lte物理层介绍-中文版

一、介绍

正当人们惊讶于WiMAX技术的迅猛崛起时，3GPP也开始了UMTS技术的长期演进（Long Term Evolution，LTE）技术的研究。这项受人瞩目的技术被称为“演进型3G”（Evolved 3G，E3G）。但只要对这项技术稍作了解，就会发现，这种以OFDM为核心的技术，与其说是3G技术的“演进”（evolution），不如说是“革命”（revolution），它和3GPP2 AIE（空中接口演进）、WiMAX以及最新出现的IEEE 802.20 MBFDD/MBTDD等技术，由于已经具有某些“4G”特征，甚至可以被看作“准4G”技术。

自2004年11月启动LTE项目以来，3GPP以频繁的会议全力推进LTE的研究工作，仅半年就完成了需求的制定。2006年6年，3GPP RAN（无线接入网）TSG已经开始了LTE 工作阶段（WI），但由于研究阶段（SI）上有个别遗留问题还没有解决，SI将延长到9月结束。按目前的计划，将于2007年9月完成LTE标准的制定（测试规范2008年3月完成），预计2010年左右可以商用。虽然工作进度略滞后于原计划，但经过艰苦的讨论和融合，终于确定了大部分基本技术框架，一个初步的LTE系统已经逐渐展示在我们眼前。

二、LTE的需求指标

LTE项目首先从定义需求开始。主要需求指标包括：

●支持1.25MHz-20MHz带宽；

●峰值数据率：上行50Mbps，下行100Mbps。频谱效率达到3GPP R6的2-4倍；

●提高小区边缘的比特率；

●用户面延迟（单向）小于5ms，控制面延迟小于1OOms；

●支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作；

●支持增强型的广播多播业务；

●降低建网成本，实现从R6的低成本演进；

●实现合理的终端复杂度、成本和耗电；

●支持增强的IMS（IP多媒体子系统）和核心网；

●追求后向兼容，但应该仔细考虑性能改进和向后兼容之间的平衡；

●取消CS（电路交换）域，CS域业务在PS（包交换）域实现，如采用VoIP；

●对低速移动优化系统，同时支持高速移动；

●以尽可能相似的技术同时支持成对（paired）和非成对（unpaired）频段；

●尽可能支持简单的临频共存。

3GPP毫不讳言LTE项目的启动是为了应对“其他无线通信标准”的竞争。针对WiMAX“低移动性宽带IP接入”的定位，LTE提出了相对应的需求，如相似的带宽、数据率和频谱效率指标、对低移动性进行优化、只支持PS域，强调广播多播业务等。同时，出于对VoIP和在线游戏的重视，LTE对用户面延迟的要求近乎苛刻。关于向后兼容的要求似乎模棱两可，从目前的情况看，由于选择了大量的新技术，至少在物理层已难以保持从UMTS 的平滑过渡。

最近，运营商又提出加强广播业务的要求，建议增加在单独的下行载波部署移动电视（Mobile TV）系统的需求。

三、LTE物理层标准化进展

LTE的研究工作主要集中在物理层、空中接口协议和网络架构几个方面，其中网络架构方面的工作和3GPP系统架构演进（SAE）项目密切相关。本文将对LTE物理层方面的系统设计和研究进展做一简单的介绍。

3.1双工方式和帧结构

目前的LTE物理层技术研究主要针对频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种双工方式。依据TR 25.913中对FDD/TDD共性的需求，TR 25.814中的内容基本都假设对FDD 和TDD均适用。少数对TDD进行的区别考虑的地方，都进行了特别注明。

在TDD模式下，每个子帧要么作为上行子帧，要么作为下行子帧。上行或下行子帧可以空出若干个OFDM符号作为空闲（Idle）符号，以留出必要的保护间隔。子帧的结构可能不断变化，因此可能需要通过信令通知系统当前的子帧结构。

另外，由于TR 25.913对系统的临频同址共存提出了需求，使TDD EUTRA系统面临和TDD UTRA系统之间的干扰问题。为了解决这个问题，目前TR 25.814考虑了两种TDD

EUTRA帧结构：固定（Fixed）帧结构和通用（Generic）帧结构。

3.1.1固定帧结构

这种方法就是分别针对低码片速率（LCR）-TDD UTRA和高码片速率（HCR）-TDD UTRA系统采用与UTRA系统相似的帧结构。也就是说，为了和LCR-TDD UTRA系统兼容，需要采用和LCR-TDD UTRA几乎相同的帧结构，即一个10ms无线帧分为2个5ms的无线子帧，每个无线子帧分为7个时隙（TSO~TS6），每个时隙（对应于FDD模式下的一个子帧）长度为0.675ms。同步和保护周期插在TSO和TS1之间，包括DwPTS、GP和UpPTS。每个时隙包含一个小的空闲周期，可用作上下行切换的保护周期。

可以看到，这个帧结构基本和原有的LCR-TDD帧结构相同，只是在每个时隙中加入了空闲周期。这个改动主要是为了能够在一个无线子帧内实现多次的上下行切换，以满足LTE 对传输时延的严格要求。这个帧结构已经经过RAN全会通过，写入了RAN的LTE研究报告TR 25.912。

RAN1工作组的研究报告TR 25.814中也包含了针对HCR-TDD的固定帧结构，由于篇幅所限，此处略去对这种帧结构的介绍。可以看到，固定帧结构的最大特点是采用了和FDD LTE不同的子帧（时隙）长度，由此导致了LTE的FDD和TDD模式在系统参数设计上有所不同。

3.1.2通用帧结构

这种方法是在尽量保持和FDD LTE设计参数一致的基础上满足和TDD UTRA系统的临频同址共存。这种设计的最大特点是采用了和FDD LTE相同的子帧长度0.5ms。但由于0.5ms与LCR-TDD UTRA（O.675ms）和HCR-TDD UTRA（0.667）的子帧长度都不相同，要避免和TDD UTRA系统之间的干扰，相对比较困难。通常整数个O.5ms子帧的长度和与整数个0.675ms（或0.667ms）子帧的长度和都不相等，因此为了使TDD EUTRA系统和TDD UTRA系统的上下行切换点相互对齐，就需要留出额外的空闲（Idle）间隙，这样会损失一些频谱效率。同时，由于TDD UTRA系统的上下行切换点的位置可能变化，相对应的TDD EUTRA帧结构也需要随之变化。也就是说，对不同的上下行比例，通用帧结构中的每个子帧的起止位置都可能不同，这也增加了系统的复杂度。

因此，通用帧结构比较适合那些同时部署了FDD LTE系统、但没有部署TDD UTRA

系统的运营商，因为这种设计可以获得更高的与FDD LTE系统的共同性，从而获得较低的系统复杂度。但对于那些已经部署了TDD UTRA系统的运营商，固定帧结构是更好的选择，因为这种结构可以更容易的避免TDD UTRA和TDD EUTRA系统间的干扰。