一、引言

　　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，但由於IPR的製約，在應對市場挑戰和滿足用戶需求等方麵還是有很多局限性；同時，昂貴的授權費用也製約了3G技術的發展，因而受到了技術簡單、價格低廉的WiFi和的強烈挑戰。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、項目內容介紹

　　LTE（Long Term Evolution，長期演進）項目是3G的演進，它改進並增強了3G的空中接入技術，采用和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係統延遲。

　　1.LTE 的主要技術特征

　　3GPP從係統性能要求、網絡的部署場景、網絡架構、業務支持能力等方麵對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，係統在整體架構上將基於分組交換；

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

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

　　（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並降低了網絡時延，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係統和非3GPP規範係統的協同運作。

　　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，完成核心技術的規範工作。在2007年中期完成LTE相關標準製定（3GPP R7），在2008年或2009年推出商用產品。就目前的進展來看，發展比計劃滯後了大概3個月[1]，但經過3GPP組織的努力，LTE的係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。這種結構有利於簡化網絡和減小延遲，實現了低時延，低複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的整個體係架構作了革命性的變革，逐步趨近於典型的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、接入控製、承載控製、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）來解決小區間幹擾協調、負載控製等功能，目前還未確定[3]。另外，在空中接入技術方麵，LTE的信道數量將比WCDMA係統有所減少。並取消了專用信道，不再保留廣播媒體控製層和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，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調製之前對信號進行DFT擴展。這樣，係統發射的是時域信號，從而可以避免OFDM係統發送頻域信號帶來的PAPR問題[4]。

　　b.宏分集　由於存在難以解決的“同步問題”，對單播（uniCAst）業務不采用下行宏分集。至於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.調製與編碼　LTE下行主要采用OPSK、16QAM、64QAM三種調製方式。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係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2×2、上行1×2，但也在考慮4×4的高階天線配置。具體的MIMO技術尚未確定，目前正在考慮的方法包括空分複用（SDM）、空分多址（SDMA）、預編碼、 秩自適應、智能天線等。上行單用戶MIMO天線的基本配置，也是在LIE有兩個發射天線，在基站有兩個接收天線。通常是2×2的虛擬MIMO，兩個UE各自有一個發射天線，並共享相同的時一頻域資源[4]。

　　除上述技術以外，3GPP也對MBMS、同步、小區間幹擾抑製、切換、小區搜索、空中接入等技術作了相應的規定。雖然這些規範還未最終確定，但經過仿真測量，目前這些基本概念可以滿足或接近TR25.912中的係統需求。相信這些技術規範的最終確定指日可待。

　　三、LTE的技術優勢

　　麵對非傳統運營商紛紛加入移動通信市場及“其他無線通信標準”的競爭，3GPP啟動了LTE項目。針對“低移動性寬帶IP接入”的定位以及適用於在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術WiFi，LTE提出了相對應的需求，如相似的帶寬、數據率，強調MBMS等[3]。LTE與WiMAX、WiFi在各方麵的性能比較如表1所示。

表1　LTE、WiMAX、WiFi主要性能對照表

　　LTE、WiMAX與WiFi都有各自的特點，或數據速率高，或費用成本低，或安全性高。它們的適用範圍也各不相同，WiMAX解決的是無線城域網的問題，而WiFi解決的是無線局域網的接入問題。從表1中可看出，盡管LTE費用較高，但在靈活性、數據速率、穩定性方麵它更具技術優勢。

　　（1）靈活性　LTE能夠支持1.25，1.6，2.5，5，10，15，20 MHz等多種係統帶寬，WiMAX支持15～20 MHz的幾種帶寬，WiFi解決的是無線局域網問題，僅適用於有因特網的地區，因而在係統布署的靈活性上LTE更具優勢。

　　（2）數據速率　LTE增強了3G的空中接入技術，信號的覆蓋範圍大幅延伸，在20 MHz的帶寬下，能達到下行100 Mbit/s、上行50 Mbit/s的峰值速率；WiFi與WiMAX所能達到的最高速率僅為11 Mbit/s和75 Mbit/s，且WiFi采用的無線電信號易受環境影響[6]，可能一個用戶與帶寬為11 Mbit/s網絡聯網，但是其兌現的網速可能隻有1 Mbit/s。

　　（3）穩定性　LTE能在350 km/h的高速移動的情況下達到良好的接收效果，WiMAX所能支持的最高移動速率隻能達到120 km/h[5]，WiFi則僅限於局域網的低速率移動。與WiMAX和WiFi相比，在高速移動的環境下，LTE的信號更穩定。

　　四、LTE技術的市場前景與挑戰

　　目前語音業務在移動通信市場取得了巨大的成功，但這種狀況會隨著數據業務和應用的重要性與日俱增而逐漸改變。除了現有GPRS及3G網絡為用戶帶來的如IP電話、在線遊戲、多媒體消息、移動電視等業務外，LTE還能為用戶帶來更豐富的服務。

　　LTE係統是在充分繼承現有技術的基礎上，綜合了一部分4G核心技術而提出的。它不僅在技術方麵極具優勢，在時間段上也有一個很好的契機。一個新的空中接口的研發通常需要10年時間，技術的研發已經進行了5年，而新的4G頻譜計劃於2007年的ITU世界無線會議（WRC）之後才分配，加上研究、標準化和設計產品的時間，4G最早也要在2015年左右才能正式商用。2008～2015年的這段時間，將是LTE產品在移動通信市場發展的春天。

　　雖然在技術上取得了相當的進步，但是在一定程度上並未擺脫3G框架的束縛。去年3月啟動的HSPA（HSPDA+HSUPA）的演進項目 E-HSPA（有的公司認為它在5 MHz帶寬內能達到和LTE相似的性能）也為LTE帶來了嚴峻的挑戰。盡管LTE的性能可能比4G稍差，但是由於4G的不確定性、E-HSPA項目的啟動滯後於LTE，因而LTE目前是機遇大於挑戰，仍具有很強的競爭力，市場前景一片光明。

　　五、結束語

　　與現有技術相比，LTE係統在許多關鍵技術指標上有了很大程度的提高，完全能夠滿足對未來移動通信的數據業務的要求。雖然LTE的進展並非一帆風順，並受到了4G與E-HSPA帶來的挑戰，但大多數公司仍對LTE項目投入了巨大的熱情，相信LTE項目將會為廣大移動通信用戶帶來更多豐富多彩的服務。

　　參考文獻

　　[1]　胡海寧，林奇兵.下一代無線網絡LTE介紹[J].電信網技術，2006（7）.

　　[2]　胡耀，李光偉.LTE及其關鍵技術介紹[J].廣東通信技術，2006（5）.

　　[3]　沈嘉.3GPP核心技術及標準化進展[J].移動通信，2006（4）.

　　[4]　關於3GPP LTE標準化進展-物理層[EB/OL].http：//www.gdbear.com.cn/2/lib/200612/28/200612280053.htm.

　　[5]　寬帶無線接入技術[EB/OL].http：//network.51cto.com/art/200604/25851.htm.

　　[6]　美國西蒙公司.淺談WiFi[J].智能建築與城市信息，2006（4）.