论LTE的技术特点及发展前景

0 LTE 产生的时代背景

相对于其他无线标准，为了让 3GPP 标准能够长期保持在移动通信领域占据的优势地位，能够和支持20MHz 带宽的WiMAX 技术相抗衡，3GPP 的移动通信厂商不得不快速跟进，投入UMTS 技术的演进版本——LTE 的标准化工作。3GPP 长期演进技术（3GPP LongTerm Evolution, LTE）为第三代合作伙伴计划（3GPP）标准，使用OFDM（正交频分复用）的射频接收技术，以及2×2 和4×4 MIMO[6]的分集天线技术规格，同时支FDD（频分双工）和TDD（时分双工）。

1 LTE 技术特点

3GPP 从系统性能要求、网络的部署场景、网络架构、业务支持能力等方面对LTE 进行了详细的描述。与3G 相比，LTE 具有如下关键技术特征：

(1)通信速率有了提高，下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。

(2)提高了频谱效率，下行链路5(bit/s)/Hz，(3-4 倍于R6HSDPA);上行链路2.5(bit/s)/Hz，是R6HSU-PA2-3 倍[7]。

(3)简单的网络架构和软件架构，以信道共用为基础，以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。

(4)QoS 保证，通过系统设计和严格的QoS 机制，保证实时业务(如VoIP)的服务质量。

(6)非常低的线网络时延：子帧长度0.5ms 和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达U-plan<5ms，C-plan<100ms。

(7)增加了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率，OFDM 支持的单频率网络技术可提供高效率的多播服务。如MBMS(多媒体广播和组播业务)在小区边界可提供1bit/s/Hz 的数据速率。

(8)强调向下兼容，支持已有的3G 系统和非3GPP 规范系统的协同运作，支持自组网（Self-organising Network）操作。

与 3G 相比，LTE 更具技术优势，具体体现在：高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。

2 LTE 系统的核心技术简析

2.1 LTE 系统架构

LTE 技术中的传统语音通信只是网络给终端用户提供的服务之一，其关键的设计目标是实现网络完全基于分组交换。在LTE 网络中，不再采用2G 和3G 网络中的双核心网结构，即语音核心网(MSC/VLR)和分组核心网(SGSN/GGSN)，而是让分组核心网成为管理UE 移动性和处理信令的唯一核心网，实现各种业务通过IP 多媒体系统[9] (IMS) 提供给终端用户。 与 2G 和3G 的无线网络相比，LTE 网元省略RNC 节点，只是由若干eNode B 组成，这样就省略了对接入点进行汇集，减少了网元数目，使网络更加扁平化，部署简单，容易维护。取消RNC 的集中控制，有利于避免单点故障，从而提高网络稳定性。LTE 网络中的eNodeB 直接链接MME 和服务SAE GW，有助于降低系统的整体时延，便于开展更多的业务。

2.2 空中接口技术

空中接口是指终端和接入网之间的接口，一般称为Uu 接口[12]。空中接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务。空中接口是一个完全开放的接口，只要遵守接口规范，不同的制造商上产的设备就能够互相通信，完全开放的接口有利于不同厂家设备的兼容。

LTE 空中接口的用户平面和控制平面功能由eNode B 统一进行管理和控制，包括完成基站之间的切换等。由于减少了一层节点，用户平面的数据传送和控制平面的无线资源控制变得更加方便、灵活。

LTE 空中接口协议与UTRAN（Universal Terrestrial Radio Access Network，通用地面无线接入网）相比，放弃专用传输信道，改用上下链路使用共享信道，可以是共享空中接口的无线资源；另外，MAC 子层的实体类型和RRC 层处理都相对于UTRAN[13]得到了简化。

3 LTE 和宽带无线接入技术的对比

就目前的通信技术的发展形式来看，宽带无线接入技术和蜂窝移动通信技术已经呈现出相互融合的趋势。基于IEEE802.16e 的移动性WiMAX 技术和以LTE 为代表的E3G[14]技术，无论在性能指标还是核心技术方面，都具有相当大的相似性。

下面以 IEEE802.16e 和3GPP LTE 分别作为宽带无线接入和宽带移动通信技术的代表技术，将其二者的性能指标归纳在中。 网络架构方面，宽带移动通信和宽带无线接入技术的核心网正在相互渗透，E3G 将基于全IP 的网络架构，而WiMAX 网络将支持IMS 网络架构，两者的RAN 结构都趋于扁平化和分散化[15]。WiMAX 和LTE 也都在考虑多种无线通信系统（如2.5G、3G、WiMAX、WLAN）之间的互操作和切换。

为满足上述的系统需求，IEEE802.16e 和LTE 标准分别选择适当的关键技术，如所示。

LTE 在上行采用了SC-FDMA[17]以降低信号峰平比（PAPR），但其只要的实现方式为离散傅立叶变换扩展OFDM 技术。LTE 出于对高移动性的考虑，采用了最大的子载波间隔15kHz。LTE 采用的是OFDM技术，WCDMA 中采用的是直接序列扩频的CDMA技术。OFDM技术的频谱效率明显优于CDMA。

在小区干扰抑制方面，LTE 考虑了干扰协调技术，在上行支持基于干扰指示和过载只是的动态协调，在下行至支持半静态协调，另外还采用加扰的方式进行干扰随机化。相对而言，IEEE802.16e 对小区间干扰问题的重视程度较低，只采用跳频技术[18]对干扰进行随机化。

4 总结

LTE 的基站测试工作正在各城市测试点部署开来，接下来LTE 将进入一个不断成长、成熟的阶段。韩国电子通讯研究院（ETRI）成功以时速120 公里的移动速度、在基地台和终端设备样品之间进行LTE 资料传输。诺基亚（Nokia）也已完成使用2.6GHz 频段传输速率可达173Mbps 的LTE 技术现场测试，等等，其他国际大型通信公司或研究机构也已经启动了相应的设计和实现技术方案，并对LTE 系统实现解决方案和关键技术进行了大量的测试和验证。在国际移动通信巨头机构的长期技术投入和主导下，未来的移动通信将无疑朝着LTE 和LTE-Advanced[26]的方向迅速发展。

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