LTE_SAE体系结构及性能剖析

宽带移动通信正迅速成为现实。

据相关预测，２０１１年以前，全球将有１５亿人使用宽带业务，这些人当中将有超过一半使用移动宽带业务，而他们当中的大多数人将通过ＨＳＰＡ（高速分组接入）／ＬＴＥ网络获得服务。

而在目前，用户可以通过３Ｇ／ＨＳＰＡ享受高速移动服务：
（１）使用基于ＨＳＰＡ的手机和笔记本电脑上网并发送电子邮件；
（２）用ＨＳＰＡ调制解调器替换原有的ＤＳＬ调制解调器；
（３）使用３Ｇ手机快速下载和上载音视频文件。

移动宽带正经历着快速增长，而ＬＴＥ则能够提供更为出色的用户体验。

该技术将大大改善移动视频、博客、高端游戏、丰富的多媒体电话和专业服务等要求更为严苛的应用，还能与现有蜂窝系统进行互操作。

因此，在３ＧＰＰ版本８中引入的ＬＴＥ是移动无线通信下一个重要的演进步骤，ＬＴＥ采用ＯＦＤＭ（正交频分复用）无线接入技术和先进的天线技术。

除了ＬＴＥ之外，３ＧＰＰ还定义了一个基于ＩＰ的扁平网络体系结构，作为系统体系结构演进（ＳＡＥ）的一部分。

ＬＴＥ－ＳＡＥ体系结构及概念的目标和设计思想是将所有基于ＩＰ的业务高效地推广至大众市场。

该体系结构基于ＧＳＭ／ＷＣＤＭＡ核心网，并从它们演进而来，因此有助于简化网络操作以及平稳、有效地部署网络。

ＬＴＥ－ＳＡＥ体系结构可降低运营支出和资本支出。

例如，为了处理更多的数据流量，运营商只需在新的扁平体系结构中升级两类节点（基站和网关）的容量。

另一个重点领域是网络操作功能，目标是实现高度自动化的网络配置。

除此之外，由于３ＧＰＰ和３ＧＰＰ２已经就ＣＤＭＡ和ＬＴＥ－ＳＡＥ系统之间的互通达成一致，ＣＤＭＡ运营商将能把他们的网络演进至ＬＴＥ－ＳＡＥ，并受益于规模经济和巨大的芯片组出货量。

ＬＴＥ是一项多用途技术，其中主要的３ＧＰＰ要求如下：
（１）下行峰值比特率高于１００Ｍｂｉｔ／ｓ，无线接入网（ＲＡＮ）中的往返时间低于１０ｍｓ。

（２）支持新老频段中从低于５ＭＨｚ到最高２０ＭＨｚ的灵活载波带宽。

（３）支持ＦＤＤ和ＴＤＤ系统。

（４）支持切换和漫游至现有移动网络，从而为所有移动用户提供全面的网络覆盖。

如上所述，运营商可以根据现有网络和频谱的具体情况以及移动宽带和多媒体业务的经营目标灵活地引入ＬＴＥ。

３技术概述
３．１体系结构
ＬＴＥ－ＳＡＥ体系结构的主要改进：
（１）一个通用锚点和一个支持所有接入技术的网关节点；
（２）一个经过优化的用户平面体系结构，将节点类型从以前的４种缩减到只有２种（基站和网关）；
（３）所有接口均支持基于ＩＰ的协议；
（４）ＲＡＮ与ＣＮ（核心网）之间的功能分离，类似于ＷＣＤＭＡ与ＨＳＰＡ之间的功能分离；
（５）移动性管理实体（ＭＭＥ）与网关之间的控制平面／用户平面分离；
（６）集成采用基于客户端和网络的移动ＩＰ的非３ＧＰＰ接入技术。

ＬＴＥ－ＳＡＥ体系结构包括分组数据网（ＰＤＮ）和服务网关。

ＰＤＮ网关是所有接入技术的通用锚点，为所有用户提供一个稳定的ＩＰ接入点，无论他们是在一种接入技术之内移动，还是在多种接入技术之间移动。

服务网关是３ＧＰＰ移动网络内的锚点。

ＭＭＥ功能与网关功能分离，这样有助于网络部署、单个技术的演进以及全面灵活的扩容。

ＧＳＭ和ＷＣＤＭＡ／ＨＳＰＡ系统通过ＳＧＳＮ（服务ＧＰＲＳ支持节点）和演进后的核心网之间的标准接口集成到演进后的系统中。

这些接口包括：与ＭＭＥ相连、用于传送上下文并在不同接入技术之间建立承载的接口，与网关相连、用于与用户设备（ＵＥ）建立ＩＰ连接的接口。

因此，网关节点的功能相当于一个服务ＷＣＤＭＡ／ＨＳＰＡ终端设备的ＧＧＳＮ（网关ＧＰＲＳ支持节点）。

该体系结构还能将ＳＧＳＮ和ＭＭＥ功能整合到同一个节点之中，从而实现一个支持ＧＳＭ，ＷＣＤＭＡ／ＨＳＰＡ和ＬＴＥ技术的通用分组核心网。

归属地用户服务器（ＨＳＳ）通过一个可能基于
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Ｄｉａｍｅｔｅｒ协议而不是ＳＳ７信令的建议接口连接至分组核心网。

这将为实现控制平面的ＩＰ联网提供一个简化的协调解决方案，因为用于策略控制和计费的现有网络信令是基于Ｄｉａｍｅｔｅｒ协议。

ＬＴＥ基站通过ＲＡＮ－ＣＮ（无线接入网—核心网）接口连接至核心网。

ＭＭＥ负责处理移动性等控制信令。

用户数据通过一个基于ＩＰ的传输网在基站和网关节点之间传送。

为了能够高速切换处于激活模式的终端设备，每一个ＬＴＥ基站都与其相邻基站建立了逻辑连接。

集成ｃｄｍａ２０００系统之后将允许用户在ｃｄｍａ２００和ＬＴＥ系统之间无缝移动。

这种解决方案支持单／双无线切换，可实现从ＣＤＭＡ到ＬＴＥ的灵活迁移。

图１显示了如何将ｃｄｍａ２０００系统集成到ＬＴＥ－ＳＡＥ体系结构中。

ＧＳＭ和ＷＣＤＭＡ系统现有的服务质量（ＱｏＳ）概念较为复杂，因此ＬＴＥ－ＳＡＥ的ＱｏＳ概念融合了简约、灵活接入和向后兼容的理念。

ＬＴＥ－ＳＡＥ采用了一种基于类别的服务质量概念，能够让运营商方便高效地区分各种分组业务。

３．２ＬＴＥ接入技术
在仔细研究了各种不同的接入技术之后，３ＧＰＰ选择了ＯＦＤＭ（正交频分复用）技术作为下行方向的接入技术，并选择了ＳＣ－ＦＤＭＡ（单载波频分多址）技术作为上行方向的接入技术。

这两项技术不仅能够实现频谱灵活性，同时也能满足有关吞吐量和频谱效率的苛刻指标。

本质而言，ＬＴＥ物理层只为其上的网络层提供共享信道，使用的是一个１ｍｓ的传输时间间隔（ＴＴＩ）。

与ＨＳＰＡ中所采用的方法类似，ＬＴＥ必须采用速率自适应和具有软合并功能的混合自动重传请求（ＨＡＲＱ）迅速适应各种信道变化，而采用ＯＦＤＭ和ＳＣ－ＦＤＭＡ技术可以探测到频率和时间域内的变化。

ＬＴＥ物理层中的子载波间距为１５ｋＨｚ。

无线接口协议的体系结构基于ＨＳＰＡ的体系结构。

协议的名称相同，而且功能也相似。

不同之处在于ＬＴＥ和ＨＳＰＡ所采用的多址技术不同，还有就是ＬＴＥ是一个全分组系统（也就是说，没有必要支持传统的电路交换域）。

图２显示了无线接口协议的体系结构。

需要注意的是除了非接入层（ＮＡＳ）协议之外，所有无线接口协议都接于网络侧的ｅＮｏｄｅＢ。

ＰＤＣＰ（分组数据融合协议）负责处理无线接口的报头压缩和安全功能。

ＲＬＣ（无线链路控制）协议主要负责确保数据的无损耗传输。

ＭＡＣ（媒体接入控制）协议负责处理上下行调度和ＨＡＲＱ信令。

与此类似，ＲＲＣ（无线资源控制）协议负责处理无线承载的建立、激活模式的移动性管理以及系统信息的广播，而ＮＡＳ协议负责处理空闲模式的移动性管理和业务建立。

３．３ＬＴＥ性能评估
在对ＬＴＥ的接入性能进行全面评估后，３ＧＰＰ得
图１ＬＴＥ－ＳＡＥ体系结构的示意图图２无线接口协议的体系结构——
—控制平面和用户平面
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出的结论是：ＬＴＥ接入技术不仅能够满足所规定的要求，而且能实现所期望的频谱灵活性。

目前，已经进行了很多系统级和链路级的性能模拟试验。

下面列出了模拟试验所达到的频谱效率和用户吞吐量。

频谱效率为：当站间距离（ＩＳＤ）为５００ｍ时，下行方向１．７～２．７ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ／小区，上行方向０．７ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ／小区。

小区边缘用户吞吐量为：当使用１０个用户进行模拟而且每个小区的缓存都满载时，下行方向０．１８～０．２８ｂｉｔｓ／Ｈｚ／小区，上行方向０．０２２～０．０５ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ／小区。

我们从图３所示的峰值速率可以看出，ＬＴＥ满足并超过了下行１００Ｍｂｉｔ／ｓ和上行５０Ｍｂｉｔ／ｓ的目标。

实际上，如果分配２０ＭＨｚ的频谱，ＬＴＥ的下行速率可超过３２５Ｍｂｉｔ／ｓ，上行速率可超过８０Ｍｂｉｔ／ｓ。

往返时间（ＲＴＴ）约为７ｍｓ，单向时延为３．５ｍｓ，ＨＡＲＱＲＴＴ为５ｍｓ。

３．４操作与维护
对ＬＴＥ－ＳＡＥ的一个重要要求是能够降低运营支出。

自我管理在实现这一目标方面扮演了一个关键角色。

例如，自我配置功能有助于方便快速地安装、集成和部署基站（包括无线接入网的初期建设），减少准备工作量以及与运营商的交流工作量，从而降低成本，提升ＬＴＥ－ＳＡＥ网络的初期部署速度。

同样，自我优化功能可减少调整和维护ＬＴＥ－ＳＡＥ网络的工作量，这些功能包括：自动优化相邻小区和自动调整用于控制切换以及其它无线资源管理算法的参数。

３．５终端与设备
ＬＴＥ从一开始就被设计成用于支持小型、高性能、高能效的最终用户设备。

除了手机和笔记本电脑之外，ＬＴＥ还将支持多种设备：
（１）对上下行速率有着极高要求的设备，如电视机和摄像机。

（２）对时延有着极高要求的设备，如网络游戏机。

４ＬＴＥ－ＳＡＥ的产品实现
４．１无线接入产品
领先的厂家通常把ＬＴＥ和ＨＳＰＡ产品基于相同的软硬件体系结构，首批产品将支持多个频段以及ＦＤＤ和ＴＤＤ。

通过使用插件，运营商可以将ＬＴＥ添加到现有的基站中，使它们支持双模式和双频段。

在这个场景中，运营支撑系统（ＯＳＳ）将支持网络迁移和无缝管理。

易用特性包括：即插即用型基站、自动调试、关键性能指标（ＫＰＩ）的自动报告功能。

此外还将开发独立、高性能的宏基站和微型基站产品。

“主用单元—远程单元”的理念将有助于在空间有限和很难获得合适空间的站点部署新设备。

例如，在今年的巴塞罗那“２００８全球移动大会”上，爱立信公布了其下一代无线基站ＲＢＳ６０００系列产品。

该节能型的站点解决方案提供了市场上最小的宏基站，同时支持ＧＳＭ／ＥＤＧＥ，ＷＣＤＭＡ／ＨＳＰＡ和ＬＴＥ等多种技术。

该产品实现了开发一个真正多标准的解决方案的长远目标，而且为客户提供一个无缝、集成和环保的解决方案。

４．２核心网产品
先进的所有适用核心网产品未来都应该支持ＳＡＥ功能。

基于演进后的核心网产品的网关功能将支持ＬＴＥ业务，为ＧＳＭ和ＷＣＤＭＡ／ＨＳＰＡ系统提供ＧＧＳＮ功能，并提供对移动ＩＰ的支持。

ＭＭＥ功能既可以用作一个独立的ＬＴＥ移动服务器节点，也可以与ＧＳＭ和ＷＣＤＭＡ／ＨＳＰＡ系统的ＳＧＳＮ功能结合使用。

此外，ＨＳＳ和策略控制器（ＰｏｌｉｃｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）也将支持
图３不同频谱分配情况下的ＬＴＥ峰值比特率７２
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图４网络拓扑结构举例
ＳＡＥ功能。

结果就是一个支持所有接入技术的通用核心网。

４．３移动平台、
宽带模块和固定无线终端产品ＬＴＥ移动平台再次采用了被实践证明非常成功的ＷＣＤＭＡ移动平台的体系结构，因此可确保稳定性、缩短产品的上市时间，降低了成本。

例如，终端设备厂商将会看到，ＥＭＰ的ＬＴＥ移动平台使用了与
ＷＣＤＭＡ移动平台相同的软件界面。

对首款商用芯片组针对数据业务进行了优化，设计用于紧凑型的移动电子设备，如手机、笔记本电脑的宽带模块、电视机、摄像机和固定无线终端设备等。

ＬＴＥ芯片组的关键特性包括：上下行速率分别为１００Ｍｂｉｔ／ｓ和５０Ｍｂｉｔ／ｓ，多种带宽，支持４个频段。

将ＬＴＥ，ＧＳＭ和ＷＣＤＭＡ／ＨＳＰＡ集成到ＬＴＥ移动平台上将可确保ＬＴＥ受益于ＷＣＤＭＡ的规模经济。

因此，ＬＴＥ从诞生之日起就能实现全国覆盖和全球漫游。

４．４网络拓扑结构与部署
由于ＬＴＥ被定义为支持ＦＤＤ和ＴＤＤ系统各频段中从低于５ＭＨｚ到最高２０ＭＨｚ的灵活的载波带宽，运营商既可以使用新的频段也可以使用现有频段引入ＬＴＥ。

在网络部署初期，最简便的方法是部署１０～２０ＭＨｚ的载波（例如，ＩＭＴ２０００Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ或高级无线业务所使用的频段），但ＬＴＥ最终将在所有蜂窝频段上部署。

ＬＴＥ终端设备和网络从一开始就能最多支持４个频段，这意味着可以使用多个频段对其进行全球部署。

目前，大多数商用蜂窝系统使用的是ＦＤＤ技术。

通常而言，与ＴＤＤ相比，ＦＤＤ的终端和网络设备的数量更多。

但ＴＤＤ是ＦＤＤ的一个良好补充，例如用于填补ＦＤＤ上下行链路之间的中心间距（ＣｅｎｔｒｕｍＧａｐ）。

如果系统的ＬＴＥ硬件与ＦＤＤ和ＴＤＤ硬件相同（除了滤波器），ＴＤＤ运营商最终将能受益于ＦＤＤ产品的规模经济。

ＬＴＥ还是惟一可在成对频谱和
非成对频谱上使用同一平台的技术，可帮助运营商实
现规模经济。

ＬＴＥ可在同一基站平台上用于成对频谱（ＦＤＤ）和非成对频谱（ＴＤＤ），这可以使运营商能在不同频段情况下灵活使用ＬＴＥ技术，并从最优化的全球
ＬＴＥ解决方案中受益。

例如，在２００８年１月，爱立信首次在同一基站平台上演示了频分双工（ＦＤＤ）和时分双工（ＴＤＤ）模式的长期演进（ＬＴＥ）技术。

ＬＴＥ－ＴＤＤ模式演示涵盖了多项应用，并展示了采用２×２ＭＩＭＯ（多输入多输出）技术的下行链路超过９０Ｍｂｉｔ／ｓ的速度。

此前曾以下行链路１６０Ｍｂｉｔ／ｓ的速度展示ＦＤＤ模式下的ＬＴＥ技术。

在定义ＬＴＥ－ＳＡＥ体系结构时，３ＧＰＰ特别注重支持灵活的网络配置和提供极高的业务可用性。

例如，在核心网中，将控制功能（ＭＭＥ）与用户平面分离增加了网络部署的灵活性。

为了对分组数据业务的处理进行优化，运营商可以将网关节点分布部署在网络的多个站点，以减少传输资源的使用量（见图４）。

这种方法还能最大程度缩短时延，而缩短时延是开展ＩＭＳ多媒体语音通信、高峰值速率宽带数据接入等实时业务的一个重要先决条件。

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此外，该体系结构还能实现ＭＭＥ功能的集中部署，ＭＭＥ功能为ＬＴＥ提供核心网控制。

为降低运营成本，可以将ＭＭＥ功能部署在中心站点，这些站点与其它控制节点共址于服务器群中。

ＬＴＥ－ＳＡＥ体系结构通过核心网节点池实现高可用性。

在实际运行中，如果某个核心网节点发生故障，基站可以连接至节点池中其它任意核心网节点。

简而言之，ＬＴＥ－ＳＡＥ可提供极高的业务可用性。

运营商在ＷＣＤＭＡ／ＨＳＰＡ网络中部署ＬＴＥ－ＳＡＥ体系结构和功能的一个有效方法是升级现有的网络节点。

这种方法尤其适合早期部署，因为ＷＣＤＭＡ／ＨＳＰＡ网络中此时的多余容量可用于支持ＬＴＥ。

例如，运营商可以运行一个ＷＣＤＭＡ／ＨＳＰＡ和ＬＴＥ通用核心网，同时共享可用的控制容量和净荷处理容量，以提升容量的整体利用率，并降低ＬＴＥ早期部署的运营支出和资本支出。

与此类似，ｃｄｍａ２０００运营商也可以通过演进核心网架构实现对ＳＡＥ的支持。

５结束语
ＬＴＥ－ＳＡＥ解决方案可实现高于１００Ｍｂｉｔ／ｓ的下行
峰值速率和低于１０ｍｓ的往返时间，并能极大简化网络操作和维护工作。

该体系结构针对移动宽带业务进行了优化。

ＬＴＥ－ＳＡＥ解决方案还可与ＧＳＭ，ＷＣＤＭＡ／
ＨＳＰＡ和ｃｄｍａ２０００系统高效集成。

理想的可以平滑过渡的基站和核心网产品系列应该均能升级至ＬＴＥ－ＳＡＥ，目前主流公司正在为一些新的网络部署项目开发一整套ＬＴＥ基站产品。

不仅如此，ＬＴＥ移动平台也为开发各种不同类型的终端和设备，包括宽带模块、固定和移动通信终端设备打下了
坚实基础。

结合上述技术优势，ＬＴＥ－ＳＡＥ将能为全球各地的用户实现移动宽带业务。

在ＬＴＥＴＤＤ／ＦＤＤ方面取得的最新成果，继续为全球在此领域开展重要研究推波助澜。

与此同时，
ＴＤＤ也继续在中国等市场上发挥其国际作用，例如爱立信已着手与中国的大唐集团开展研究合作。

据预测，ＬＴＥ移动平台将出现在各类终端设备中。

ＬＴＥ－ＳＡＥ将受益于ＧＳＭ和ＷＣＤＭＡ／ＨＳＰＡ网络强劲的发展势头和庞大的生态系统，将规模经济延伸到各类终端、设备和网络设备中。

总之，ＬＴＥ－ＳＡＥ的强大性能和灵活的系统架构，加上业界对ＬＴＥ－ＳＡＥ的广泛支持，确保了ＬＴＥ－ＳＡＥ未来在全球市场拥有规模经济效益和光明的前景。

参考文献
１ＰｅｒＢｅｍｉｎｇ，ＬａｒｓＦｒｉｄ，ＧｏａｎＨａｌｌ，ＰｅｔｅｒＭａｌｍ，ＴｈｏｍａｓＮｏｒｅｎ，ＭａｇｎｕｓＯｌｓｓｏｎ，ＧｏａｎＲｕｎｅ．ＬＴＥ／ＳＡＥａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．ＥｒｉｃｓｓｏｎＲｅｖｉｅｗ
２３ＧＰＰＴＲ２５．９１３“
ＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒＥｖｏｌｖｅｄＵＴＲＡ（Ｅ－ＵＴＲＡ）ａｎｄＥｖｏｌｖｅｄＵＴＲＡＮ（ＥＵＴＲＡＮ）”
爱立信发布２００８年第一季度财报
爱立信公司日前发布了２００８年第一季度财报。

报告显示，爱立信在２００８年第一季度实现净销售额４４２亿瑞典克朗，按固定币值计算比去年同期增长９％。

除８亿瑞典克朗的重组开支外，运营收入为４３亿瑞典克朗，运营利润率为
９．７％；运营现金流达到４７亿瑞典克朗，现金周转率为８３％；
包括８亿瑞典克朗的重组开支在内，净收入为２６亿瑞典克朗。

此外，爱立信第一季度每股收益０．１７瑞典克朗。

爱立信总裁兼首席执行官思文凯（Ｃａｒｌ－ＨｅｎｒｉｃＳｖａｎｂｅｒｇ）表示：“
考虑到当前的市场环境和美元疲软的因素，爱立信的业务在第一季度发展良好。

２００８年，我们仍然认为需谨慎规划表现平淡的移动基础设施市场。

我们据此
开展的成本削减工作正在根据计划有条不紊地进行。

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