LTE技术的演进和发展趋势

【摘 要】伴随着中国经济的快速发展，通信行业也加快了它行进的脚步，从上世纪80年代的第一代通信终端“大哥大”的产生，到第三代基于移动互联网技术的终端设备3G智能手机的出现，无一不显示出我国的通信技术发展的强势劲头。

【关键词】LTE；优势；演进；发展；趋势

1. 引言

随着移动数据业务的大量应用以及新业务种类的出现，对移动通信网络性能和质量方面的要求越来越高。中国移动通信运营商从2001年左右启动GPRS数据网络的部署工作，经过了短短10年左右的时间，移动通信就迅速从2G商用进入4G试验网建设阶段。对移动通信用户来讲，这意味着网络性能的提高和质量的改善，而对运营商来讲，则意味着面临网络演进方向的选择以及网络运营和融合方面的挑战。

2. LTE的技术优势 

LTE与当前流行的WiMAX、WiFi都有各自的特点，或数据速率高、或费用成本低、或安全性能高。它们的适用范围也各不相同，WiMAX解决的是无线城域网的问题，而WiFi解决的是无线局域网的接入问题。相比之下，LTE具有以下突出特点。 

2.1 更高的用户数据速率。

LTE采用OFDM（正交频分复用）技术，使子载波可以部分重叠，提高了频谱效率；LTE改进并增强了3G的空中接入技术，它采用MIMO （ 多输入多输出 ）技术作为其无线网络演进的唯一标准，在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s，上行50Mbit/s的峰值速率。 

2.2 更少的等待时间。

LTE将无线接入网延迟，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到开始数据交换的延迟控制在100ms以下，取消了无线网络控制器，并将其功能分散到上层核心网和下层演进型NodeB上；相比现有3G中的NodeB，集成了部分无线网络控制器的功能，减少了通信时协议的层次。

2.3 更强的稳定性和灵活性。

LTE能够使用户在350Km/h的高速移动情况下，提供大于100kbps的接入服务，达到良好的接收效果。LTE也能够支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25MHz到20MHz多种带宽，因此在系统布置的灵活性上LTE同样具有着相当大的优势。 

2.4 系统容量和覆盖的改善。

现有的蜂窝移动通信系统（如3G系统）提供的数据速率在小区中心和小区边缘有很大的差异，影响了整个系统的容量和服务质量。在LTE的早期研究中，提出了小区干扰随机化、小区间干扰消除、小区间干扰协调、回避等方法，支持100Km半径的小区覆盖，改善了小区边缘用户的性能，提高了小区容量。

图1 移动通信协议演进的路径

3. LTE标准演进过程

3.1 GSM网络是最早出现的数字移动通信技术，它基于FDD和TDMA技术来实现，由于TDMA的局限性，GSM网络发展受到容量和服务质量方面的严峻挑战，从业务支持种类来看，虽然采用GPRS/EDGE引入了数据业务，但是由于采用的是GSM原有的空中接口，因此其带宽受到限制，无法满足数据业务多样性和实时性的需求。在技术标准发展方面，针对GPRS提出了EDGE以及EDGE+的演进方向，但是基于CDMA接入方式的3G标准的出现使得EDGE不再进入人们的视线。

3.2 演进到3G网络时，GSM系统可以采用WCMDA或者TD—SCDMA的路线，而CDMA则使用CDMA2000的途径。WCDMA和TD—SCDMA早期标准为R99，后来在R4版本中引入IMS，R5版本中引入HSDPA，R6版本中引入HSUPA，R7版本中引入HSPA+，R8版本则面向LTE，CDMA系列的演进经由CDMA2000到CDMA1x再到UWB的方向发展，演进路径如图1所示。

3.3 LTE是面向未来的移动通信技术标准，早在2004年底，3GPP就启动了LTE技术的标准化工作，并在2009年3月了R8版本的FDD—LTE和TDD—LTE标准，这标志着LTE标准草案研究完成，LTE进入实质研发阶段。R9版本中进一步提出了LTE—advanced（LTE—A）的概念，LTE—A于2010 年6月通过ITU的评估，于2010年10月正式成为IMT—A的主要技术之一，它是在R8版本基础上的演进和增强。R10版本对其加以完善，是LTE—A的关键版本。

3.4 LTE采用正交频分复用（OFDM）、多进多出天线（MIMO）等物理层关键技术以及网络结构的调整获得性能提升。LTE—A则引入了一些新的候选技术，如载波聚合技术、增强型多天线技术、无线网络编码技术和无线网络MIMO增强技术等，使性能指标获得更大改善。

4. LTE基本性能要求

在LTE系统设计之初，其目标和需求就非常明确。作为后3G时代革命性的技术，LTE把降低时延、提高用户传输数据速率、提高系统容量和覆盖范围作为主要目标。具体性能要求如下：

4.1 支持1.4、3、5、10、15和20MHz带宽，灵活使用已有或新增频段；并以尽可能相似的技术支持“成对”频段和非“成对”频段，便于系统灵活部署。

4.2 20MHz带宽条件下，峰值速率达到上行50Mbit/s（2×1天线），下行100Mbit/s（2×2天线）。

4.3 在有负荷的网络中，下行频谱效率达到3GPP R6 HSDPA的2～4倍，上行频谱效率达到R6 HSUPA的2～3倍。

4.4 在单用户、单业务流以及小IP包条件下，用户面单向延迟小于5ms。

4.5 从空闲状态到激活状态的转换时间小于100ms，从休眠状态到激活状态的转换时间小于50ms。

4.6 支持低速移动和高速移动。低速（0～15Km/h）下性能较好，高速（15～120Km/h）下性能最优，较高速（350～500Km/h）下的用户能够保持连接性。