LTE-U技術(shù)調(diào)研

1、LTE-U技術(shù)調(diào)研1 概述非授權(quán)頻段是指在在滿足政府部門有關(guān)規(guī)定，不需要授權(quán)就可以直接使用的頻段。目前，移動運營商所經(jīng)營的移動通信網(wǎng)絡(luò)都是運行在授權(quán)頻譜上，這些頻譜是需要付費使用并且授權(quán)頻譜數(shù)量較少。隨著移動終端智能化時代的到來，移動通信網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)的數(shù)據(jù)服務(wù)呈爆炸式增長，為了滿足不斷增長的數(shù)據(jù)服務(wù)的需求，我們很自然的想到利用非授權(quán)頻譜來分?jǐn)傄苿泳W(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。隨著4G技術(shù)LTE的不斷成熟、穩(wěn)定，如何利用LTE的先進技術(shù)讓LTE運行在非授權(quán)載波上成為了現(xiàn)階段的一個研究熱點，這也即是我們所說的LTE-U。本文針對該技術(shù)從一下幾個方面展開調(diào)研，LTE-U方案的可行性、LTE-U涉及的相關(guān)技術(shù)、LTE-U

2、與現(xiàn)有的移動通信技術(shù)兼容問題及采用LTE-U所帶來的移動通信網(wǎng)絡(luò)的性能的提升等。2 LTE-U提案2.1 LTE-U的設(shè)計原則1LTE空中接口改動最小化。在對LTE進行必要改動時，應(yīng)保持LTE的技術(shù)先進的優(yōu)勢，如以基站為基礎(chǔ)的資源分配和調(diào)度，鏈路自適應(yīng)的先進功能，控制信道穩(wěn)健性的干擾，上行鏈路功率控制的能力等?？膳c授權(quán)頻譜進行聚合。非授權(quán)頻譜應(yīng)該與現(xiàn)有的授權(quán)頻譜進行整合，這樣便可以充分利用現(xiàn)有的LTE系統(tǒng)部署的優(yōu)勢，實現(xiàn)與現(xiàn)有系統(tǒng)共存的目的。確保與現(xiàn)有系統(tǒng)的共存。非授權(quán)頻譜是一個公共頻段，目前使用非授權(quán)頻譜進行無線接入的技術(shù)很多，如WiFi、Bluetooth、ZigBee等，這就需要合理的設(shè)

3、計通信協(xié)議，確保他們可以進行信道共享。2.2 基本原理1-3與現(xiàn)有的LTE移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行整合是LTE-U的關(guān)鍵所在。我們可以將未授權(quán)頻譜作為次選頻譜，通過載波聚合技術(shù)將未授權(quán)頻譜與授權(quán)頻譜整合到一起，從而可以實現(xiàn)頻譜的高效利用。未授權(quán)頻譜作為一種次選頻譜，我們可以設(shè)計該頻譜作為DL、UL的載波或者僅作為DL的載波，與此同時，位于授權(quán)頻譜的主載波可以以任意模式進行操作。圖1.授權(quán)頻譜與非授權(quán)頻譜的聚合如圖1.所示，將非授權(quán)頻譜與授權(quán)頻譜進行聚合之后，將會帶來性能的巨大增益。首先，移動終端的可移動性仍由LTE網(wǎng)絡(luò)來保證，同時，LTE與LTE-U的聯(lián)合調(diào)度可以保證LTE網(wǎng)絡(luò)流量的平穩(wěn)性，減輕了

4、LTE網(wǎng)絡(luò)的峰值負(fù)擔(dān)；服務(wù)的安全性和服務(wù)質(zhì)量也完全由LTE網(wǎng)絡(luò)得到保證；對于LTE網(wǎng)絡(luò)密集部署的小區(qū)，由于LTE-U的介入，增強了小區(qū)的協(xié)作，從而有利于降低小區(qū)間的干擾；除此以外，由于LTE-U對現(xiàn)有的LTE物理層設(shè)計和原理的高度兼容，使得LTE-U的部署成本可能是微不足道的。圖2.LTE與LTE-U聯(lián)合部署的優(yōu)勢3 技術(shù)介紹LTE-U與現(xiàn)有的WiFi相比有著明顯的優(yōu)勢，它對移動通信網(wǎng)絡(luò)的帶來的性能提升完完全全來自堅實的LTE先進技術(shù)。3.1調(diào)度技術(shù)4由于沿用LTE先進技術(shù)，所以LTE-U將會使用集中調(diào)度的方案，即無線資源由基站集中控制和分配。終端之間無需去競爭資源。與此不同，WiFi使用競爭

5、的方法去各自搶占資源不但集中需要去搶占資源，而且各個終端也要去搶占資源這使得WiFi在資源使用效率上較低。3.2 干擾協(xié)調(diào)技術(shù)4干擾協(xié)調(diào)技術(shù)包括頻率上的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)（ICIC）、時間上的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)（eICIC/FeICIC/MBSFN子幀等）、發(fā)射功率控制（TPC）等。ICIC 技術(shù)使得自己“用不完”的資源塊（RB）“讓出來”給別的小區(qū)使用，如圖3所示。在圖3中，對于20MHz的系統(tǒng)可以這樣劃分，f1為RB0RB31，f2為RB32RB63，f3為RB64RB99。這樣，在相鄰的小區(qū)之間的小區(qū)邊緣上，UE分配到的頻率各不相同，從而避開了主要干擾。當(dāng)然，還可以使用半靜態(tài)ICIC技術(shù)和動態(tài)ICI

6、C 技術(shù)。在WiFi系統(tǒng)中，一個AP搶占到資源后是使用全部頻率資源的，從而沒有辦法在頻率上進行協(xié)調(diào)。eICIC的原理是通過宏小區(qū)把一個或多個子幀配置為“幾乎空白的子幀”，微小區(qū)/Pico小區(qū)/Femto小區(qū)在子幀上為小區(qū)邊緣UE提供服務(wù)，從而避免了主要的干擾，從而提升了小區(qū)邊緣UE的服務(wù)速率。如圖4.所示，處于邊緣的UE2在子幀1、子幀40*k+1得到服務(wù)，而這時候宏站“讓開”了該子幀，宏站是主要的干擾源。圖3.ICIC原理示意圖圖4.eICIC原理示意圖在WiFi系統(tǒng)中，AP或STA也是在時間上協(xié)調(diào)資源。但由于存在競爭窗和回退問題 ，時間的利用效率不高。3.3 自適應(yīng)重傳請求技術(shù)4當(dāng)物理層傳

7、輸塊傳錯之后，LTE及以后的LTE-U接收端不會丟棄傳錯的傳輸塊，而會等待重新傳輸?shù)耐粋鬏攭K。接收端在接收到重新傳輸?shù)耐粋鬏攭K之后進行合并操作。從而有效的利用了之前的傳輸?shù)哪芰?，提高了傳輸成功率。目前，WiFi系統(tǒng)沒有這樣的技術(shù)。3.4 載波聚合技術(shù)4LTE在Rel-10版本中引入了CA技術(shù)。終端跟基站建立無線資源控制連接的載波稱為主載波，除了主載波外的載波稱為輔助載波。LTE-U也可使用CA技術(shù)，由于LTE-U沿用LTE技術(shù)，因此，二者的兼容性將遠遠超過LTE系統(tǒng)與其他接入技術(shù)的融合，這也將成為未來LTE-U技術(shù)的最大優(yōu)勢所在。如果由授權(quán)載波來傳遞控制信息，非授權(quán)載波能夠得到充分的利用。

8、這一點優(yōu)勢是WiFi系統(tǒng)不可比擬的。3.5 載波感知自適應(yīng)傳輸2在WiFi和LTE-U密集部署的小區(qū)，LTE-U系統(tǒng)可能無法發(fā)現(xiàn)空白的信道，在這種情況下，LTE-U可以通過載波感知自適應(yīng)傳輸技術(shù)來實現(xiàn)與相鄰小區(qū)的WiFi或LTE-U共享信道。傳統(tǒng)的信道共享機制，如WiFi中的LBT和CSMA機制。這些技術(shù)的共性就是在使用共享信道進行數(shù)據(jù)發(fā)送時首先要進行載波偵聽，以確保共享信道是處于空閑的狀態(tài)。對于載波感知自適應(yīng)傳輸CSAT機制，CSAT定義了一個發(fā)送循環(huán)周期， 在這個循環(huán)周期里，LTE-U只用一部分時間間隔進行小區(qū)的傳輸，其中傳輸執(zhí)行與傳輸關(guān)閉的占空比是由小區(qū)內(nèi)其他傳輸系統(tǒng)的活動程度決定的，這

9、樣就可以確保信道的共享和服務(wù)的質(zhì)量。圖5.CSAT的傳輸原理如圖5.所示，小區(qū)中的LTE-U系統(tǒng)通過周期性發(fā)送開啟和關(guān)閉發(fā)送轉(zhuǎn)態(tài)，以確保與WiFi的兼容。4 應(yīng)用場景2-3 圖6.（a）圖6.（b）如圖6.（a）所示，圖中展示的方案是同一個小區(qū)內(nèi)同時使用LTE-U和LTE進行部署的場景，在這種情景下，運營商投入的成本將會非常低，可以充分利用現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)；另外，LTE-U與LTE的聯(lián)合部署將會有利于授權(quán)頻譜與非授權(quán)頻譜的高效聚合，有利于實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸。圖6.（b）則給出了在室內(nèi)部署LTE-U的場景，這樣將會大大改善類似企業(yè)、學(xué)校等公共場所的無線上網(wǎng)體驗。在以上的部署場景中，勢必會遇到LT

10、E-U、WiFi的聯(lián)合部署的情況。在這種場景下，由于LTE-U與WiFi均工作于非授權(quán)頻段，因此我們首先要考慮的就是LTE-U與WiFi的信道共享問題。圖7.非授權(quán)頻譜分布 圖8.（a）CSAT 圖8.（b）LBT針對信道共享問題，圖8.給出了兩種解決方案，（a）是采用CSAT機制，（b）圖是未來將要制定的LBT機制。采用聯(lián)合部署可以充分的利用現(xiàn)有的WiFi網(wǎng)絡(luò)部署，達到節(jié)省成本的目的。圖9.信道共享算法流程5 性能分析對于LTE-U而言，將5GHz附近的非授權(quán)頻譜運用到小小區(qū)是一個理想的選擇，這將會顯著增強LTE移動網(wǎng)絡(luò)的信息承載能力。以下我們對LTE-U性能的分析也是基于此場景進行的。圖1

11、0.LTE-U的設(shè)定場景5.1 容量性能35.2 數(shù)據(jù)速率2圖12.場景部署在對數(shù)據(jù)率性能進行分析時，我們采用了以下具體的部署場景：宏小區(qū)間的距離為500米，每個宏小區(qū)中擁有一個半徑為50米的微微小區(qū)簇，這個小區(qū)簇中隨機的配置有4到8個小基站，每個小基站之間的最小距離為10米，宏小區(qū)內(nèi)三分之二的用戶隨機分布在以小區(qū)簇為中心的70米的半徑范圍內(nèi)，剩下的用戶則隨機的分布于宏小區(qū)各個角落。本次性能分析時，我們與WiFi技術(shù)進行了對比。此處WiFi技術(shù)采用LDPC編碼和信道選擇方案。具體參數(shù)配置如下：表1.參數(shù)設(shè)置通過進一步的仿真，我們得出了以下的結(jié)論：（1）每個宏小區(qū)中微微小區(qū)簇由4個微微小區(qū)組成。圖13. DL平均用戶數(shù)據(jù)速率增益（2）每個宏小區(qū)中微微小區(qū)簇由8個微微小區(qū)組成圖14. DL平均用戶數(shù)據(jù)速率增益5.3 吞吐量3圖15.LTE-U對系統(tǒng)吞吐量的增益6 結(jié)束語本文給出了未來LTE-U的一些可能的關(guān)鍵技術(shù)，首先，我們應(yīng)該充分肯定LTE-U的優(yōu)勢所在，另外，一些非技術(shù)因素也應(yīng)該考慮進去，如各個國家對非授權(quán)頻譜的開放使用、LTE-U的成本優(yōu)勢等。從現(xiàn)有資料分析來看，LTE-U必將會蓬勃發(fā)展，未來的非授權(quán)頻譜使用競爭將會更加激烈。7 參考文獻1 Unlicensed Spectrum Utilization of LTE,