LTE技術的演進和發(fā)展趨勢

1、 LTE技術的演進和發(fā)展趨勢摘要:伴隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，通信行業(yè)也加快了它行進的腳步，從上世紀80年代的第一代通信終端“大哥大”的產(chǎn)生，到第三代基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術的終端設備3G智能手機的出現(xiàn)，無一不顯示出我國的通信技術發(fā)展的強勢勁頭。如今3G已能夠在全球范圍內(nèi)更好地實現(xiàn)無線漫游，它將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信相結合，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務。 然而，信息發(fā)展永無止境，在這個信息高速帶的大環(huán)境下，LTE(Long Term Evolution)項目應運而生。LTE(Long Term Evolution，長期演進計劃)的

2、目的是進一步改進和增強現(xiàn)有3G技術的性能，以應對WiMAX等新興無線寬帶接入技術的競爭，以及進一步提高3G技術在寬帶無線接入市場的競爭力。2004年底，通過研討會方式開始了LTE計劃，到2008年底規(guī)范基本完成。LTE是3G的演進，由于它用的是4G的關鍵技術也被俗稱為3.9G。LTE技術是移動通信與寬帶無線接入的融合，它改進并增強了3G的空中接入技術。從總體上看，LTE計劃極大的改善了目前3G技術的數(shù)據(jù)業(yè)務能力，使得3G技術在今后幾年內(nèi)能夠保持對其它無線技術的競爭優(yōu)勢。目前幾乎所有的電信運營商、設備商等都加入到了LTE的開發(fā)大軍中，使得LTE的發(fā)展速度大大加快。同時，由于LTE技術可以為運營商

3、、設備商等電信企業(yè)帶來更大的技術優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢。因此，LTE的發(fā)展狀況受到各方關注。關鍵詞：LTE優(yōu)勢演進發(fā)展 趨勢引言:隨著移動數(shù)據(jù)業(yè)務的大量應用以及新業(yè)務種類的出現(xiàn)，對移動通信網(wǎng)絡性能和質(zhì)量方面的要求越來越高。中國移動通信運營商從2001年左右啟動GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的部署工作，經(jīng)過了短短10年左右的時間，移動通信就迅速從2G商用進入4G試驗網(wǎng)建設階段。對移動通信用戶來講，這意味著網(wǎng)絡性能的提高和質(zhì)量的改善，而對運營商來講，則意味著面臨網(wǎng)絡演進方向的選擇以及網(wǎng)絡運營和融合方面的挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)業(yè)務的演進一直朝著業(yè)務速率增加、時延降低以及QoS提升的方向邁進。為了實現(xiàn)這些目標，一系列新的技術和手段都逐

4、步被引入到通信系統(tǒng)中，如高階調(diào)制、多天線技術、新的無線接入方式等，也正是這些新的技術點帶來了通信標準的迅速發(fā)展，LTE就是面向長期演進的體系和網(wǎng)絡，它導致了3G標準的全面演進。目前3G網(wǎng)絡已經(jīng)普遍引入了HSDPA和HSUPA，下一步將面臨HSPA+與LTE演進方向選擇的問題，分析LTE的演進路線和發(fā)展趨勢，無疑有助于更深入地了解目前和未來網(wǎng)絡的演進方向。一、LTE的技術優(yōu)勢 LTE與當前流行的WiMAX、WiFi都有各自的特點，或數(shù)據(jù)速率高、或費用成本低、或安全性能高。它們的適用范圍也各不相同，WiMAX解決的是無線城域網(wǎng)的問題，而WiFi解決的是無線局域網(wǎng)的接入問題。相比之下，LTE具有以下

5、突出特點。 1.1更高的用戶數(shù)據(jù)速率 LTE采用OFDM(正交頻分復用)技術，使子載波可以部分重疊，提高了頻譜效率；LTE改進并增強了3G的空中接入技術，它采用MIMO ( 多輸入多輸出 )技術作為其無線網(wǎng)絡演進的唯一標準，在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s，上行50Mbit/s的峰值速率。 1.2更少的等待時間 LTE將無線接入網(wǎng)延遲，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms，從駐留狀態(tài)到開始數(shù)據(jù)交換的延遲控制在lOOms以下，取消了無線網(wǎng)絡控制器，并將其功能分散到上層核心網(wǎng)和下層演進型NodeB上；相比現(xiàn)有3G中的NodeB，集成了部分無線網(wǎng)絡控制器的功能，減少了

6、通信時協(xié)議的層次。 1.3更強的穩(wěn)定性和靈活性 LTE能夠使用戶在350Km/h的高速移動情況下，提供大于100kbps的接入服務，達到良好的接收效果。LTE也能夠支持成對或非成對頻譜，并可靈活配置1.25MHz到20MHz多種帶寬，因此在系統(tǒng)布置的靈活性上LTE同樣具有著相當大的優(yōu)勢。 1.4系統(tǒng)容量和覆蓋的改善 現(xiàn)有的蜂窩移動通信系統(tǒng)(如3G系統(tǒng))提供的數(shù)據(jù)速率在小區(qū)中心和小區(qū)邊緣有很大的差異，影響了整個系統(tǒng)的容量和服務質(zhì)量。在LTE的早期研究中，提出了小區(qū)干擾隨機化、小區(qū)間干擾消除、小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)、回避等方法，支持100Km半徑的小區(qū)覆蓋，改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高了小區(qū)容量。二、L

7、TE標準演進過程GSM網(wǎng)絡是最早出現(xiàn)的數(shù)字移動通信技術，它基于FDD和TDMA技術來實現(xiàn)，由于TDMA的局限性，GSM網(wǎng)絡發(fā)展受到容量和服務質(zhì)量方面的嚴峻挑戰(zhàn)，從業(yè)務支持種類來看，雖然采用GPRS/EDGE引入了數(shù)據(jù)業(yè)務，但是由于采用的是GSM原有的空中接口，因此其帶寬受到限制，無法滿足數(shù)據(jù)業(yè)務多樣性和實時性的需求。在技術標準發(fā)展方面，針對GPRS提出了EDGE以及EDGE+的演進方向，但是基于CDMA接入方式的3G標準的出現(xiàn)使得EDGE不再進入人們的視線。CDMA采用碼分復用方式，雖然2G時代的CDMA標準成熟較晚，但是它具有抗干擾能力強、頻譜效率高等技術優(yōu)勢，所以3G標準中的WCDMA、T

8、D-SCDMA和CDMA2000都普遍采用了CDMA技術。演進到3G網(wǎng)絡時，GSM系統(tǒng)可以采用WCMDA或者TD-SCDMA的路線，而CDMA則使用CDMA2000的途徑。WCDMA和TD-SCDMA早期標準為R99，后來在R4版本中引入IMS，R5版本中引入HSDPA，R6版本中引入HSUPA，R7版本中引入HSPA+，R8版本則面向LTE，CDMA系列的演進經(jīng)由CDMA2000到CDMA1x再到UWB的方向發(fā)展，演進路徑如圖1所示。LTE是面向未來的移動通信技術標準，早在2004年底，3GPP就啟動了LTE技術的標準化工作，并在2009年3月發(fā)布了R8版本的FDD-LTE和TDD-LTE標

9、準，這標志著LTE標準草案研究完成，LTE進入實質(zhì)研發(fā)階段。R9版本中進一步提出了LTE-advanced(LTE-A)的概念，LTE-A于2010 年6月通過ITU的評估，于2010年10月正式成為IMT-A的主要技術之一，它是在R8版本基礎上的演進和增強。R10版本對其加以完善，是LTE-A的關鍵版本。LTE采用正交頻分復用(OFDM)、多進多出天線(MIMO)等物理層關鍵技術以及網(wǎng)絡結構的調(diào)整獲得性能提升。LTE-A則引入了一些新的候選技術，如載波聚合技術、增強型多天線技術、無線網(wǎng)絡編碼技術和無線網(wǎng)絡MIMO增強技術等，使性能指標獲得更大改善。三、 LTE基本性能要求在LTE系統(tǒng)設計之初

10、，其目標和需求就非常明確。作為后3G時代革命性的技術，LTE把降低時延、提高用戶傳輸數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量和覆蓋范圍作為主要目標。具體性能要求如下：a)支持1.4、3、5、10、15和20MHz帶寬，靈活使用已有或新增頻段;并以盡可能相似的技術支持“成對”頻段和非“成對”頻段，便于系統(tǒng)靈活部署。b)20MHz帶寬條件下，峰值速率達到上行50Mbit/s(2×1天線)，下行100Mbit/s(2×2天線)。c)在有負荷的網(wǎng)絡中，下行頻譜效率達到3GPP R6 HSDPA的24倍，上行頻譜效率達到R6 HSUPA的23倍。d)在單用戶、單業(yè)務流以及小IP包條件下，用戶面單向延遲

11、小于5ms。e)從空閑狀態(tài)到激活狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時間小于100ms，從休眠狀態(tài)到激活狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時間小于50ms。f)支持低速移動和高速移動。低速(015km/h)下性能較好，高速(15120km/h)下性能最優(yōu)，較高速(350500km/h)下的用戶能夠保持連接性。除了性能指標要求之外，在操作性、互聯(lián)互通性以及業(yè)務支持等方面，LTE技術都提出了具體要求，比如支持與現(xiàn)有3GPP和非3GPP系統(tǒng)的互操作;支持增強型的廣播和多播業(yè)務;降低建網(wǎng)成本;支持增強的IMS和核心網(wǎng);取消電路域，所有業(yè)務都在分組域?qū)崿F(xiàn)，如采用VoIP，支持簡單的鄰頻共存;為不同類型服務提供QoS 機制，保證實時業(yè)務的服務質(zhì)量;允許給

12、UE分配非連續(xù)的頻譜;優(yōu)化網(wǎng)絡結構，增強移動性等。因此，與其他無線技術相比，LTE具有更高的傳輸性能，且同時適合高速和低速移動應用場景。四、LTE的發(fā)展趨勢 1LTE是現(xiàn)有3G技術向B3G4G演進的必經(jīng)之路 LTE是現(xiàn)有3G移動通信技術在4G應用前的最終版本，采用了很多原計劃用于B3G4G的技術如OFDM、MIMO等，在一定程度上可以說是4C技術在3G頻段上的應用。和現(xiàn)有的3G及3G+技術相比，LTE除了具有技術上的優(yōu)越性之外，也提供了更加接近4G的一個臺階，使得向未來4G的演進相剝平滑，是現(xiàn)有3C技術向B3G4G演進的必經(jīng)之路。現(xiàn)在一些運營商提出的繞開LTE直接進入4G的方式會有很大的不確定

13、性和風險，不建議考慮。 2LTE將在與WiMAX等其它無線技術的競爭中發(fā)展 LTE在WiMAX的競爭中產(chǎn)生，也將在會在WiMAX的競爭中向前發(fā)展，而且這種競爭的強度還會不斷加大。目前，WiMAX的802.16e標準正在積極申請加入3G標準，期望以此獲得全球統(tǒng)一的頻率使用權。802.16m技術更是成為IMT Advanced的候選技術之一，并計劃保持與802.16e技術的后向兼容性。未來的移動通信市場中，WiMAX技術將會是LTF的一個慢勁的競爭列手，LTE將會在和WiMAX技術的直接競爭中逐步發(fā)展。3.運營商決定技術發(fā)展路線 在3G向4G的長期演進中，基于WCDMA、TD-SCDMA、CDMA

14、2000以及新批準的WiMAXN大3G標準，分別形成了LTE、UMB、WiMAX三條演進路徑。當這三條演進路徑清晰之后，全球的移動通信產(chǎn)業(yè)便開始邁出從3G向4G演進的步伐。LTE未來的發(fā)展前景如何?從以往通信行業(yè)的發(fā)展情況而言，LTE的未來將取決于移動運營商的選擇。 因為，隨著全球移動通信業(yè)的迅猛發(fā)展，運營商的用戶規(guī)模不斷增加，資金實力不斷增強，國際交往合作不斷加深。在4G時代，移動運營商將成為技術發(fā)展的風向標，其對于技術路線的選擇，決定著整個移動通信產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展的方向。 4.4G時代的主流標準 在當前的三大標準中，UMB將于2009年中商用，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達到280Mbps，但目前沒有任

15、何一家運營商表示測試該項技術，其市場需求幾乎為零。而WiMAX是一個未知數(shù)，由于它是全新的技術，在標準化、產(chǎn)品、終端等各方面均有待提升，因此，在全球最大的移動通信市場上，WiMAX也很難有市場空間。 與前兩種標準相比，LTE可謂獨占上峰，形勢可觀。目前，LTE已經(jīng)擁有最多運營商的支持。在由運營商取代設備商成為技術風向標的4G時代，運營商對于LTE的青睞，無疑指明了LTE發(fā)展的美好前景。未來，將會有更多的移動運營商選擇LTE，也將引發(fā)更多的設備商積極投身LTE的研發(fā)，形成一個良性運轉(zhuǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈，促使LTE不斷進步成熟、實現(xiàn)商用。從發(fā)展態(tài)勢看，LTE很有可能超越UMB以及WiMAX而在3G向4G的演

16、進中成為主流。 綜上所述，LTE首先以企業(yè)為中心實現(xiàn)普及是有可能的。LTE的提出完全是為了應對IT廠商提出的WiMax系統(tǒng)的技術挑戰(zhàn)，兩者在傳輸技術和網(wǎng)絡架構方面都相差不大，而WiMax目前主要以熱點覆蓋和專網(wǎng)為主，很好地回避了該項技術的短板核心網(wǎng)。因此，LTE未來極有可能以服務企業(yè)等行業(yè)用戶為主。五、 結束語LTE通過引入OFDM、MIMO和網(wǎng)絡扁平化等多種關鍵技術和方法，帶來了系統(tǒng)和業(yè)務性能的大量提升和改善，并且在傳輸速率、系統(tǒng)時延和頻譜利用率等方面體現(xiàn)出很大優(yōu)勢，因此應該是未來無線技術的發(fā)展方向。對于目前運營3G系統(tǒng)的運營商來說，首先過渡到HSPA+是快速高效提升網(wǎng)絡性能的途徑，但是HS

17、PA+在性能方面與LTE相比，還有一定的差距。就目前各運營商的選擇情況看來，在均衡網(wǎng)絡發(fā)展方向和當前運營狀況的問題上，LTE與HSPA+勢必會有一定的較量。隨著LTE-A標準化的完成，移動通信的“Long Term Evolution”之路無疑非LTE莫屬。參考文獻：1萬彭,杜志敏.LTE和LTE-Advanced關鍵技術綜述J.現(xiàn)代電信科技,2009(9).2沈嘉,索士強.全海洋3GPP長期演進(LTE)技術原理與系統(tǒng)設計,2008.3 Erik Dahlman，Stefan Parkvall，Johan Skold. 4G LTE/LTE-Advanced for Mobile BroadbandM. Academic Press，2011.4 Farooq Khan. LTE For 4G Mobile Br