長期演進技術

LTE（Long Term Evolution，長期演進)是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作夥伴計畫）組織制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移動通信系統）技術標準的長期演進，於2004年12月在3GPP多倫多會議上正式立項並啟動。LTE系統引入了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用）和MIMO（Multi-Input & Multi-Output，多輸入多輸出）等關鍵技術，顯著增加了頻譜效率和數據傳輸速率（20M頻寬2X2MIMO在64QAM情況下，理論下行最大傳輸速率為201Mbps，除去信令開銷後大概為150Mbps，但根據實際組網以及終端能力限制，一般認為下行峰值速率為100Mbps，上行為50Mbps），並支持多種頻寬分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等，且支持全球主流2G/3G頻段和一些新增頻段，因而頻譜分配更加靈活，系統容量和覆蓋也顯著提升。

基本介紹

• 中文名：通用移動通信技術的長期演進
• 外文名：Long Term Evolution
• 縮寫：LTE
• 類別：通信
• 性質：3G與4G技術之間的過渡
• 別稱：3G演進型系統

簡介

目前，全球信息化時代已經到來，數據總量呈現爆炸式增長，人們對數據信息的需求日益增多。LTE的誕生是為不斷最佳化無線通信技術以滿足客戶對無線通信的更高要求。

LTE是無線數據通信技術標準。LTE的當前目標是藉助新技術和調製方法提升無線網路的數據傳輸能力和數據傳輸速度，如新的數位訊號處理（DSP）技術，這些技術大多於千禧年前後提出。LTE的遠期目標是簡化和重新設計網路體系結構，使其成為IP化網路，這有助於減少3G轉換中的潛在不良因素。

LTE技術主要存在TDD和FDD兩種主流模式，兩種模式各具特色。其中，FDD-LTE在國際中套用廣泛，而TD-LTE在我國較為常見。

LTE（Long Term Evolution，長期演進）項目是3G 的演進，是3G與4G技術之間的一個過渡，是3.9G的全 球標準。它改進並增強了3G的空中接入技術，採用 OFDM和MIMO作為其無線網路演進的唯一標準。在 20MHz頻譜頻寬下提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s 的峰值速率，改善了小區邊緣用戶的性能，提高小區 容量和降低系統延遲。

發展歷程

2004年底，在3GPP中開始進行LTE的標準化工作，與3G以CDMA技術為基礎不同，根據無線通信向寬頻化方向發展的趨勢，LTE採用了OFDM技術為基礎，結合多天線和快速分組調度等設計理念，形成了新的面向下一代移動通信系統的空中接口技術，又稱為3G演進型系統（LTE，LongTermEvolution）。

2008年初，完成了LTE第一個版本的系統技術規範，即Release8。在3GPP中進行LTE技術研究的同時，國際電信聯盟（ITU）一直在開展關於下一代移動通信系統的市場需求和頻率規劃等方面的調研工作，為制定4G技術的國際標準建議做準備。2008年3月，ITU開始了候選技術的徵集和標準化進程，稱為IMT-Advanced。回響ITU關於4GIMT-Advanced技術的徵集，3GPP中將正在研究的LTERelease10以及之後的技術版本稱為LTE-Advanced，並且向ITU進行了候選技術的提交。

語音通話LTE支持FDD和TDD兩種雙工方式，在LTERelease8版本中，採用20MHz的通信頻寬，空中接口的下行峰值速率超過300Mbit/s上行方向的峰值速率也超過了80Mbit/s。而LTERelease10版本（LTE-Advanced）將支持100MHz的通信頻寬，空中接口的峰值速率超過1Gbit/s。值得一提的是，作為TD-SCDMA技術的後續演進，LTE的TDD模式又稱為TD-LTE/TD-LTE-Advanced。出於對TD-SCDMA技術演進路線的關注，中國的成員單位在3GPP中深度參與了相關的系統設計過程，2009年10月，中國政府正式向ITU提交了TD-LTE-Advanced建議作為4G國際標準候選技術。

技術架構

LTE網路結構和空中接口協定：LTE採用由Node B構成的單層結構，這樣有利於簡化網路和減小延遲，實現低時延、低複雜度和低成本的要求。與傳統的3GPP接入網相比，LTE減少了RNC節點，對3GPP的整個體系架構進行了變革，逐步趨近於典型的IP寬頻網結構。3GPP初步確定LTE的架構如圖1所示，或稱為演進型UTRAN結構（E- UTRAN）。

圖1 LTE網路結構與協定結構

技術目標

LTE的技術目標可以概括為：

容量提升：在20MHz頻寬下，下行峰值速率達到100Mbit/s，上行峰值速率達到50Mbit/s。頻譜利用率達到3GPP R6規劃值的2～4倍；

覆蓋增強：提高“小區邊緣比特率”，在5km區域滿足最優容量，30km區域輕微下降，並支持100km的覆蓋半徑；

移動性提高：0～15km/h性能最優，15～120km/h高性能，支持120～350km/h。甚至在某些頻段支持500km/h；

質量最佳化：在RAN用戶面的時延小於10ms，控制面的時延小於100ms：

服務內容綜合多樣化：提供高性能的廣播業務MBMS，提高實時業務支持能力，並使VoIP達到UTRAN電路域性能。

運維成本降低：採用扁平化架構，可以降低CAPEX和0PEX，並降低從R6 UTRA空口和網路架構演進的成本。

核心技術

SC-FDMA技術

SC-FDMA技術是一種單載波多用戶接入技術，它的實現比OFDM/OFDMA簡單，但性能遜於OFDM/OFDMA。相對於OFDM/OFDMA，SC-FDMA具有較低的PAPR。發射機效率較高，能提高小區邊緣的網路性能。最大的好處是降低了發射終端的峰均功率比、減小了終端的體積和成本，這是選擇SC-FDMA作為LTE上行信號接入方式的一個主要原因。其特點還包括頻譜頻寬分配靈活、子載波序列固定、採用循環前綴對抗多徑衰落和可變的傳輸時間間隔等。

圖2 LTE

OFDM技術

OFDM技術LTE系統的主要特點，它的基本思想是把高速數據流分散到多個正交的子載波上傳輸，從而使子載波上的符號速率大大降低，符號持續時間大大加長，因而對時延擴展有較強的抵抗力，減小了符號間干擾的影響。通常在OFDM符號前加入保護間隔，只要保護問隔大於信道的時延擴展則可以完全消除符號間干擾ISI。

MIMO技術

MIMO作為提高系統傳輸率的最主要手段，也受到了廣泛關注。由於OFDM的子載波衰落情況相對平坦，十分適合與MIMO技術相結合，提高系統性能。MIMO系統在發射端和接收端均採用多天線或（陣判天線）和多通道。多天線接收機利用空時編碼處理能夠分開並解碼數據子流，從而實現最佳的處理。若各發射接收天線間的通道回響獨立，則多入多出系統可以創造多個並行空間信道。通過這些並行空問信道獨立地傳輸信息，數據速率必然可以提高。MIMO將多徑無線信道與發射、接收視為一個整體進行最佳化，從而實現高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近於最優的空域時域聯合的分集和干擾對消處理。當功率和頻寬固定時，多入多出系統的最大容量或容量上限隨最小天線數的增加而線性增加。而在同樣條件下，在接收端或發射端採用多天線或天線陣列的普通智慧型天線系統，其容量僅隨天線數的對數增加而增加。

高階調製技術

LTE在下行方向採用QPSK、16QAM和64QAM，在上行方向採用QPSK和16刪。高峰值傳送速率是LTE下行鏈路需要解決的主要問題。為了實現系統下行100Mb/s峰值速率的目標，在3G原有的QPSK、16QAM基礎上，LTE系統增加了64QAM高階調製。

分支

隨著技術的演進與發展，3GPP相繼提出了TD-LTE，FDD-LTE等技術。

TD-LTE

TD-LTE是一種新一代寬頻移動通信技術，是我國擁有自主智慧財產權的TD-SCDMA的後續演進技術，在繼承了TDD優點的同時又引入了多天線MIMO與頻分復用OFDM技術。相比於3G，TD-LTE在系統性能上有了跨越式提高，能夠為用戶提供更加豐富多彩的移動網際網路業務。

FDD-LTE

FDD（頻分雙工）是該技術支援的兩種雙工模式之一，套用FDD式的LTE即為FDD-LTE。由於無線技術的差異使用頻段的不同以及各 個廠家的利益等因素，FDD-LTE的標準化與產業發展都領先於TDD-LTE。FDD模式的特點是在分離（上下行頻率間隔190MHz）的兩個對稱頻率信道上，系統進行接收和傳送，用保證頻段來分離接收和傳送信道。

FDD模式的優點是採用包交換等技術，可突破二代發展的瓶頸，實現高速數據業務，並可提高頻譜利用率，增加系統容量。但FDD必須採用成對的頻率，即在每2 x 5MHz的頻寬內提供第三代業務。該方式在支持對稱業務時，能充分利用上下行的頻譜，但在非對稱的分組交換（網際網路）工作時，頻譜利用率則大大降低（由於低上行負載，造成頻譜利用率降低約40%）。 在這點上，TDD模式有著FDD無法比擬的優勢。

使用頻段

LTE網路適用於相當多的頻段，而不同地區選擇的頻段互不相同。北美網路計畫使用700/800和1700/1900MHz；歐洲網路計畫使用800，1800，2600MHz；亞洲網路計畫使用1800和2600MHz；澳洲網路計畫使用1800MHz。所以在某國家使用正常的終端在另一國家的網路中很可能無法使用，用戶需要使用支持多頻段的終端進行國際漫遊。

圖3 長期演進技術

特別的是巴西政府正在同當地運營商CPqD，正在測試一種特殊的LTE網路。該網路因適應當地市場需求，需要創建在450MHz以下頻段。

發展趨勢

LTE技術在3G技術向超三代移動通信系統（Beyond Third Generation in mobile communication system, B3G）和第四代移動通信技術（4G）的過渡過程中發揮了非常重要的作用。

在B3G和4G技術沒有完全取代3G技術之前，LTE技術無疑將繼續發揮其自身的重要職責，進一步提升3G通信網路的傳輸速率和降低數據的傳輸延遲。LTE技術作為提升3G通信網路數據傳輸速率的工具之一，已經取得了顯著效果，據調查顯示，目前LTE的上行數據傳輸速率最高可以達到500MB/s，下行數據傳輸速率已經可以達到1Gbit/s。

然而，LTE在提升信息傳輸速率方面仍然表現出巨大的操作空間。將MIMO技術套用與LTE技術中將會使得LTE技術更加優秀，LTE的數據傳輸速率和對外在信號的抗干擾能力將得到進一步的提升。隨著全球信息化時代的到來和數據爆炸性增長趨勢的蔓延，通信網路數據傳輸速率的提升將不會止步。因此，即便B3G和4G技術取得一定成果之後，LTE技術對於最佳化整個網路的傳輸性能仍將發揮重要的指導作用。