后3G時代的LTE技術

隨著個人通信技術在20多年中不斷發展成熟，人們在生活中對無線通信的依賴越來越強，目前，全球的移動語音用戶已超過了18億戶[1]。同時，眾多的使用者也對個人通信技術的發展提出了新的要求：通信設備的微型化、低功耗、高帶寬、快速接入和多媒體化。而最關鍵的是能被廣大用戶負擔得起的廉價終端設備和網絡服務。

雖然3G網絡的無線性能已經有了較大的提高，但由于IPR的制約，在應對市場挑戰和滿足用戶需求等方面還是有很多局限性；同時，昂貴的授權費用也制約了3G技術的發展，因而受到了技術簡單、價格低廉的WiFi和WiMAX的強烈挑戰。用戶的需求和市場的挑戰迫切需要傳輸速率更快、時延更短、頻帶更寬以及運營成本更少的網絡誕生。

二、LTE項目內容介紹

LTE（Long Term Evolution，長期演進）項目是3G的演進，它改進并增強了3G的空中接入技術，采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的唯一標準。在 20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100 Mbit/s與上行50 Mbit/s的峰值速率，改善了小區邊緣用戶的性能，提高小區容量和降低系統延遲。

1.LTE 的主要技術特征

3GPP從系統性能要求、網絡的部署場景、網絡架構、業務支持能力等方面對LTE進行了詳細的描述。與3G相比，LTE具有如下技術特征[2，3]：

（1）通信速率有了提高，下行峰值速率為100 Mbit/s、上行為50 Mbit/s；

（2）提高了頻譜效率；

（3）以分組域業務為主要目標，系統在整體架構上將基于分組交換；

（4）QoS保證，通過系統設計和嚴格的QoS機制，保證實時業務（如VoIP）的服務質量；

（5）系統部署靈活，能夠支持1.25～20 MHz間的多種系統帶寬，并支持“Paired”和“Unpaired”的頻譜分配，保證了將來在系統部署上的靈活性；

（6）降低無線網絡時延：子幀長度0.5 ms和0.675 ms，解決了向下兼容的問題并降低了網絡時延，時延可達U-plan＜5 ms，C-plan＜100 ms；

（7）增加了小區邊界比特速率，在保持目前基站位置不變的情況下增加小區邊界比特速率；

（8）強調向下兼容，支持已有的3G系統和非3GPP規范系統的協同運作。

與3G相比，LTE更具技術優勢，具體體現在高數據速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容。

2.LTE的網絡結構和核心技術

3GPP對LTE項目的工作大體分為兩個時間段：2005年3月到2006年6月為SI（Study Item）階段，完成可行性研究報告；2006年6月到2007年6月為WI（Work Item）階段，完成核心技術的規范工作。在2007年中期完成LTE相關標準制定（3GPP R7），在2008年或2009年推出商用產品。就目前的進展來看，發展比計劃滯后了大概3個月[1]，但經過3GPP組織的努力，LTE的系統框架大部分已經完成。

（1）LTE網絡結構和空中接口協議　LTE采用由Node B構成的單層結構。這種結構有利于簡化網絡和減小延遲，實現了低時延，低復雜度和低成本的要求。與傳統的3GPP接入網相比，LTE減少了RNC節點。名義上LTE是對3G的演進，但事實上它對3GPP的整個體系架構作了革命性的變革，逐步趨近于典型的IP寬帶網結構。

3GPP初步確定LTE的架構如圖1所示，也叫演進型UTRAN結構（E-UTRAN）[3]。接入網主要由演進型 Node B（eNB）和接入網關（aGW）兩部分構成。aGW是一個邊界節點，若將其視為核心網的一部分，則接入網主要由eNB一層構成。eNB不僅具有原來 Node B的功能外，還能完成原來RNC的大部分功能，包括物理層、MAC層、RRC、調度、接入控制、承載控制、接入移動性管理和Inter-cellRRM 等。Node B之間將采用網格（Mesh）方式直接互連，這也是對原有UTRAN結構的重大修改。

圖1　LTE網絡結構與協議結構

引入一個RRM Server進行集中式管理（圖1中結構1），還是采用完全分散的管理結構（圖1中結構2）來解決小區間干擾協調、負載控制等功能，目前還未確定[3]。另外，在空中接入技術方面，LTE的信道數量將比WCDMA系統有所減少。并取消了專用信道，不再保留廣播媒體控制層和UTRAN的公共業務信道，減少了 MAC層的實體類型。

（2）LTE核心技術　LTE不僅通過簡化結構，還采用以下幾個關鍵技術來實現其優異性能：

a.傳輸技術與多址技術　3GPP選擇了大多數公司支持的方案，即下行OFDM，上行SC-FDMA。大多數公司支持采用“頻域”方法來生成上行SC-FDMA信號。這種技術是在OFDM的IFFT調制之前對信號進行DFT擴展。這樣，系統發射的是時域信號，從而可以避免OFDM系統發送頻域信號帶來的PAPR問題[4]。

b.宏分集　由于存在難以解決的“同步問題”，LTE對單播（uniCAst）業務不采用下行宏分集。至于對頻率要求稍低的多小區廣播業務，可采用較大的循環前綴（CP）來解決小區之間的同步問題。考慮到實現網絡結構扁平化、分散化，LTE不采用上行宏分集技術[4]。

c.調制與編碼　LTE下行主要采用OPSK、16QAM、64QAM三種調制方式。上行主要采用位移BPSK、OPSK、8PSK和16QAM。信道編碼LTE主要考慮Turbo碼，但若能獲得明顯的增益，也將考慮其他編碼方式，如LDPC碼。

d.多天線技術　MIMO技術是LTE最核心的技術，它是提高傳輸率的主要手段，LTE系統將設計可以適應宏小區、微小區、熱點等各種環境的 MIMO技術。LTE已確定MIMO天線個數的基本配置是下行2