LTE(Long Term Evolution,長期演進)項目是3G的演進,始于2004年3GPP的多倫多會議。LTE并非人們普遍誤解的4G技術,而是3G與4G技術之間的一個過渡,是3.9G的全球標準,它改進并增強了3G的空中接入技術,采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的唯一標準。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行326Mbit/s與上行86Mbit/s的峰值速率。改善了小區邊緣用戶的性能,提高小區容量和降低系統延遲。
1、網絡架構
3GPP長期演進(LTE)項目是近兩年來3GPP啟動的最大的新技術研發項目,這種以OFDM/FDMA為核心的技術可以被看作"準4G"技術。3GPP LTE項目的主要性能目標包括:在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率;改善小區邊緣用戶的性能;提高小區容量;降低系統延遲,用戶平面內部單向傳輸時延低于5ms,控制平面從睡眠狀態到激活狀態遷移時間低于50ms,從駐留狀態到激活狀態的遷移時間小于100ms;支持100Km半徑的小區覆蓋;能夠為350Km/h高速移動用戶提供>100kbps的接入服務;支持成對或非成對頻譜,并可靈活配置1.25 MHz到20MHz多種帶寬。Evolved Node B,演進型Node B,LTE中基站的名稱,相比現有3G中的Node B,集成了部分RNC的功能,減少了通信時協議的層次。eNB的功能包括:RRM功能;IP頭壓縮及用戶數據流加密;UE附著時的MME選擇;尋呼信息的調度傳輸;廣播信息的調度傳輸;以及設置和提供eNB的測量等。
2、基本的傳輸技術和多址技術
之前提到了3GPPRAN1工作組,它是專門負責物理層傳輸技術的甄選、評估和標準制定的。在對各公司提交的候選方案進行征集后,確定了以OFDM為物理層基本傳輸技術方案。實際上在確定這個方案的時候,3GPP內部分為兩大陣營:支持OFDM的和支持CDMA的。支持CDMA的公司主要考慮的是后向兼容性,支持OFDM的公司主要是考慮到某些公司對于CDMA技術的壟斷性把持。在選擇OFDM作為物理層基本傳輸技術的同時,OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復用技術,實際上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation,多載波調制的一種。其主要思想是:將信道分成若干正交子信道,將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流,調制到在每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關技術來分開,這樣可以減少子信道之間的相互干擾 ICI .每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬,因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落,從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分,信道均衡變得相對容易。
最后,經過激烈的討論的艱苦的融合,3GPP最終選擇了大多數公司支持的方案,下行OFDM;上行SC-FDMA.
下行用OFDM是大家沒有意見的,下面我們來聊聊上行。上行SC-FDMA信號可以用"頻域"和"時域"兩種方法生成,頻域生成方法又稱為DFT擴展OFDM(DFT-S-OFDM);時域生成方法又稱為交織FDMA(IFDMA)。DFT-S-OFDM技術技術是在OFDM的IFFT調制之前對信號進行DFT擴展。
另外在是否采用宏分集問題上也產生了激烈的爭論。由于同步方面的問題,對于LTE的單播業務將不采用下行宏分集,但是在多小區廣播業務的時候,可以通過采用較大的循環前綴,解決小區間的同步問題,實現下行宏分集。對于上行宏分集的看法,大家卻有分歧。這是緣于宏分集是和軟切換在一起考慮的,我們知道OFDM是實際上可以看作是FDMA的方式,而軟切換對于CDMA來說是利大于弊,但是對于FDMA系統來說呢,很多人認為是弊大于利。另外軟切換也需要一個中心節點來控制,考慮到網絡結構扁平化,分散化的發展趨勢,3GPP組織在2005年12月經過"示意性"的投票,決定LTE系統暫不考慮宏分集技術。
3、物理層技術
OFDM技術是LTE系統的技術基礎與主要特點,OFDM系統參數設定對整個系統的性能會產生決定性的影響,其中載波間隔又是OFDM系統的最基本參數,經過理論分析與仿真比較最終確定為15kHz.上下行的最小資源塊為375kHz,也就是25個子載波寬度,數據到資源塊的映射方式可采用集中(localized)方式或離散(diSTributed)方式。循環前綴CyclicPrefix(CP)的長度決定了OFDM系統的抗多徑能力和覆蓋能力。長CP利于克服多徑干擾,支持大范圍覆蓋,但系統開銷也會相應增加,導致數據傳輸能力下降。
MIMO作為提高系統輸率的最主要手段,也受到了各方代表的廣泛關注。LTE已確定MIMO天線個數的基本配置是下行2×2、上行1×2,但也在考慮4×4的高階天線配置。另外,LTE也正在考慮采用小區干擾抑制技術來改善小區邊緣的數據速率和系統容量。下行方向MIMO方案相對較多,根據2006年3月雅典會議報告,LTEMIMO下行方案可分為兩大類:發射分集和空間復用兩大類。目前,考慮采用的發射分集方案包括塊狀編碼傳送分集(STBC,SFBC),時間(頻率)轉換發射分集(TSTD,FSTD),包括循環延遲分集(CDD)在內的延遲分集(作為廣播信道的基本方案),基于預編碼向量選擇的預編碼技術。其中預編碼技術已被確定為多用戶MIMO場景的傳送方案。
高峰值傳送輸率是LTE下行鏈路需要解決的主要問題。為了實現系統下行100Mbps峰值速率的目標,在3G原有的QPSK、16QAM基礎上,LTE系統增加了64QAM高階調制。LTE上行方向關注的首要問題是控制峰均比,降低終端成本及功耗,目前主要考慮采用位移BPSK和頻域濾波兩種方案進一步降低上行SC-FDMA的峰均比。
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