LTE/LTE-A技術(shù)及標準進(jìn)展

摘要

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)數據業(yè)務(wù)的迅速增長(cháng)，新空口技術(shù)的不斷引入，無(wú)線(xiàn)扁平化技術(shù)的出現與興起，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構會(huì )發(fā)生什么樣的變化成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。本文對LTE/LTE-A的需求、研究進(jìn)展、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹，淺析了EUTRAN演進(jìn)方式。

1 引言

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)數據業(yè)務(wù)的迅速增長(cháng)和新空口技術(shù)的不斷引入，傳統的網(wǎng)絡(luò )架構在對實(shí)時(shí)數據業(yè)務(wù)和大數據量業(yè)務(wù)的支持方面面臨挑戰，需要不斷演進(jìn)。無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)向兩個(gè)可能的方向演進(jìn)：一是空口能力不斷增強，但網(wǎng)絡(luò )構架不變，繼續維持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(zhù)扁平化和全IP的方向演進(jìn)。作為下一代移動(dòng)通信系統當前主流的候選技術(shù)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(luò )架構、技術(shù)指標和技術(shù)方案將應用于這一面向未來(lái)的移動(dòng)寬帶通信系統中。

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；改善小區邊緣用戶(hù)的性能；提高小區容量；降低系統延遲，用戶(hù)平面內部單向傳輸時(shí)延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時(shí)間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時(shí)間＜100ms；支持100km半徑的小區覆蓋；能夠為350km/h高速移動(dòng)用戶(hù)提供＞100kbit/s的接入服務(wù)；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(lái)的4G通信在滿(mǎn)足高的峰值速率和大帶寬之外還要保證用戶(hù)在各個(gè)區域的體驗。有統計表明，未來(lái)80%~90%的系統吞吐量將發(fā)生在室內和熱點(diǎn)游牧場(chǎng)景，室內、低速、熱點(diǎn)將可能成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代更重要的應用場(chǎng)景。因此，需要通過(guò)新技術(shù)增強傳統蜂窩在未來(lái)熱點(diǎn)場(chǎng)景的用戶(hù)體驗。3GPP認為，LTE本身已經(jīng)可以作為滿(mǎn)足IMT-Advanced需求的技術(shù)基礎和核心，只是純粹從指標上來(lái)講，LTE較IMT-Advanced的要求還有一定差距。因此當將LTE升級到4G時(shí)，并不需要改變LTE標準的核心，只需在LTE基礎上進(jìn)行擴充、增強、完善，就可以滿(mǎn)足IMT-Advanced的要求。出于這種考慮，LTE-Advanced應該會(huì )作為在LTE基礎上的平滑演進(jìn)，并且后向兼容LTE標準。由于LTE的大規模技術(shù)革新已經(jīng)大量使用了近20年來(lái)學(xué)術(shù)界積累的先進(jìn)信號處理技術(shù)，如OFDM，MIMO，自適應技術(shù)等，在繼續完善技術(shù)應用的同時(shí)，LTE-Advanced的技術(shù)發(fā)展將更多地集中在RRM（無(wú)線(xiàn)資源管理）技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )層的優(yōu)化方面。

3 LTE/LTE-A研究進(jìn)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(jìn)入實(shí)質(zhì)研發(fā)階段。從主流設備廠(chǎng)家提供的產(chǎn)品路標來(lái)看，幾乎所有的主流廠(chǎng)家都會(huì )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(chǎng)家反饋情況來(lái)看，2010年會(huì )有早期的商用終端，大規模的推出要在2011年底前后。

關(guān)于LTE-A標準的制定在2008年3月的R9版本開(kāi)始，并將在R10中完善，R10版本將成為L(cháng)TE-A關(guān)鍵版本?？梢灶A見(jiàn)的是，由于時(shí)間緊迫，R10也將是一個(gè)LTE-A的短版本。R10版本現在為Study階段，整個(gè)版本制定預計持續一年時(shí)間，預計時(shí)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(huì )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(guò)18家運營(yíng)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(shí)間從原定的2010年提前至2009年。作為日本最大的運營(yíng)商NTT DoComo也加緊“Super 3G”網(wǎng)絡(luò )商用部署推進(jìn)LTE進(jìn)程，并公布了3G過(guò)渡到LTE的路線(xiàn)圖，2010年初完成了對LTE技術(shù)的開(kāi)發(fā)。

4 LTE/LTE-A關(guān)鍵技術(shù)

4.1 OFDM技術(shù)

OFDM由多載波調制(MCM)發(fā)展而來(lái)，OFDM技術(shù)是多載波傳輸方案的實(shí)現方式之一，它的調制和解調是分別基于快速傅立葉反變換（IFFT）和快速傅立葉變換（FFT）來(lái)實(shí)現的，是實(shí)現復雜度最低、應用最廣的一種多載波傳輸方案。在傳統的頻分復用系統中，各載波上的信號頻譜是沒(méi)有重疊的，以便接收端利用傳統的濾波器分離和提取不同載波上的信號。OFDM系統是將數據符號調制在傳輸速率相對較低的、相互之間具有正交性的多個(gè)并行子載波上進(jìn)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)送的數據。因此，OFDM系統具有更高的頻譜利用率。同時(shí)，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系統非常適用于多徑無(wú)線(xiàn)信道環(huán)境。

OFDM的優(yōu)點(diǎn)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(gè)子信道內部都可以認為是平坦衰落的，可采用基于IFFT/FFT的OFDM快速實(shí)現方法，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簡(jiǎn)單。與其它寬帶接入技術(shù)不同，OFDM可運行在不連續的頻帶上，這將有利于多用戶(hù)的分配和分集效果的應用等。但OFDM技術(shù)對頻偏和相位噪聲比較敏感，而且峰值平均功率比（PAPR）大。