4G技术和产业发展白皮书(2014年12月)-工业和信息化部电信研究院

４G技术和产业发展白皮书（2014年）TD-LTE工作组工业和信息化部电信研究院2014年12月版权声明本白皮书版权属于TD-LTE工作组，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的，应注明“来源：TD-LTE工作组”。违反上述声明者，本院将追究其相关法律责任。前言2008年，第四代移动通信LTE技术成为国际主流的新一代宽带无线移动通信标准。在工业和信息化部的统一领导下，我国成立了由运营商、国内外研发制造企业和科研支撑机构等组成的TD-LTE工作组，开展了TD-LTE标准研究、研发和产业化、试验验证、国际推广等各方面工作，为TD-LTE标准发展、产业链打造和成功商用发挥了不可替代的作用。目前全球LTE商用网络已达354个，用户超过3.9亿，成为史上发展速度最快的移动通信技术。2013年12月中国移动、中国电信和中国联通获得4G/TD-LTE牌照，我国4G开始商用。2014年6月，中国电信、中国联通又启动TD-LTE和LTEFDD混合组网试验。截至2014年10月，我国已建成全球最大规模的4G网络，4G用户达到5777万，位居世界第二。伴随全球4G商用发展，LTE标准继续向LTE-Advanced（简称LTE-A）演进，以实现更高峰值速率和系统容量。TD-LTE工作组持续推进LTE-A等新技术的试验验证。本白皮书重点介绍2013年以来LTE/LTE-A技术和产业进展情况，并对当前国内外业界关注的热点问题进行讨论。目录14G技术发展……………………………………………………………………011.1LTE标准产生的背景……………………………………………………011.24G/LTE-A技术发展……………………………………………………021.3LTE-A关键技术…………………………………………………………0424G增强技术试验………………………………………………………………122.1LTE-A技术试验…………………………………………………………122.2LTE语音解决方案研究与验证…………………………………………182.3NanoCell产业化进展和试验……………………………………………222.4LTE终端一致性测试工作………………………………………………2434G产业发展……………………………………………………………………273.14G商用进展及趋势………………………………………………………273.24G频谱分配情况及发展趋势……………………………………………353.34G网络设备发展趋势……………………………………………………403.44G芯片产业发展趋势……………………………………………………433.5测试仪表发展…………………………………………………………4544G发展热点问题………………………………………………………………494.1VoLTE发展面临的挑战………………………………………………494.2TD-LTE/FDD融合发展…………………………………………………514.3“全下行”对TD-LTE的挑战…………………………………………574.4运营商面临的OTT挑战及流量经营……………………………………595结束语…………………………………………………………………………62图表目录图表1：LTE/LTE-A技术发展……………………………………………………02图表2：双连接控制面和用户面网络架构………………………………………11图表3：TD-LTE-A技术试验的整体工作计划…………………………………13图表4：TD-LTE-A技术试验规范清单…………………………………………14图表5：LTE-A各关键技术的测试内容…………………………………………16图表6：单终端载波聚合下行理论峰值速率……………………………………18图表7：NanoCell技术试验规范列表……………………………………………22图表8：NanoCell系统架构图……………………………………………………23图表9：代码开发情况汇总………………………………………………………25图表10：TD-LTE终端一致性测试系统及公司…………………………………25图表11：载波聚合测试例验证情况………………………………………………26图表12：aSRVCC测试项目验证情况……………………………………………26图表13：全球4G网络数量增长趋势……………………………………………28图表14：全球4G用户数量增长趋势（单位：亿）……………………………28图表15：各地区4G用户比例（2014.10）………………………………………29图表16：全球LTEFDD牌照采用的频谱………………………………………36图表17：全球TD-LTE牌照采用的频谱…………………………………………36图表18：我国4G频谱分配情况…………………………………………………38图表19：2G频谱向4G重耕的“正循环”……………………………………40图表20：我国各种制式4G手机进网款累计数（截至2014年10月）………44图表21：系统测试类仪表…………………………………………………………45图表22：LTE模拟外场环境示意图………………………………………………46图表23：TD-LTE/LTEFDD双模组网运营商的混合组网策略…………………53图表24：TD-LTE/FDD融合组网技术发展的三个阶段…………………………54TD-LTE工作组/工业和信息化部电信研究院4G技术和产业发展白皮书（2014年）14G技术发展1.1LTE标准产生的背景3GPP是3G时代占主流地位的国际移动通信标准化组织。2004年底，3GPP的运营商成员面对日益增长的移动宽带数据需求和WiMAX等新兴无线宽带技术标准的挑战，为了保持3GPP标准在业界的长期竞争优势，推动3GPP设立了LTE（Long-TermEvolution，长期演进）标准化项目。项目自2005年初正式启动，历时近四年，于2008年12月完成了LTE第一个版本的技术规范，即R8。LTE面向移动互联网应用设计，基于OFDM（正交频分多址）、MIMO（多输入多天线）、等核心技术，并采用了扁平化、全IP、全分组交换的新型网络架构，实现了无线传输速率和频谱效率的大幅提升，被看作移动通信技术的一次革命性的全面创新。R8LTE在20MHz系统带宽的情况下，下行峰值速率超过300Mbps，上行峰值速率超过80Mbps。之后，为了LTE技术的进一步演进，并满足国际电信联盟（ITU）对IMT-Advanced的技术需求，3GPP在通过R9对LTE标准进行局部增强后，于2009年启动了LTE演进标准——LTE-A的研究和标准化工作，并相继完成了R10、11和12版本。其中，R10版本的LTE-A标准支持100MHz带宽，峰值速率超过1Gbps，于2010年9月被国际-1-4G技术和产业发展白皮书（2014年）TD-LTE工作组/工业和信息化部电信研究院电信联盟（ITU）正式接受为IMT-Advanced（4G）国际标准。自2008年第一个版本发布以来，LTE得到了移动通信产业界最广泛的支持，已成为事实上的全球统一4G标准。LTE包括TD-LTE和LTEFDD两种双工方式，其中我国首先提出并最先形成国际标准的TD-LTE已成为全球非成对频谱部署宽带移动通信系统的最佳技术选择。在2010年，我国提交的TD-LTE的演进版本TD-LTE-A和LTE-AFDD一起，被接受为4G国际标准。1.24G/LTE-A技术发展2008年，为了实现LTE技术的进一步演进，并满足ITU对IMT-Advanced（即4G）的技术需求，3GPP启动了LTE-A的研究和标准化工作。LTE-A的第一个版本R10已被ITU接纳为4G国际标准。之后LTE-A又相继形成R11、12两个演进版本，目前3GPP正在开展R13的研究工作。LTE/LTE-A各版本技术演进情况如图表1所示。图表1LTE/LTE-A技术发展R10是LTE-A第一个版本，引入了载波聚合、中继Relay技术、异构网干扰消除等技术，并在LTE技术上增强了多天线技术，进一步提升了系统性能，最大支持100Mhz带宽，支持8×8天线配置，系统-2-TD-LTE工作组/工业和信息化部电信研究院4G技术和产业发展白皮书（2014年）峰值吞吐量提高到1Gbps以上。其标准化工作于2011年3月完成。R11在R10基础上进一步支持了协作多点传输CoMP技术，通过同小区不同扇区间协调调度或多个扇区协同传输提高系统吞吐量，特别是小区边缘用户的吞吐量。同时，设计了新的控制信道ePDCCH，实现了更高的多天线传输增益，并降低了异构网络中控制信道间干扰。通过对载波聚合技术的增强，支持了时隙配置不同的多个TDD载波间的聚合。R12是LTE-A最新版本，主要标准化工作已完成，预计将于2014年底冻结。LTER12针对室内外热点等场景进行了优化，称为SmallCell，国内称为LTE-Hi或小小区增强。LTE-Hi技术可以提升系统频谱效率和运维效率，采用的关键技术包括更高阶调制（256QAM）、小区快速开关和小区发现、基于空中接口的基站间同步增强、宏微融合的双连接技术、业务自适应的TDD动态时隙配置等。R12还进一步优化了多天线技术，包括下行四天线传输技术增强、小区间多点协作技术增强等，并研究了二维多天线的传播信道模型，为后续垂直赋形和全维MIMO传输技术研究做了准备。R12还支持了终端间直接通信，可以利用终端间高质量通信链路，提升系统性能。R13阶段刚刚启动，将继续向提升网络容量、增强业务能力、更灵活使用频谱等方面发展。目前，已确定R13将开展垂直赋形和全维MIMO传输技术、LTE许可频谱辅助接入（LAA）、面向低成本低功耗广覆盖物联网优化等技术的研究和标准化工作。-3-4G技术和产业发展白皮书（2014年）TD-LTE工作组/工业和信息化部电信研究院1.3LTE-A关键技术LTE-A是由一系列基于LTE的增强技术构成的，包括载波聚合、增强多天线、多点协作传输（CoMP）、中继（Relay）、下行控制信道增强、物联网优化、终端直通（D2D）、垂直波束赋形（3D-MIMO）、基于LTE的热点增强（LTE-Hi）等技术。（1）载波聚合技术无线通信技术中，提升系统吞吐量的最直接途径是使用更多的频谱资源，而由于LTE-A需要和LTE保持后向兼容，因此每个载波带宽不能大于20MHz。因此，为在LTE基础上实现更大的传输带宽，LTE-A设计了将多个连续或非连续的成员载波合并传输的载波聚合（CarrierAggregation，CA）技术。LTE-A从R10开始支持载波聚合功能，并在后续版本中逐步增强，支持多种载波聚合类型，提供灵活的多载波使用方案。R10首先支持FDD下行频带内和频带间载波聚合、FDD上行频带内载波聚合和TDD频带内的载波聚合。R11中引入了FDD上行频带间载波聚合、TDD频带间载波聚合和时隙配置不同的多个TDD载波间聚合，以更灵活地利用TDD载波资源。为了更高效地利用运营商拥有的FDD和TDD频谱，R12又设计了FDD和TDD间的载波聚合技术。（2）增强多天线技术多天线（MIMO）技术是LTE/LTE-A提高单载波数据传输性能的主要手段之一。LTE-A在LTE技术基础上，对多天线技术进行了增强，-4-TD-LTE工作组/工业和信息化部电信研究院4G技术和产业发展白皮书（2014年）以进一步提升系统吞吐量。多天线技术包含下行和上行多天线技术：●下行多天线技术相对LTER8下行最多支持四流的多天线传输，LTE-A将多天线配置扩展到了八流，下行单用户峰值速率提高一倍。同时，也进一步优化了四天线传输方案，以提升四天线系统的性能。另外，还增强了多用户MIMO技术，以支持最多四个用户的空分复用，可以实现每个用户不超过两层、总层数不超过四层的多用户MIMO传输。通过多用户MIMO透明传输增加调度灵活性，使用户可以在单用户MIMO和多用户MIMO间动态