長期演進(jìn)技術(shù)

3G與4G技術(shù)之間的過渡長期演進(jìn)技術(shù)01簡介技術(shù)架構(gòu)發(fā)展歷程技術(shù)目標(biāo)目錄03020405核心技術(shù)使用頻段分支發(fā)展趨勢目錄070608基本信息LTE（LongTermEvolution，長期演進(jìn))是由3GPP（The3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作伙伴計劃）組織制定的UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，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多倫多會議上正式立項并啟動。LTE系統(tǒng)引入了OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交頻分復(fù)用）和MIMO（Multi-Input&Multi-Output，多輸入多輸出）等關(guān)鍵技術(shù)，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率（20M帶寬2X2MIMO在64QAM情況下，理論下行最大傳輸速率為201Mbps，除去信令開銷后大概為150Mbps，但根據(jù)實際組以及終端能力限制，一般認(rèn)為下行峰值速率為100Mbps，上行為50Mbps），并支持多種帶寬分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等，且支持全球主流2G/3G頻段和一些新增頻段，因而頻譜分配更加靈活，系統(tǒng)容量和覆蓋也顯著提升。簡介簡介目前，全球信息化時代已經(jīng)到來，數(shù)據(jù)總量呈現(xiàn)爆炸式增長，人們對數(shù)據(jù)信息的需求日益增多。LTE的誕生是為不斷優(yōu)化無線通信技術(shù)以滿足客戶對無線通信的更高要求。LTE是無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。LTE的當(dāng)前目標(biāo)是借助新技術(shù)和調(diào)制方法提升無線絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力和數(shù)據(jù)傳輸速度，如新的數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)，這些技術(shù)大多于千禧年前后提出。LTE的遠(yuǎn)期目標(biāo)是簡化和重新設(shè)計絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，使其成為IP化絡(luò)，這有助于減少3G轉(zhuǎn)換中的潛在不良因素。LTE技術(shù)主要存在TDD和FDD兩種主流模式，兩種模式各具特色。其中，F(xiàn)DD-LTE在國際中應(yīng)用廣泛，而TD-LTE在我國較為常見。

LTE（LongTermEvolution，長期演進(jìn)）項目是3G的演進(jìn)，是3G與4G技術(shù)之間的一個過渡，是3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn)。它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在20MHz頻譜帶寬下提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率，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。

發(fā)展歷程發(fā)展歷程2004年底，在3GPP中開始進(jìn)行LTE的標(biāo)準(zhǔn)化工作，與3G以CDMA技術(shù)為基礎(chǔ)不同，根據(jù)無線通信向?qū)拵Щ较虬l(fā)展的趨勢，LTE采用了OFDM技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合多天線和快速分組調(diào)度等設(shè)計理念，形成了新的面向下一代移動通信系統(tǒng)的空中接口技術(shù)，又稱為3G演進(jìn)型系統(tǒng)（LTE，LongTermEvolution）。

2008年初，完成了LTE第一個版本的系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，即Release8。在3GPP中進(jìn)行LTE技術(shù)研究的同時，國際電信聯(lián)盟（ITU）一直在開展關(guān)于下一代移動通信系統(tǒng)的市場需求和頻率規(guī)劃等方面的調(diào)研工作，為制定4G技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)建議做準(zhǔn)備。2008年3月，ITU開始了候選技術(shù)的征集和標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，稱為IMT-Advanced。響應(yīng)ITU關(guān)于4GIMT-Advanced技術(shù)的征集，3GPP中將正在研究的LTERelease10以及之后的技術(shù)版本稱為LTE-Advanced，并且向ITU進(jìn)行了候選技術(shù)的提交。

語音通話LTE支持FDD和TDD兩種雙工方式，在LTERelease8版本中，采用20MHz的通信帶寬，空中接口的下行峰值速率超過300Mbit/s上行方向的峰值速率也超過了80Mbit/s。而LTERelease10版本（LTE-Advanced）將支持100MHz的通信帶寬，空中接口的峰值速率超過1Gbit/s。值得一提的是，作為TD-SCDMA技術(shù)的后續(xù)演進(jìn)，LTE的TDD模式又稱為TD-LTE/TD-LTE-Advanced。出于對TD-SCDMA技術(shù)演進(jìn)路線的，中國的成員單位在3GPP中深度參與了相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計過程，2009年10月，中國政府正式向ITU提交了TD-LTE-Advanced建議作為4G國際標(biāo)準(zhǔn)候選技術(shù)。

2021年8月，我國LTE核心IPv6總流量超過10Tbps，占全總流量的22.87%。技術(shù)架構(gòu)技術(shù)架構(gòu)圖1LTE絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議結(jié)構(gòu)LTE絡(luò)結(jié)構(gòu)和空中接口協(xié)議：LTE采用由NodeB構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，這樣有利于簡化絡(luò)和減小延遲，實現(xiàn)低時延、低復(fù)雜度和低成本的要求。與傳統(tǒng)的3GPP接入相比，LTE減少了RNC節(jié)點，對3GPP的整個體系架構(gòu)進(jìn)行了變革，逐步趨近于典型的IP寬帶結(jié)構(gòu)。3GPP初步確定LTE的架構(gòu)如圖1所示，或稱為演進(jìn)型UTRAN結(jié)構(gòu)（E-UTRAN）。

技術(shù)目標(biāo)技術(shù)目標(biāo)LTE的技術(shù)目標(biāo)可以概括為：

容量提升：在20MHz帶寬下，下行峰值速率達(dá)到100Mbit/s，上行峰值速率達(dá)到50Mbit/s。頻譜利用率達(dá)到3GPPR6規(guī)劃值的2～4倍；覆蓋增強(qiáng)：提高“小區(qū)邊緣比特率”，在5km區(qū)域滿足最優(yōu)容量，30km區(qū)域輕微下降，并支持100km的覆蓋半徑；移動性提高：0～15km/h性能最優(yōu)，15～120km/h高性能，支持120～350km/h。甚至在某些頻段支持500km/h；質(zhì)量優(yōu)化：在RAN用戶面的時延小于10ms，控制面的時延小于100ms：服務(wù)內(nèi)容綜合多樣化：提供高性能的廣播業(yè)務(wù)MBMS，提高實時業(yè)務(wù)支持能力，并使VoIP達(dá)到UTRAN電路域性能。運維成本降低：采用扁平化架構(gòu)，可以降低CAPEX和0PEX，并降低從R6UTRA空口和絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)的成本。核心技術(shù)SC-FDMA技術(shù)OFDM技術(shù)MIMO技術(shù)高階調(diào)制技術(shù)核心技術(shù)SC-FDMA技術(shù)圖2LTESC-FDMA技術(shù)是一種單載波多用戶接入技術(shù)，它的實現(xiàn)比OFDM/OFDMA簡單，但性能遜于OFDM/OFDMA。相對于OFDM/OFDMA，SC-FDMA具有較低的PAPR。發(fā)射機(jī)效率較高，能提高小區(qū)邊緣的絡(luò)性能。最大的好處是降低了發(fā)射終端的峰均功率比、減小了終端的體積和成本，這是選擇SC-FDMA作為LTE上行信號接入方式的一個主要原因。其特點還包括頻譜帶寬分配靈活、子載波序列固定、采用循環(huán)前綴對抗多徑衰落和可變的傳輸時間間隔等。

OFDM技術(shù)OFDM技術(shù)LTE系統(tǒng)的主要特點，它的基本思想是把高速數(shù)據(jù)流分散到多個正交的子載波上傳輸，從而使子載波上的符號速率大大降低，符號持續(xù)時間大大加長，因而對時延擴(kuò)展有較強(qiáng)的抵抗力，減小了符號間干擾的影響。通常在OFDM符號前加入保護(hù)間隔，只要保護(hù)問隔大于信道的時延擴(kuò)展則可以完全消除符號間干擾ISI。

MIMO技術(shù)MIMO作為提高系統(tǒng)傳輸率的最主要手段，也受到了廣泛。由于OFDM的子載波衰落情況相對平坦，十分適合與MIMO技術(shù)相結(jié)合，提高系統(tǒng)性能。MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線或（陣判天線）和多通道。多天線接收機(jī)利用空時編碼處理能夠分開并解碼數(shù)據(jù)子流，從而實現(xiàn)最佳的處理。若各發(fā)射接收天線間的通道響應(yīng)獨立，則多入多出系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道。通過這些并行空問信道獨立地傳輸信息，數(shù)據(jù)速率必然可以提高。MIMO將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個整體進(jìn)行優(yōu)化，從而實現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近于最優(yōu)的空域時域聯(lián)合的分集和干擾對消處理。當(dāng)功率和帶寬固定時，多入多出系統(tǒng)的最大容量或容量上限隨最小天線數(shù)的增加而線性增加。而在同樣條件下，在接收端或發(fā)射端采用多天線或天線陣列的普通智能天線系統(tǒng)，其容量僅隨天線數(shù)的對數(shù)增加而增加。

高階調(diào)制技術(shù)LTE在下行方向采用QPSK、16QAM和64QAM，在上行方向采用QPSK和16刪。高峰值傳送速率是LTE下行鏈路需要解決的主要問題。為了實現(xiàn)系統(tǒng)下行100Mb/s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。

分支FDD-LTETD-LTE分支TD-LTETD-LTE是一種新一代寬帶移動通信技術(shù)，是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA的后續(xù)演進(jìn)技術(shù)，在繼承了TDD優(yōu)點的同時又引入了多天線MIMO與頻分復(fù)用OFDM技術(shù)。相比于3G，TD-LTE在系統(tǒng)性能上有了跨越式提高，能夠為用戶提供更加豐富多彩的移動互聯(lián)業(yè)務(wù)。

FDD-LTEFDD（頻分雙工）是該技術(shù)支援的兩種雙工模式之一，應(yīng)用FDD式的LTE即為FDD-LTE。由于無線技術(shù)的差異使用頻段的不同以及各個廠家的利益等因素，F(xiàn)DD-LTE的標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于TDD-LTE。FDD模式的特點是在分離（上下行頻率間隔190MHz）的兩個對稱頻率信道上，系統(tǒng)進(jìn)行接收和傳送，用保證頻段來分離接收和傳送信道。

FDD模式的優(yōu)點是采用包交換等技術(shù)，可突破二代發(fā)展的瓶頸，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并可提高頻譜利用率，增加系統(tǒng)容量。但FDD必須采用成對的頻率，即在每2x5MHz的帶寬內(nèi)提供第三代業(yè)務(wù)。該方式在支持對稱業(yè)務(wù)時，能充分利用上下行的頻譜，但在非對稱的分組交換（互聯(lián)）工作時，頻譜利用率則大大降低（由于低上行負(fù)載，造成頻譜利用率降低約40%）。在這點上，TDD模式有著FDD無法比擬的優(yōu)勢。

使用頻段使用頻段圖3長期演進(jìn)技術(shù)

LTE絡(luò)適用于相當(dāng)多的頻段，而不同地區(qū)選擇的頻段互不相同。北美絡(luò)計劃使用700/800和1700/1900MHz；歐洲絡(luò)計劃使用800，1800，2600MHz；亞洲絡(luò)計劃使用1800和2600MHz；澳洲絡(luò)計劃使用1800MHz。所以在某國家使用正常的終端在另一國家的絡(luò)中很可能無法使用，用戶需要使用支持多頻段的終端進(jìn)行國際漫游。特別的是巴西政府正在同當(dāng)?shù)剡\營商CPqD，正在測試一種特殊的LTE絡(luò)。該絡(luò)因適應(yīng)當(dāng)?shù)厥袌鲂枨螅枰獎?chuàng)建在450MHz以下頻段。

發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢雖然現(xiàn)在5G已經(jīng)開始融入我們的生活、工作，融入了視聽領(lǐng)域，但今后還會有更多新技術(shù)、新賦能通過5G絡(luò)和各種終端為智能視聽乃至整個媒體產(chǎn)業(yè)帶來更多、更好的應(yīng)用場景。移動絡(luò)的發(fā)展，離不開技術(shù)的支撐。孟樸表示，現(xiàn)在5G用到的主要還都是Sub-6GHz頻段，它可用的頻率是有限的。所以全球5G產(chǎn)業(yè)正攜手向毫米波這個領(lǐng)域聚焦，基于目前技術(shù)上能夠?qū)崿F(xiàn)并且已經(jīng)商用的絡(luò)，毫米波的速率可以達(dá)到5GSub-6GHz的16倍