胡玉佩

（廣東郵電職業(yè)技術學院通信系，廣東廣州 510630）

從20世紀70年代開始，移動通信技術發(fā)生了重大變化，并取得了迅速發(fā)展。第三代移動通信（3G）技術已經(jīng)成為當前主流的移動通信技術之一，這幾年來，以WCDMA、CDMA2000和TDSCDMA等3G技術標準為基礎建立的移動通信網(wǎng)絡已經(jīng)逐步在全球大規(guī)模部署。但顯然，現(xiàn)有的這些移動通信系統(tǒng)，均無法滿足移動通信用戶對數(shù)據(jù)傳輸速率、高質量服務和多種增值業(yè)務結合的通信服務要求。因此世界各國在推動第三代移動通信系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化的同時，已把研究重點轉入到后三代移動通信（B3G）技術的先期研究上，力爭在概念和技術上尋求創(chuàng)新和突破。

LTE（Long Term Evolution，長期演進）項目是3G技術標準的演進，在空中接入技術上比起3G有了一定的改進和增強。這個標準采用頻分復用（OFDM）、多輸入多輸出（MIMO）等先進的無線傳輸技術、扁平網(wǎng)絡結構和全IP系統(tǒng)架構。LTE系統(tǒng)的峰值速率可以超過200Mbit／s，系統(tǒng)帶寬最大為20MHz，傳輸延時縮短，頻譜效率也有所提高，是一項重大的革新。一方面，LTE在幾年內都具有一定的競爭優(yōu)勢，另一方面也為3GPP標準向IMT-Advanced階段演進打下了堅實的基礎。

LTE作為一個即將被廣泛應用的通信標準，已經(jīng)在全球范圍內獲得了廣泛的關注，也勢必會成為我國通信產(chǎn)業(yè)界關注的焦點。

1 LTE技術分析

1.1 LTE介紹

3GPP的長期演進（LTE）項目是近兩年來3GPP啟動的最大的新技術研發(fā)項目，這種以OFDM/ FDMA為核心的技術可以被看作“準4G”技術。其演進的歷史如下：

GSM→GPRS→EDGE→WCDMA→HSDPA/ HSUPA→HSDPA＋/HSUPA＋→FDD-LTE長期演進。

由于目前的WCDMA網(wǎng)絡的升級版HSPA和HSPA＋均能夠演化到FDD-LTE這一狀態(tài)，包括中國自主的TD-SCDMA網(wǎng)絡也將繞過HSPA直接向TD-LTE演進，所以這一4G標準獲得了最大的支持，也將是未來4G標準的主流。該網(wǎng)絡提供媲美固定寬帶的網(wǎng)速和移動網(wǎng)絡的切換速度，網(wǎng)絡瀏覽速度大大提升。

但同時，LTE終端設備當前有耗電太大和價格昂貴的缺點，按照摩爾定律測算，估計至少還要6年后，才能達到當前3G終端的量產(chǎn)成本。

LTE-Advanced是LTE技術的升級版。如果嚴格的講，LTE是作為3.9G的移動互聯(lián)網(wǎng)技術，那么將LTE-Advanced作為4G標準更加確切一些。LTEAdvanced的入圍，包含TDD和FDD兩種制式，其中TD-SCDMA將能夠進化到TDD制式，而WCDMA網(wǎng)絡能夠進化到FDD制式。移動主導的TD-SCDMA網(wǎng)絡期望能夠直接繞過HSPA＋網(wǎng)絡而直接進入到LTE。

1.2 LTE的技術特征

為了使LTE成為一個有著強大競爭力的移動通信技術標準，3GPP從“系統(tǒng)性能要求”、“網(wǎng)絡的部署場景”、“網(wǎng)絡架構”、“業(yè)務支持能力”等方面對LTE進行了詳細的描述，使LTE成為一個高數(shù)據(jù)速率、低延遲、為分組業(yè)務優(yōu)化的系統(tǒng)。所以，LTE的設計必須主要考慮以下總體目標：

1）降低每個比特的成本；

2）擴展提供業(yè)務的能力，降低用戶通信成本，優(yōu)化用戶體驗；

3）靈活使用現(xiàn)有頻段并開發(fā)新的頻段；

4）簡化網(wǎng)絡結構，開放網(wǎng)元接口；

5）實現(xiàn)合理的終端功耗；

6）在空中接口物理層方面，支持靈活的傳輸帶寬，引入新的傳輸技術和先進的多天線技術；

7）在空中接口層2/層3方面，對信令的設計進行優(yōu)化；

8）在RAN架構方面，確定優(yōu)化的RAN架構和RAN網(wǎng)元之間的功能劃分；

9）優(yōu)化射頻設計。

LTE需求指標見表1。

表1 LTE需求指示

1.3 LTE核心技術

LTE是一種先進的技術，在峰值數(shù)據(jù)速率、小區(qū)邊緣速率、頻譜利用率和傳輸時延等方面都有很大的提高，同時在向下兼容現(xiàn)有系統(tǒng)（2G/2.5G/ 3G）的基礎上還可以實現(xiàn)降低運營成本和網(wǎng)絡組建成本。為保證上述需求，在無線接入網(wǎng)（RAN）側，LTE不再采用3G系統(tǒng)普遍使用的CDMA技術，而是轉向能夠更有效對抗寬帶系統(tǒng)多徑干擾的OFDM（正交頻分調制）技術。而為進一步提高頻譜效率，MIMO（多輸入/多輸出）技術也成為LTE的必選技術。MIMO技術利用多天線系統(tǒng)的空間信道特性，能同時傳輸多個數(shù)據(jù)流，從而有效提高數(shù)據(jù)速率和頻譜效率。

正交頻分復用（OFDM）技術從本質上來講依然屬于頻分復用技術，即把一路高速數(shù)據(jù)流經(jīng)過串并變換，轉換成若干路低速數(shù)據(jù)流之后分配到傳輸速率相對較低的若干個子信道中進行傳輸，因此可以降低無線信道的頻率選擇性衰落對系統(tǒng)造成的影響。同時在OFDM符號之間插入大于無線信道的最大時延擴展的保護間隔，就可以最大限度地消除多徑效應引起的符號間干擾（ISI）。OFDM主要的優(yōu)點有：

1）頻譜利用率很高。和傳統(tǒng)的頻分復用方式比較起來，OFDM信號的相鄰子載波是相互重疊在一起的，因此從理論上講，OFDM的頻譜利用率可以非常接近奈奎斯特極限。這一點在頻譜資源有限的無線環(huán)境中很重要。

2）抗衰落能力強。一路信號轉換成多路信號后，信號周期變長，因此OFDM對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力提高了。

3）適合進行高速數(shù)據(jù)傳輸。OFDM采用自適應調制機制，因此不同的子信道可以根據(jù)信道情況和噪聲背景，選擇采用效率高的調制方式或是抗干擾能力強的調制方式。同時OFDM還采用了加載算法。因此，OFDM技術非常適合高速數(shù)據(jù)傳輸。

4）抗碼間干擾（ISI）能力強。OFDM由于采用了循環(huán)前綴，對抗碼間干擾的能力很強。

MIMO允許多個天線同時發(fā)送和接收多個空間流，并能夠區(qū)分發(fā)往或來自不同空間方位的信號。多天線系統(tǒng)的應用，使得多達min（Nt,Nr）的并行數(shù)據(jù)流可以同時傳送。同時，在發(fā)送端或接收端采用多天線，可以顯著克服信道的衰落，降低誤碼率。

2 LTE的網(wǎng)絡結構

自從2004年11月啟動LTE項目以來，3GPP頻繁舉行會議以全力推進LTE的研究工作，與2006年9月完成了研究階段SI（StudyItem）的工作，形成了可行性研究報告，2008年年底基本完成了工作階段WI（WorkItem），完成核心技術的規(guī)范工作。按照樂觀估計，LTE在2009～2010年即可實現(xiàn)商用。

在網(wǎng)絡結構上，LTE采用由NodeB構成的單層結構，這種系統(tǒng)結構有利于實現(xiàn)簡化網(wǎng)絡和減小延遲，滿足低時延，低復雜度和低成本的要求。與傳統(tǒng)的3GPP接入網(wǎng)相比，LTE減少了無線網(wǎng)絡控制器（RNC）。雖然，名義上說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(wǎng)結構。

3GPP初步確定LTE的架構如圖1所示，稱為演進型UTRAN結構（E-UTRAN）。E-UTRAN由eNodeB構成，eNodeB之間由X2接口互連，每個eNodeB又和演進型分組核心網(wǎng)（Evolved Packet Corenetwork，EPC）通過S1接口相連。S1接口的用戶面終止在服務網(wǎng)關（Serving Gateway，S-GW）上，S1接口的用戶面終止在移動性管理實體（Mobility Management Entity，MME）上。控制面和用戶面的另一端終止在eNodeB上。eNodeB不僅具有原來NodeB的功能，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IntercellRRM等。Node B和Node B之間將采用網(wǎng)格（Mesh）方式直接互連，這也是對原有UTRAN結構的重大修改。

3 TD-LTE

在移動通信技術標準的發(fā)展上，由中國自主研發(fā)的3G標準TD-SCDMA也越來越受到全球通信行業(yè)的重視，其中的一些技術已經(jīng)被LTE和其他后續(xù)標準所采用。TD-LTE作為TD-SCDMA的演進，其技術特點如下：

1）基于TDD的雙工技術。

2）采用OFDM技術。

3）基于MIMO/SA的多天線技術。

TD-LTE即 Time Division Long Term Evolution（分時長期演進），是由阿爾卡特-朗訊、諾基亞西門子通信、大唐電信、華為技術、中興通訊、中國移動等業(yè)者，所共同開發(fā)的第四代（4G）移動通信技術與標準。

4 LTE技術應用前景分析

對于移動通信業(yè)務系統(tǒng)的演進路徑，全球業(yè)界公認的有三條：一個是 WiMAX，一個是從CDMA2000到EV_DO再到UMB，第三個就是由WCDMA和TD-SCDMA經(jīng)HSPA和HSPA+發(fā)展到LTE。從目前來看，WiMAX設備廠商或直接退出市場，或縮減投資，前途未卜；獲得CDMA正式牌照的中國電信缺乏移動網(wǎng)絡運營經(jīng)驗，再加上高通退出UMB的技術指標競爭，UMB前途也頗為渺茫；與前面兩種技術相比，LTE卻是前景一片大好。

首先移動通信業(yè)務技術的發(fā)展離不開全球運營商的推動和支持。LTE已經(jīng)獲得了全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會的支持，該協(xié)會擁有800家移動運營商和200多家相關企業(yè)，是擁有最多運營商的協(xié)會，同時其他主流運營商也紛紛表態(tài)支持LTE。

其次移動設備商緊密跟隨運營商的步伐。在全球各大運營商都看好支持LTE的情況下，各大移動設備廠商也開始緊鑼密鼓地開發(fā)LTE新產(chǎn)品，比如華為、北電、NEC、愛立信等公司都在2010年前后正式推出LTE商用產(chǎn)品。

同時，中國為了能夠在4G通信技術標準上占有一席之地，在TD-LTE的開發(fā)研究和網(wǎng)絡覆蓋上投入了大量的人力物力，力爭將我國打造為通信強國。

5 結束語

LTE技術在提高上下行峰值速率，改善小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量，降低系統(tǒng)延遲，支持更大的小區(qū)覆蓋半徑等方面，比現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡有了極大的進步。作為移動通信系統(tǒng)演進系列的最新技術之一，LTE已經(jīng)獲得了全世界的矚目。

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