td-lte技术及其发展
移动通信的高速发展以及移动网络和互联网的加速融合，使得移动网络宽带化的需求日益迫切。在这种需求的驱动下，第三代合作伙伴计划（3-generation partnership project，3gpp）在第三代移动通信（3rd generatjon，3g）的基础上，提出了其长期演进系统（10ng te咖evolution，l1e），以提供更高的带宽、更低的时延以及更好的服务质量（qualityof senrice，qos）保障ol胍最重要的改进在于采用全新空中接口技术，其中单载波频分多址（single c积ie卜雠quency divisi叩lteultiple acce鹪，sc—fdltea）和虚拟多人多出（、，i咖allteultiple input lteultiple output，virtual lteilteo）是i肛上行链路中最重要的2种新型技术。sc-fdltea技术不仅实现简单，而且能够有效克服由无线通信信道的多径效应引起的符号间干扰。相比正交频分多直e技术（orthogonal f南quency division lteultiple acce鹪，ofdltea），采用sc—fdltea技术的终端具有较低的发射峰均功率比（peak to—average power ratio，papr）。同时，虚拟lteilteo技术可以在充分利用现有频谱资源基础上，大大增加系统信道容量。
1、lte技术
1．1 lteilteo 技术
lteilteo技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的宽带内由多个发射天线同时刻发射，经过无线信道后，由多个接收天线接收，并根据各个并行数据流的空间特性，利用解调技术，最终恢复出原来的数据流。
lte系统将采用可以适应宏小区、微小区和热点等各种环境的lteilteo技术。基本的lteilteo模型是下行、上行天线阵列，同时也是在考虑更多的天线配置。目前考虑的方法包括空间复用slte、空分多址sdltea、预编码、白适应波束形成、智能天线以及开环分集体，主要用于控制信令的传输，包括空分分组码和循环位移分集（csd）等。l1’e系统仅支持单天线的上行发送，也就是说不支持su—lteilteo。为了提高上行传输速率，同时也为了满足上行峰值频谱效率的要求，lte—adv觚ced将在lte的基础上映入上行su．lteilteo，支持最多4个发送天线。lte下行最多可以支持4个发送天线，而l1e．adv粕ced将会在此基础上进一步增强以提高下行吞吐量。目前确定将扩展到最多支持8个发送天线。
多输人多输出技术，在天线形态上采用了与’idscdltea相同的双极化8阵列天线，通过极化隔离造成的空间隔离效益，有利于在lte网络中引入ltei—lteo技术，存在的不足是空分天线和用户算法问题，阵列增益、系统的分集特性和系统的空间复用增益是lteilteo的优点，它们能够大幅度地提高系统容量、获得相当高的频率利用率，从而可以获得更高的数据速率、更好的传输品质和更大的系统覆盖范围。
1．2 正交频分复用（ofdlte）和正交频分多址（oflteltea）
传输技术和多址技术是无线通信技术的基础，lte中的传输技术采用ofdlte调制技术，其原理是将高速数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干个正交的子信道中进行传输，由于每个子信道中的符号周期会相对增加，因此可以减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响，并且还可以在ofdlte符号之间插人保护时间间隔，令保护间隔大于无线信道的最大时延扩展，这样可以最大限度地消除由于多径带来的符号间干扰，而且一般都采用循环前缀作为保护间隔，从而可以避免多径带来的信道间干扰。对于多址技术，lte规定了下行采用ofdltea，上行采用单载波频分多址（sc-fdltea）。ofdlte中一个传输符号包括lte个正交的子载波，实际传输中，这lte个正交的子载波是以并行方式进行传输的，真正体现了多载波的概念。而对应sc-fdltea系统，其使用lte个不同的正交子载波，但这些子载波在传输中是以串行方式进行的，正是基于这种方式，传输过程中才降低了信号波形幅度上大的波动，避免带外辐射，降低峰均功率。
根据lte系统上下行传输方式的特点，无论是下行ofdltea，还是上行sc—fdltea都保证了使用不同频谱资源用户的正交性。lte系统频域资源的分配以正交子载波组（rb）为基本单位，一个rb由25个相互正交的子载波组成。由于可采用不同的映射方式，子载波可以来自整个频带，也可以取自部分连续的子载波。
1．3 载波聚合
lte目前最大支持20 ltehz的系统宽带，可实现下行300 ltebi∥s、上行80 ltebi∥s的峰值速率。在itu关于iltet．advanced的规划中，提出了下行峰值速率l gbi∥8、上行500 ltebil／s的目标，并将系统最大支持宽带不小于40 ltehz作为iltet—advanced系统的技术要求之一，因此需要对lte的系统宽带作进一步的扩展。lte·advanced将采用载波聚合的方式实现系统带宽的扩展。图l和图2给出了对多个载波进行聚合的2种基本形式。图l对频段上连续的多个载波进行聚合，在各个载波保持lte后向兼容的同时，实现了lte．advanced全系统宽带的扩展。图2是对频段上非连续的多个载波进行聚合的情况。由于频谱规划和分配的结果，单个运营商拥有的频率资源可能分散在各个非连续的频段。非连续载波的聚合
提供了一个系统对分散的频率资源进行整合利用的解决方案。另外值得一提的是。同样是处于对运用商拥有频率资源情况的考虑，在载波聚合中各个单位载波的带宽并不限定为20 ltehz，可以支持更小的选择以提供充分的灵活性。
2、lte技术的优势
td．lte在帧结构、物理层技术、无线资源配置等方面有自己独特的技术特点。
2．1 频谱灵活配置
频谱资源是无线通信中最宝贵的资源，随着移动通信的发展，多媒体业务对于频谱的需求日益增加。现有的gslte通信系统均采用fdd双工方式。fdd双工方式占用了大量的频谱资源，同时，一些零散频谱资源由于fdd不能使用而闲置，造成资源浪费。由于td．lte系统无需成对的频率，可以方便地配置在lte fdd系统所使用的零散频段上，具有一定的频谱灵活性，能有效提高频谱利用率。因此，在频谱资源方面，td—lte系统具有更大的优势。
另外，根据td—lte帧结构的特点，td-lte系统可以根据业务类型灵活配置帧的上下行配比。比如浏览网页、视频点播等业务，下行数据明显大于上行数据流量，系统可以根据业务量的分析，配置下行帧多于上行帧，而在提供传统语音业务时，系统可以上下行相等。
2．2 智能天线应用
智能天线技术是未来无线技术的发展方向。它能降低多址干扰。增加系统的吞吐量。在td-lte系统中。上下行链路使用相同频率，且间隔时间较短，小于信道相干时间，链路无线传播环境差异不大。在使用赋形算法时，由于上下行链路可以使用信号传播的无线环境受频率选择性衰落的影响不同，根据上行链路计算得到的权值不能直接应用于下行链路。因而，td-lte系统能有效降低移动终端的处理复杂性。
3、lte的不足
当然，lte技术也有其不足之处，主要表现在：
1）使用混合自动重传请求（harq）技术时，tdlte使用的空子信令比lte fdd更复杂，且平均往返时间（rtt）稍长于l1’e fdd的8 lte8；
2）由于上下行信道占用同一频段的不同时隙。为了保证上下行帧的准确接收，系统对终端和基站的同步要求很高；
3）全网同步；
4）lte如何实现频率规划、基站管理等。
现在的移动电话不仅用于语音通信，还被人们用来拍照、摄影、打游戏及听音乐等，这就给蜂窝网络带来新的技术要求和市场空间。lte技术的重大改进、无线接入速率的提高，使数据传输的代价降低，使潜在的服务成为可能，这些决定了lte在下一代无线通信技术市场中处于决定性的地位。本文在阐述lte关键技术的同时，对其优缺进行了总结，通过上述阐述，我们有理由相信lte将是4g通信的研究热点，将会推动下一带移动通信进一步发展。
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1．1 lteilteo 技术
lteilteo技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的宽带内由多个发射天线同时刻发射，经过无线信道后，由多个接收天线接收，并根据各个并行数据流的空间特性，利用解调技术，最终恢复出原来的数据流。
lte系统将采用可以适应宏小区、微小区和热点等各种环境的lteilteo技术。基本的lteilteo模型是下行、上行天线阵列，同时也是在考虑更多的天线配置。目前考虑的方法包括空间复用slte、空分多址sdltea、预编码、白适应波束形成、智能天线以及开环分集体，主要用于控制信令的传输，包括空分分组码和循环位移分集（csd）等。l1’e系统仅支持单天线的上行发送，也就是说不支持su—lteilteo。为了提高上行传输速率，同时也为了满足上行峰值频谱效率的要求，lte—adv觚ced将在lte的基础上映入上行su．lteilteo，支持最多4个发送天线。lte下行最多可以支持4个发送天线，而l1e．adv粕ced将会在此基础上进一步增强以提高下行吞吐量。目前确定将扩展到最多支持8个发送天线。
多输人多输出技术，在天线形态上采用了与’idscdltea相同的双极化8阵列天线，通过极化隔离造成的空间隔离效益，有利于在lte网络中引入ltei—lteo技术，存在的不足是空分天线和用户算法问题，阵列增益、系统的分集特性和系统的空间复用增益是lteilteo的优点，它们能够大幅度地提高系统容量、获得相当高的频率利用率，从而可以获得更高的数据速率、更好的传输品质和更大的系统覆盖范围。
1．2 正交频分复用（ofdlte）和正交频分多址（oflteltea）
传输技术和多址技术是无线通信技术的基础，lte中的传输技术采用ofdlte调制技术，其原理是将高速数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干个正交的子信道中进行传输，由于每个子信道中的符号周期会相对增加，因此可以减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响，并且还可以在ofdlte符号之间插人保护时间间隔，令保护间隔大于无线信道的最大时延扩展，这样可以最大限度地消除由于多径带来的符号间干扰，而且一般都采用循环前缀作为保护间隔，从而可以避免多径带来的信道间干扰。对于多址技术，lte规定了下行采用ofdltea，上行采用单载波频分多址（sc-fdltea）。ofdlte中一个传输符号包括lte个正交的子载波，实际传输中，这lte个正交的子载波是以并行方式进行传输的，真正体现了多载波的概念。而对应sc-fdltea系统，其使用lte个不同的正交子载波，但这些子载波在传输中是以串行方式进行的，正是基于这种方式，传输过程中才降低了信号波形幅度上大的波动，避免带外辐射，降低峰均功率。
根据lte系统上下行传输方式的特点，无论是下行ofdltea，还是上行sc—fdltea都保证了使用不同频谱资源用户的正交性。lte系统频域资源的分配以正交子载波组（rb）为基本单位，一个rb由25个相互正交的子载波组成。由于可采用不同的映射方式，子载波可以来自整个频带，也可以取自部分连续的子载波。
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lte目前最大支持20 ltehz的系统宽带，可实现下行300 ltebi∥s、上行80 ltebi∥s的峰值速率。在itu关于iltet．advanced的规划中，提出了下行峰值速率l gbi∥8、上行500 ltebil／s的目标，并将系统最大支持宽带不小于40 ltehz作为iltet—advanced系统的技术要求之一，因此需要对lte的系统宽带作进一步的扩展。lte·advanced将采用载波聚合的方式实现系统带宽的扩展。图l和图2给出了对多个载波进行聚合的2种基本形式。图l对频段上连续的多个载波进行聚合，在各个载波保持lte后向兼容的同时，实现了lte．advanced全系统宽带的扩展。图2是对频段上非连续的多个载波进行聚合的情况。由于频谱规划和分配的结果，单个运营商拥有的频率资源可能分散在各个非连续的频段。非连续载波的聚合
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2）由于上下行信道占用同一频段的不同时隙。为了保证上下行帧的准确接收，系统对终端和基站的同步要求很高；
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