主頁(http://www.by236.com):LTE:一種有效的寬帶接入技術 3GPP長期演進(LTE)項目是近年來3GPP啟動的最大的新技術研發項目,這種以OFDM/MIMO為核心的技術可以被看作“準4G”技術。 眾所周知,2G、3G已經提供了很好的語音網絡,LTE的任務是在2G/3G網絡上疊加一個寬帶數據接入網絡。這在現實當中是相當有意義的,它可以提高傳輸速率,又有效地降低了通信成本。 LTE是由愛立信、諾基亞和華為等世界主要通信設備商開發的技術,后來阿爾卡特朗訊、北電網絡也一起投入。 一、LTE的發展背景 1、移動通信的歷史發展進程 第一代移動通信是模擬通信,發展于上世紀的80年代,代表作品是“大哥在”。其通話質量不好,不支持數字通信,保密性差,因采用FDMA接入,所以容量很小,用戶數量少,這也就使得它的價格昂貴,當時的“大哥大”是地位和金錢的象征。但不管怎樣,它終于實現了移動通信。而且它也促進了計算機技術,微電子集成電路技術的發展。 第二代移動通信開始于上世紀90年代,制式先后有兩種,GSM和CDMA95,也就是我們平時說的G網和C網。第二代通信實現了數字通信,通話性能好。GSM采用了TDMA+FDMA接入,CDMA95采用CDMA接入,都使得系統容量大大提高,價格下降,而且采用微電子集成技術,手機體積越來越小,很快得到普及。CDMA輻射小,功率低,號稱綠色環保手機,但是其使用沒有GSM廣泛,其主要原因是因為CDMA是高通的專利,每個生產CDMA的廠商每生產一部CDMA手機,都需要向他繳納1美元的專利費,從而讓CDMA手機的價格居高不下,無法大規模普及。 早期的第二代產品不支持數據業務,但是發展到2.5代,GSM發展到了GPRS分組無線業務,CDMA發展到了CDMA2000 1X,出現了數據業務,但是帶寬較低,只有幾k~幾十k. 為了充分發掘GSM的技術潛力,使得二代產品壽命盡可能長一點,也使得向3G的過渡再平滑一點,人們研發了2.75G產品——EDGE即增強數據速率GSM演進。 第三代移動通信是當前主流的無線電通信技術,代表是美國的CDMA2000,歐洲和日本的WCDMA,以及中國的TD-SCDMA. 第三代移動通信帶寬較寬,達到幾兆,使得數據業務大大增強。其中以WCDMA和2G中GSM的過渡最為平滑。WCDMA最成熟的發展是HSPA(高速分組接入),可以達到幾十兆的帶寬。 2、寬帶無線接入的發展史 第一代是PC電腦,沒有網卡,不能上網。 第二代,我們通過Modem實現撥號上網,帶寬為56k,64k. 第三代,我們通過DSL,光纖或者電纜、電力線實現上網,帶寬達2M. 第四代,發展到WIFI,即802.11無線局域網,實現小范圍內幾米的無線上網,可以自由移動,這種技術簡單,卻實現了無線接入,帶寬可達11M,54M. 第五代,為了實現最后一公里接入,實現隨時隨地自由接入互聯網,intel,TI,三星,北電聯合推出了WIMAX。相比WIFI范圍更大,可以達到50km,且保密性更好,移動速度快,可以達到70M的帶寬,應用OFDM技術,傳輸IP數據。 為了超越WIMAX,3GPP(第三代合作伙伴計劃)開始推進LTE項目。LTE是3.9G,因為采用4G關鍵技術,但性能沒達到4G水平,所以LTE技術是移動通信與寬帶無線接入技術的融合。它于2004年提出,2008年底規范基本完成。其上行帶寬達50M,下行帶寬100M. 截至2011年3月,全球共有13個國家和地區開通21個LTE商用網絡,主要集中在歐洲、美國、日本等發過國家。預計2014年全球的LTE用戶將達到1億個。
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圖1 LTE的發展進程 二、LTE的發展目標與技術參數 ◆ 系統部署靈活,能夠支持1.25MHz~20 MHz間的多種系統帶寬; ◆ 提高通信速率,下行峰值速率為100Mbps,頻譜利用率5bps/Hz,上行速率為50Mbps,頻譜利用率為2.5bps/Hz. ◆ 降低無線網絡時延,用戶面時延小于5ms,控制面時延小于100 ms. ◆ 在保持目前基站位置不變的情況下,提高小區邊緣的傳輸速率。如多媒體廣播和組播業務在小區邊緣的可提供1bit/s/Hz的數據速率。 ◆ 移動性:(0~15)km/h最佳,(15~120)km/h較好,(120~350)km/h保持連接,確保不掉線。 ◆ 覆蓋范圍:(0~15)km最佳,(5~30)km輕微降低,最大可達100km. ◆ 以分組業務為主要目標,系統在整體架構上將基于分組交換。 ◆ QoS保證。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。 ◆ 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。 與3G相比,LTE的優勢體現在:高數據傳輸速率、延遲降低、廣域覆蓋、向下兼容、分組傳輸。
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圖2 LTE的技術優勢 三、LTE的技術原理 1、LTE系統定義的兩種雙工方式 ◆ FDD頻分雙工方式 在分離的兩個對稱頻率上進行接收與發送,用保護頻段來分離收發信道。FDD必須采用成對的頻率,依靠頻率區分上下行鏈路,其單方向上的資源在時間上是連續的。 ◆ TDD時分雙工方式 在同一頻率信道上進行接收和發送,用時間來分離接收和收發信道。在TDD方式下,收發使用同一頻率載波的不同時隙(即不同的時間區間)作為信道進行承載信息,其單方向上的資源在時間上是不連續的。
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2、多載波技術OFDM 是正交頻分復用技術多載波調制的一種。將一個寬頻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,調制到每個子信道上進行傳輸。 傳統的FDMA將較寬的頻帶分成若干的子載波,子載波之間留下較大的間隔,頻譜利用率自然降低。如圖
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圖4 傳統的FDMA頻譜 OFDM中,各子載波重疊排列,現時保持子載波的正交性,避免了子載波間的干擾,大大提高了頻譜效率。如圖
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圖5 在LTE中OFDM的頻譜 ◆ LTE下行鏈路采用正交頻分多址OFDMA技術;
◆ LTE上行鏈路采用單載波頻分多址SC-FDMA技術,避免OFDM調制中因高的PARA峰均比帶來對功放線性化的要求。
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