4G LTE/LTE-A系統的主要性能特點 | 帶你讀《5G UDN（超密集網絡）技術詳解》之四

第一章 5G 前蜂窩移動曆史

1.2 4G LTE同構宏蜂窩和異構微蜂窩概述

| 1.3　4G LTE/LTE-A系統的主要性能特點|

宏基站 eNB 和微基站 eNB 配置提供的服務小區之間的主要差別是：系統 容量和無線覆寫的區域大小不同，隻有當它們以不同方式、不同類型搭配，混 合地部署組網在一起時，才能形成上述所謂的“同構宏蜂窩”與“異構微蜂 窩”網絡之間的諸多差别。無論是宏基站 eNB 還是微基站 eNB，它們提供的 空口 RAT 技術制式都是相同的 E-UTRA，對于授權載波，要麼是 Type1：頻 分雙工模式（FDD）；或者是 Type2：時分雙工模式（TDD）；再者是兩種雙 工模式的組合。E-UTRA 不能支援在同一時頻資源塊上同時發射、接收資料， E-UTRA 早期也不能支援靈活的雙工模式。E-UTRA 服務小區可提供如下基 本工作帶寬：1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz，單 載波上最大工作帶寬受限于營運商在低頻段實際擁有的載波資源。宏小區和小 小區有着相同的幀 / 子幀 / 時隙結構、資料排程傳輸機制、編解碼、調制解調 機制和波形，其中，E-UTRA 的上行波形 SC-FDM 不同于下行的 CP-OFDM 波形，主要是由于終端的上行處理能力。在 LTE-A Rel-13 版本，随着聚合非 授權載波 LAA 技術的引入，宏基站 eNB 或微基站 eNB 在非授權載波上，還可 額外支援所謂 Type3 的靈活雙工模式和一些更增強的時頻資源利用機制。

LTE 初始版本的 Rel-8 奠定了 eNB 和 UE 之間在空口 Uu 上的基本實體層 PHY 和高層 RRC/PDCP/RLC/MAC 機制，LTE 和 3G UMTS/HSPA 的網絡 性能相比，在上下行峰值譜效、小區平均譜效、上下行工作帶寬 / 使用者峰值速率、 系統傳輸時延等方面，都有較大的提升、改善。具體地講，Rel-8 LTE UE 的 峰值速率下行可支援 300 Mbit/s，上行則為 75 Mbit/s；下行可支援最大 4×4 MIMO，下行峰值譜效可達 15 bit/（s·Hz）（4 layer MIMO+64QAM），上行 暫不能支援 MIMO（受限于終端的處理能力），是以上行峰值譜效可達 3.75 bit/ （s·Hz）（64QAM）。實際上，LTE 後續演進的同一版本中，下行的資料傳輸 能力和性能通常都要強于上行的能力性能。下行相關的能力和性能增強，通常 也要優于或早于上行能力和性能，這不僅因為基站和終端本地處理能力的差異， 還因為營運商的下行資料業務量要普遍大于上行的業務量（注：這一不對稱現 象造成頻分雙工模式下，上行載波資源常常不能得到充分的利用，而時分雙工 模式能更好地适配上下行業務的不對稱，提升載波資源的利用效率）。

LTE Rel-10 開始，演進更名為 LTE-Advanced（LTE-A），它可支援載波聚合技術（CA，Carrier Aggregation）、增強的上下行更高階 MIMO 操作、上下行協作多點傳輸（CoMP，Coordinated Multiple Point）、中繼 傳輸（RN，Relay Node）、增強的異構節點幹擾協調（eICIC，Enhanced Inter Cell Interference Coordination）等先進功能。性能名額層面更為具 體的：Rel-10 LTE-A UE 的峰值速率下行可支援 1 Gbit/s，上行則為 500 Mbit/s；下行可支援最大 8×8 MIMO，下行峰值譜效達 30 bit/（s·Hz）（8 layer MIMO+64QAM）；上行則能最大支援 4×4 MIMO，進而上行峰值譜效 達 15 bit/（s·Hz）（4 layer MIMO+64QAM）。從嚴格意義上來說，LTE-A Rel-10 滿足了 ITU 對 4G 系統的性能名額要求。Rel-10 和它之後版本的很多 進階功能主要是為了解決小區邊緣的幹擾覆寫問題和服務小區間的無線資源聚 合問題，而這些問題對後續的 5G UDN 仍然是很關鍵的問題。

LTE-A Rel-10 往 後， 物 理 層 高 階 調 制 解 調、CA、MIMO、CoMP、 eICIC 這些技術繼續增強，上下行譜效繼續提升，系統容量和無線覆寫繼續優 化。它們主要是針對“異構微蜂窩”中的小小區，這些進階功能為後來的 LTE UDN 技術奠定了支撐基礎。簡要地說，過去的 LTE UDN 技術是今日和未來 5G UDN 技術的原型，而 5G UDN 技術則需要基于 LTE UDN 技術，再進一步 地擴充更新和優化增強，這裡面有技術質變的方面，也有技術量變的方面，都 是為了無限逼近和利用 UDN 部署方式所帶來的網絡性能極限。

由于 LTE UDN 和 5G UDN 之間技術的緊密關系，在下面的章節，筆者将 先從 LTE UDN 部署下的一些關鍵特征和先進功能說起，在後面的 5G UDN 相 關章節中，也會有相對應的技術映射和增強（注：4G LTE 系統設計之初，主 要是面向“大資料流量寬帶類資料業務”，而不是面向“QoS 大跨度範圍的全業 務類型”）。是以，到了 LTE-A 的後期版本，才逐漸引入對“窄帶類業務”“低 時延類業務”的功能支援。是以，LTE UDN主要是面向“寬帶類資料業務”考慮， 以蜂窩系統增容為主要目的。相比而言，5G UDN 從設計之初，就需要面向“全 業務類型”，需要同時考慮在“全業務類型”資料沖擊下的系統容量、無線覆寫、 使用者峰值、傳輸時延、鍊路健壯性、能耗、終端省電等因素，是以相比 LTE UDN，設計的起點和要求就更高。

由于 LTE 和 LTE-A 基站，主要面向在低頻載波上部署，是以并沒有引入 專門針對中高頻段的先進技術，如波束賦形技術（限制無線信号在空間的傳播 特性，使得小小區超密集的部署更為容易）、基于波束粒度的新 RRM 測量模型 和移動管理、中高頻段載波上的幹擾協調和抑制技術、小基站密集化和功能雲 化的新系統架構等。而 5G NR 從 Rel-15 初始版本開始，即包含面向中高頻段 載波上的部署應用場景，5G 假設：NR 小小區密集化、異構化部署就是常态，是以早早确立了上述一系列面向 5G UDN 中高頻的專有技術設計，在下面的章 節将會詳細介紹。目前 5G UDN 高頻部署和應用，主要在 100GHz 頻段下，是以還沒有進入到所謂的“太赫茲”（THz）頻段。

1.4　3GPP标準化九大原則（上）