淺析移動通信中LTE關(guān)鍵技術(shù)及進(jìn)展情況

徐鵬/黑龍江省信息中心

淺析移動通信中LTE關(guān)鍵技術(shù)及進(jìn)展情況

徐鵬/黑龍江省信息中心

LTE(Long Term Evolution,長期演進(jìn))項目是3G的演進(jìn)，LTE并非人們普遍誤解的4G技術(shù)，而是3G與4G技術(shù)之間的一個過渡，是3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn),采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，改進(jìn)并增強了3G的空中接入技術(shù)，這種以O(shè)FDM/FDMA為核心的技術(shù)可以被看作“準(zhǔn)4G”技術(shù)，該技術(shù)改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。在本文中重點介紹了LTE的背景和關(guān)鍵技術(shù)。

LTE,OFDM；MIMO；4G；3GPP

一、LTE簡介

LTE（Long Term Evolution，長期演進(jìn))是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃）組織制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移動通信系統(tǒng)）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長期演進(jìn)，于2004年12月在3GPP多倫多TSGRAN#26會議上正式立項并啟動。LTE系統(tǒng)引入了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用）和MIMO（Multi-input Multi-output，多輸入多輸出）等關(guān)鍵傳輸技術(shù)，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率，并支持多種帶寬分配，且支持全球主流2G/3G頻段和一些新增頻段。LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加扁平化簡單化，減少了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和系統(tǒng)復(fù)雜度，從而減小了系統(tǒng)時延，也降低了網(wǎng)絡(luò)部署和維護(hù)成本。LTE系統(tǒng)支持與其他3GPP系統(tǒng)互操作。LTE系統(tǒng)有兩種制式：FDD-LTE和TDD-LTE，即頻分雙工LTE系統(tǒng)和時分雙工LTE系統(tǒng)，二者技術(shù)的主要區(qū)別在于空中接口的物理層上（像幀結(jié)構(gòu)、時分設(shè)計、同步等）。FDD-LTE系統(tǒng)空口上下行傳輸采用一對對稱的頻段接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，而TDD-LTE系統(tǒng)上下行則使用相同的頻段在不同的時隙上傳輸，相對于FDD雙工方式，TDD有著較高的頻譜利用率。

二、LTE關(guān)鍵技術(shù)介紹及進(jìn)展情況

1.空中接口物理層技術(shù)是無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)與標(biāo)志，3GPP組織就LTE系統(tǒng)物理層下行傳輸方案很快達(dá)成一致，采用先進(jìn)成熟的OFDMA技術(shù)；但上行傳輸方案卻爭論不斷，很大部分設(shè)備商考慮到OFDM較高的峰均比會增加終端的功放成本和功率消耗，限制終端的使用時間，堅持采用峰均比較低的單載波方案SC-FDMA，但一些積極參與WiMAX標(biāo)準(zhǔn)組織的公司卻認(rèn)為可以采用濾波、循環(huán)削峰等方法有效降低OFDM峰均比。上行方案選擇單載波SC-FDMA。這樣LTE系統(tǒng)傳輸方案最終確定為下行OFDMA和上行SC-FDMA，同時在是否采用宏分集問題上也產(chǎn)生了激烈的爭論，最終考慮到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化，分散化的發(fā)展趨勢，3GPP組織在2005年12月經(jīng)過“示意性”的投票，決定LTE系統(tǒng)暫不考慮宏分集技術(shù)。

2.OFDM技術(shù)是LTE系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)與主要特點，OFDM系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定對整個系統(tǒng)的性能會產(chǎn)生決定性的影響，其中載波間隔又是OFDM系統(tǒng)的最基本參數(shù)，經(jīng)過理論分析與仿真比較最終確定為15kHz.上下行的最小資源塊為375kHz，也就是25個子載波寬度，數(shù)據(jù)到資源塊的映射方式可采用集中（localized）方式或離散（distributed）方式。循環(huán)前綴Cyclic Prefix（CP）的長度決定了OFDM系統(tǒng)的抗多徑能力和覆蓋能力。長CP利于克服多徑干擾，支持大范圍覆蓋，但系統(tǒng)開銷也會相應(yīng)增加，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸能力下降。為了達(dá)到小區(qū)半徑100K m的覆蓋要求，LTE系統(tǒng)采用長短兩套循環(huán)前綴方案，根據(jù)具體場景進(jìn)行選擇：短CP方案為基本選項，長CP方案用于支持LTE大范圍小區(qū)覆蓋和多小區(qū)廣播業(yè)務(wù)。

3.MIMO作為提高系統(tǒng)輸率的最主要手段，也受到了各方代表的廣泛關(guān)注。LTE已確定MIMO天線個數(shù)的基本配置是下行2×2、上行1×2，但也在考慮4×4的高階天線配置。北電的專利技術(shù)虛擬MIMO也被LTE采納作為提高小區(qū)邊緣數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)性能的主要手段。另外，LTE也正在考慮采用小區(qū)干擾抑制技術(shù)來改善小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)容量。下行方向MIMO方案相對較多，根據(jù)2006年3月雅典會議報告，LTE MIMO下行方案可分為兩大類：發(fā)射分集和空間復(fù)用兩大類。目前，考慮采用的發(fā)射分集方案包括塊狀編碼傳送分集（STBC，SFBC），時間（頻率）轉(zhuǎn)換發(fā)射分集（TSTD，F(xiàn)STD），包括循環(huán)延遲分集（CDD）在內(nèi)的延遲分集（作為廣播信道的基本方案），基于預(yù)編碼向量選擇的預(yù)編碼技術(shù)。其中預(yù)編碼技術(shù)已被確定為多用戶MIMO場景的傳送方案。5月的上海會議將對MIMO技術(shù)做進(jìn)一步的討論。最終會為下行數(shù)據(jù)信道確定唯一的分集傳送方案。

4.高峰值傳送輸率是LTE下行鏈路需要解決的主要問題。為了實現(xiàn)系統(tǒng)下行100Mbps峰值速率的目標(biāo)，在3G原有的QPSK、16QAM基礎(chǔ)上，LTE系統(tǒng)增加了64QAM高階調(diào)制。LTE上行方向關(guān)注的首要問題是控制峰均比，降低終端成本及功耗，目前主要考慮采用位移BPSK和頻域濾波兩種方案進(jìn)一步降低上行SC-FDMA的峰均比。LTE除了繼續(xù)采用成熟的Turbo信道編碼外，還使用先進(jìn)的低密度奇偶校驗（LDPC）碼。

3GPP LTE接入網(wǎng)在能夠有效支持新的物理層傳輸技術(shù)的同時，還需要滿足低時延、低復(fù)雜度、低成本的要求。原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)顯然已無法滿足要求，需要進(jìn)行調(diào)整與演進(jìn)。2006年3月的會議上，3GPP確定了E-UTRAN的結(jié)構(gòu)，接入網(wǎng)主要由演進(jìn)型eNodeB（eNB）和接入網(wǎng)關(guān)（aGW）構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)類似于典型的IP寬帶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)將對3GPP系統(tǒng)的體系架構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。eNodeB是在NodeB原有功能基礎(chǔ)上，增加了RNC的物理層、MAC層、RRC、調(diào)度、接入控制、承載控制、移動性管理和inter-cell RRM等功能。aGW可以看作是一個邊界節(jié)點，作為核心網(wǎng)的一部分。

三、總結(jié)

我國主要仍采用2G和3G通信技術(shù)，與發(fā)達(dá)國家存在一定差距。LTE是中國縮短同國際通信產(chǎn)業(yè)差距的一個機會，引入LTE要求運營商從語音服務(wù)轉(zhuǎn)向以信息服務(wù)為主，豐富的個人通信需求將推動LTE技術(shù)的引進(jìn)開發(fā)和4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的啟動，而新技術(shù)、新網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展將為通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)技術(shù)服務(wù)提供商提供更多的業(yè)務(wù)機會。目前，中國已經(jīng)發(fā)放TDD-LTE的牌照，相信通過市場需求的推動，LTE技術(shù)能夠得到更加長足的發(fā)展。