介绍了下一代无线网络LTE(LongTermEvolution,长期演进)的背景和发展状况。
分析了LTE的技术特征,阐述了LTE网络结构与核心技术,并通过与WiFi(WirelessFidelity)及Wimax(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)的各项性能作比较,着重分析了LTE的技术优势。最后,指出了LTE在个人通信市场所面临的应用前景与挑战。
1、引言
随着个人通信技术在20多年中不断发展成熟,人们在生活中对无线通信的依赖越来越强,目前,全球的移动语音用户已超过了18亿[1]。同时,众多的使用者也对个人通信技术的发展提出了新的要求:通信设备的微型化、低功耗、高带宽、快速接入和多媒体化。而最关键的是能被广大用户负担得起的廉价终端设备和网络服务。
虽然3G网络的无线性能已经得到了较大的提高,但由于IPR的制约,应对市场的挑战和满足用户需求等领域还是有很多局限性。同时,昂贵的授权费用也制约了3G技术的发展,因而受到了技术简单、价格低廉的WiFi和Wimax的强烈挑战。用户的需求和市场的挑
战迫切需要传输速率更快、时延更短、频带更宽以及运营成本更少的网络诞生。
2、LTE项目内容介绍
LTE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。
2.1 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[2][3]:
(1)通信速率有了提高,下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。
(2)提高了频谱效率,下行链路5(bit/s)/Hz,(3--4倍于R6HSDPA);上行链路2.5(bit/s)/Hz,是R6HSU-PA2--3倍。
(3)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。
(4)QoS保证,通过系统设计和严格的QoS机制,保证实时业务(如VoIP)的服务质量。
(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。
2.2 LTE的网络结构和核心技术
3GPP对LTE项目的工作大体分为两个时间段:2005年3月到2006年6月为SI(StudyItem)阶段,完成可行性研究报告;2006年6月到2007年6月为WI(WorkItem)阶段,完成核心技术的规范工作。在2007年中期完成LTE相关标准制定(3GPPR7),在2008年或2009年推出商用产品。就目前的进展来看,发展比计划滞后了大概3个月[1],但经过3GPP组织的努力,LTE的系统框架大部分已经完成。
2.2.1 LTE网络结构和空中接口协议
LTE采用由NodeB构成的单层结构,这种结构有利于简化网络和减小延迟,实现了低时延,低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP接入网相比,LTE减少了RNC节点。名义上LTE是对3G的演进,但事实上它对3GPP的整个体系架构作了革命性的变革,逐步趋近于典型的IP宽带网结构。
3GPP初步确定LTE的架构如图1所示,也叫演进型UTRAN结构(E-UTRAN)[3]。接入网主要由演进型NodeB(eNB)和接入网关(aGW)两部分构成。aGW是一个边界节点,若将其视为核心网的一部分,则接入网主要由eNB一层构成。eNB不仅具有原来NodeB的功能外,还能完成原来RNC的大部分功能,包括物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、接入移动性管理和Inter-cellRRM等。NodeB和NodeB之间将采用网格(Mesh)方式直接互连,这也是对原有UTRAN结构的重大修改。
图1 LTE网络结构与协议结构
引入一个RRMServer进行集中式管理(图中结构1),还是采用完全分散的管理结构(图中结构2)来解决小区间干扰协调、负载控制等功能,目前还未确定[3]。另外,在空中接入技术方面,LTE的信道数量将比WCDMA系统有所减少。并取消了专用信道,不再保留广播媒体控制层和UTRAN的公共业务信道,减少了MAC层的实体类型。
2.2.2 LTE核心技术
LTE不仅通过简化结构,还采用以下几个关键技术来实现其优异性能。
(1)传输技术与多址技术:3GPP选择了大多数公司支持的方案,即下行OFDM,上行SC-FDMA。大多数公司支持采用“频域”方法来生成上行SC-FD-MA信号。这种技术是在OFDM的IFFT调制之前对信号进行DFT扩展,这样系统发射的是时域信号,从而可以避免OFDM系统发送频域信号带来的PAPR问题[4]。
(2)宏分集:由于存在难以解决的“同步问题”,LTE对单播(uni-CAst)业务不采用下行宏分集。至于对频率要求稍低的多小区广播业务,可采用较大的循环前缀(CP)来解决小区之间的同步问题。考虑到实现网络结构“扁平
化”、“分散化”,LTE不采用上行宏分集技术[4]。
(3)调制与编码:LTE下行主要采用OPSK、16QAM、64QAM三种调制方式。上行主要采用位移BPSK、OPSK、8PSK和16QAM。信道编码LTE主要考虑Turbo码,但若能获得明显的增益,也将考虑其他编码方式,如LDPC码。
(4)多天线技术:MIMO技术是LTE最核心的技术,它是提高传输率的主要手段,LTE系统将设计可以适应宏小区、微小区、热点等各种环境的MIMO技术。LTE已确定MIMO天线个数的基本配置是下行2
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