第11章 LTE及各移动通信系统的演进

（2）家庭基站技术

为解决3G系统的室内覆盖难题，增强室内 用户的数据传输能力，R8版本专门针对3G家 庭基站（Home Node B）及演进型家庭基站（ Home eNode B）进行立项研究。
（3）IMS技术的增强

主要包括IMS中心化业务（ICS）、单射频 语音呼叫连续性（SR-VCC）、多媒体业务连 续性（MMSC）、IMS接入企业网等子课题。

LTE/SAE网络将是一个具有高数据率、低 时延和基于全分组化的移动通信系统，具体如 下所述： （1）实现灵活的频谱带宽配置。 （2）提高数据传输率和频谱利用率。 （3）提升小区边缘传输速率，以保证一 致的用户体验。

（4）减小系统时延，增强对实时业务的支持。 （5）支持增强型QoS与安全机制。 （6）支持扁平化的网络层次架构，网络节点尽 量压缩。 （7）支持全面分组化。 （8）支持多接入技术接入至统一的核心网。
目前，3GPP已正式发布R99、R4、R5、 R6、R7和R8共6个版本，R8版本于2009年3月 正式发布，R9标准工作也已正式启动。 其中，R99～R7版本已基本稳定，R8部分 功能特性正在完善过程中。 R99、R4、R5和R6版本在前面已作介绍， 在此简单介绍R7、R8和R9版本基本内容。 各版本的发布时间和主要功能增强如图111所示。

在完成LTE/SAE网络技术规范制定的同时，R8 版本还进行了一系列技术标准的增强和完善工作。
（1）HSPA + 增强与演进

具体包括FDD HSDPA的64QAM与MIMO 的合并使用、增强型服务小区改变E-SCC、CS over HSPA、双载波HSDPA、上行L2增强、增 强型上行CELL_FACH、语音呼叫连续性VCC 等子课题。

11.3 LTE系统简介


在TS 36.300和TS 36.401中对LTE，即E-UTRAN的 系统架构进行了详细的描述，如图11-4所示。 E-UTRAN由eNode B构成，eNode B间的接口为X2 ，每个eNode B都与演进的分组核心网（Evolved Packet Core，EPC）相连，二者间的接口为S1。 S1接口的用户面终止在业务网关S-GW上，S1接口 的控制面终止在移动性管理实体MME上。 控制面和用户面另一端终止于eNode B上。 eNode B的功能如图11-5所示，可提供以下功能。



确定E-UTRAN架构和E-UTRAN接口的总体原 则如下。 （1）信令和数据传输网络的逻辑分割。 （2） E-UTRAN与EPC的功能完全区分于传输 功能。 E-UTRAN、EPC采用的寻址方法不应和传输 功能的寻址方法绑定。 事实上，某些E-UTRAN或EPC的功能可能会 放置在同一设备中，某些传输功能并不能分成EUTRAN部分的传输功能和EPC部分的传输功能。
1．下行多址接入技术

（1）OFDM。
图11-6 OFDM收发机框图

OFDM具有如下优点。 ① 频谱利用率高。 ② 抗多径与频率选择性衰落能力强。 ③ 动态子载波分配，提高了系统效率。 ④ 易于实现。
（2）OFDMA。
图11-7 LTE系统下行多址方式OFDMA

（3）RRC连接的移动性完全由E-UTRAN 控制。 （4）当定义E-UTRAN接口时，应尽可能 减少接口功能划分的选项数量。 （5）一个接口应该基于通过该接口控制的 实体逻辑模型来设计。 （6）一个物理网元可包含多个逻辑节点。

11.4 LTE的关键技术

LTE系统相对于UMTS系统，在空中接口 的无线传输能力方面有了很大的提高，尤其是 在多址技术方面进行了革命性的改进，这也是 整个LTE系统设计研究和标准化工作的核心。
OFDMA的关键技术如下。 ① 时频同步。 ② 随机跳频。 ③ 动态载波分配。
2．上行多址接入技术



在上行链路中，信号由用户终端发射，过高的发 射功率将会降低电池的使用寿命，提高对系统功放的 要求，增加终端设备的成本。 LTE最终决定采用单载波频分多址SC-FDMA作为 上行多址方式，这是相对于OFDMA提出的一种多址方 案，特点是可降低上行发射信号的PAPR。 SC-FDMA在每个传输时间间隔TTI内，基站会给 每个UE分配一个独立的频段，以便发送数据，这样就 将不同用户的数据在时间和频率上完全分开，保证小 区内同一时刻不同用户所使用上行载波的正交性，避 免了小区内同频干扰。
图11-3 与LTE/SAE相关的组织及关系
（1）NGMN组织。


① 频谱方面 ② 技术方面 ③ 试验方面 ④ 知识产权方面 ⑤ 产业链方面
（2）LSTI组织。
① 概念验证（Proof of Concept，POC）。 ② 互操作开发测试（Interoperability Development Test，IODT）。 ③ 互操作测试（Interoperability Test，IOT）。 ④ 预商用测试（Friendly Customer Trials，FCT）。
核心网方面，R7版本继续对IMS技术进行 了增强，提出了语音连续性VCC、CS域与IMS 域融合业务CSI等重要课题；在安全性方面引 入了Early IMS技术，以解决2G卡接入IMS网络 的问题；并将R6版本的PDF与流计费FBC相融 合，提出了策略控制与计费PCC的新架构，完 成资源接纳控制和业务质量控制功能，但R7版 本的PCC是一个不可商用部署的版本。 业务方面，R7版本对组播业务、IMS多媒 体电话、紧急呼叫等业务进行了严格定义，使 整个系统的业务能力大大丰富。

图11-1 3GPP标准演进路线
1．R7

R7版本在R6版本的基础上进行了进一步的 功能与性能增强。 无线接入网方面主要进行了HSPA的增强 与演进（HSPA + ），即通过引入MIMO、高 阶调制（上行16QAM、下行64QAM）、连续 性分组连接（CPC）、干扰删除、L2增强、高 级接收机、发射分集等高级无线传输技术，将 HSPA + 系统的峰值数据速率提高至下行 42Mbit/s、上行11Mbit/s。
11.2 LTE/SAE的发展

为满足用户不断增长的业务需求，同时适应新 技术的发展和移动通信理念的变革，3GPP在2004 年年底启动了LTE/SAE标准化工作，希望能继续保 持3GPP在移动通信领域的技术及标准优势，同时 有效填补3G和4G间存在的巨大技术差距。
1．LTE/SAE概念

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LTE/SAE网络的总体目标包含两个方面： 一是性能提高，即提供更高的用户数据速率， 提升系统容量和覆盖率，减小时延，并减少运 营成本；二是实现一个能支持多种接入技术灵 活接入的、基于全IP的分组核心网络，并保证 业务的连续性。
2．LTE的发展

3GPP LTE相关的标准工作可分为两个阶 段：SI（Study Item，技术可行性研究阶段）和 WI（Work Item，具体技术规范撰写阶段）。
3．SAE的发展

SAE标准化工作从2005年开始正式启动， 到2006年12月完成了SAE的需求定义及技术研 究报告。 同时从2006年年底，3GPP开始进行第2阶 段SAE技术规范的制定工作，并于2007年12月 ，冻结了R8版本的系统需求，完成了大部分的 Stage2标准讨论工作。
图11-4 LTE的系统架构
图11-5 E-UTRAN和EPC的功能架构
（1）实现无线资源管理。实现无线承载控制、无线许可控 制、连接移动性控制、上行和下行资源动态分配调度。 （2）对IP的数据包头进行压缩并对用户数据流进行加密。 （3）当从提供给UE的信息中无法获知MME路由信息时， 选择UE附着的MME。 （4）用户面数据向S-GW的路由。 （5）从MME发起的寻呼消息的调度和发送。 （6）从MME或O&M发起的广播信息的调度和发送。 （7）用于移动性和调度的测量与测量上报配置。
移动通信技术
(第2版) 第11章 LTE及各移动通信系统的演进
国际标准化组织3GPP在经过讨论后提出实 现峰值速率100Mbit/s的数据传输，需设计出7 ～50倍于当前系统传输速率的新技术，且具有 很好的向下兼容性，以保护现有投资。 这一新的系统被称作增强型3G或3GPP的 长期演进（Long Term Evolution, LTE）。本章 将主要介绍LTE的发展、LTE的关键技术，以 及各种移动通信系统的演进方案。

11.1 3GPP标准的发展

3GPP成立于1998年，主要负责UMTS系统的标准 化工作。 3GPP标准组织主要包括项目合作组（PCG）和技 术规范组（TSG）两类。 其中PCG主要负责总体管理、时间计划、工作分 配等，具体的技术工作则由各TSG完成。 目前，3GPP包括4个TSG，分别负责EDGE无线接 入网（GERAN）、无线接入网（RAN）、系统和业务 方面（SA）、核心网与终端（CT）。 每个TSG进一步分为不同的工作子组，每个工作 子组分配具体的任务。
由于Stage1阶段提出的需求和议题太多， 且对几个关键性课题的方案迟迟不能确定，R8 版本SAE标准Stage2的工作最终推迟到2008年6 月才全部冻结。 2008年12月，3GPP完成了大部分的SAE信 令协议规范Stage3的制定工作。

图11-2 LTE/SAE时间进度
4．其他组织

11.4.1 多址技术


从LTE系统的目标需求可以看出，下行100Mbit/s 和上行50Mbit/s的传输能力对物理层无线传输技术提出 了较高要求，传统的3G空中接口技术已经难以满足此 要求，因此，必须使用全新的空中接口技术。 LTE系统下行物理层传输方案采用OFDMA以提高 频谱效率，上行物理层传输方案采用单载波频分复用 （Single Carrier-Frequency Division Multiple Access， SC-FDMA），以降低系统的峰均功率比（Peak-toAverage Power Ratio，PAPR），从而减少终端体积和 成本。
同时，LTE在其他一些技术领域也进行了局 部的改进，如多天线技术、自适应技术、调度算 法与重传机制等。 另外，LTE系统还引入了一些新技术用于优 化系统的整体性能，如小区间干扰抑制技术、网 络自组织技术等。 本节主要介绍LTE中的多址技术、多天线技 术、链路自适应技术、分组调度技术、小区间干 扰抑制技术和网络自组织技术。

另外，R8版本还提出了Common IMS课题， 即重点解决3GPP与3GPP2、TISPAN等几个标准 化组织间的IMS技术的融合与统一。
3．R9

R9版本与R8版本相比，将针对SAE紧急呼 叫、增强型MBMS（E-MBMS）、基于控制面 的定位业务，及LTE与WiMAX系统间的单射 频切换优化等课题进行标准化。 另外，R9版本还将开展一些新课题的研究 与标准化工作，包括公共告警系统（Public Warning System，PWS）、业务管理与迁移（ Service Alignment and Migration，SAM）、个 性回铃音CRS、多PDN接入及IP流的移动性、 Home (e)Node B安全性，及LTE技术的进一步 演进与增强（LTE-Advanced）等。

2．R8



迫于WiMAX等移动通信技术的竞争压力，为继续 保证3GPP系统在未来10年内的竞争优势，3GPP标准组 织在R8版本正式启动了长期演进（LTE）与系统架构 演进（SAE）两大重要项目的标准制定工作。 R8版本重点针对LTE/SAE网络的系统架构、无线 传输关键技术、接口协议与功能、基本消息流程、系 统安全等方面均进行了细致的研究和标准化。 在无线接入网方面，将系统的峰值数据速率提高 至下行100Mbit/s、上行50Mbit/s；在核心网方面，引入 了纯分组域核心网系统架构，并支持多种非3GPP接入 网技术接入该统一的核心网。