解读LTE FDD发展态势与技术演进

自2009年LTE技术在全球商用以来，业务发展迅猛，尤其在2012-2014年，每年新增约100个LTE商用网络。根据LTE产业链的发展状况及LTE使用频率的特点，当前大多数国际运营商仍集中精力发展LTE FDD移动网，从全球LTE网络的部署情况来看，截至2014年底，共360个LTE网络在124个国家商用，其中329个FDD LTE网络，另一方面，许多LTE运营商开始尝试选择混合组网，发挥TD-LTE和LTE FDD的各自优势，目前已有17个FDD/TDD混合网络。 其中有158个Band3(1710 MHz–1785 MHz/1805 MHz–1880 MHz)的LTE商用网络，占比高达43.8%;有91个Band7(2500 MHz–2570 MHz/2620 MHz–2690 MHz)的LTE商用网络，占比25.3%;有68个Band20(832 MHz–862 MHz/791 MHz–821 MHz)的LTE商用网络，占比18.9%，Band3、Band7和Band20都是FDD制式。

在LTE FDD终端产业链中，Band3终端产业链最成熟，截至2015年2月，在2646个LTE商用终端中支持Band3的终端共有1141款，占比43.12%。LTE终端产业链日趋成熟，使得LTE用户数发展迅猛，截至2014年第4季度，全球共4.97亿用户，2014年净增的LTE用户高达2.9亿，增长率为140%，2014年第4季度，净增1.15亿用户，LTE用户数呈指数级增长。

2014年是中国的LTE混合组网元年，该年6月份，工业和信息化部批准中国电信、中国联通分别在16个城市开展LTE混合组网试验，同年8月扩大到41个城市，同年12月份TD-LTE/LTE FDD混合组网的试验城市扩大至56个。在2015年2月27日，工业和信息化部正式向中国电信、中国联通两大运营商发放FDD制式4G牌照，这将推动两大运营商4G业务的全面开展。中国电信在产业链最成熟的1800MHz(Band3)运营LTE FDD网络，采用TDD和FDD混合组网的运营模式，有效利用LTE网络资源，切实保证4G网络质量和用户体验，实现LTE FDD与TD-LTE的优势互补与融合发展，将促进产业繁荣。

随着LTE R8和R9版本的大规模商用，LTE技术正在向LTE-A持续演进。LTE-A指3GPP R10及后续版本，其研究目标主要包括：

提升峰值速率，下行峰值速率达3 Gbps，上行峰值速率达1.5 Gbps; 提升频谱效率，R8版本的最大频谱效率为16bps/Hz，在R10版本最大频谱效率可达30 bps/Hz; 提升同时在线的激活用户数; 提升小区边缘速率，例如在2*2MIMO下，至少可达2.40bps/Hz/小区。

为达到LTE-A的目标，载波聚合、双连接、多天线增强、多点协作等技术被采用。

1) 载波聚合

载波聚合是LTE-A的最主要特征，分为带内连续载波聚合、带内非连续载波聚合和带间非连续载波聚合。目前协议规定，载波聚合最多可实现5个载波的聚合，每个载波最多支持110个RB，上行载波个数不能超过下行载波个数，上、下行载波带宽需一致。载波聚合在R10-R12版本都有相应的研究，在R10完成同构网中TDD内部和FDD内部的载波聚合标准化，在R11完成异构网中的载波聚合以及TDD采用不同子帧配置情况下载波聚合的标准化，在R12主要完成TDD和FDD之间的载波聚合。

载波聚合中，包括主服务小区(Pcell)和辅服务小区(Scell)，用户在主服务小区建立RRC连接，每个用户只有一个RRC连接。载波聚合下切换在主服务小区上执行，针对辅服务小区引入激活和去激活，当有新的业务需求时，通过主服务小区激活辅服务小区，当一段时间内用户的辅服务小区没有数据传送或者信道质量恶化低于一定门限时，去激活该辅服务小区。主服务小区发生无线链路连接失败时会触发RRC重建，辅服务小区的无线链路连接失败不会触发RRC重建。

载波聚合的演进方向包括：

实现更多个载波的聚合：提升峰值速率，超过当前5载波的限制，比如R13中提出32个载波的聚合; 多节点载波聚合：多流载波聚合，如宏站和小站之间的载波聚合; 跨授权频段聚合：授权频段和非授权频段的载波聚合;

2) 双连接

双连接是指对于一个RRC连接态的用户同时与两个网络节点通信。载波聚合要求载波间必须保持时间同步，同步精度要求高;双连接的载波间不需要保持时间同步，同步精度要求低;。

双连接是针对非理想回传场景提出的解决方案，双连接可以是同频，也可以是异频。双连接可解决宏微异频组网情况下面临的以下问题：

终端在宏微之间频繁切换可能导致的切换性能下降 宏微站上下行负载不均衡; 宏微频繁切换导致的高信令负荷增加; 使用超过1个基站的资源提升用户吞吐量;

3) 多天线增强

3GPP在后续版本中对MIMO进行了持续增强，比如在R10中，下行MIMO中新增传输模式TM9，支持最大8流的单用户MIMO，用于提升下行速率，提升频谱效率。

在R8和R9版本，上行仅支持单天线发，在LTE-A中进行了扩展，支持1、2、4三种上行发射天线数量，用于提升上行容量。但上行MIMO增强技术对于终端提出了更高的复杂度，将增大终端芯片的体积和功耗。

4) 多点协作

多点协作技术(Coordinated Multi-Point)是LTE的重要演进方向，工作原理是利用多个小区节点为一个用户服务，提升小区边缘用户的速率，提升网络整体容量。多点协作技术包括上行多点协作和下行多点协作。上行多点协作技术包括联合接收和协作调度两种方式;下行多点协作技术包括联合处理技术和协调调度/波束成型技术。

另外，随着LTE用户数的迅猛发展，LTE网络的流量将激增，频谱资源很可能成为LTE网络发展的瓶颈，因此如何提升频谱效率可能成为LTE FDD技术演进的重要方向，如采用更高阶的调制方式，或者采用更多流的MIMO。