LTE-SAE體系結構及性能剖析

IP networks：IP網(wǎng)絡(luò )

Other access:其它接入技術(shù)

LTE接入技術(shù)

在仔細研究了各種不同的接入技術(shù)之后，3GPP選擇了OFDM（正交頻分復用）技術(shù)作為下行方向的接入技術(shù)，并選擇了SC-FDMA（單載波頻分多址）技術(shù)作為上行方向的接入技術(shù)。這兩項技術(shù)不僅能夠實(shí)現頻譜靈活性，同時(shí)也能滿(mǎn)足有關(guān)吞吐量和頻譜效率的苛刻指標。

本質(zhì)而言，LTE物理層只為其上的網(wǎng)絡(luò )層提供共享信道，使用的是一個(gè)1毫秒的傳輸時(shí)間間隔（TTI）。與HSPA中所采用的方法類(lèi)似，LTE必須采用速率自適應和具有軟合并功能的混合自動(dòng)重傳請求（HARQ）迅速適應各種信道變化，而采用OFDM和SC-FDMA技術(shù)可以探測到頻率和時(shí)間域內的變化。LTE物理層中的子載波間距為15kHz。

無(wú)線(xiàn)接口協(xié)議的體系結構基于HSPA的體系結構。協(xié)議的名稱(chēng)相同，而且功能也相似。不同之處在于LTE和HSPA所采用的多址技術(shù)不同，還有就是LTE是一個(gè)全分組系統（也就是說(shuō)，沒(méi)有必要支持傳統的電路交換域）。圖2顯示了無(wú)線(xiàn)接口協(xié)議的體系結構。請注意：除了非接入層（NAS）協(xié)議之外，所有無(wú)線(xiàn)接口協(xié)議都終接于網(wǎng)絡(luò )側的eNodeB。

PDCP（分組數據融合協(xié)議）負責處理無(wú)線(xiàn)接口的報頭壓縮和安全功能。RLC（無(wú)線(xiàn)鏈路控制）協(xié)議主要負責確保數據的無(wú)損耗傳輸。MAC（媒體接入控制）協(xié)議負責處理上下行調度和HARQ信令。

與此類(lèi)似，RRC（無(wú)線(xiàn)資源控制）協(xié)議負責處理無(wú)線(xiàn)承載的建立、激活模式的移動(dòng)性管理以及系統信息的廣播，而NAS協(xié)議負責處理空閑模式的移動(dòng)性管理和業(yè)務(wù)建立。

圖2 無(wú)線(xiàn)接口協(xié)議的體系結構 – 控制平面和用戶(hù)平面

User plane:用戶(hù)平面

Control：控制平面

LTE-SAE network：LTE-SAE網(wǎng)絡(luò )

LTE性能評估

在對LTE的接入性能進(jìn)行全面評估后，3GPP得出的結論是：LTE接入技術(shù)不僅能夠滿(mǎn)足所規定的要求，而且能實(shí)現所期望的頻譜靈活性。目前已經(jīng)進(jìn)行了很多系統級和鏈路級的性能模擬試驗。下面列出了模擬試驗所達到的頻譜效率和用戶(hù)吞吐量。

頻譜效率為：當站間距離（ISD）為500米時(shí)，下行方向1.7-2.7bps/Hz/小區，上行方向0.7bps/Hz/小區。

小區邊緣用戶(hù)吞吐量為：當使用10個(gè)用戶(hù)進(jìn)行模擬而且每個(gè)小區的緩存都滿(mǎn)載時(shí)，下行方向0.18-0.28bps/Hz/小區，上行方向0.022-0.05bps/Hz/小區。

我們從圖3所示的峰值速率可以看出，LTE滿(mǎn)足并超過(guò)了下行100Mbps和上行50Mbps的目標。實(shí)際上，如果分配20MHz的頻譜，LTE的下行速率可超過(guò)325Mbps，上行速率可超過(guò)80Mbps。

往返時(shí)間（RTT）約為7毫秒，單向時(shí)延為3.5毫秒，HARQ RTT為5毫秒。

圖3 不同頻譜分配情況下的LTE峰值比特率

Peak data rate:峰值數據速率

Uplink：上行

Downlink：下行

Bandwidth：帶寬

操作與維護

對LTE-SAE的一個(gè)重要要求是能夠降低運營(yíng)支出。自我管理在實(shí)現這一目標方面扮演了一個(gè)關(guān)鍵角色。例如，自我配置功能有助于方便快速地安裝、集成和部署基站（包括無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的初期建設），減少準備工作量以及與運營(yíng)商的交流工作量，從而降低成本，提升LTE-SAE網(wǎng)絡(luò )的初期部署速度。同樣，自我優(yōu)化功能可減少調整和維護LTE-SAE網(wǎng)絡(luò )的工作量，這些功能包括：自動(dòng)優(yōu)化相鄰小區和自動(dòng)調整用于控制切換以及其它無(wú)線(xiàn)資源管理算法的參數。

終端與設備

LTE從一開(kāi)始就被設計用于支持小型、高性能、高能效的最終用戶(hù)設備。除了手機和筆記本電腦之外，LTE還將支持多種設備：

對上下行速率有著(zhù)極高要求的設備，如電視機和攝像機

對時(shí)延有著(zhù)極高要求的設備，如網(wǎng)絡(luò )游戲機。

LTE-SAE的產(chǎn)品實(shí)現

目前全球主流廠(chǎng)家正在正在加緊開(kāi)發(fā)LTE-SAE產(chǎn)品。

無(wú)線(xiàn)接入產(chǎn)品

領(lǐng)先的廠(chǎng)家通常把LTE和HSPA產(chǎn)品將基于相同的軟硬件體系結構，首批產(chǎn)品將支持多個(gè)頻段以及FDD和TDD。

通過(guò)使用插件，運營(yíng)商可以將LTE添加到現有的基站中，使它們支持雙模式和雙頻段。在這個(gè)場(chǎng)景中，運營(yíng)支撐系統（OSS）將支持網(wǎng)絡(luò )遷移和無(wú)縫管理。易用特性包括：即插即用型基站、自動(dòng)調試、關(guān)鍵性能指標（KPI）的自動(dòng)報告功能。

此外還將開(kāi)發(fā)獨立、高性能的宏基站和微型基站產(chǎn)品?！爸饔脝卧?遠程單元”的理念將有助于在空間有限和很難獲得合適空間的站點(diǎn)部署新設備。
例如，在今年的巴塞羅那“2008全球移動(dòng)大會(huì )”上，愛(ài)立信公布了其下一代無(wú)線(xiàn)基站RBS 6000系列產(chǎn)品。該節能型的站點(diǎn)解決方案提供了市場(chǎng)上最小的宏基站，而且同時(shí)支持GSM/EDGE、WCDMA/HSPA和LTE等多種技術(shù)。該產(chǎn)品實(shí)現了開(kāi)發(fā)一個(gè)真正多標準的解決方案的長(cháng)遠目標，而且為客戶(hù)提供一個(gè)無(wú)縫、集成和環(huán)保的解決方案。

核心網(wǎng)產(chǎn)品

先進(jìn)的所有適用核心網(wǎng)產(chǎn)品未來(lái)都應該支持SAE功能?；谘葸M(jìn)后的核心網(wǎng)產(chǎn)品的網(wǎng)關(guān)功能將支持LTE業(yè)務(wù)，為GSM和WCDMA/HSPA系統提供GGSN功能，并提供對移動(dòng)IP的支持。MME功能即可以用作一個(gè)獨立的LTE移動(dòng)服務(wù)器節點(diǎn)，也可以與GSM和WCDMA/HSPA系統的SGSN功能結合使用。此外， HSS和策略控制器（Policy Controller）也將支持SAE功能。結果就是一個(gè)支持所有接入技術(shù)的通用核心網(wǎng)。

移動(dòng)平臺、寬帶模塊和固定無(wú)線(xiàn)終端產(chǎn)品

LTE移動(dòng)平臺再次采用了被實(shí)踐證明非常成功的WCDMA移動(dòng)平臺的體系結構，因此可確保穩定性、縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間、并降低成本。例如，終端設備廠(chǎng)商將會(huì )看到，EMP的LTE移動(dòng)平臺使用了與WCDMA移動(dòng)平臺相同的軟件界面。

對首款商用芯片組針對數據業(yè)務(wù)進(jìn)行了優(yōu)化，設計用于緊湊型的移動(dòng)電子設備，如手機、筆記本電腦的寬帶模塊、電視機、攝像機和固定無(wú)線(xiàn)終端設備等。

LTE芯片組的關(guān)鍵特性包括：上下行速率分別為100Mbps和50Mbps、多種帶寬、支持4個(gè)頻段。

將LTE、GSM和WCDMA/HSPA集成到LTE移動(dòng)平臺上將可確保LTE受益于WCDMA的規模經(jīng)濟。因此，LTE從誕生之日起就能實(shí)現全國覆蓋和全球漫游。