【無線射頻通信】-LTE-A研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進展 美韓日等已部署

----宋停云與您分享--------宋停云與您分享----LTE-A研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進展美韓日等已部署LTE-Advanced(簡稱LTE-A)是LTE技術(shù)的進一步演進版本，可以實現(xiàn)更高的峰值速率和系統(tǒng)容量。需要說明的，LTE-A不是一項的技術(shù)，而是由3GPPR10-R12版本標(biāo)準(zhǔn)中定義的載波聚合(CarrierAggregation，CA)、高階MIMO(下行TM9、上行TM2)、增加小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(eICIC)、協(xié)同多點(CoMP)、中繼(Relay)、小小區(qū)增加(SmallCell)等一系列增加特性構(gòu)成的技術(shù)集。因此，產(chǎn)業(yè)界可以選擇性的逐步實現(xiàn)各個LTE-A技術(shù)選項，而不需要一步到位的實現(xiàn)全部。

產(chǎn)業(yè)界在選擇實現(xiàn)LTE-A技術(shù)的先后優(yōu)先級時，主要考慮兩方面因素：運營商的需求和實現(xiàn)簡單度。從這兩個因素動身，全球產(chǎn)業(yè)界確定，首先規(guī)模部署的LTE-A技術(shù)將是載波聚合，其余的高階MIMO、eICIC、SmallCell、CoMP、Relay等技術(shù)將可能在將來幾年內(nèi)逐步完成產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模部署。

一、載波聚合的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進展

載波聚合技術(shù)是為了提高LTE系統(tǒng)的峰值速率，而將多個載波聚合在一起使用的技術(shù)，其技術(shù)簡單度取決于聚合的"成員載波'(componentcarrier)的數(shù)量和這些載波的分布狀況。假如成員載波連續(xù)分布，稱為連續(xù)載波CA，射頻的實現(xiàn)簡單度相對較低；假如成員載波不連續(xù)分布，稱為非連續(xù)載波CA，射頻實現(xiàn)簡單度相對較高；假如成員載波均分布在一個頻帶內(nèi)，稱為頻帶內(nèi)CA(intra-bandCA)，射頻的實現(xiàn)簡單度相對較低；假如成員載波分布在不同頻帶內(nèi)，稱為跨頻帶CA(inter-bandCA)，射頻實現(xiàn)簡單度相對較高。

載波聚合之所以成為進展最快的LTE-A技術(shù)，首先是源于運營商的需求。由于移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的爆炸性增長，國際運營商作為移動互聯(lián)網(wǎng)的"接入管道'，一方面擴充管道的容量，一方面需要向用戶宣稱自己具有"峰值速率優(yōu)勢'。因此，國際上已部署LTE的國家，運營商均不由自主地卷入"峰值速率競爭'，在LTE-A進展最快的韓國，3家運營商已經(jīng)于2023年已經(jīng)開頭了載波聚合的商用部署，以強化其"技術(shù)領(lǐng)跑'優(yōu)勢。國際上另有3家運營商正在部署載波聚合網(wǎng)絡(luò)，21家已有方案或正在試驗。2023年8月，軟銀在3.5GHz進行了采納5個20MHz的CA和4x4MIMO的TD-LTE系統(tǒng)演示，峰值速率達到700Mbps以上。在2023年2月巴塞羅那的無線世界大會(MWC2023)上，諾基亞(NSN)演示了采納6個20MHz載波聚合和8x8MIMO的LTEFDD系統(tǒng)演示，峰值速率達到2.6Gbps。

但這些只是基于概念樣機的演示，并不能代表真實產(chǎn)品的研發(fā)進度。目前大部分主流系統(tǒng)設(shè)備商已實現(xiàn)了R10版本定義的2載波下行頻帶內(nèi)CA，從而可以將下行峰值速率提高一倍。比較領(lǐng)先的廠商已經(jīng)開頭支持更多數(shù)量載波以及跨頻帶的CA，在MWC2023上，華為演示了采納3個載波、共50MHz跨頻帶CA和4x4MIMO的LTEFDD系統(tǒng)，峰值速率達到460Mbps。其余主要系統(tǒng)廠家估計將于2023年內(nèi)支持3個載波的下行跨頻帶CA。

當(dāng)然，載波聚合和其他的無線通信技術(shù)一樣，需要從網(wǎng)絡(luò)到終端"端到端'完成研發(fā)才能實現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化。而由于一項新興技術(shù)的研發(fā)瓶頸往往是在終端側(cè)，而非網(wǎng)絡(luò)側(cè)，CA技術(shù)的實際商用時間也將取決于終端側(cè)的研發(fā)進展。在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中，支持2載波CA和300Mbps峰值速率的終端被定義為"等級6'(Cat6)終端。因此載波聚合技術(shù)是否能得到廣泛應(yīng)用，還要看國際終端/芯片產(chǎn)業(yè)對Cat6終端的支持程度。截至2023年1月，在全部發(fā)布的1371款LTE終端中，只有2款宣稱為Cat6終端?？上驳氖牵贛WC2023大會上，高通公司已經(jīng)演示了其基于20nm先進半導(dǎo)體工藝的Cat6終端芯片平臺，估計2023年三季度可能實現(xiàn)商用。而針對超過2個載波的和跨頻帶的CA，終端芯片廠商尚無清楚牢靠的路標(biāo)。由于上行CA在3GPPR12版本中才被標(biāo)準(zhǔn)化，近期也還無法明確推斷其研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化時間表。

綜上所述，基本配置的CA技術(shù)渴望在2023年完成產(chǎn)業(yè)化并實現(xiàn)初步規(guī)模部署。最終需要說明的是，CA技術(shù)的應(yīng)用也不肯定只集中在2.6GHz等傳統(tǒng)的LTE核心頻段，近來國際上對3.5GHz頻譜的安排加速，由于該頻段帶寬資源相對更為充裕，為更多運營商部署CA供應(yīng)了條件，也可能成為下一階段CA應(yīng)用需求比較集中的頻段。但近幾年3.5GHz頻段并非制造廠商的研發(fā)重點，尤其不被終端芯片廠商所重視，因此這一頻段的CA產(chǎn)業(yè)化進度遲滯更為嚴峻，與運營商需求之間的差距更為突出。

二、其他LTE-A技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進展

在其他LTE-A技術(shù)特性中，研發(fā)進展最快的是下行高階MIMO，即傳輸模式9(TM9)。但由于相當(dāng)長時間內(nèi)，終端天線數(shù)量仍將限制在2根天線，即使完成了4-8流的基站研發(fā)也無法實現(xiàn)端到端的產(chǎn)業(yè)化，因此目前主流系統(tǒng)廠商仍只支持雙流TM9發(fā)送(包括單終端雙流單用戶MIMO(SU-MIMO)和雙終端單流多用戶MIMO(MU-MIMO))，TM9的"高階MIMO'優(yōu)勢并沒有得到充分發(fā)揮。因此雖然主流芯片廠商估計2023年上半年即可支持TM9(終端芯片理論上將可支持4-8流TM9信號的接收，但數(shù)據(jù)卡和手機設(shè)計短期內(nèi)很難支持2流以上的MIMO信號接收)，運營商對這項技術(shù)的部署需求尚不明確。而且考慮到國際上除了少數(shù)TD-LTE運營商擁有較多天線數(shù)量的基站天面條件(如軟銀、中國移動)，大部分LTEFDD將基站天線數(shù)量增加到4根以上還存在諸多困難，可能帶來建網(wǎng)成本的大幅增加。因此雖然基本TM9技術(shù)的研發(fā)進度并不落后于載波聚合，但此項技術(shù)很難在2023年得到規(guī)模部署，也很難真正完成產(chǎn)業(yè)化。

上行高階MIMO技術(shù)，即TM2由于需要增加上行射頻放射模塊的數(shù)量，比下行MIMO造成的簡單度和終端成本增加更大，另外目前LTE運營商主要關(guān)注下行數(shù)據(jù)率的提升，對上行增加尚未重視，大多數(shù)主流終端芯片廠商還沒有明確的研發(fā)時間表，因此估計此項技術(shù)不會很快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

eICIC技術(shù)是針對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(HetNet)部署場景研發(fā)的增加干擾抑制技術(shù)，可以提高日漸增多的LTE微小區(qū)、室內(nèi)掩蓋和家庭基站的抗干擾性能。eICIC通過軟件升級就可以實現(xiàn)，對基站和終端硬件沒有額外要求，此項技術(shù)在2023年上半年和下半年可分別得到網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)的支持。此項技術(shù)的部署進度更多取決于各個運營商的選擇，假如某些運營商重視LTE微小區(qū)部署和層疊組網(wǎng)，可能要求盡早實現(xiàn)此項技術(shù)，則eICIC可能在2023年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模部署。

其他處于預(yù)研階段的LTE-A技術(shù)還包括CoMP、Relay等，由于其在實際網(wǎng)絡(luò)中的性能增益尚有爭議、產(chǎn)品升級的簡單度和成本較高，大部分廠商、尤其是終端芯片廠商還沒有明確的研發(fā)時間表，估計不會在近期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。SmallCell作為近期新興的LTE增加技術(shù)，受到產(chǎn)業(yè)的廣泛重視，但此項技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化尚未完成，真正的SmallCell產(chǎn)業(yè)化也難以在近期實現(xiàn)。

需要說明的是，有些公司將VoLTE也視為一種LTE-A技術(shù)，但是從3GPP標(biāo)準(zhǔn)的角度，VoLTE不在LTE-A標(biāo)準(zhǔn)范疇內(nèi)，其研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進展可另文論述。由于篇幅所限，本文暫不涉及。

三、我國TD-LTE-A技術(shù)試驗進展

為了推動TD-LTE-A技術(shù)的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化，我國在工業(yè)和信息化部TD-LTE工作組的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，從2023年下半年開頭組織TD-LTE技術(shù)試驗，主要針對3GPPR10版本引入的LTE-A增加技術(shù)，包括CA、高階MIMO(下行TM9、上行TM2)和eICIC等開展測試。

TD-LTE工作組將制定25冊技術(shù)規(guī)范，已完成了其中的2冊，另有9冊已開頭制定。從2023年9月份啟動了第一輪的LTE-A系統(tǒng)設(shè)備測試，測試內(nèi)容包括：

CA：對2.6GHz頻段的20MHz+20MHz連續(xù)載波CA的相關(guān)功能、性能和射頻指標(biāo)進行驗證；

下行TM9：對基于碼本和非碼本實現(xiàn)的TM9(目前要求支持單用戶雙流傳輸)的功能和性能進行驗證；

上行TM2：對上行雙流MIMO功能進行驗證，為可選測試內(nèi)容。

截至2023年底，已有3個系統(tǒng)廠商基本完成此輪測試，一個廠商完成了CA部分的測試。在試驗中，相關(guān)測試儀表對TD-LTE-A的支持程度也得到驗證：在CA方面，終端模擬器和信道仿真器已滿意測試要求；在高階MIMO方面，終端模擬器尚不能支持真正的8天線端口，目前只能基于2天線端口模式進行初步的測試驗證。

四、小結(jié)

LTE及LTE-A已經(jīng)成為許多國際運營商面對移動互聯(lián)網(wǎng)進展擴展網(wǎng)絡(luò)容量的