关于LTE的综合技术浅析
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摘要：LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进，始于2004年3GPP的多伦多会议。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，LTE的研究，包含了一些普遍认为很重要的部分，如等待时间的减少、更高的用户数据速率、系统容量和覆盖的改善以及运营成本的降低。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。
关键词：LTE数据速率容量
LTE(Long Term Evolution)项目是3G的演进，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。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。整个过程相比3G标准的制定节奏明显加快，这也是考虑到市场的需求，随着宽带技术的不断创新，3GPP也将在最短的时间内推出最新的技术。这给运营业带来了新的机遇，更新更快的业务可以在不远的将来得以实现，甚至完全可以和有线网络相媲美。
1、LTE发展概况
LTE是英文Long Term Evolution的缩写。LTE也被通俗的称为3.9G，具有100Mbps的数据下载能力，被视作从3G向4G演进的主流技术。LTE项目是近两年来最大的新技术研发项目，这种以OFDM/FDMA为核心的技术可以被看作“准4G”技术。LTE项目的主要性能目标包括：在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延迟低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；支持100Km半径的小区覆盖；能够为350Km/h高速移动用户提供大于100kbps的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25 MHz到20MHz多种带宽。
2、LTE的主要技术特征
3GPP从“系统性能要求”、“网络的部署场景”、“网络架构”、“业务支持能力”等方面对LTE进行了详细的描述。与3G相比，LTE具有如下技术特征
(1)提高了频谱效率，下行链路5(bit/s)/Hz，(3--4倍于R6版本的HSDPA);上行链路2.5(bit/s)/Hz，是R6版本HSU-PA的2--3倍。
(2)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。
(3)通信速率有了提高，适应了高速发展的信息化
(5)系统部署灵活，能够支持1.25MHz-20MHz间的多种系统带宽，并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配。保证了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-plan<5ms，C-plan<100ms。
(7)增加了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。如MBMS(多媒体广播和组播业务)在小区边界可提供1bit/s/Hz的数据速率。
(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。
与3G相比，LTE更具技术优势，具体体现在：高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。
3、LTE的运行方案
LTE下行传输方案采用传统的带循环前缀（CP）的OFDM，每一个子载波占用15kHz，循环前缀的持续时间为4.7/16.7μs，分别对应短 CP和长CP。为了满足数据传输延迟的要求（在轻负载情况下，用户面延迟小于5ms），LTE系统必须采用很短的交织长度（TTI）和自动重传请求（ARQ）周期，因此，在3G中的10ms无线帧被分成20个同等大小的子帧，长度为0.5ms。
下行数据的调制主要采用QPSK、16QAM和64QAM这3种方式。针对广播业务，一种独特的分层调制（hierarchical modulation）方式也考虑被采用。分层调制的思想是，在应用层将一个逻辑业务分成两个数据流，一个是高优先级的基本层，另一个是低优先级的增强层。在物理层，这两个数据流分别映射到信号星座图的不同层。由于基本层数据映射后的符号距离比增强层的符号距离大，因此，基本层的数据流可以被包括远离基站和靠近基站的用户接收，而增强层的数据流只能被靠近基站的用户接收。也就是说，同一个逻辑业务可以在网络中根据信道条件的优劣提供不同等级的服务。
上行传输方案采用带循环前缀的SC-FDMA，使用DFT获得频域信号，然后插入零符号进行扩频，扩频信号再通过IFFT。这个过程简写为DFT-SOFDM。这样做的目的是，上行用户间能在频域相互正交，以及在接收机一侧得到有效的频域均衡。上行单用户MIMO天线的基本配置，也是在UE有两个发射天线，在基站有两个接收天线。在上行传输中，一种特殊的被称为虚拟（Virtual） MIMO的技术在LTE中被采纳。通常是2×2的虚拟MIMO，两个UE各自有一个发射天线，并共享相同的时―频域资源。这些UE采用相互正交的参考信号图谱，以简化基站的处理。从UE的角度看，2×2虚拟MIMO与单天线传输的不同之处，仅仅在于参考信号图谱的使用必须与其他UE配对。但从基站的角度看，确实是一个2×2的MIMO系统，接收机可以对这两个UE发送的信号进行联合检测。
4、LTE的物理层技术
在基本的物理层技术中，E-Node B调度、链路自适应和混合ARQ（HARQ）继承了HSDPA的策略，以适应基于数据包的快速数据传输。为了获得正确无误的数据传输，LTE仍采用前向纠错编码（FEC）和自动重复请求（ARQ）结合的差错控制，即混合ARQ（HARQ）。HARQ应用增量冗余（IR）的重传策略，而chase合并（CC）实际上是IR的一种特例。为了易于实现和避免浪费等待反馈消息的时间，LTE仍然选择N进程并行的停等协议（SAW），在接收端通过重排序功能对多个进程接收的数据进行整理。HARQ在重传时刻上可以分为同步HARQ和异步HARQ。同步HARQ意味着重传数据必须在UE确知的时间即刻发送，这样就不需要附带HARQ处理序列号，比如子帧号。而异步HARQ则可以在任何时刻重传数据块。从是否改变传输特征来分，HARQ又可以分为自适应和非自适应两种。目前来看，LTE倾向于采用自适应的、异步HARQ方案。与CDMA不同，OFDMA无法通过扩频方式消除小区间的干扰。为了提高频谱效率，也不能简单地采用如GSM中复用因子为3或7的频率复用方式。因此，在LTE中，非常关注小区间干扰消减技术。小区间干扰消减途径有3种，即干扰随机化、干扰消除和干扰协调/避免。另外，在基站采用波束成形天线的解决方案也可以看成是下行小区间干扰消减的通用方法。干扰随机化可以采用如小区专属的加扰和小区专属的交织，后者即为大家所知的交织多址（IDMA）；此外，还可采用跳频方式。干扰消除则讨论了采取如依靠UE多天线接收的空间抑制和基于检测/相减的消除方法。而干扰协调/避免则普遍采取一种在小区间以相互协调来限制下行资源的分配方法，如通过对相邻小区的时―频域资源和发射功率分配的限制，获得在信噪比、小区边界数据速率和覆盖方面的性能提升。
结语
通过以上论述，我们了解到，LTE项目在我国的发展势头十分强劲，在无线移动通信标准的发展演进上，TD-SCDMA的一些特点越来越受到重视，LTE等后续各项标准也采纳了这些技术，并且吸收了一些TD-SCDMA的设计思想。TD的双工技术、基于OFDM的多址接入技术、基于MIMO/SA的多天线技术是TD-LTE标准的三个关键技术。所以，我们要紧跟时代发展的步伐，加快发展我们的LTE项目，为我国的信息化社会进步做出新的更大的贡献。
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