波束赋形在内的先进天线技术；都增加了自组织网络、灵活频谱使用及频谱共享等方面的技术；有效的QoS及无线资源管理，保证了业务安全、降低了传输时延、减少了系统开销，从而能实现更高的传输资源利用率。但是，在干扰控制、基本传输方案和信道编码技术方面仍存在着一定的差异。目前二者都处于积极的发展阶段。在下一代移动通信系统发展过程中，LTE-Advanced和80216m将会在相互竞争中逐步发展，两个系列的标准最终都将融合到IMT-Advanced这个大家庭中，成为IMT-Advanced系列标准的成员3。3GPP LTEAdvanced和IEEE802.16m技术对比3GPP LTE-AdvancedIEEE802.16m信道宽带支持1.25MHz-20MHz宽带5MHz到20MHZ的抗辩带宽，在某些特殊情况下可以支持高达100MHZ的带宽峰值速率下行1Gb/s,上行500Mb/s静止1Gb/s,移动100Mb/s移动性0-15Km/h(最佳性能） 0-120Km/h(较好性能）120-350Km/h（保持连接不掉线）0-15Km/h(最佳性能） 0-120Km/h(较好性能）120-350Km/h（保持连接不掉线）传输技术与多址技术下行OFDMA 上行SC-FDMAOFDMA双工方式FDD和TDD尽可能融合，FDD半双工FDD,TDD和FDD半双工调制方式QPSK,16QAM和64QAMBPSK,QPSK,16QAM和64QAM编码方式以Turbo码为主，LDPC编译码卷积码，卷积Turbo码和低密度奇偶校验码多天线技术基本MIMO模型：下行4*4，上行2*4个天线，考虑做多8*8配置支持MIMO技术（基站支持1,2,4,8根发射天线，终端支持1,2,4根发射天线）和AAS(自适应根线阵）技术HARQChase合并与增量冗余HARQ，异步HARQ和自适应HARQ（正在考虑）Chase合并，异步HARQ和非自适应HARQ2、TDD-LTE与FDD-LTE的关键技术以及融合2.1 TD-LTE-Advanced技术特点2.1.1 多址方式无线TD-LTE采用OFDM技术为基础，下行采用OFDMA，而上行根据链路特点采用单载波DFT-SOFDM作为多址方式。根据OFDM技术采用子载波分配的特点，系统采用15KHz的子载波带宽，按照不同的子载波数目，可以支持1.4、3、5、10、15和20MHz各种不同的系统带宽。在LTE-Advanced中，还可通过载波聚合的方式，聚合5个20MHz的单元载波，实现100MHz的全系统带宽。2.2.2 帧结构无线TD-LTE采用无线帧结构，无线帧长度是10ms，分为10个长度为1ms的子帧作为数据调度和传输的单位(即TTI)。其中，子帧#1和#6可配置为特殊子帧，该子帧包含3个特殊时隙：DwPTS、GP和UpPTS，含义和功能与TD-SCDMA系统相类似。发挥TDD系统可灵活分配时间的特点，无线TD-LTE支持7种不同的上下行时间比例分配，分配的比例从将大部分资源分配给下行的“下行：上行=9：1”直到上行占用资源比例较多的“下行：上行=2：3”。在实际使用时，网络可根据业务量的特性灵活地选择系统配置。2.2.3 MIMO方案MIMO是无线TD-LTE系统的一项关键技术，根据天线部署形态和实际应用情况可采用发射分集、空间复用和波束赋形三种实现方案。例如，对于大间距非相关天线阵列可采用空间复用方案同时传输多个数据流，实现很高的数据速率；对于小间距相关天线阵列，可采用波束赋形技术，将天线波束指向用户，减少用户间干扰。无线TD-LTERelease8版本支持下行最多4天线的发送，最大可以空间复用4个数据流的并行传输，在20MHz带宽情况下，可实现超过300Mbps的峰值速率。在无线TD-LTERelease10和无线TD-LTE-Advanced中，下行支持的天线数目扩展到8，相应最大可以空间复用8个数据流的并行传输，峰值速率提高一倍，峰值频谱效率达到30bps/Hz。同时，无线TD-LTE-Advanced在上行也引入了MIMO功能，支持最多4天线的发送，最大可以空间复用4个数据流，达到16bps/Hz的上行峰值频谱效率4。2.2.4 性能评估达到或超过4G要求无线TD-LTE-Advanced在作为4G候选提案的准备过程中，已按照ITU规定的4G评估场景对系统性能进行了全面的评估，包括频谱效率，VoIP容量、业务/切换时延等各项关键指标，均达到或超过ITU4G技术要求。无线TD-LTE-Advanced自评估结果与ITU4G技术要求的比较情况，在包括“室内”、“微蜂窝”、“宏蜂窝”和“高速”4个所评估的场景中，“平均频谱效率”和“VoIP容量”两项网络运营的关键指标都大大超过了ITU的技术要求。对于近期刚刚完成的技术提交，ITU会议已经对所提交信息的完整性进行了确认，下一步将按照ITU的流程评估技术提案是否满足4G技术性能要求，并由此决定是否接受为4G国际标准。按照目前的自评估结果，预计无线TD-LTE-Advanced将顺利通过针对技术性能的检查，成为ITU4G国际标准技术建议。LTE-Advanced是目前世界上最受关注的4G技术，无线TD-LTE-Advanced作为其中的TDD部分，系统设计和标准化过程包含了国内相关单位的不懈努力，顺利实现了TD-SCDMA相关技术的演进发展。无线TD-LTE采用以OFDM和MIMO作为基本技术，大量采用了目前移动通信领域最先进的技术和设计理念：“全分组域的自适应调度”、“简化的扁平网络架构”、“简化的系统状态”和“灵活可变的系统带宽”等，实现了高效的无线资源利用，其性能大大高于目前传统的3G移动通信系统。更为重要的是，简化的系统设计使得“低成本、高性能”的设计目标在无线TD-LTE阶段成为可能。2.2 TDD-LTE和FDD-LTE之间的融合在当前经济全球化的催动下，标准国际化是必然趋势，这样既可以保证个体利益最大化，也可以使对手在有序竞争中获益。中国在努力探索TD-SCDMA先进技术的同时，大力推动LTE-TDD的发展，为4G的到来做好铺垫。目前的LTE-TDD摒弃了原有TD-SCDMA的一些特性，向LTEFDD靠拢，以全新的姿态融入国际标准，目前业内已达成共识，各厂商生产的设备必须同时支持LTE-TDD和LTEFDD，实现二者的融合。2.2.1 标准进展自2004年12月3GPP正式立项开始LTE（Long TermEvolution）可行性研究，确定高速率、低时延，基于IP分组业务的LTE作为3GPP演进的研究方向，目前历时已近4年，经过业界众多设备商，运营商的努力，目前已基本完成，具体如下：36.2xx：物理层的功能定义，于2007年12月冻结；36.1xx：物理层的需求及性能，预计2008年12月冻结；36.3xx：基于空口的信令，于2008年3月冻结；36.4xx：AN及核心网的接口（S1,X1,X2）信令，于2008年3月冻结；36.5xx：基于UE性能的规范，目前完成20%，预计2008年12月完成；LTE-TDD的工作与上述LTE-FDD的基本一致，但是由于中途就帧结构的问题有过变动，具体如下：1）2005年11月，3GPP RAN1通过由大唐移动主导的针对TD-SCDMA后续演进的LTE-TDD技术提案，奠定了TDSCDMA后续演进的技术基础。2）2007年9月，3GPP RAN#37会议，多家运营商联合提出LTE-TDD的帧结构，即type2的TDD帧结构提案，RAN1后续会议对其进行了评估。在3GPP RAN1#50b会议，国内五家公司联合Nokia、Ericsson等提交关于type2优化的文稿，并获通过。3）2007年11月7日在韩国的3GPP RAN1会议上，由中国移动联合了27家公司主导提出了LTE-TDD融合的帧结构的建议，将LTE-TDD的帧结构统一成基本和LTE-FDD的帧结构兼容的形式。具体的帧结构将在后面章节详细描述。总体而言，LTE-TDD的进度跟LTE-FDD相近，差别不大。即从标准的进展看，LTE-FDD和LTE-TDD已经趋同一致，获得国际设备商的认可2.2.2 帧结构按照规范的定义， L T E 帧结构的最小时间单位Ts=1 /（15000 x 2048）s，其中， 15000为子载波间隔，2048为最大采样点数。下行及上行的无线帧长Tf =307200xTs =10ms。下面将分别介绍LTE-FDD和LTETDD的帧结构。1) 帧结构1帧结构1即LTE-FDD的帧结构，如图3所示。它同时支持全双工以及半双工的FDD模式。支持半双工主要是支持如PTT类的业务而节省UE成本并提高信号收发质量。每个无线帧的长度为Tf =307200xTs =10ms，包含20个时隙，每个时隙长为Tslot =15360xTs =0.5ms，同时每两个连续的时隙2i 及2i +1构成一个子帧i。对于FDD而言，在10ms的间隔内，10个子帧做上行传输，10个子帧做下行传输。2) 帧结构2帧结构2即LTE-TDD帧，如图4所示。这里提到的帧结构2是已经完全不同于TD-SCDMA特性的帧，而是在2007年底提出的与LTE-FDD类似的帧结构。具体特性如下：每个无线帧长度为Tf =307200xTs =10ms，与LTE-FDD帧相同，同时分为2个半帧，每个为5ms长。同时每个半帧包含5个子帧，长为1ms。由于TDD模式，因此上下行的使用要区分开，具体的上下行的的配置可见规范的定义，共有7种组合标示“D”表明预留给下行传输，标示“U”表明预留给上行传输，标示“S”表明是一个特殊的子帧，预留给DwPTS（Downlink Pilot Time Slot）、GP（Guard Period）及UpPTS（Uplink Pilot Time Slot）传输。此外，同时支持5ms、10ms的配置周期。对于5ms，特殊子帧同时存在于两个半帧中，对于10ms周期，特殊子帧只存在于第一个半帧中。此外，对于1ms特殊子帧DwPTS、GP及UpPTS的传输，规范也有详细定义，共有9种不同的配置。总而言之，子帧05以及DwPTS总是预留给下行，UpPTS以及紧跟特殊子帧后的子帧总是预留给上行。此外，ITU已经规定LTE除了新划分的频段可用外，也可以使用原有的3G频段，因此，LTE-TDD的GP长度设置以及位置一定要与TD-SCDMA匹配，否则产生系统间干扰。从上述两种帧结构来看，LTE-FDD/TDD的帧结构基本一致，都是10ms的无线帧，5ms的半帧，1ms的子帧，这样系统的测量点一致。这种帧结构的一致，可模糊FDD/TDD的产业方向，极大节省设备商在设备开发上的投资，有效解决当前全球TDD系统匮乏，TDD产业链不完善等问题。同时也有利于处于弱势的TDD运营商快速建网，开展国际漫游等。2.2.3 平台共用从上述的分析来看，LTE-FDD与LTE-TDD基本趋同一致，包括层二、层三结构和关键技术的采用。唯一的差别就是层一的帧结构，但是经过2007年的整合，帧长也趋于一致，同时标准组织也在努力地优化FDD及TDD的无线系统，期望两者的频谱利用率相同。在核心网上， 都是采用统一的S AE（System Architecture Evolution）模式，目前已更名为EPS，同时支持2G、3G、E3G以及移动WiMAX、WiFi等的接入，是一个综合的核心接入系统。在终端上，情况基本跟无线网相似。终端与无线网直接通信，采用与无线网对等的体系结构，也是三层体系结构，即层一、层二、层三。除了层一存在细节上的差别，其他完全相似。因此，LTE-FDD与LTE-TDD系统无论在无线网、核心网还是在终端都趋同一致，这样给设备的研发带来很大的便利，它们可以共享同一套平台，快速的实现两者技术成果的共享。特别是当前处于劣势的TDD模式，它将极大地受益于这种模式的共存。纵观TD-SCDMA的试商用，无线系统以及终端都是限制它规模发展的重要因素。主要原因是参与厂商基本是移动的新进入者，缺乏深厚的经验和技术积累。与此相对应，国际主流的厂商基本都是长期专注于FDD的发展。因此，LTE-FDD与LTE-TDD的融合发展，研发平台的共用将实现两者技术的有效共享，从而大大推进了TDD的模式发展，同时也壮大了正在发展中的LTE阵营。2.2.4 存在的问题尽管LTE-TDD帧结构的改变为LTE-TDD与LTE-FDD的融合发展带来很大的便利，但是也存在一定的问题。这主要体现在现有的LTE-TDD完全改变了原有的TDSCDMA的模式，没有考虑演进上的兼容，导致LTE-TDD与TD-SCDMA系统间可能存在设计不当而引入系统间的干扰。TD-SCDMA的帧结构如图5所示。其中，采用了10ms无线帧和5ms子帧，子帧共分为7个时隙（标号为0到6），以及三个特定区域，即DwPTS、GP，以及UpPTS。即特定区域是不占用时隙的，时隙0以及DwPTS永远固定留给下行传输，UpPTS以及时隙1固定留给上行传输。因此在这两者间存在转换点，图中以转换点1标示。其他时隙可据系统实际情况划分，图中给出转换点2的示例，意味着上下行间的转换。此外，DwPTS固定占96码片，UpPTS固定占160码片，GP占96码片，这些参数具体长度的设计是出于上下行间的干扰保护而设计的。但是在LTE-TDD帧结构中，针对特定区域，共有9种组合，因此在LTE-TDD与TD-SCDMA共存的区域，一定要严格考察这三种参数配置上的一致，避免引入系统间的干扰。2.2.5 总结上面我们从标准的角度分析了LTE-FDD和LTE-TDD，它们在技术规范上存在非常大的共通性和统一性，主要体现在共享相同的层二和层三结构（网络结构）。物理层主要是帧结构的区别，关键技术基本一致。但随着2007年底帧结构的变化，两者也基本趋向一致，这样无论是在系统侧还是终端侧都能比较容易且低成本的实现对FDD和TDD双模的支持。对运营商来讲，如果同时获得FDD和TDD的频段，那么只需要搭建一套平台，就同时可实现LTE-FDD和LTE-TDD的功能，不需要额外重建一张网。这样无论是对设备商还是运营商，都极大的节省成本，创造规模效益。因此TDD的加入使得LTE阵营的优势更加明显，使得运营商在选择