目前我国提出的TD-LTE-Advanced已经是LTE-A的TDD方案,虽然其帧结构与802.16mTDD的帧结构不同,如果要与802.16m融合还存在争议,但由于两者都基于OFDMA技术,4G统一标准成为可能。
人们称IMT-Advanced为4G,尽管ITU从未如此定义。最近IMT-Ad-vance结束了方案征集工作,6个提案集中在两个方案上:LTE-Advanced(以下简称“LTE-A”)和802.16m。与前几代不同、这次两个竞争方案基于同一技术OFDMA,这是技术发展殊途同归的表现。这就为实现融合提供了基础。此外,TDD与FDD两种技术体制的融合也是被关注的问题。
因此从技术发展看本次4G很可能出现统一方案的可能,当然,在利益协调上是否能够达成一致则另需考虑。但有一点可以肯定,LTE-Advanced将唱主角。从LTE向4G过渡有可能通过软件升级实行,这将有利于实现可持续发展的平稳过渡。
LTE-A和802.16m技术类似
首先,LTE-A扩展工作带宽达到100MHz,同时可提供更高的平均和峰值数据速率,采用频带扩展方法提供自动适应频域链接和无线资源管理RRM,从而实现传输信道条件较好的匹配。
其次,LTE-A发展MIMO技术进一步提高了频谱效率,通过改进上行多址接入方案,以支持扩展带宽,从检查ULMIMO的性能出发研究OFDMA,并引入上行链路4×4MIMO进一步提高上行频谱效率。在LTE下行链路中潜在的可提高性能增益的环节包括:多用户MIMO增强,更好地利用空间多用户的多样性;在TDD中采用基于奇异值分解的预编码,在发射机中更精确地利用信道状态信息;支持8个发射天线,实现8×8MIMO。
再次,LTE-A研究协同多点传输和接收(协同MIMO),用于扩大高数据速率覆盖区的面积,提高小区边缘吞吐量或增加系统吞吐量。在相邻小区交汇区各基站协同工作,通过协同调度、波束成形、联合处理等,达到抑制干扰增强信号的目的。
此外,通过研究中继技术改善小区边缘的信号干扰比条件和性能,LTE-A提高了吞吐量,扩大高数据速率覆盖区。可以临时部署网络。
LTE-A采用上述技术希望能将上下行频谱利用效率提高50%,其他研究还包括家庭基站、自组织网络、增强MBMS业务和移动性的改进等。
面向4G的需求,802.16m也采用了与LTE-A类似的技术:
1.支持多载频,以扩大工作带宽提高速率。发送给一个载频的一些Mac消息也可适用于其他载频。
2.支持多用户MIMO以提高频谱效率。802.16m采用统一的单/多用户MIMO体系结构
3.多站协同,先进的干扰抑制。基站之间交换干扰制式,管理无线电资源,以使小区间干扰最小。
4.多跳中继型体系结构:采用中继站扩大覆盖范围。
5.增强广播和多播业务。
6.家庭基站Femtocell和自组织。
从技术考虑融合可能性大
对比LTE-A和802.16m两个方案采用的技术,不难发现二者不仅基础方案都基于OFDMA,为满足4G需求而采用的应对技术措施也基本相同。因此从技术方面看,这两个方案融合的可能性应该很大。目前,两个方案分别是从蜂窝移动通信和宽带无线接入两个方向演化而来,可以说殊途同归。这次4G如能制订出统一标准,对于消费者无疑将是福音。
关于FDD与TDD的融合问题,中国移动总裁王建宙力推TD-LTE与LTEFDD两个标准融合成一个LTE标准,为此与诸多组织和企业进行了沟通。如能实现融合,则中国移动在向LTE演进时,TD-SCDMA产业链的薄弱及技术弱势将有望被悄然抹平。本次4G提案,802.16m的方案包括FDD和TDD两种双工模式。TD-LTE和LTEFDD也以统一的LTE方案提出。这两种双工模式的硬件应尽可能一致,对于手机,只要更换软件就可支持不同双工模式。
本次中国提出TD-LTE-Advanced方案的同时,声明支持FDDLTE-Ad-vanced。目前我国提出的TD-LTE-Ad-vanced已经是LTE-A的TDD方案,其帧结构与802.16mTDD的帧结构不同,如果要与802.16m融合将还存在争议。我国在发展TD-SCDMA中积累的有关多天线、波束成形和干扰抑制等技术和专利优势,将在LTE-A中发挥重要作用。
市场驱动是关键因素
4G技术重点希望解决两个问题。首先,主要问题就是要提供更高的速率,即宽带接入的容量。要求在高速和低速移动时数据率分别达到100Mb/s和1Mb/s。解决方法一是提高频谱效率,再就是使用更宽频带,为此需要捆绑多个分散的频段。其次,另外一个问题是解决工作频率高衰减大导致的覆盖差的问题。
为提高速率,4G主要的技术努力集中在两方面:一是提高频谱效率,二是增加工作带宽。目前,各移动通信系统在单信道理想情况下频谱效率已接近山农极限(单信道的理论情况),进一步提高的方法是采用MIMO技术通过空间分集将多径信号能量叠加起来提高信噪比、从而提高数据率。因此其有效性取决于环境条件,在开阔地带没有多径存在,可能就没有这个效果。重要的是在一种应用场景下的平均速率,而不是极限状态下的峰值速率。因此其有效性尚待大规模商业应用检验。
增加使用工作频带的能力受制于频率资源,目前我国可用的频段是2.3MHz-3.6MHz范围内的一些频段,可称之为高频段,以及698MHz-860MHz的所谓700MHz频段。目前已经开发中继技术扩大使用高频段时的覆盖范围。能否低成本有效解决问题也有待实践检验。而使用700MHz频段则需要解决与地面数字广播系统并存的相关问题。另外还有政策问题,在我国使用700MHz预计将在2015年以后。
对于中国,3G已开始大规模部署和商业运营,但3G移动通信系统至少还要经历10年以上的使用和发展历程。
LTE的部署和发展应该取决于移动互联网的发展和用户对于宽带的需求,以及可以使用的频段,应该是市场驱动而不应是技术驱动。全球3G的坎坷发展历程深受技术驱动之害,我国发展LTE应充分吸收这一教训。只有当大量(上亿)用户有1Mb/s以上的接入速率需求,发展LTE才有足够的市场空间。而在低成本扩大覆盖技术解决之前,LTE使用2.5GHz以上频率成功提供商业运营的可能性不大,700MHz频率将成为发展LTE的首选。美国Verizon和AT&T都将使用700MHz频率提供LTE业务。
过渡的另外一种考虑是将现在GSM占用的900MHz频带让出一部分供3G或LTE使用。现在GSM的话音业务可以通过互联网电话提供(VoHSPA,VoLTE)。