后３Ｇ時(shí)代的ＬＴＥ技術(shù)

本刊編輯部

在席卷全球的經(jīng)濟(jì)危機(jī)下,被認(rèn)為“準(zhǔn)4G”3.9G的LTE,得到了廣大運(yùn)營商、設(shè)備商、終端廠商的支持,而隨著中國三大運(yùn)營商同步宣布選擇LTE做為后3G時(shí)代的演進(jìn)方向,LTE將為用戶帶來令人滿意的寬帶體驗(yàn)。

LTE概述

LTE的研究項(xiàng)目是于2004年底在3GPP中提出的,當(dāng)時(shí)的目標(biāo)和關(guān)鍵特性還不是很清楚,爭(zhēng)論也比較多,但在2005年6月的魁北克會(huì)議上最終確立了系統(tǒng)目標(biāo),到此LTE的概念正式確立。3GPP長期演進(jìn)(LTE)項(xiàng)目是近兩年來3GPP啟動(dòng)的最大的新技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目,這種以O(shè)FDM/FDMA為核心的技術(shù)可以被看作“準(zhǔn)4G”技術(shù)。

LTE(Long Term Evolution)項(xiàng)目是3G的演進(jìn),它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù),采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。3GPP LTE項(xiàng)目的主要性能目標(biāo)包括:在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率;改善小區(qū)邊緣用戶的性能;提高小區(qū)容量;降低系統(tǒng)延遲,用戶平面內(nèi)部單向傳輸時(shí)延低于5ms,控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時(shí)間低于50ms,從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時(shí)間小于100ms;支持100Km半徑的小區(qū)覆蓋;能夠?yàn)?50Km/h高速移動(dòng)用戶提供>100kbps的接入服務(wù);支持成對(duì)或非成對(duì)頻譜,并可靈活配置1.25 MHz到20MHz多種帶寬。

LTE由來

隨著PDA和筆記本電腦的發(fā)展普及,用戶希望能夠隨時(shí)隨地上網(wǎng),一個(gè)新的市場(chǎng)——“寬帶無線移動(dòng)接入”正在興起。寬帶無線接入技術(shù)面向一個(gè)固定和移動(dòng)通信融合的新市場(chǎng),它可提供與寬帶有線固定接入并行的寬帶無線接入業(yè)務(wù),支持移動(dòng)應(yīng)用。

目前2.5G/3G手機(jī)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和寬帶無線接入業(yè)務(wù)是兩個(gè)不同的市場(chǎng)段。寬帶無線接入業(yè)務(wù)采用WiMAX(IEEE 802.16d/e)固定/移動(dòng)寬帶無線城域網(wǎng)技術(shù),核心網(wǎng)是標(biāo)準(zhǔn)的IP網(wǎng),其無線鏈路的物理層和MAC層的設(shè)計(jì)考慮了突發(fā)型的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的要求,能夠自適應(yīng)無線信道環(huán)境,速率可達(dá)幾百kbit/s甚至幾十Mbit/s。手機(jī)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)基本是一個(gè)蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng),下載速率在100kbit/s以下。

作為手機(jī)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的3G系統(tǒng)在支持IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)頻譜效率低,其面向連接固定帶寬的結(jié)構(gòu)不適應(yīng)突發(fā)式IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。為此,3GPP和3GPP2都認(rèn)識(shí)到目前的系統(tǒng)提供互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)的局限性,試圖在原來的體系框架內(nèi),在下行鏈路中采用分組接入技術(shù),大幅度提高IP數(shù)據(jù)下載和流媒體速率。3GPP在R5系統(tǒng)中增加了高速下行分組接入(HSDPA)(被稱為3.5G),速率可以達(dá)到10Mbit/s以上,隨后進(jìn)一步在R6中增加高速上行分組接入(HSUPA),將解決上行鏈路分組化問題,提高上行速率,進(jìn)一步引入自適應(yīng)波束成形和MIMO等天線陣處理技術(shù),可將下行峰值速率提高到30Mbit/s左右,核心網(wǎng)也在向全I(xiàn)P網(wǎng)演化。

HSDPA和HSUPA被稱為3.5G技術(shù),屬于中期演化技術(shù),受原體制束縛較大,性能不夠理想。3GPP發(fā)現(xiàn)在HSDPA和ITU部署的B3G之間存在一個(gè)空檔,這正是WiMAX的目標(biāo)。在一段時(shí)間內(nèi)的寬帶無線接入市場(chǎng)上,HSDPA、HSUPA對(duì)WiMAX的競(jìng)爭(zhēng)將處于劣勢(shì)。

為了提高3G在新興的寬帶無線接入市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力,擺脫高通CDMA專利制約,需要發(fā)展LTE計(jì)劃,以填補(bǔ)這一空檔。為此,3GPP在2004年底發(fā)展了LTE計(jì)劃,基本思想是采用過去為B3G或4G發(fā)展的技術(shù)來發(fā)展LTE,使用3G頻段占有寬帶無線接入市場(chǎng)。

LTE的主要技術(shù)特征

3GPP從“系統(tǒng)性能要求”、“網(wǎng)絡(luò)的部署場(chǎng)景”、“網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)”、“業(yè)務(wù)支持能力”等方面對(duì)LTE進(jìn)行了詳細(xì)的描述。與3G相比,LTE具有如下技術(shù)特征:

●通信速率有了提高,下行峰值速率為100Mbps、上行為50Mbps。

●提高了頻譜效率,下行鏈路5(bit/s)/Hz,(3—4倍于R6HSDPA);上行鏈路2.5(bit/s)/Hz,是R6HSU-PA2的3倍。

●以分組域業(yè)務(wù)為主要目標(biāo),系統(tǒng)在整體架構(gòu)上將基于分組交換。

●QoS保證,通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的QoS機(jī)制,保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)(如VoIP)的服務(wù)質(zhì)量。

●系統(tǒng)部署靈活,能夠支持1.25MHz-20MHz間的多種系統(tǒng)帶寬,并支持“paired”和“unpaired”的頻譜分配。保證了將來在系統(tǒng)部署上的靈活性。

●降低無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)延:子幀長度0.5ms和0.675ms,解決了向下兼容的問題并降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延,時(shí)延可達(dá)U-plan<5ms,C-plan<100ms。

●增加了小區(qū)邊界比特速率,在保持目前基站位置不變的情況下增加小區(qū)邊界比特速率。如MBMS(多媒體廣播和組播業(yè)務(wù))在小區(qū)邊界可提供1bit/s/Hz的數(shù)據(jù)速率。

●強(qiáng)調(diào)向下兼容,支持已有的3G系統(tǒng)和非3GPP規(guī)范系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作。

與3G相比,LTE更具技術(shù)優(yōu)勢(shì),具體體現(xiàn)在:高數(shù)據(jù)速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容。

LTE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和核心技術(shù) LTE采用由NodeB構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)有利于簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)和減小延遲,實(shí)現(xiàn)了低時(shí)延,低復(fù)雜度和低成本的要求。與傳統(tǒng)的3GPP接入網(wǎng)相比,LTE減少了RNC節(jié)點(diǎn)。名義上LTE是對(duì)3G的演進(jìn),但事實(shí)上它對(duì)3GPP的整個(gè)體系架構(gòu)作了革命性的變革,逐步趨近于典型的IP寬帶網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

3GPP初步確定LTE的架構(gòu),也叫演進(jìn)型UTRAN結(jié)構(gòu)(E-UTRAN)。接入網(wǎng)主要由演進(jìn)型NodeB(eNB)和接入網(wǎng)關(guān)(aGW)兩部分構(gòu)成。aGW是一個(gè)邊界節(jié)點(diǎn),若將其視為核心網(wǎng)的一部分,則接入網(wǎng)主要由eNB一層構(gòu)成。eNB不僅具有原來NodeB的功能外,還能完成原來RNC的大部分功能,包括物理層、MAC層、RRC、調(diào)度、接入控制、承載控制、接入移動(dòng)性管理和Inter-cellRRM等。Node B和Node B之間將采用網(wǎng)格(Mesh)方式直接互連,這也是對(duì)原有UTRAN結(jié)構(gòu)的重大修改。

LTE全球運(yùn)營狀況

GSA(Global Mobile Suppliers Association,全球移動(dòng)設(shè)備供應(yīng)商協(xié)會(huì))日前發(fā)布的最新報(bào)告稱,2010年全球?qū)⒂?0個(gè)LTE網(wǎng)絡(luò)推出商用服務(wù),其運(yùn)營商分別是美國的Verizon、MetroPCS、CenturyTel, TeliaSonera瑞典和挪威公司,日本的NTT DoCoMo、KDDI,以及加拿大的Rogers無線、Telus和加拿大貝爾公司。據(jù)ABI調(diào)研公司預(yù)計(jì),到2013年全球移動(dòng)運(yùn)營商用于LTE基站設(shè)備采購的費(fèi)用將達(dá)到86億美元。

北美地區(qū),美國Verizon在2008年獲得了700 MHz的頻譜,計(jì)劃2010年在這個(gè)頻段推出LTE服務(wù),阿爾卡特朗訊和愛立信將為其提供RAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。AT&T;計(jì)劃2011年年中面向全美的重點(diǎn)城市推出LTE商用服務(wù)。Aircell預(yù)計(jì)也將在2011年推出LTE商用服務(wù)。

在亞太地區(qū),中國、日本、韓國等市場(chǎng)對(duì)LTE的關(guān)注也在不斷升溫。中國移動(dòng)目前正在大力建設(shè)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò),其站點(diǎn)及其他網(wǎng)元未來的LTE網(wǎng)絡(luò)也能重復(fù)利用。日本NTT DoCoMo計(jì)劃在2010年推出LTE商用網(wǎng)絡(luò),并已在LTE公開測(cè)試中實(shí)現(xiàn)了250Mbps的下行速率和50Mbps的上行速率。KDDI也將在其CDMA網(wǎng)絡(luò)之上覆蓋全新的LTE網(wǎng)絡(luò)。在韓國,SK電訊和KTF兩大運(yùn)營商都計(jì)劃推出LTE,但目前還沒有公布具體的時(shí)間表。沃達(dá)豐在中國香港的子公司SmarTone(數(shù)碼通)也宣布將在900MHz/1800MHz頻段推出LTE。

歐洲運(yùn)營商TeliaSonera的瑞典公司和挪威公司將在2.6GHz頻段建設(shè)LTE網(wǎng)絡(luò),2010年斯德哥爾摩和奧斯陸都將實(shí)現(xiàn)LTE商用服務(wù)。法國電信Orange目前正在積極進(jìn)行LTE的相關(guān)研究和測(cè)試,預(yù)計(jì)將從2011年開始網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。德國T-Mobile晚些時(shí)候?qū)㈤_始進(jìn)行LTE試商用,預(yù)計(jì)2011年能夠推出LTE。意大利電信也已經(jīng)公開宣布支持LTE,將其作為未來的技術(shù)路線,但還沒有公布具體的部署時(shí)間表。

LTE未來發(fā)展趨勢(shì)

LTE是3G技術(shù)向4G演進(jìn)的必經(jīng)之路

LTE是現(xiàn)有3G移動(dòng)通信技術(shù)在4G應(yīng)用前的最終版本,采用了很多原計(jì)劃用于4G的技術(shù)如OFDM、MIMO等,在一定程度上可以說是4G技術(shù)在3G頻段上的應(yīng)用。和現(xiàn)有的3G及3G+技術(shù)相比,LTE除了具有技術(shù)上的優(yōu)越性之外,也提供了更加接近4G的一個(gè)臺(tái)階,使得向未來4G的演進(jìn)相剝平滑,是現(xiàn)有3G技術(shù)向4G演進(jìn)的必經(jīng)之路。

LTE將與WiMAX等其它無線技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)

LTE在WiMAX的競(jìng)爭(zhēng)中產(chǎn)生,也將在會(huì)在WiMAX的競(jìng)爭(zhēng)中向前發(fā)展,而且這種競(jìng)爭(zhēng)的強(qiáng)度還會(huì)不斷加大。目前,WiMAX的802.16e標(biāo)準(zhǔn)正在積極申請(qǐng)加入3G標(biāo)準(zhǔn),期望以此獲得全球統(tǒng)一的頻率使用權(quán)。未來的移動(dòng)通信市場(chǎng)中,WiMAX技術(shù)將會(huì)是LTF的一個(gè)慢勁的競(jìng)爭(zhēng)列手,LTE將會(huì)在和WiMAX技術(shù)的直接競(jìng)爭(zhēng)中逐步發(fā)展。