4G LTE是由3GPP开发的LTE演进版本，旨在达到或超过国际电信联盟（ITU）的要求，建立真正的第四代无线通信标准，即高级国际移动通信（IMT-Advanced）。4G LTE（项目名称是 LTE-Advanced）最初在3GPP标准第10版中进行了规定，预定于2011年3月完成标准的最终确定。4G LTE标准将会在后续版本中不断地完善。2009年10月，3GPP合作伙伴将LTE-Advanced正式提交给国际电信联盟（ITU），竞选4G IMT-Advanced标准。IMT-Advanced的认证技术标准预计将于2011年初公布。

ITU对IMT-Advanced提出的关键要求是4G LTE将会支持以下内容：
. 高度的通用功能适用于全球范围，经济高效的方式灵活地支持多种本地服务与应用
. IMT和固定网络中的业务相互兼容
. 能够与其他无线系统实现互通
. 高质量的移动业务
. 适于在全球范围内使用的用户设备
. 易于使用的应用软件、业务与设备
. 支持全球漫游
. 增强的峰值数据速率，可支持各种先进移动业务和应用（100Mbps针对高移动性，1Gbps针对低移动性）

3GPP列举了4G LTE竞选IMT-Advanced的另一个原因：符合IMT标准的系统将可用于WRC-07（世界无线通信大会）认定的任意新频段。

3GPP的考虑因素

3GPP技术报告（TR）36.913――《E-UTRA（LTE-Advanced）的未来发展要求》（Requirements for Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced)）――针对LTE E-UTRA（空中接口）和E-UTRAN（空中接口网络）的未来发展提出了若干要求。这些要求以ITU对IMT-Advanced的各项要求为基础，同时也参照了3GPP运营商自身对先进LTE的要求。4G LTE开发的主要技术考虑因素包括：
. LTE无线技术与体系结构的持续改进
. 与传统无线接入技术进行互通的情景与性能要求
. LTE-Advanced向后兼容LTE。LTE终端应当能够在LTE-Advanced网络中进行工作，反之亦然。所有例外情况都会纳入3GPP的考虑范围。
 
需要考虑最近WRC-07针对新IMT频谱和现有频段所做出的决策，以确保LTE-Advanced在世界各地可为20MHz以上的信道分配可用的频谱。同时，这些要求还必须考虑到世界上一些地区不能使用宽带信道的情况。 

系统性能要求

大多数情况下，4G-LTE的系统性能要求会超过IMT-Advanced的性能要求。使用4x4 MIMO和大于70MHz的传输带宽，便可在4G LTE中达到ITU规定的1Gbps峰值数据速率。从频谱效率的角度来看，如今的LTE（第8版）已经可以满足IMT-Advanced对下行链路的要求，但LTE-Advanced的bps/Hz值加倍，才能满足4G要求。

另一个重要的考虑因素是频谱灵活性。实际可用的频谱会因区域和国家的不同而有所差异。3GPP正在研究频谱分配的各种部署方案的可行性。

3GPP解决方案建议

3GPP TR 36.814“E-UTRA物理层的未来发展”（Further Advancements for E-UTRA Physical Layer Aspects）为实现LTE-Advanced性能目标提供了推荐的解决方案。LTE-Advanced推荐解决方案支持以下特性：
. 载波和频谱聚合――由于缺乏相邻的频谱提供更宽的传输带宽（达到100MHz），因此必须使用载波聚合以满足峰值数据速率和频谱灵活性的要求。允许相邻和非相邻分量载波的聚合。
. 增强的上行链路多址接入――添加N倍的DFT扩频OFDM（也称为“聚合的SC-FDMA”）将能满足增长的数据速率要求，同时还可向后兼容LTE。
. 更高阶MIMO传输――使用下行链路中的8x8 MIMO和上行链路中的4x4 MIMO，以达到峰值数据速率。业界正在考虑使用波束赋形和空间复用，来提高数据速率、扩大覆盖范围与容量。
. 协同多点（CoMP）发射和接收――这种MIMO旨在通过改善性能，获得更高的数据速率、信元边缘吞吐量和系统吞吐量。版本11将对此展开研究。
. 中继转发――信道内的中继转发功能可以接收、放大和重新发射下行链路和上行链路的信号，从而扩大覆盖范围。更先进的中继转发功能可以使用信道内的某些子帧承载回程流量。中继转发功能的主要用途是用于改善市区或室内的吞吐量，增添盲区覆盖或扩展在郊区的覆盖范围。

其他与4G LTE相关的推荐解决方案可以支持不断增加的混合网络（由宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝、毫微微蜂窝基站，以及中继器和中继转发节点组成）。业界正在开发先进的无线资源管理方法（包括新型自寻优网络（SON）特性）。4G LTE标准也一直在关注毫微微蜂窝基站和家用基站（eNB）在提高网络效率和降低基础设施成本方面的应用。

业界支持的外场测试已经证实了许多LTE-Advanced技术理念的可行性。此外，在3GPP提交给ITU的方案中包含对其建议方案的自我评估，结论是LTE-Advanced满足所有的IMT-Advanced要求，IMT应正式批准其成为4G标准。然而，4G LTE的部署时间很难预测，而且还可能受到业内需求以及目前第8版和第8版LTE能否成功推出的影响。

设计与测试挑战

LTE-Advanced作为LTE的演进标准，将会给设计和测试工程师带来类似的挑战。LTE标准采用了大量创新和复杂的技术，包括多种信道带宽、不同的上下行链路传输方案、频分双工与时分双工（FDD和TDD）传输模式，以及MIMO天线技术。LTE和LTE-Advanced可能会与2G和3G蜂窝系统同时共存一段时间，因此仍需重点考虑两者的互通必要性和潜在干扰。在复杂的无线环境中，LTE已经把性能目标提升到非常高的水平，而LTE-Advanced的目标甚至更高。

针对LTE-Advanced的推荐解决方案预测到某些新的挑战。例如，载波聚合无疑会给用户设备（UE）带来极大的困难，这是因为UE必须处理多个链路上同时发射和接收的信号。添加同时不相邻发射机能够建立一个在杂散管理和自偏截止方面（self-blocking）非常具有挑战性的无线环境。同时进行发射或接收，并且还要提供必要的MIMO支持，这将会给天线设计带来极大的挑战。

在上行链路中引入聚合的SC-FDMA，可以在分量载波内实现频率可选的调度，从而获得更出色的链路性能。此外，它还能够同时调度PUCCH和PUSCH，降低时延。然而，聚合的SC-FDMA可以使峰均功率比（PAR）提高几dB，从而加重发射机的线性问题。同时PUCCH和PUSCH也会增大PAR。这两种特性都能在信道带宽内生成多载波信号，并增大信道内与相邻信道的杂散生成几率。工程师需要增强测试工具的能力，以便在4G功率放大器中生成多载波信号并对其进行与分析。

更高阶MIMO将会以类似载波聚合的方式扩大对同时收发信机的需求。但是，MIMO面临着另一个挑战，即天线数量将大幅度增加，并且必须解除MIMO天线的关联。这在设计多频段MIMO天线时显得更为困难。MIMO天线应当具备良好的关联解除性能，以便在狭小的4G UE空间内进行操作。对高阶MIMO终端的传导测试不能再用于预测可操作网络的实际辐射性能。3GPP标准第9版中的一个研究项目正在尝试将MIMO空中接口测试作为替代解决方案。

从UE的角度看，中继转发是完全透明的。因此，挑战全部集中在网络方面。要想让系统正常运行，从中继转发节点到宏eNB的链路资源要充足，这意味着站点必须处在一条直线上（line of site positioning）。执行中继转发功能所面临的主要操作挑战将是UE的管理。必须将UE移交至范围内的中继转发节点，当UE超出范围时释放中继转发节点。如果不能对这个过程进行良好的管理，那么信元的性能可能会大幅度下降，而不会达到预期的水平。

以上仅仅是4G LTE给无线设计与测试工程师带来的部分挑战。随着4G标准的公布以及认证过程的不断发展，测试厂商也必须相应地提高其产品的性能，并为不断演进的4G系统开发出创新的性能验证方法。

参考资料：
1 新闻稿，“3GPP Partners propose IMT-Advanced radio”，日内瓦，2009年10月8日。
2 3GPP美国，“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网站，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无线演进技术――设计和测量挑战》，第416页，2009年，安捷伦科技公司出版。
7 3GPP TR 36.814， www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.814/