第四代移動通信技術—LTE概述

摘 要：移動通信技術自70年代發展至今已經歷了3代，如今第四代移動通信技術——LTE成為各種技術體制共同的演進方向，本文詳細介紹了LTE的網絡結構，協議結構及基本技術。

關鍵詞：4G LTE 協議 上下行傳輸技術

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0021-01

在現代社會中，移動通信無疑是最為活躍的應用學科，隨著3G技術的大規模應用和普及，4G技術也呼之欲出。與2G時代和3G時代多技術體制并存不同的是4G時代技術體制趨于統一。LTE成為4G時代的主流選擇。本文將對LTE技術進行介紹。

LTE的全稱是3GPP Long Term Evolution，其采用優化的UTRAN結構。LTE根據雙工方式的不同，分為FDD和TDD兩種模式。LTE采用基于OFDM和MIMO的空中接口方式，用戶峰值速率：UL 100 Mbps，DL 50 Mbps。LTE采用flat all-in-ip網絡架構，減少系統時延。

本文將介紹LTE技術的幾個關鍵性問題。

1 LTE的扁平化網絡架構

LTE的網絡結構采用扁平化的結構模式，整個通信網絡得到了大規模的簡化。這種結構有以下幾個優勢：（1）沒有了RNC的網元，避免由于單個RNC故障，造成的成片網絡癱瘓，有利于提高網絡安全。（2）網絡單元數量減少，使得網絡建設大為簡化，同時也有利于建成后的網絡維護。（3）扁平化的網絡結構有利于減少時延，對用戶感知有一定的提升作用，同時有利于多種業務的開展。

2 LTE網絡的無線幀結構

LTE網絡可以支持兩種無線幀結構，他們是：類型1，FDD采用類型1的無線幀結構；類型2，TDD使用類型21的無線幀結構。

在Type1幀結構中：每個10 ms無線幀，分為20個時隙，10個子幀。每個子幀1 ms，包含2個時隙，每個時隙0.5 ms。上行和下行傳輸在不同頻率上進行。（如圖1）

在Type2幀結構中：每個10 ms無線幀，分為2個長度為5 ms的半幀。每個半幀由8個長度為0.5 ms的時隙和3個特殊區域 DwPTS，GP，UpPTS組成（“8+3方案”）。DwPTS，GP和UpPTS的總長度等于1 ms，其中DwPTS和UpPTS的長度可配置。

Type2幀結構有如下特點。

（1）子幀1和6由DwPTS，GP，and UpPTS組成，所有其他子幀由2個時隙組成，即子幀i包括時隙2i和2i+1。子幀0和子幀5總是用作下行。LTE支持5 ms和10 ms上下行切換點。對于5 ms上下行切換周期，子幀2和7總是用作上行。（2）DwPTS最短包含1個OFDM symbol，P-SCH位于DwPTS的第一個符號， S-SCH位于第一個子幀第二個Time slot的最后一個符號。（3）UpPTS可用于發送Short RACH等等，其余空閑資源可用于發送參考信號或者數據。

3 LTE的無線信道分配

3.1 PUSCH（物理上行業務信道）

用于承載上行業務信息。

加擾：使用UE專用擾碼。

調制：支持QPSK，16QAM和64QAM調制。

傳輸預編碼：輸入的符號先分成組再進行預編碼，即DFT。

映射到資源元素：從子幀的第一個時隙開始，先k后l進行映射。

SC-FDMA信號生成：IDFT。

3.2 PUCCH（物理上行業務信道）

有6種格式，用于承載HARQ-ACK，CQI，SR信息。

對于同一個UE而言，PUCCH不與PUSCH同時傳輸。

支持多種格式，格式不同調制方法和每個子幀中的比特數不同。

3.3 PUCCH（物理上行業務信道）

Format 1傳輸SR信息，發射常數1。Format 1a/1b傳輸HARQ-ACK，1比特時BPSK調制，2比特時QPSK調制。Format 2傳輸CQI信息，先將CQI進行信道編碼成20bit，后進行QPSK調制。Format 2a/2b傳輸CQI和HARQ-ACK的混合信息，先將CQI進行信道編碼成20bit，后進行QPSK； HARQ-ACK則進行BPSK/QPSK調制。

3.4 PRACH（物理隨機接入信道）

3.5 SCH（同步信道）

下行同步信道包括P-SCH和S-SCH，P-SCH和S-SCH的頻域位置為直流附近的72個子載波。實際上只占了62個子載波，其他10個不放同步序列。

P-SCH在一個無線幀中有兩個，這兩個是完全一樣的。時域位置為第0個slot的倒數第一個符號；第10個slot的倒數第一個符號。S-SCH在一個無線幀中也有兩個，而這兩個同步符號是有差別的。時域位置為第0個slot的倒數第二符號；第10個slot的倒數第二個符號。

3.6 PBCH（物理廣播信道）

物理廣播信道用來廣播信道中的各種信息，每個系統中都應該有下行系統帶寬、系統幀序號（SFN）、PHICH持續時間以及資源大小指示等必備消息。每個第0號子幀有4個OFDM符號的物理廣播信道信號。

3.7 PCFICH（物理控制格式指示信道）

每個幀里基本都包含物理控制格式指示信道，E-Node B通過物理控制格式指示信道把子幀占用的下行物理控制信道中的OFDM符號告訴給用戶，這個CFI就是用來指示這個OFDM符號的。從1～4均可以用取值。

3.8 PHICH（物理HARQ指示信道）

E-Node B對于上行的信號會做出NAK/ACK的響應信息，該信息由物理HARQ指示信道進行承載。在幀單元中物理HARQ指示信道有兩種，一種短信道；另一種長信道。該時間有物理HARQ指示信道中的一個bit位表示。在下行幀中，需要發射物理HARQ指示信道，數目有時不只一個。一個物理HARQ指示信道也可以在多個RE中的物理HARQ指示信道中映射。

3.9 PDCCH（下行物理控制信道）

PDCCH主要傳輸調度和不同種類的控制消息。其中有傳送信元格式、分發資源方式、是否能夠調動上下行信道、控制功率、是否傳輸CK/NACK信號等等。此類消息構成了多種控制信息模式（DCI），在各個子幀前n（n<=4）個OFDM符號中進行組合，PCFICH信道中的CFI來指示n的具體指示多少。多個PDCCH可以在同一個子幀里傳送，一組PDCCH只能為一個UE所監控。一個下行物理控制信道可以在一個控制信道單元中發送，也可以在多可控制信道單元中發送。集成控制信道的數量不同，PDCCH編碼碼率也是不一樣的。下行物理控制信道可以有不用的4種物理層構成，他們分別占用1、2、4、8個CCE。