在移动互联网业务蓬勃发展的强烈需求下,移动通信技术需要不断升级,只有提供越来越高的速率和更好的覆盖,才能保证覆盖中心和边缘用户都能够公平得到优质服务。
需求促生技术创新,技术创新引领用户需求。作为我国民族通信业的主力军,大唐移动多年来始终坚持自主创新,不断为我国通信产业注入新技术与产品,提升了民族通信的整体竞争实力,改变了我国长期以来在国际电信领域被动局面。
9月24~28日,在北京中国国际展览中心举行的2013年中国国际信息通信展览会上,大唐移动对TD-LTE-Advanced领先技术进行了演示,聚合1F+4D五个20MHz载波共100MHz带宽,采用多天线增强技术TM9下行四流发送,实现1.25Gbit/s超高下载速率,充分展示和验证大唐移动技术创新能力和产品优异性能。
载波聚合:为运营商带来更强无线网络传输能力
载波聚合(CA)技术是LTE-Advanced(Rel-10)标准中的代表性技术,通过将多个LTE成员载波聚合起来形成更大的带宽,实现上下行峰值速率、上下行边缘速率成倍的提高,同时实现小区容量的成倍提高。该技术可以给频谱资源较丰富的TDD运营商带来更强的TD-LTE网络传输能力。
以实现通信系统容量提升为目的,进行带宽扩展,是较为传统但也是很有效的方法。相比传统直接扩展带宽的方式(定义大带宽的载波传输带宽,仅能在运营商拥有连续的大带宽频段时进行部署,较为受限),TD-LTE-Advanced中的载波聚合技术可将多个小带宽的载波聚合起来,提供更大的传输带宽,各个成员载波可以是频率连续的,也可以是非连续的,这样能够保证带宽扩展的灵活性,运营商亦可根据频谱情况灵活部署。可以认为,载波聚合技术更符合目前国内和国际运营商拥有频率资源的情况,能够更好的利用频率资源。

载波聚合技术最大的优点是很好的保持了与TD-LTERel-8的兼容性,每个成员载波上的协议设计可以最大程度复用TD-LTERel-8已有的内容,实现的复杂度也大大减轻,且多载波的网络同时可以支持TD-LTERel-8 UE的接入(直接扩展带宽方式中Rel-8 UE无法接入)。这种兼容性的设计,对于功能实现,以及在已有TD-LTE网络基础上引入载波聚合技术都有重要意义。
在已经比较成熟的TD-LTE系统设备中,提前引入TD-LTE-Advanced载波聚合技术是中国移动和大唐移动共同倡导的技术发展思路,双方共同致力于为TD-LTE用户提供更优的使用体验。以大唐移动承建的数千计TD-LTE基站为例,仅需进行软件功能的升级和开启,即可支持载波聚合功能,并且不影响TD-LTE网络中已有终端接入。
大唐移动设备的载波聚合功能早在2012年上半年即已实现,商用产品支持在D频段(2570~2620MHz)以及E频段(2320~2370MHz)内两个20MHz载波共40MHz带宽的合并。该功能先后经历了中国移动研究院实验室以及南京TD-LTE现网的规模外场验证等多次充分验证。测试验证,聚合两个20MHz载波时的速率,子帧配置5ms2D2U的峰值下行速率达到163Mbps,子帧配置5ms3D1U的峰值下行速率达到223Mbps,且规模外场验证载波聚合时功能完备,多站间切换顺畅,切换成功率100%。

经过多次验证,大唐移动认为该技术对网络性能提升明显,待终端功能验证成熟时,可以全网开启,用于提高TD-LTE区域内聚合载波群的总容量,为TD-LTE用户提供更好的使用体验。在TD-LTE发展初期,载波聚合技术组网应用建议按照下图方式,实现同一区域的双载波(F1\F2分别表示两个载波频率)相同覆盖,并且满足移动性。

下行多天线增强技术:进一步增强无线网络下行传输速率
MIMO(MultipleInputMultiple Output)多天线技术是TD-LTE的关键技术,在发送端和接收端均使用多根天线进行数据的发送和接收。MIMO技术主要可以分为空间复用、传输分集和波束赋形三种模式。
空间复用技术可以在多个相互独立的空间信道上传递不同的数据流,从而提高数据传输的峰值速率。传输分集技术结合时间/频率上的选择性,为信号的传递提供更多的副本,提高信号传输的可靠性。波束赋形是一种应用于小间距天线阵列的多天线传输技术,利用空间信道的强相关性,使得波束指向用户方向,从而提高信噪比,提高系统容量或者覆盖范围。多天线技术的具体选择使用,需要结合不同的应用场景进行考虑。
波束赋形技术作为TD-SCDMA标准的核心技术,在中国移动3G网络中广泛使用。并且在3GPPLTE技术规范Rel-8版本中,引入了单流波束赋形技术(定义为下行传输模式7,即TM7),对于提高小区平均吞吐量及边缘吞吐量、降低小区间干扰有着重要作用。
2009年3月,由大唐移动和中国移动共同推动的双流波束赋形技术在3GPP立项,次年3月标准化工作完成,写入3GPPLTE技术规范Rel-9版本中。双流波束赋形技术(定义为下行传输模式8,即TM8)是智能天线波束赋形技术(即单流波束赋形技术)和MIMO空间复用技术的有效结合。在TD-LTE系统中,利用TDD信道的对称性,同时传输两个赋形数据流来实现空间复用,并且能够保持传统单流波束赋形技术广覆盖、提高小区容量和减少干扰的特性,既可提高边缘用户的可靠性,又可有效提升小区中心用户的吞吐量。经过2011年至今,多年的TD-LTE网络测试及应用验证,8天线双流波束赋形技术的性能优势已经得到充分证明,室外宏基站采用成熟的8天线已正在成为运营商的首选。

为了进一步提升峰值速率和频谱效率,在TD-LTE-Advanced(Rel-10)标准中,MIMO多天线技术得到了进一步的增强。基于8天线能力进行扩展,进一步定义了增强的传输模式9(即TM9)。传输模式TM9是在TM8的基础上发展而来,其中还利用了TM8已经定义的导频设计。TM9的主要特点是,支持下行最多8层并行传输层数,最大峰值频谱效率可达30bit/s/Hz。期间引入了新的下行状态测量导频设计,设计支持8层数据传输的用户专用导频(Port7~Port14)。
传输模式TM9适宜配合8天线使用,与TM8同样具备波束赋形技术和空间复用两者的优势,既能够保持传统单流波束赋形技术广覆盖、提高小区容量和减少干扰的特性,而且更加突出的是可以有效提升小区中心用户的吞吐量(根据多天线理论分析可知,多天线并行传输的层数或者说数据流数越多,其数据速率约高,增加的层数带来的速率提升最简单的说可以用成倍数来衡量,当然增加层数会增加一些导频之类的开销,但是相对于所提升的速率来说是微乎其微的)。
大唐移动已经基于TD-LTE商用设备平台进行了多天线增强技术TM9的功能开发,希望通过相关的研发和测试验证,为TD-LTE/TD-LTE-Advanced网络应用多天线技术发展指明方向。