后3G时代的LTE技术先容

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后3G时代的LTE技术先容
     
    摘要先容了下一代无线网络LTE(LongTermEvolution，长期演进)的背景和发展状况。分析了LTE的技术特征，阐述了LTE网络结构与核心技术，并通过与WiFi(WirelessFidelity)及Wimax(Worldwide Inter operability for Microwave Access)的各项性能作比较，着重分析了LTE的技术优势。最后，指出了LTE在个人通信市场所面临的应用前景与挑战。

    1、引言

    随着个人通信技术在20多年中不断发展成熟，人们在生活中对无线通信的依赖越来越强，目前，全球的移动语音用户已超过了18亿[1]。同时，众多的使用者也对个人通信技术的发展提出了新的要求：通信设备的微型化、低功耗、高带宽、快速接入和多媒体化。而最关键的是能被广大用户负担得起的低价终端设备和网络服务。

    虽然3G网络的无线性能已经得到了较大的提高，但由于IPR的制约，应对市场的挑战和满足用户需求等领域还是有很多局限性。同时，昂贵的授权费用也制约了3G技术的发展，因而受到了技术简单、价格低廉的WiFi和Wimax的强烈挑战。用户的需求和市场的挑

    战迫切需要传输速率更快、时延更短、频带更宽以及运营成本更少的网络诞生。

    2、LTE项目内容先容

    LTE项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。

    2.1LTE的主要技术特征

    3GPP从“系统性能要求”、“网络的部署场景”、“网络架构”、“业务支撑能力”等方面对LTE进行了详细的描述。与3G相比，LTE具有如下技术特征[2][3]：

    (1)通信速率有了提高，下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。

    (2)提高了频谱效率，下行链路5(bit/s)/Hz，(3--4倍于R6HSDPA);上行链路2.5(bit/s)/Hz，是R6HSU-PA2--3倍。

    (3)以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。

    (4)QoS保证，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务(如VoIP)的服务质量。

    (5)系统部署灵活，能够支撑1.25MHz-20MHz间的多种系统带宽，并支撑“paired”和“unpaired”的频谱分配。保证了将来在系统部署上的灵活性。

    (6)降低无线网络时延：子帧长度0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达U-plan<5ms，C-plan<100ms。

    (7)增加了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。如MBMS(多媒体广播和组播业务)在小区边界可提供1bit/s/Hz的数据速率。

    (8)强调向下兼容，支撑已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。

    与3G相比，LTE更具技术优势，具体体现在：高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。

    2.2LTE的网络结构和核心技术

    3GPP对LTE项目的工作大体分为两个时间段：2005年3月到2006年6月为SI(StudyItem)阶段，完成可行性研究报告;2006年6月到2007年6月为WI(WorkItem)阶段，完成核心技术的规范工作。在2007年中期完成LTE相关标准制定(3GPPR7)，在2008年或2009年推出商用产品。就目前的进展来看，发展比计划滞后了大概3个月[1]，但经过3GPP组织的努力，LTE的系统框架大部分已经完成。　




    图  LTE网络结构与协议结构

    LTE采用由NodeB构成的单层结构，这种结构有利于简化网络和减小延迟，实现了低时延，低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP接入网相比，LTE减少了RNC节点。名义上LTE是对3G的演进，但事实上它对3GPP的整个体系架构作了革命性的变革，逐步趋近于典型的IP宽带网结构。

    3GPP初步确定LTE的架构如图1所示，也叫演进型UTRAN结构(E-UTRAN)[3]。接入网主要由演进型NodeB(eNB)和接入网关(aGW)两部分构成。aGW是一个边界节点，若将其视为核心网的一部分，则接入网主要由eNB一层构成。eNB不仅具有原来NodeB的功能外，还能完成原来RNC的大部分功能，包括物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、接入移动性管理和Inter-cellRRM等。Node B和Node B之间将采用网格(Mesh)方式直接互连，这也是对原有UTRAN结构的重大修改。