LTE/LTE-A技術及標準進展

摘要

隨著無線數(shù)據(jù)業(yè)務的迅速增長，新空口技術的不斷引入，無線扁平化技術的出現(xiàn)與興起，無線網(wǎng)絡架構會發(fā)生什么樣的變化成為業(yè)界關注的焦點。本文對LTE/LTE-A的需求、研究進展、關鍵技術進行了介紹，淺析了EUTRAN演進方式。

1 引言

隨著無線數(shù)據(jù)業(yè)務的迅速增長和新空口技術的不斷引入，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡架構在對實時數(shù)據(jù)業(yè)務和大數(shù)據(jù)量業(yè)務的支持方面面臨挑戰(zhàn)，需要不斷演進。無線接入網(wǎng)向兩個可能的方向演進：一是空口能力不斷增強，但網(wǎng)絡構架不變，繼續(xù)維持RNC和NodeB的二層架構；二是RNC和NodeB功能合并為增強型NodeB，即eNodeB，UTRAN向扁平化方向發(fā)展。而在核心網(wǎng)方面，正朝著扁平化和全IP的方向演進。作為下一代移動通信系統(tǒng)當前主流的候選技術方案，LTE給業(yè)界留下了巨大的想象空間，全新的理念、網(wǎng)絡架構、技術指標和技術方案將應用于這一面向未來的移動寬帶通信系統(tǒng)中。

2 LTE/LTE-A需求

3GPP LTE項目的主要性能目標包括：在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbit/s，上行50Mbit/s的峰值速率；改善小區(qū)邊緣用戶的性能；提高小區(qū)容量；降低系統(tǒng)延遲，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms，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)到激活狀態(tài)的遷移時間＜100ms；支持100km半徑的小區(qū)覆蓋；能夠為350km/h高速移動用戶提供＞100kbit/s的接入服務；支持成對或非成對頻譜，并可靈活配置1.25~20MHz多種帶寬。

IMT-Advanced要求未來的4G通信在滿足高的峰值速率和大帶寬之外還要保證用戶在各個區(qū)域的體驗。有統(tǒng)計表明，未來80%~90%的系統(tǒng)吞吐量將發(fā)生在室內(nèi)和熱點游牧場景，室內(nèi)、低速、熱點將可能成為移動互聯(lián)網(wǎng)時代更重要的應用場景。因此，需要通過新技術增強傳統(tǒng)蜂窩在未來熱點場景的用戶體驗。3GPP認為，LTE本身已經(jīng)可以作為滿足IMT-Advanced需求的技術基礎和核心，只是純粹從指標上來講，LTE較IMT-Advanced的要求還有一定差距。因此當將LTE升級到4G時，并不需要改變LTE標準的核心，只需在LTE基礎上進行擴充、增強、完善，就可以滿足IMT-Advanced的要求。出于這種考慮，LTE-Advanced應該會作為在LTE基礎上的平滑演進，并且后向兼容LTE標準。由于LTE的大規(guī)模技術革新已經(jīng)大量使用了近20年來學術界積累的先進信號處理技術，如OFDM，MIMO，自適應技術等，在繼續(xù)完善技術應用的同時，LTE-Advanced的技術發(fā)展將更多地集中在RRM（無線資源管理）技術和網(wǎng)絡層的優(yōu)化方面。

3 LTE/LTE-A研究進展

2009年3月發(fā)布了LTE R8 版本的FDD-LTE 和TDD-LTE 標準，原則上完成了LTE標準草案，LTE進入實質(zhì)研發(fā)階段。從主流設備廠家提供的產(chǎn)品路標來看，幾乎所有的主流廠家都會在2010年的第一或第二季度推出LTE產(chǎn)品，但是真正可以商用的版本要2010年以后才能推出。從終端廠家反饋情況來看，2010年會有早期的商用終端，大規(guī)模的推出要在2011年底前后。

關于LTE-A標準的制定在2008年3月的R9版本開始，并將在R10中完善，R10版本將成為LTE-A關鍵版本?？梢灶A見的是，由于時間緊迫，R10也將是一個LTE-A的短版本。R10版本現(xiàn)在為Study階段，整個版本制定預計持續(xù)一年時間，預計時間安排如下：2009年10月作為第一階段評估并提交ITU；2010年9月提交全會討論；2010年12月完成版本制定工作；2011年2月終結并提交。

目前，全球有超過18家運營商公布了自己的LTE部署計劃，包括NTT DoCoMo，Telstra，TeliaSonera，Verizon，Vodafone，AT&T等都明確表示將支持LTE，并且Verizon已經(jīng)加速了LTE計劃表，使得時間從原定的2010年提前至2009年。作為日本最大的運營商NTT DoComo也加緊“Super 3G”網(wǎng)絡商用部署推進LTE進程，并公布了3G過渡到LTE的路線圖，2010年初完成了對LTE技術的開發(fā)。

4 LTE/LTE-A關鍵技術

4.1 OFDM技術

OFDM由多載波調(diào)制(MCM)發(fā)展而來，OFDM技術是多載波傳輸方案的實現(xiàn)方式之一，它的調(diào)制和解調(diào)是分別基于快速傅立葉反變換（IFFT）和快速傅立葉變換（FFT）來實現(xiàn)的，是實現(xiàn)復雜度最低、應用最廣的一種多載波傳輸方案。在傳統(tǒng)的頻分復用系統(tǒng)中，各載波上的信號頻譜是沒有重疊的，以便接收端利用傳統(tǒng)的濾波器分離和提取不同載波上的信號。OFDM系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)符號調(diào)制在傳輸速率相對較低的、相互之間具有正交性的多個并行子載波上進行傳輸。它允許子載波頻譜部分重疊，接收端利用各子載波間的正交性恢復發(fā)送的數(shù)據(jù)。因此，OFDM系統(tǒng)具有更高的頻譜利用率。同時，在OFDM符號之間插入循環(huán)前綴，可以消除由于多徑效應而引起的符號間干擾，能避免在多徑信道環(huán)境下因保護間隔的插入而影響子載波之間的正交性。這使得OFDM系統(tǒng)非常適用于多徑無線信道環(huán)境。

OFDM的優(yōu)點在于抗多徑衰落的能力強，頻譜效率高，OFDM將信道劃分為若干子信道，而每個子信道內(nèi)部都可以認為是平坦衰落的，可采用基于IFFT/FFT的OFDM快速實現(xiàn)方法，在頻率選擇性信道中，OFDM接收機的復雜度比帶均衡器的單載波系統(tǒng)簡單。與其它寬帶接入技術不同，OFDM可運行在不連續(xù)的頻帶上，這將有利于多用戶的分配和分集效果的應用等。但OFDM技術對頻偏和相位噪聲比較敏感，而且峰值平均功率比（PAPR）大。