4G LTE是由3GPP開發(fā)的LTE演進(jìn)版本，旨在達(dá)到或超過國際電信聯(lián)盟（ITU）的要求，建立真正的第四代無線通信標(biāo)準(zhǔn)，即高級國際移動通信（IMT-Advanced）。4G LTE（項目名稱是 LTE-Advanced）最初在3GPP標(biāo)準(zhǔn)第10版中進(jìn)行了規(guī)定，預(yù)定于2011年3月完成標(biāo)準(zhǔn)的最終確定。4G LTE標(biāo)準(zhǔn)將會在后續(xù)版本中不斷地完善。2009年10月，3GPP合作伙伴將LTE-Advanced正式提交給國際電信聯(lián)盟（ITU），競選4G IMT-Advanced標(biāo)準(zhǔn)。IMT-Advanced的認(rèn)證技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計將于2011年初公布。

ITU對IMT-Advanced提出的關(guān)鍵要求是4G LTE將會支持以下內(nèi)容：
. 高度的通用功能適用于全球范圍，經(jīng)濟(jì)高效的方式靈活地支持多種本地服務(wù)與應(yīng)用
. IMT和固定網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)相互兼容
. 能夠與其他無線系統(tǒng)實現(xiàn)互通
. 高質(zhì)量的移動業(yè)務(wù)
. 適于在全球范圍內(nèi)使用的用戶設(shè)備
. 易于使用的應(yīng)用軟件、業(yè)務(wù)與設(shè)備
. 支持全球漫游
. 增強的峰值數(shù)據(jù)速率，可支持各種先進(jìn)移動業(yè)務(wù)和應(yīng)用（100Mbps針對高移動性，1Gbps針對低移動性）

3GPP列舉了4G LTE競選IMT-Advanced的另一個原因：符合IMT標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)將可用于WRC-07（世界無線通信大會）認(rèn)定的任意新頻段。

3GPP的考慮因素

3GPP技術(shù)報告（TR）36.913――《E-UTRA（LTE-Advanced）的未來發(fā)展要求》（Requirements for Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced)）――針對LTE E-UTRA（空中接口）和E-UTRAN（空中接口網(wǎng)絡(luò)）的未來發(fā)展提出了若干要求。這些要求以ITU對IMT-Advanced的各項要求為基礎(chǔ)，同時也參照了3GPP運營商自身對先進(jìn)LTE的要求。4G LTE開發(fā)的主要技術(shù)考慮因素包括：
. LTE無線技術(shù)與體系結(jié)構(gòu)的持續(xù)改進(jìn)
. 與傳統(tǒng)無線接入技術(shù)進(jìn)行互通的情景與性能要求
. LTE-Advanced向后兼容LTE。LTE終端應(yīng)當(dāng)能夠在LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行工作，反之亦然。所有例外情況都會納入3GPP的考慮范圍。
 
需要考慮最近WRC-07針對新IMT頻譜和現(xiàn)有頻段所做出的決策，以確保LTE-Advanced在世界各地可為20MHz以上的信道分配可用的頻譜。同時，這些要求還必須考慮到世界上一些地區(qū)不能使用寬帶信道的情況。 

系統(tǒng)性能要求

大多數(shù)情況下，4G-LTE的系統(tǒng)性能要求會超過IMT-Advanced的性能要求。使用4x4 MIMO和大于70MHz的傳輸帶寬，便可在4G LTE中達(dá)到ITU規(guī)定的1Gbps峰值數(shù)據(jù)速率。從頻譜效率的角度來看，如今的LTE（第8版）已經(jīng)可以滿足IMT-Advanced對下行鏈路的要求，但LTE-Advanced的bps/Hz值加倍，才能滿足4G要求。

另一個重要的考慮因素是頻譜靈活性。實際可用的頻譜會因區(qū)域和國家的不同而有所差異。3GPP正在研究頻譜分配的各種部署方案的可行性。

3GPP解決方案建議

3GPP TR 36.814“E-UTRA物理層的未來發(fā)展”（Further Advancements for E-UTRA Physical Layer Aspects）為實現(xiàn)LTE-Advanced性能目標(biāo)提供了推薦的解決方案。LTE-Advanced推薦解決方案支持以下特性：
. 載波和頻譜聚合――由于缺乏相鄰的頻譜提供更寬的傳輸帶寬（達(dá)到100MHz），因此必須使用載波聚合以滿足峰值數(shù)據(jù)速率和頻譜靈活性的要求。允許相鄰和非相鄰分量載波的聚合。
. 增強的上行鏈路多址接入――添加N倍的DFT擴(kuò)頻OFDM（也稱為“聚合的SC-FDMA”）將能滿足增長的數(shù)據(jù)速率要求，同時還可向后兼容LTE。
. 更高階MIMO傳輸――使用下行鏈路中的8x8 MIMO和上行鏈路中的4x4 MIMO，以達(dá)到峰值數(shù)據(jù)速率。業(yè)界正在考慮使用波束賦形和空間復(fù)用，來提高數(shù)據(jù)速率、擴(kuò)大覆蓋范圍與容量。
. 協(xié)同多點（CoMP）發(fā)射和接收――這種MIMO旨在通過改善性能，獲得更高的數(shù)據(jù)速率、信元邊緣吞吐量和系統(tǒng)吞吐量。版本11將對此展開研究。
. 中繼轉(zhuǎn)發(fā)――信道內(nèi)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能可以接收、放大和重新發(fā)射下行鏈路和上行鏈路的信號，從而擴(kuò)大覆蓋范圍。更先進(jìn)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能可以使用信道內(nèi)的某些子幀承載回程流量。中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能的主要用途是用于改善市區(qū)或室內(nèi)的吞吐量，增添盲區(qū)覆蓋或擴(kuò)展在郊區(qū)的覆蓋范圍。

其他與4G LTE相關(guān)的推薦解決方案可以支持不斷增加的混合網(wǎng)絡(luò)（由宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩、毫微微蜂窩基站，以及中繼器和中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點組成）。業(yè)界正在開發(fā)先進(jìn)的無線資源管理方法（包括新型自尋優(yōu)網(wǎng)絡(luò)（SON）特性）。4G LTE標(biāo)準(zhǔn)也一直在關(guān)注毫微微蜂窩基站和家用基站（eNB）在提高網(wǎng)絡(luò)效率和降低基礎(chǔ)設(shè)施成本方面的應(yīng)用。

業(yè)界支持的外場測試已經(jīng)證實了許多LTE-Advanced技術(shù)理念的可行性。此外，在3GPP提交給ITU的方案中包含對其建議方案的自我評估，結(jié)論是LTE-Advanced滿足所有的IMT-Advanced要求，IMT應(yīng)正式批準(zhǔn)其成為4G標(biāo)準(zhǔn)。然而，4G LTE的部署時間很難預(yù)測，而且還可能受到業(yè)內(nèi)需求以及目前第8版和第8版LTE能否成功推出的影響。

設(shè)計與測試挑戰(zhàn)

LTE-Advanced作為LTE的演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，將會給設(shè)計和測試工程師帶來類似的挑戰(zhàn)。LTE標(biāo)準(zhǔn)采用了大量創(chuàng)新和復(fù)雜的技術(shù)，包括多種信道帶寬、不同的上下行鏈路傳輸方案、頻分雙工與時分雙工（FDD和TDD）傳輸模式，以及MIMO天線技術(shù)。LTE和LTE-Advanced可能會與2G和3G蜂窩系統(tǒng)同時共存一段時間，因此仍需重點考慮兩者的互通必要性和潛在干擾。在復(fù)雜的無線環(huán)境中，LTE已經(jīng)把性能目標(biāo)提升到非常高的水平，而LTE-Advanced的目標(biāo)甚至更高。

針對LTE-Advanced的推薦解決方案預(yù)測到某些新的挑戰(zhàn)。例如，載波聚合無疑會給用戶設(shè)備（UE）帶來極大的困難，這是因為UE必須處理多個鏈路上同時發(fā)射和接收的信號。添加同時不相鄰發(fā)射機(jī)能夠建立一個在雜散管理和自偏截止方面（self-blocking）非常具有挑戰(zhàn)性的無線環(huán)境。同時進(jìn)行發(fā)射或接收，并且還要提供必要的MIMO支持，這將會給天線設(shè)計帶來極大的挑戰(zhàn)。

在上行鏈路中引入聚合的SC-FDMA，可以在分量載波內(nèi)實現(xiàn)頻率可選的調(diào)度，從而獲得更出色的鏈路性能。此外，它還能夠同時調(diào)度PUCCH和PUSCH，降低時延。然而，聚合的SC-FDMA可以使峰均功率比（PAR）提高幾dB，從而加重發(fā)射機(jī)的線性問題。同時PUCCH和PUSCH也會增大PAR。這兩種特性都能在信道帶寬內(nèi)生成多載波信號，并增大信道內(nèi)與相鄰信道的雜散生成幾率。工程師需要增強測試工具的能力，以便在4G功率放大器中生成多載波信號并對其進(jìn)行與分析。

更高階MIMO將會以類似載波聚合的方式擴(kuò)大對同時收發(fā)信機(jī)的需求。但是，MIMO面臨著另一個挑戰(zhàn)，即天線數(shù)量將大幅度增加，并且必須解除MIMO天線的關(guān)聯(lián)。這在設(shè)計多頻段MIMO天線時顯得更為困難。MIMO天線應(yīng)當(dāng)具備良好的關(guān)聯(lián)解除性能，以便在狹小的4G UE空間內(nèi)進(jìn)行操作。對高階MIMO終端的傳導(dǎo)測試不能再用于預(yù)測可操作網(wǎng)絡(luò)的實際輻射性能。3GPP標(biāo)準(zhǔn)第9版中的一個研究項目正在嘗試將MIMO空中接口測試作為替代解決方案。

從UE的角度看，中繼轉(zhuǎn)發(fā)是完全透明的。因此，挑戰(zhàn)全部集中在網(wǎng)絡(luò)方面。要想讓系統(tǒng)正常運行，從中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點到宏eNB的鏈路資源要充足，這意味著站點必須處在一條直線上（line of site positioning）。執(zhí)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能所面臨的主要操作挑戰(zhàn)將是UE的管理。必須將UE移交至范圍內(nèi)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，當(dāng)UE超出范圍時釋放中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。如果不能對這個過程進(jìn)行良好的管理，那么信元的性能可能會大幅度下降，而不會達(dá)到預(yù)期的水平。

以上僅僅是4G LTE給無線設(shè)計與測試工程師帶來的部分挑戰(zhàn)。隨著4G標(biāo)準(zhǔn)的公布以及認(rèn)證過程的不斷發(fā)展，測試廠商也必須相應(yīng)地提高其產(chǎn)品的性能，并為不斷演進(jìn)的4G系統(tǒng)開發(fā)出創(chuàng)新的性能驗證方法。

參考資料：
1 新聞稿，“3GPP Partners propose IMT-Advanced radio”，日內(nèi)瓦，2009年10月8日。
2 3GPP美國，“Mobile Broadband Innovation Path to 4G:Release 9, Release 10 and Beyond”， www.3Gamericas.org
3 ITU-R M [IMT-TECH]，“Requirements related to technical performance for IMT-Advanced radio interface(s)”，2008年8月。
4 3GPP網(wǎng)站，3GPP - LTE-Advanced。 3GPP - LTE-Advanced
5 3GPP TR 36.913 V9.0.0（2009-12）， www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.913
6 Moray Rumney，《LTE和4G無線演進(jìn)技術(shù)――設(shè)計和測量挑戰(zhàn)》，第416頁，2009年，安捷倫科技公司出版。
7 3GPP TR 36.814， www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.814/