浅谈LTE技术

浅谈LTE

摘要

LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进，LTE是新一代宽带无线移动通信技术。与3G采用的CDMA技术不同，LTE以OFDM（正交频分多址）和MIMO（多输入多输出天线）技术为基础，频谱效率是3G增强技术的2～3倍。LTE包括FDD和TDD两种制式。LTE并非人们普遍误解的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准,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，这种以OFDM/FDMA为核心的技术可以被看作“准4G”技术。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。LTE的增强技术（LTE-Advanced）是国际电联认可的第四代移动通信标准。

关键词LTE、4G、OFDM、MIMO、FDD、TDD

一．概述

LTE背景介绍

LTE（Long Term Evolution，长期演进)是由3GPP组织制定的UMTS技术标准的长期演进，于2004年12月3GPP多伦多TSG RAN#26会议上正式立项并启动。LTE系统引入了OFDM和多天线MIMO等关键传输技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率（峰值速率能够达到上行50Mbit/s,下行100Mbit/s），并支持多种带宽分配：1.4MHz,3MHz,5MHz,10MHz,15MHz和20MHz等，频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖显著提升。LTE无线网络架构更加扁平化，减小了系统时延，降低了建网成本和维护成本。LTE系统支持与其他3GPP系统互操作。

LTE作为3G的下一代演进技术，具有100Mbit/s的数据下载能力。3GPP启动的LTE项目的主要性能目标包括：

1.通信速率的提高，下行峰值速率达到100Mbit/s、上行达到50Mbit/s。

2.提高了频谱效率，下行链路为5(bit/s)/Hz，(3-4倍于R6HSDPA)，上行链路为

2.5(bit/s)/Hz，(2～3倍于R6 HSUPA)。

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V oIP)的服务质量。

5.系统部署灵活，能够支持1.4MHz～20MHz间的多种系统带宽，并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配，保证将来在系统部署上的灵活性。

6.降低无线网络时延，子帧长度为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-plan5ms，C-plan100ms。

7.在保持目前基站位置不变的情况下增加了小区边界比特速率。

8.强调向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。

认识4G通信

4G就是第四代移动通信系统。第四代移动通信系统可称为广带接入和分布式网络，其网络结构将是一个采用全IP的网络结构。4G网络采用许多关键技术来支撑，包括：正交频率复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，

OFDM），多载波调制技术，自适应调制和编码（Adaptive Modulation and Coding，AMC）技术，MIMO和智能天线技术，基于IP的核心网，软件无线电技术以及网络优化和安全性等。另外，为了与传统的网络互联需要用网关建立网络的互联，所以4G将是一个复杂的多协议网络。

第四代移动通信系统具有如下特征：传输速率更快；频谱利用效率更高；网络频谱更宽；容量更大；灵活性更强；实现更高质量的多媒体通信；兼容性更平滑。

二·LTE关键技术

OFDM正交频分复用技术

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据流通过串并变换,分配到传输速率相对较低的若干个相互正交的子信道中进行传输，由于每个子信道中的符号周期会相对增加，因此可以减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响。并且还可以在OFDM符号之间插入保护间隔，令保护间隔大于无线信道的最大时延扩展，这样就可以最大限度地消除由于多径带来的符号间干扰(ISI)，而且一般都采用循环前缀作为保护间隔，从而可以避免由于多径带来的信道间干扰。

对于多址技术，LTE规定了下行采用OFDMA，上行采用SC(单载波)-FDMA。OFDMA中一个传输符号包括M个正交的子载波，实际传输中，这M个正交的子载波是以并行方式进行传输的，真正体现了多载波的概念，而对于SC-FDMA 系统，其也使用M个不同的正交子载波，但这些子载波在传输中是以串行方式进行的，正是基于这种方式，传输过程中才降低了信号波形幅度上大的波动，避免带外辐射，降低PAPR(峰平功率比)。根据LTE系统的上下行传输方式的特点，无论是下行OFDMA还是上行SC-FDMA都保证了使用不同频谱资源用户间的正交性。LTE系统频域资源的分配以正交子载波组RB(resource block)为基本单位的，一个RB由25个相互正交的子载波组成，由于可采用不同的映射方式，子载波可以来自整个频带，也可以取自部分连续的子载波。

(2) MIMO多入多出技术

LTE系统将采用可以适应宏小区、微小区、热点等各种环境的MIMO技术。基本的MIMO模型是下行２×２、上行１×２天线阵列。同时也正在考虑更多的天线配置(如4×4)。目前正在考虑的方法包括空间复用(SM)、空间多址(SDMA)、预编码(Precoding)、自适应波束形成(Adaptive Beam forming)、智能天线以及开环分集(主要用于控制信令的传输,包括空时分组码(STBC)和循环位移分集(CSD))等。

MIMO技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的带宽内由多个发射天线上同时刻发射，经过无线信道后，由多个接收天线接收，并根据各个并行数据流的空间特性(Spatial Signature),利用解调技术，最终恢复出原数据流使用多天线的MIMO技术能够充分利用空间资源，在不增加系统带宽和天线发射总功率的情况下，可有效对抗无线信道衰落的影响，大大提高系统的频谱利用率和信道容量。

MIMO 技术的应用，使空间成为一种可以用于提高性能的资源，并能够增