229-R16中LTE的前世今生

1、R16中LTE的前世今生長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE： Long-Term Evolution )是基于 GSM/EDGE 和 UMTS/HSPA 技術(shù)的 移動(dòng)設(shè)備和數(shù)據(jù)終端的無(wú)線寬帶通信標(biāo)準(zhǔn)。它增加了容量和速度使用不同的無(wú)線 電接口和核心網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)。LTE無(wú)線接入技術(shù)的工作于2004年11月在3GPP中啟動(dòng)，作為3GPP Release8 的一部分，第一個(gè)LTE規(guī)范于2007年12月最終確定。第一個(gè)LTE版本的主要特 點(diǎn)包括：支持高達(dá)20 MHz的更寬傳輸帶寬支持頻分雙工(FDD)和時(shí)分雙工(TDD)，可在同一無(wú)線電接入技術(shù)中同時(shí)在 成對(duì)和非成對(duì)頻譜中運(yùn)行基于正交頻分復(fù)用OFDM的傳輸方案(傳統(tǒng)OFDM

2、用于下行鏈路，DFT預(yù)編碼 OFDM用于上行鏈路)集成對(duì)下行鏈路空間復(fù)用的支持，單個(gè)設(shè)備最多有四個(gè)傳輸層與早期3GPP技術(shù)相比，支持更低的無(wú)線接入時(shí)延LTE無(wú)線接入技術(shù)隨著每一個(gè)后續(xù)版本在許多領(lǐng)域都得到了發(fā)展，從而進(jìn)一步提 高了該技術(shù)的性能并擴(kuò)展了其功能。LTE載波聚合是在release10中引入的一種能力，用于增加整體傳輸帶寬，從而 提高數(shù)據(jù)速率。Release-10載波聚合支持最多五個(gè)頻點(diǎn)的聚合。這后來(lái)在 Release13中擴(kuò)展到了 32個(gè)分量載波，主要針對(duì)未授權(quán)頻譜的操作。許可輔助接入(LAA： Licensed Assisted Access)是在第13版中引入的，它也 提供了在未授

3、權(quán)頻譜中進(jìn)行LTE傳輸?shù)目赡苄?。在LAA和LTE的情況下，未授權(quán) 頻譜中的附加載波可以通過(guò)提供額外容量和實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率來(lái)補(bǔ)充許可頻 譜中的載波。在Release10中，LTE下行鏈路空間復(fù)用被擴(kuò)展到支持多達(dá)8個(gè)傳輸層。該版本 還引入了一種增強(qiáng)的參考信號(hào)結(jié)構(gòu)，將信道估計(jì)和信道狀態(tài)獲取功能分開。 Release10還引入了對(duì)LTE上行鏈路空間復(fù)用的支持，最多支持四個(gè)傳輸層。LTE 協(xié)調(diào)多點(diǎn)傳輸(CoMP： coordinated multipoint transmission)是在 3GPP 發(fā)行Release11中引入的，并在Release12中進(jìn)一步擴(kuò)展到回程不太理想的部 署。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)正逐

4、漸成為一種突出的部署結(jié)構(gòu)。這些網(wǎng)絡(luò)提供全區(qū)域覆蓋，在宏觀層 下部署一個(gè)或多個(gè)密集的微站以實(shí)現(xiàn)容量和高數(shù)據(jù)速率。作為L(zhǎng)TE持續(xù)發(fā)展的一 部分，已經(jīng)引入了一些專門針對(duì)微站部署和異構(gòu)部署的功能：Release10中引入了處理異構(gòu)部署不同小區(qū)之間干擾的新方法。Release12引入了增強(qiáng)層間移動(dòng)性的功能。LTE雙連接在Release13中引入。通過(guò)雙重連接，設(shè)備可以連接到提供高容 量和高數(shù)據(jù)速率的密集微站，同時(shí)也可以連接到提供可靠連接的覆蓋宏站。與宏站相比，微站中每個(gè)小區(qū)的流量負(fù)荷變化更為動(dòng)態(tài)，小區(qū)通常完全沒(méi)有 活動(dòng)用戶。因此，Release12引入了微站開/關(guān)的概念，作為一種機(jī)制，可以 根據(jù)流量情況

5、更動(dòng)態(tài)地打開/關(guān)閉單個(gè)小區(qū)，從而降低平均干擾水平并提高 網(wǎng)絡(luò)能效。3GPP Release 11中引入的動(dòng)態(tài)TDD允許在不成對(duì)頻譜中操作時(shí)，更動(dòng)態(tài)地 改變下行鏈路/上行鏈路比率。這提供了一種工具來(lái)更動(dòng)態(tài)地調(diào)整下行鏈路/上行鏈路容量比，以匹配不同鏈路方向上的瞬時(shí)業(yè)務(wù)情況。LTE的第一個(gè)版本完全集中在移動(dòng)寬帶（MBB）用例上。然而，后來(lái)的3GPP版本 將LTE擴(kuò)展到MBB之外的幾個(gè)新用例：增強(qiáng)對(duì)所謂的大規(guī)模機(jī)器類型通信（MTC： massive machine type communication）的支持，針對(duì)的是通常需要非常低成本、電池壽命很長(zhǎng)的 設(shè)備的應(yīng)用程序，在幾個(gè)3GPP版本中一直是重點(diǎn)，

6、并遵循兩個(gè)不同的軌 道。 Release12引入了 LTE-MTC，也就是說(shuō)，一組集成的LTE特性專門針對(duì)大規(guī) 模MTC的增強(qiáng)支持。 部分與LTE-MTC平行，Rlease 13引入了窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）。NB-IoT可 被視為與LTE非常一致的單獨(dú)的無(wú)線電接入技術(shù)，從而使得例如NB- IoT/LTE頻譜共存，即，在LTE運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)使用的頻譜內(nèi)部署NB-IoT。LTE-MTC和NB-IoT自推出以來(lái)，在隨后的LTE版本（包括Release16和 Release17）中都得到了進(jìn)一步的增強(qiáng)和擴(kuò)展，如下文。針對(duì)公共安全和商業(yè)用例的直接設(shè)備對(duì)設(shè)備（D2D）通信在Release12中引 入，并在

7、Release13中通過(guò)基于設(shè)備的中繼功能進(jìn)一步增強(qiáng)。V2X （車輛到車輛、車輛到基礎(chǔ)設(shè)施、車輛到網(wǎng)絡(luò)）通信被視為蜂窩網(wǎng)絡(luò)的 一個(gè)重要新用例。相關(guān)服務(wù)包括，例如，增強(qiáng)的交通安全、排班和車輛之 間以及車輛與云之間的一般信息共享。3GPP Release14首先在這一領(lǐng)域引 入了 LTE增強(qiáng)功能，包括服務(wù)質(zhì)量增強(qiáng)和基于Release12中引入的直接設(shè)備 到設(shè)備特性的V2V支持。3GPP Release 15中引入了短TTI功能，通過(guò)將最小TTI降低到小于0.2m s來(lái) 降低時(shí)延，從而更好地服務(wù)于延遲關(guān)鍵用例。3GPP Release 16包括在六個(gè)不同的工作項(xiàng)中開發(fā)的幾個(gè)與LTE相關(guān)的特性： LT

8、E-MTC、NB-IoT、DL-MIMO效率、移動(dòng)性、高速場(chǎng)景下的性能以及5G地面廣 播。LTE-MTC增強(qiáng)功能LTE-MTC是一種低功耗廣域技術(shù)，通過(guò)較低的設(shè)備復(fù)雜性支持物聯(lián)網(wǎng)，并提供擴(kuò) 展的覆蓋范圍，同時(shí)允許LTE用戶群的再利用。它最初是在3GPP Release12中引入的，但在隨后的發(fā)行版中進(jìn)行了擴(kuò)展?；?LTE的技術(shù)（LTE-MTC和NB-IOT）將為未來(lái)基于蜂窩的大規(guī)模MTC提供基礎(chǔ)。3GPP Release-16工作項(xiàng)LTE6的附加MTC增強(qiáng)功能引入了幾個(gè)新功能：通過(guò)增強(qiáng)移動(dòng)終端的早期數(shù)據(jù)傳輸和UE組喚醒信令，提高了大規(guī)模MTC傳輸 的頻譜效率，并降低了大規(guī)模MTC設(shè)備的能耗在

9、空閑模式下使用預(yù)先配置的資源進(jìn)行上行鏈路傳輸，允許設(shè)備避免耗 時(shí)的隨機(jī)訪問(wèn)過(guò)程下行和上行傳輸方向的多傳輸塊調(diào)度，減少控制信令開銷增強(qiáng)設(shè)備在空閑和連接模式下的下行鏈路質(zhì)量報(bào)告，從而改進(jìn)鏈路自適 應(yīng)低移動(dòng)性設(shè)備的放寬服務(wù)小區(qū)測(cè)量要求利用LTE-MTC覆蓋增強(qiáng)的普通LTE設(shè)備的性能改進(jìn)對(duì)于只提供LTE-MTC接入而不提供基于LTE的移動(dòng)寬帶接入的小區(qū)，LTE-MTC獨(dú)立運(yùn)行時(shí)的效率更高未來(lái)，運(yùn)營(yíng)商可能會(huì)從LTE遷移到NR,以提供移動(dòng)寬帶服務(wù)，但可能需要維持 LTE操作，以向遺留的大規(guī)模MTC設(shè)備提供服務(wù)。在這些情況下，使NR和LTE-MTC 之間的有效頻譜共存是很重要的。因此，3GPP Releas

10、e-16還包括NR/LTE-MTC共 存方面的性能改進(jìn)。3GPP Release-16還包括與使LTE-MTC設(shè)備連接到5G核心網(wǎng)（5GC）相關(guān)的功能。NB-IOT增強(qiáng)功能窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）是3GPP為支持多種蜂窩設(shè)備和服務(wù)而開發(fā)的低功耗廣域 網(wǎng)（LPWAN）無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。如上所述，NB-IoT在3GPP Release13中作為基于 LTE的無(wú)線接入技術(shù)引入，在隨后的版本中引入了進(jìn)一步的增強(qiáng)。與LTE-MTC類 似，NB-IoT將繼續(xù)成為大規(guī)模MTC的重要工具。NB-IoT的持續(xù)發(fā)展也是一項(xiàng)重要 的3GPP活動(dòng)。事實(shí)上，LTE-MTC的許多Release-16增強(qiáng)和擴(kuò)展也是在NB-I

11、oT的上 下文中進(jìn)行的，作為NB-IoT的Release-16H作項(xiàng)附加增強(qiáng)的一部分。更具體地 說(shuō)，工作項(xiàng)包括：NB-IoT傳輸?shù)念l譜效率提高，NB-IoT設(shè)備的能耗降低：增強(qiáng)的移動(dòng)端接早期數(shù)據(jù)傳輸和UE組喚醒信令在空閑模式下使用預(yù)先配置的資源進(jìn)行上行鏈路傳輸，允許設(shè)備避免耗 時(shí)的隨機(jī)訪問(wèn)過(guò)程，減少上行傳輸和下行傳輸控制的開銷增強(qiáng)設(shè)備在空閑和連接模式下的下行鏈路質(zhì)量報(bào)告，從而改進(jìn)鏈路自適 應(yīng)增強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理的支持，包括對(duì)小區(qū)全局身份和隨機(jī)訪問(wèn)性能報(bào)告的支持通過(guò)新系統(tǒng)信息增強(qiáng)移動(dòng)性，以協(xié)助NB-IoT往返LTE、LTE-MTC和GERAN的空 閑模式下系統(tǒng)間小區(qū)選擇與LTE-MTC類似，NB-Io

12、T上的3GPP Release-16活動(dòng)還包括NR/NB-IoT共存方面的 性能改進(jìn)，以及支持將NB-IoT設(shè)備連接到5GC。DL MIMO效率增強(qiáng)LTE-Advanced滿足IMT-Advanced下行鏈路性能要求的一個(gè)重要使能特性是多用 戶MIMO，其中發(fā)射機(jī)在同一頻率資源上同時(shí)服務(wù)于多個(gè)用戶，主要依賴于空間 分離。DL-MIMO是指關(guān)注下行鏈路性能的MIMO。通過(guò) 3GPP Release 13和 Release 14的增強(qiáng) Beam forming/Full-Dimension-MIMO （EB/FD-MIMO）特性，LTE已經(jīng)包括了對(duì)高效大規(guī)模MIMO的支持。然而，為了充分 發(fā)揮LT

13、E EB/FD-MIM O的潛力，在3GPP Release 16中引入了其他增強(qiáng)功能。更具 體地說(shuō)，針對(duì)LTE的Release-16工作項(xiàng)DL-MIM O效率增強(qiáng)旨在增強(qiáng)針對(duì)LTE-TD D的 大規(guī)模MIMO的SRS （Sounding Reference Signal）傳輸?shù)娜萘亢透采w范圍。這 包括：允許每個(gè)子幀在多個(gè)上行鏈路符號(hào)上進(jìn)行SRS傳輸。這使得改進(jìn)的SRS容量 （不同符號(hào)中的不同UE的SRS傳輸）以及擴(kuò)展的SRS覆蓋（單個(gè)UE在多個(gè)符 號(hào)上的SRS傳輸，即，在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)）。引入SRS虛擬小區(qū)ID（virtual cell ID）的概念。這使得通過(guò)允許同一物 理小區(qū)內(nèi)的不同UE占

14、用相同的SRS時(shí)頻資源，并且通過(guò)使用不同的SRS序列 在碼域中被分離，從而能夠進(jìn)一步提高SRS容量。移動(dòng)性增強(qiáng)隨機(jī)接入信道（RACH）是無(wú)線終端接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行呼叫建立和突發(fā)性數(shù)據(jù)傳 輸?shù)墓蚕硇诺馈Ｃ慨?dāng)終端想打一個(gè)MO （mobile origination）呼叫時(shí)，它會(huì)安排RACHo作為3GPP Release 14的一部分，LTE切換時(shí)延通過(guò)引入無(wú)RACH切換和先中斷后 接通切換解決方案得到改善/降低。然而，無(wú)RACH切換僅適用于當(dāng)前上行鏈路定 時(shí)可在目標(biāo)小區(qū)中重用的情況。此外，Release-14先通后斷切換僅適用于具有 雙接收鏈的UE。因此，即使使用了 Release-14增強(qiáng)功能，在

15、許多重要場(chǎng)景中仍 然存在不可忽略的切換中斷時(shí)間?；谶@些原因，3GPP Release 16中引入了額外的LTE移動(dòng)性增強(qiáng)，作為工作項(xiàng) 的一部分，甚至E-UTRAN中的進(jìn)一步移動(dòng)性增強(qiáng)具有以下目標(biāo)：進(jìn)一步減少切換過(guò)程中的用戶數(shù)據(jù)中斷，目標(biāo)是盡可能接近0毫秒的中斷時(shí) 間進(jìn)一步提高切換穩(wěn)健性“Dual active protocol stack solution （DAPS）已被指定為“改進(jìn)的雙 切換協(xié)議“中斷時(shí)間”。DAPS通過(guò)在建立目標(biāo)小區(qū)無(wú)線鏈路的同時(shí)保持源小區(qū) 無(wú)線鏈路（包括數(shù)據(jù)流），將切換期間的中斷減少到接近0毫秒，即與目標(biāo)一 致。條件切換過(guò)程（conditional handover

16、procedure）也被指定為Release 16的 一部分，以提高切換健壯性。在有條件切換時(shí)，為了避免小區(qū)邊緣無(wú)線電條件 差，切換命令被預(yù)先與觸發(fā)條件一起發(fā)送。切換命令可以包括一個(gè)以上的潛在 目標(biāo)小區(qū)。當(dāng)滿足潛在目標(biāo)小區(qū)的觸發(fā)條件時(shí)，UE執(zhí)行到該特定目標(biāo)小區(qū)的切 換。高速場(chǎng)景中的進(jìn)一步性能增強(qiáng)針對(duì)LTE中高速場(chǎng)景的3GPP Release-14工作項(xiàng)性能增強(qiáng)通過(guò)增強(qiáng)對(duì)UE無(wú)線資源 管理（RRM）、UE解調(diào)和基站（PRACH）解調(diào)的要求，提高了在350km/h及以上高 速下的移動(dòng)性和吞吐量性能。Release-16X作項(xiàng)針對(duì)LTE在高速場(chǎng)景中的進(jìn)一步性能增強(qiáng)擴(kuò)展了相對(duì)于版本14 的增強(qiáng)，包括：

17、擴(kuò)展到更高的速度（高達(dá)500 km/h），例如針對(duì)超高速列車將增強(qiáng)的RRM/解調(diào)要求擴(kuò)展到載波聚合場(chǎng)景（Release 14僅考慮非載波聚 合（CA）場(chǎng)景）?；贚TE的5G地面廣播多媒體廣播多播服務(wù)（Multimedia Broadcast Multicast Services， MBMS）是 一種用于現(xiàn)有和即將到來(lái)的3GPP蜂窩網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)接口規(guī)范，旨在為小區(qū)內(nèi) 和核心網(wǎng)內(nèi)提供高效的廣播和組播服務(wù)。對(duì)于跨多個(gè)小區(qū)的廣播傳輸，它定義 了通過(guò)單頻網(wǎng)絡(luò)配置的傳輸。當(dāng)傳輸通過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)傳送時(shí)，該規(guī)范被稱為演進(jìn)多 媒體廣播多播服務(wù)（eMBMS）。eMBMS也被稱為L(zhǎng)TE廣播?；趯?duì)3GPP Rel

18、ease-14 LTE MBMS在多大程度上滿足專用廣播的5G要求的研究，3GPP目前正在進(jìn)行基于LTE的Release16H作項(xiàng)5G地面廣播，目的是為PMCH （Physical Multicast Channel）定義額外的數(shù)字。這包括:針對(duì)MPMT （Medium-Power/ Medium-Tower）和HPHT （High-Power/High- Tower ）場(chǎng)景中屋頂接收的PMCH新numerology。新的numerology將具有至少 300 us的循環(huán)前綴長(zhǎng)度和至少2.4m s的核心OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間，這將使SNR 增益在5-15db范圍內(nèi)，頻譜效率提高100-500%。具有100 us循環(huán)前綴和400 us核心符號(hào)持續(xù)時(shí)間的新numerology，支持高 達(dá)250km/h的機(jī)動(dòng)性。至于LTE,由于LTE無(wú)線接入技術(shù)的日益成熟，Release-17的活動(dòng)將相對(duì)有限。目前，唯一達(dá)成一致的關(guān)于LTE的Relea