1、LTE關鍵技術及其影響隨著11月19日三大運營商的LTE頻率的正式分配，LTE的牌照發放也已提上日程，中國即將跨入4G的門檻。1. LTE簡介LTE（Long Term Evolution，長期演進)是由3GPP組織制定的UMTS技術標準的長期演進，于2004年12月3GPP多倫多TSG RAN#26會議上正式立項并啟動。LTE引入了OFDM和MIMO等關鍵傳輸技術，顯著增加了頻譜效率和數據傳輸速率，并支持多種帶寬分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等，頻譜分配更加靈活，系統容量和覆蓋顯著提升。LTE無線網絡架構更加扁平化，減小了系統時延，降低了建網成本和

2、維護成本，并支持與其他3GPP系統互操作。2. LTE的技術優勢與3G相比，LTE更具技術優勢，具體體現在： (1)通信速率顯著提高，下行峰值速率100Mbps、上行50Mbps。(2)提高了頻譜效率，下行鏈路5(bit/s)/Hz，(34倍于R6版本的HSDPA)；上行鏈路2.5(bit/s)/Hz，是R6版本HSUPA的23倍。(3)系統在整體架構上基于分組交換。(4)通過系統設計和嚴格的QoS機制，保證實時業務(如VoIP)的服務質量。(5)系統部署靈活，能夠支持1.25MHz20MHz間的多種系統帶寬，并支持“paired”和“unpaired”的頻譜分配，保證了在系統部署上的靈活性。

3、(6)降低無線網絡時延：子幀長度0.5ms和0.675ms，解決了向下兼容的問題并降低了網絡時延，時延可達U-plan5ms，C-plan100ms。(7)增加了小區邊界比特速率，在保持基站位置不變的情況下增加小區邊界比特速率。如MBMS(多媒體廣播和組播業務)在小區邊界可提供1bit/s/Hz的數據速率。(8)強調向下兼容，支持已有的3G系統和非3GPP規范系統的協同運作。3. LTE的關鍵技術1) LTE的網絡結構LTE采用由E-Node B構成的單層結構，這種結構有利于簡化網絡和減小延遲，實現了低時延，低復雜度和低成本的要求。與傳統的3GPP接入網相比，LTE網絡RNC節點和Node B

4、節點合并，成為E-Node B，在基站側可以完成電路的交換。名義上LTE是對3G的演進，但事實上它對3GPP的整個體系架構作了革命性的變革，逐步趨近于典型的IP寬帶網結構。3GPP初步確定LTE的架構，也叫演進型UTRAN結構(E-UTRAN)。接入網主要由演進型Node B(E-Node B)和接入網關(aGW)兩部分構成。aGW是一個邊界節點，若將其視為核心網的一部分，則接入網主要由E-Node B一層構成。E-Node B不僅具有原來Node B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、調度、接入控制、承載控制、接入移動性管理和Inter-cellRRM等。

5、Node B和Node B之間將采用網格(Mesh)方式直接互連，這也是對原有UTRAN結構的重大修改。圖1 LTE框架圖2) 傳輸方案LTE下行傳輸方案采用傳統的帶循環前綴（CP）的OFDM，每一個子載波占用15kHz，循環前綴的持續時間為4.7/16.7s，分別對應短 CP和長CP。為了滿足數據傳輸延遲的要求（在輕負載情況下，用戶面延遲小于5ms），LTE系統必須采用很短的交織長度（TTI）和自動重傳請求（ARQ）周期，因此，在3G中的10ms無線幀被分成20個同等大小的子幀，長度為0.5ms。下行數據的調制主要采用QPSK、16QAM和64QAM這3種方式。針對廣播業務，采用一種獨特的分

6、層調制（hierarchical modulation）方式。分層調制的思想是，在應用層將一個邏輯業務分成兩個數據流，一個是高優先級的基本層，另一個是低優先級的增強層。在物理層，這兩個數據流分別映射到信號星座圖的不同層。由于基本層數據映射后的符號距離比增強層的符號距離大，因此，基本層的數據流可以被包括遠離基站和靠近基站的用戶接收，而增強層的數據流只能被靠近基站的用戶接收。也就是說，同一個邏輯業務可以在網絡中根據信道條件的優劣提供不同等級的服務。MIMO被認為是LTE中達到用戶平均吞吐量和頻譜效率要求的最佳技術。下行MIMO天線的基本配置是，在基站設兩個發射天線，在UE設兩個接收天線，即2

7、15;2的天線配置。更高的下行配置，如4×4的MIMO也可以考慮。開環發射分集和開環MIMO在無反饋的傳輸中可以被應用，如下行控制信道和增強的廣播多播業務。雖然宏分集技術在3G時代扮演了相當重要的角色，但在HSDPA/HSUPA中已基本被摒棄。即便是在最初討論過的快速小區選擇（FCS）的宏分集，在實際規范中也沒有定義。LTE沿用了HSDPA/HSUPA思想，即只通過鏈路自適應和快速重傳來獲得增益，而放棄了宏分集這種需要網絡架構支持的技術。但是對于多小區的廣播業務，需要通過無線鏈路的軟合并獲得高信噪比。在OFDM系統中，軟合并可以通過信號到達UE天線的時刻都處于CP窗之內的RF合并來實

8、現，這種合并不需要UE有任何操作。上行傳輸方案采用帶循環前綴的SC-FDMA，使用DFT獲得頻域信號，然后插入零符號進行擴頻，擴頻信號再通過IFFT。這個過程簡寫為DFT-SOFDM。這樣做的目的是，上行用戶間能在頻域相互正交，以及在接收機一側得到有效的頻域均衡。子載波映射決定了哪一部分頻譜資源被用來傳輸上行數據，而其他部分則被插入若干個零值。頻譜資源的分配有兩種方式：一是局部式傳輸，即DFT的輸出映射到連續的子載波上；另一個是分布式傳輸，即DFT的輸出映射到離散的子載波上。相對于前者，分布式傳輸可以獲得額外的頻率分集。上行調制主要采用/2 位移BPSK、QPSK、8PSK和16QAM。同下行

9、一樣，上行信道編碼還是沿用R6的Turbo編碼。其他方式的前向糾錯編碼正在研究之中。上行單用戶MIMO天線的基本配置，也是在UE有兩個發射天線，在基站有兩個接收天線。在上行傳輸中，一種特殊的被稱為虛擬（Virtual） MIMO的技術在LTE中被采納。通常是2×2的虛擬MIMO，兩個UE各自有一個發射天線，并共享相同的時頻域資源。這些UE采用相互正交的參考信號圖譜，以簡化基站的處理。從UE的角度看，2×2虛擬MIMO與單天線傳輸的不同之處，僅僅在于參考信號圖譜的使用必須與其他UE配對。但從基站的角度看，確實是一個2×2的MIMO系統，接收機可以對這兩個UE發送的信

10、號進行聯合檢測。3) 物理層在基本的物理層技術中，E-Node B調度、鏈路自適應和混合ARQ（HARQ）繼承了HSDPA的策略，以適應基于數據包的快速數據傳輸。對于下行的非MBMS業務，E-Node B調度器在特定時刻給特定UE動態地分配特定的時頻域資源。下行控制信令通知分配給UE何種資源及其對應的傳輸格式。調度器可以即時地從多個可選方案中選擇最好的復用策略，例如子載波資源的分配和復用。這種選擇資源塊和確定如何復用UE的靈活性，可以極大地影響可獲得的調度性能。調度和鏈路自適應以及 HARQ的關系非常密切，因為這3者的操作是在一起進行的。決定如何分配和復用方式的依據包括以下一些：QoS參數、在

11、E-Node B中準備調度的數據量、UE報告的信道質量指示（CQI）、UE能力、系統參數如帶寬和干擾水平，等等。鏈路自適應即自適應調制編碼，可以在共享信道上應用不同的調制編碼方式適應不同的信道變化，獲得最大的傳輸效率。將編碼和調制方式變化組合成一個列表，E-Node B根據UE的反饋和其他一些參考數據，在列表中選擇一個調制速率和編碼方式，應用于層2的協議數據單元，并映射到調度分配的資源塊上。上行鏈路自適應用于保證每個UE的最小傳輸性能，如數據速率、誤包率和響應時間，而獲得最大化的系統吞吐量。上行鏈路自適應可以結合自適應傳輸帶寬、功率控制和自適應調制編碼的應用，分別對頻率資源、干擾水平和頻譜效率

12、這3個性能指標做出最佳調整。為了獲得正確無誤的數據傳輸，LTE仍采用前向糾錯編碼（FEC）和自動重復請求（ARQ）結合的差錯控制，即混合ARQ（HARQ）。HARQ應用增量冗余（IR）的重傳策略，而chase合并（CC）實際上是IR的一種特例。為了易于實現和避免浪費等待反饋消息的時間，LTE仍然選擇N進程并行的停等協議（SAW），在接收端通過重排序功能對多個進程接收的數據進行整理。HARQ在重傳時刻上可以分為同步HARQ和異步HARQ。同步HARQ意味著重傳數據必須在UE確知的時間即刻發送，這樣就不需要附帶HARQ處理序列號，比如子幀號。而異步HARQ則可以在任何時刻重傳數據塊。從是否改變傳輸

13、特征來分，HARQ又可以分為自適應和非自適應兩種。目前來看，LTE傾向于采用自適應的、異步HARQ方案。與CDMA不同，OFDMA無法通過擴頻方式消除小區間的干擾。為了提高頻譜效率，也不能簡單地采用如GSM中復用因子為3或7的頻率復用方式。因此，在LTE中，非常關注小區間干擾消減技術。小區間干擾消減途徑有3種，即干擾隨機化、干擾消除和干擾協調/避免。另外，在基站采用波束成形天線的解決方案也可以看成是下行小區間干擾消減的通用方法。干擾隨機化可以采用如小區專屬的加擾和小區專屬的交織，后者即為大家所知的交織多址（IDMA）；此外，還可采用跳頻方式。干擾消除則討論了采取如依靠UE多天線接收的空間抑制和

14、基于檢測/相減的消除方法。而干擾協調/避免則普遍采取一種在小區間以相互協調來限制下行資源的分配方法，如通過對相鄰小區的時頻域資源和發射功率分配的限制，獲得在信噪比、小區邊界數據速率和覆蓋方面的性能提升。4. LTE可能帶來的影響從2008年我國正式運行TD-SCDMA網，進入3G門檻開始，5年后的今天，LTE頻段已劃定，牌照頒發在即，相對于2G到3G的所花費近20年的跨越時間，網絡更新速度明顯加快，這有技術發展加速的原因，也有企業競爭的原因，也有經濟因素的原因，但總而言之，LTE來了，但它會給我帶來什么影響呢？筆者覺得其積極意義和消極意義并存，按流行的說法叫“機遇與挑戰并存”。1) 積極影響在

15、技術上來說，LTE具有高數據速率、分組傳輸、頻率效率提高、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容的優勢。 對用戶而言，可能隨著頻率效率的提高和網絡結構的簡化而帶來資費下降，但考慮到LTE頻率需要運營商付費使用，資費政策還需進一步觀察。對運營商而言，LTE可能帶來新的業務增長點，并可能導致市場的重新劃分。對設備商而言，網絡的更新換代預示著企業利潤增加。2) 可能的擔憂上述的積極影響應該基本都能實現，這也許是網絡更新速度越來越快的原因，因為似乎照顧到了各個層面的利益。但筆者認為仍舊存在著以下的擔憂。（1）技術荒漠地域的出現根據3G網絡的建設經驗和實際運營結果可以預見，LTE也不可能實現2G網絡那樣全國有人區域全覆蓋，且服務等級不隨用戶量少而降低的覆蓋效果，由于工程建設周期、運營維護成本、投資匯報率等原因，LTE必然只是對核心區域和高業務量區域進行覆蓋，而放棄人口稀少或業務量不大的區域，隨著技術的更新和網絡升級的進一步加快，將放棄更多的區域，不再進行覆蓋，而這些可能被放棄的地域將成為LTE或再下一代移動通信的技術荒漠，無法享受到更高速的移動寬帶接入業務，這在一定程度上將加劇地域兩極分化，進一步拉大城鄉差距。（2）TDD-LTE給中國移動帶來的挑戰我們注意到，到了L