无线通信
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2010/10/11 10:36
占领LTE制高点:大唐移动推演TD-LTE-Advanced
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C114讯 与TD-SCDMA不同,LTE自诞生之日就备受关注。从大唐移动独立向3GPP提交两套基于TDD模式的LTE解决方案开始,先后经历了TDD帧结构的融合、波束赋形以及TDD特性的优化、双流波束赋形的推动、NGMN评估、ITU IMT-Advanced方案的提交、3GPP TD-LTE-Advanced的标准确立等多个阶段,每一个阶段都充满了挑战。

不过,挑战也激发了大唐移动人的斗志。经过了将近6年的风风雨雨,终于确定了TD-LTE标准的国际化地位,确立了TD-SCDMA的后续发展方向,也推动TD-LTE-Advanced成为了IMT-Advanced的候选技术之一。

两套方案,应对3GPP长期演进

LTE概念最早提出,是在3GPP 2004年11月在加拿大多伦多召开的3GPP Long Term Evolution Work Shop上首次提出的,在这次会议上,首次提出了对3GPP UTRA未来演进的需求,包括空中接口和网络架构。在3GPP 2004年12月8日-10日在希腊雅典召开的RAN#26全会上,正式决定将3GPP UTRA的长期演进(Long Term Evolution)作为一个Study Item进行研究,可以评估新的无线空中接口和网络架构。3GPP对LTE概念的提出,启动了3GPP历史上最大的一个研究课题,吸引了前所未有的最多成员单位的参与,而大唐移动,在这里面从一开始就扮演了重要的角色。并在五年多的标准化路途上,对TD-LTE,TD-LTE-Advanced的整体技术的提出和完善起到了至关重要的作用。

随后,在2005年4月在北京召开的RAN1#40Bis会议上,3GPP各个公司第一次可以提交各自对LTE上行下行框架方案的文稿,大唐移动在TD-SCDMA标准还有许多需要研究和完善的情况下,基于前期的研究积累,在这次会议上提出了自己对LTE的认识和理解,与各公司分别第一次提交的LTE技术文稿一起做了澄清性的讨论。随后,并在6月份的LTE AdHoc会议上提出了物理层基于多载波TD-SCDMA和TDD OFDM的两套空中接口解决方案,这两套解决方案的提出也引起了会议各公司代表的极大关注和兴趣,在当时的会场上讨论就引发了许多的讨论。有的代表就关心为什么一家公司要提两套方案呢,那么它本身更倾向那个方案呢?而实际上,两个方案都是基于TDD技术的演进,一个更多的考虑和原系统的兼容性和共存,一个更多的是全新的物理层结构设计,一定程度上考虑和原系统的共存并最大程度上优化系统的性能。经过数轮的相互澄清和激烈辩论,大唐移动提出的两套解决方案和其他四个解决方案一起被列入到LTE SI的技术报告TR25.814中作为候选方案。列为候选方案,只是万里长征走的第一步,只是说明在第一步没有被各列强所扼杀。

在提出了框架方案后,还需要对方案各方面进行细致的细化和评估,大唐对传输方案,多天线设计,导频设计等各方面进行了详细的论证和评估,在这个过程中,无论是后方研究仿真的支持人员,还是前方的标准化同事,在公司和系标部领导的支持领导下,克服了重重困难,顶住了来自各方面的巨大压力,将方案认真论证和细化,保证我们提出技术方案的领先性和可靠性。

作为LTE SI阶段最重要的方案讨论,首先需要确定下来多址接入方案,才能进一步探讨物理层整体方案。经过多方的讨论评估,在多个方案中进行融合,最终在2006年11月的而韩国会议上确定了采用下行OFDM上行单载波FDMA的多址接入方案。至此,大唐所提出的基于TD-SCDMA帧结构的TDD OFDM的解决方案作为了传输方案的TDD方式被会议正式接受。两年来的坚持和努力终于收到应有的回报。

帧结构优化,二分天下

帧结构确定了物理层信号的基本传输结构,对各信道的传输方案设计与整体性能优化具有决定性的影响。对于TDD系统而言,如何即保持良好的一致性以利用产品的规模化又突出TDD性能优势是其中设计的关键。正因为帧结构的重要性,从LTE标准化工作开始,相关的研究与提案就开始涉及并进行了反复的讨论,经过较长的时间才最终确定。

在LTE标准上,各大公司以支持FDD为主,对于TDD标准相对不够重视;对于关注TDD的公司,又因为存在2种不同实现方式,而研究力量过于分散。大唐移动经过长期的研究与思考,也与众运营商、设备商进行充分沟通,期望通过大家合力做大做强TDD系统技术。在RAN#37会议上,中国移动沃达丰等运营商牵头,通过文稿RP-070751,建议对LTE的帧结构进行优化,主要目标是将2种TDD帧结构优化为1种。会议之后,在大唐移动、中国移动、电信研究院以及关注TDD标准的其他公司的一起努力下,确定了基于type2帧结构进行优化的基调,其目的是提高TDD性能,并增加与FDD系统的一致性,以利用双模系统的实现。最后,在RAN1#51上,通过文稿R1-075020,如图1的帧结构获得通过。

占领LTE制高点:大唐移动推演TD-LTE-Advanced

图1: 优化的TDD帧结构

在TDD帧结构融合为唯一一种帧结构之后,各设备商与运营商的热情空前高涨,TDD系统研究进展迅速,先后针对TDD特性进行了优化,确保了TDD系统在R8阶段有效的匹配了LTE FDD标准的研究进度。帧结构的优化,也使得利用TDD系统互易性的波束赋形技术被提到了会议议程上,经过持续的努力,用于波束赋形的专用导频设计、相关传输模式、反馈模式等一一在标准中完成,确定了波束赋形作为主要MIMO技术方案的地位。

R8的标准化阶段帧结构的优化不仅打压了HCR TDD的潜在市场,也有利的争取了更多的运营商、设备商的关注,自此TD-LTE和LTE FDD两种标准二分天下的趋势,已初显端倪。

双流波束赋形,厚积博发

智能天线技术为代表的多天线技术一直是大唐移动的传统强项,从TD-SCDMA到TD-LTE,从标准化到产业化,十多年来大唐人对智能天线技术的理解更加深入、更加客观、更加醇厚。2007年5月,大唐移动提出的波束赋形(Beamforming)技术正式被3GPP接受作为TD-LTE(R8版本)的特性。

基本在与R8标准化阶段相同的时间内,大唐移动的4G标准化团队正在潜心研究双流波束赋形技术,从而使得TD-LTE单流Beamforming特性能够在LTE后续版本及LTE-Advanced阶段平滑持续地演进和发展。该技术创造性地将空间复用和波束赋形结合,有效地提高了系统吞吐量,满足了运营商的需求。

2007年至2008年,大唐移动和中国移动在国内IMT-A技术组和标准子组上分别提交了双流波束赋形(Dual-Stream BF)的整体解决方案,获得支持和通过。在3GPP双流波束赋形立项之前,中国移动和大唐移动从2008年6月份开始在LTE R9版本及LTE-A技术(Rel-10)范围内开始共同推动该技术。2009年3月份RAN#43次会议,大唐移动配合中国移动推动双流波束赋形在3GPP立项完成(R9版本),相关标准化工作在3GPP RAN1展开讨论。2009年12月,3GPP双流波束赋形技术项目的标准化工作基本完成。2010年3月,3GPP双流波束赋形技术项目的标准化工作正式完成,R9协议冻结。

应用8天线双流BF技术是提高吞吐量性能的有效方法。根据提交ITU的评估结果,扇区吞吐量最大提升约80%,边缘吞吐量最大提升约130%。2009年12月,大唐移动举行了TD-LTE新技术发布会,向业内专家展示了双流BF技术在提升用户吞吐量和覆盖能力上的优异性能。在发布会上的创新技术展示获得了工信部、北京市等各部委的多位领导、中国移动领导和专家以及国外运营商专家的一致认可和高度评价。

TD-LTE-Advanced,齐头并进

2007年初,为应对IMT-Advanced标准化需要,国内成立了IMT-Advanced推进组,并成立了LTE、UMB、16m、ITU 4个标准化子组。大唐移动在技术研究和标准推动中作了超前布局,并将重点放在LTE和ITU这两个议题上。技术研究上,根据TDD的特点,开始了持续的技术创新并形成一系列成果,在此基础上完成大唐移动4G技术白皮书。同时,紧随3GPP中LTE进程,全力投入,全面参与,完成各阶段的技术成果积累。在标准推动方面,完成TD-LTE关键里程碑的推动以及大量技术标准成果写入3GPP规范;在ITU的IMT-Advanced的不同阶段,未雨绸缪,先后把符合TDD特点的需求以及满足智能天线等TD特色技术评估的条件写入ITU相关文件。同时,作到3GPP和ITU工作密切配合、互相促进,形成良好的互动。

在ITU标准化方面,在ITU启动IMT-Advanced相关工作之初,即同步启动了相关工作,在IMT-Advanced需求、评估文件制订、征集通函制订的各个环节,都规划和提出体现TDD要求和技术特点的提案。在IMT-Advanced需求阶段,大唐移动成功推动了用户面10ms时延问题解决,消除了可能阻碍基于TD的4G技术进入IMT-Advanced的隐患;在评估文件制订阶段,我们提出在评估文件中需要加入对小间距8×2智能天线配置的支持,在非常困难的情况下,成功推动把8天线配置写入IMT-A评估文件,为增强型智能天线技术写入IMT-Advanced扫清障碍;在技术提交描述阶段,我们和其它国外公司积极沟通,把TDD必需的内容写入技术描述文件;在候选方案自评估阶段,我们积极参加中国评估组的仿真评估工作,提供了各种情况下完整的仿真结果,并共同推动把有利于TDD的结果写入3GPP报告,维护了TDD的利益,提高了TDD的竞争力。以上工作,为最终完成提交TD-LTE-Advanced 作为IMT-Advanced候选技术创造了必要条件。

在3GPP 技术研究和标准化阶段,大唐移动将主要的工作重心集中在载波聚合、多天线、协作多点、Relay等方面。在载波聚合方面,大唐移动参与了全方位的系统设计与标准化工作,比如上下行控制信道设计、保护带宽解决方案、随机接入流程设计、载波间负载均衡设计等等。在多天线方面,大唐移动提供了多流波束赋形、上行非码本SU-MIMO、参考信号设计、下行高阶MIMO传输等技术方案。同时,大唐移动还在联合处理、协作波束赋形、TDD系统的Relay设计方面提供了大量的技术提案。目前在TD-LTE-Advanced物理层协议研究方面,已经基本实现了全面覆盖、重点突破的格局,研究涵盖了LTE RAN1所有的主要技术方向,并在重点领域不断取得突破。在所有研究人员和标准人员的共同努力下,已逐步成长为3GPP LTE RAN1标准会议上令人无法忽视的力量。

2009年10月14日至21日,在国际电信联盟ITU-R WP5D工作组第6次会议上,我国提交了我国主导的、具有自主知识产权的TD-LTE-Advanced技术方案,被ITU接纳为可进行下阶段技术评估的方案之一。至此,我国在下一代移动通信IMT-Advanced(4G)国际通信技术标准上取得重大阶段性成果。大唐移动作为TD-LTE-Advanced标准的主要倡导者、推动者和主要贡献者,因开始之初以及一直持之以恒的坚持和努力,取得了大量丰硕的成果。由于TD-LTE-Advanced是在TD-LTE的基础上增强而来的,大唐移动作为TD-LTE的技术标准主导者,同时凭借在TD-LTE增强技术上的深入研究,为继续主导TD-LTE-Advanced的技术和标准化进程奠定了坚实的基础。

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写得不太好

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