后３Ｇ時代的ＬＴＥ技術

本刊編輯部

在席卷全球的經濟危機下,被認為“準4G”3.9G的LTE,得到了廣大運營商、設備商、終端廠商的支持,而隨著中國三大運營商同步宣布選擇LTE做為后3G時代的演進方向,LTE將為用戶帶來令人滿意的寬帶體驗。

LTE概述

LTE的研究項目是于2004年底在3GPP中提出的,當時的目標和關鍵特性還不是很清楚,爭論也比較多,但在2005年6月的魁北克會議上最終確立了系統目標,到此LTE的概念正式確立。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。

LTE(Long Term Evolution)項目是3G的演進,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。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。

LTE由來

隨著PDA和筆記本電腦的發展普及,用戶希望能夠隨時隨地上網,一個新的市場——“寬帶無線移動接入”正在興起。寬帶無線接入技術面向一個固定和移動通信融合的新市場,它可提供與寬帶有線固定接入并行的寬帶無線接入業務,支持移動應用。

目前2.5G/3G手機移動數據業務和寬帶無線接入業務是兩個不同的市場段。寬帶無線接入業務采用WiMAX(IEEE 802.16d/e)固定/移動寬帶無線城域網技術,核心網是標準的IP網,其無線鏈路的物理層和MAC層的設計考慮了突發型的分組數據業務的要求,能夠自適應無線信道環境,速率可達幾百kbit/s甚至幾十Mbit/s。手機數據業務基本是一個蜂窩移動通信網,下載速率在100kbit/s以下。

作為手機數據業務的3G系統在支持IP數據業務時頻譜效率低,其面向連接固定帶寬的結構不適應突發式IP數據業務的需求。為此,3GPP和3GPP2都認識到目前的系統提供互聯網接入業務的局限性,試圖在原來的體系框架內,在下行鏈路中采用分組接入技術,大幅度提高IP數據下載和流媒體速率。3GPP在R5系統中增加了高速下行分組接入(HSDPA)(被稱為3.5G),速率可以達到10Mbit/s以上,隨后進一步在R6中增加高速上行分組接入(HSUPA),將解決上行鏈路分組化問題,提高上行速率,進一步引入自適應波束成形和MIMO等天線陣處理技術,可將下行峰值速率提高到30Mbit/s左右,核心網也在向全IP網演化。

HSDPA和HSUPA被稱為3.5G技術,屬于中期演化技術,受原體制束縛較大,性能不夠理想。3GPP發現在HSDPA和ITU部署的B3G之間存在一個空檔,這正是WiMAX的目標。在一段時間內的寬帶無線接入市場上,HSDPA、HSUPA對WiMAX的競爭將處于劣勢。

為了提高3G在新興的寬帶無線接入市場的競爭力,擺脫高通CDMA專利制約,需要發展LTE計劃,以填補這一空檔。為此,3GPP在2004年底發展了LTE計劃,基本思想是采用過去為B3G或4G發展的技術來發展LTE,使用3G頻段占有寬帶無線接入市場。

LTE的主要技術特征

3GPP從“系統性能要求”、“網絡的部署場景”、“網絡架構”、“業務支持能力”等方面對LTE進行了詳細的描述。與3G相比,LTE具有如下技術特征:

●通信速率有了提高,下行峰值速率為100Mbps、上行為50Mbps。

●提高了頻譜效率,下行鏈路5(bit/s)/Hz,(3—4倍于R6HSDPA);上行鏈路2.5(bit/s)/Hz,是R6HSU-PA2的3倍。

●以分組域業務為主要目標,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。

●系統部署靈活,能夠支持1.25MHz-20MHz間的多種系統帶寬,并支持“paired”和“unpaired”的頻譜分配。保證了將來在系統部署上的靈活性。

●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-plan<5ms,C-plan<100ms。

●增加了小區邊界比特速率,在保持目前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。

●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更具技術優勢,具體體現在:高數據速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容。

LTE的網絡結構和核心技術 LTE采用由NodeB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減少了RNC節點。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NodeB(eNB)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eNB一層構成。eNB不僅具有原來NodeB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。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。

LTE全球運營狀況

GSA(Global Mobile Suppliers Association,全球移動設備供應商協會)日前發布的最新報告稱,2010年全球將有10個LTE網絡推出商用服務,其運營商分別是美國的Verizon、MetroPCS、CenturyTel, TeliaSonera瑞典和挪威公司,日本的NTT DoCoMo、KDDI,以及加拿大的Rogers無線、Telus和加拿大貝爾公司。據ABI調研公司預計,到2013年全球移動運營商用于LTE基站設備采購的費用將達到86億美元。

北美地區,美國Verizon在2008年獲得了700 MHz的頻譜,計劃2010年在這個頻段推出LTE服務,阿爾卡特朗訊和愛立信將為其提供RAN網絡設備。AT&T;計劃2011年年中面向全美的重點城市推出LTE商用服務。Aircell預計也將在2011年推出LTE商用服務。

在亞太地區,中國、日本、韓國等市場對LTE的關注也在不斷升溫。中國移動目前正在大力建設TD-SCDMA網絡,其站點及其他網元未來的LTE網絡也能重復利用。日本NTT DoCoMo計劃在2010年推出LTE商用網絡,并已在LTE公開測試中實現了250Mbps的下行速率和50Mbps的上行速率。KDDI也將在其CDMA網絡之上覆蓋全新的LTE網絡。在韓國,SK電訊和KTF兩大運營商都計劃推出LTE,但目前還沒有公布具體的時間表。沃達豐在中國香港的子公司SmarTone(數碼通)也宣布將在900MHz/1800MHz頻段推出LTE。

歐洲運營商TeliaSonera的瑞典公司和挪威公司將在2.6GHz頻段建設LTE網絡,2010年斯德哥爾摩和奧斯陸都將實現LTE商用服務。法國電信Orange目前正在積極進行LTE的相關研究和測試,預計將從2011年開始網絡建設。德國T-Mobile晚些時候將開始進行LTE試商用,預計2011年能夠推出LTE。意大利電信也已經公開宣布支持LTE,將其作為未來的技術路線,但還沒有公布具體的部署時間表。

LTE未來發展趨勢

LTE是3G技術向4G演進的必經之路

LTE是現有3G移動通信技術在4G應用前的最終版本,采用了很多原計劃用于4G的技術如OFDM、MIMO等,在一定程度上可以說是4G技術在3G頻段上的應用。和現有的3G及3G+技術相比,LTE除了具有技術上的優越性之外,也提供了更加接近4G的一個臺階,使得向未來4G的演進相剝平滑,是現有3G技術向4G演進的必經之路。

LTE將與WiMAX等其它無線技術競爭

LTE在WiMAX的競爭中產生,也將在會在WiMAX的競爭中向前發展,而且這種競爭的強度還會不斷加大。目前,WiMAX的802.16e標準正在積極申請加入3G標準,期望以此獲得全球統一的頻率使用權。未來的移動通信市場中,WiMAX技術將會是LTF的一個慢勁的競爭列手,LTE將會在和WiMAX技術的直接競爭中逐步發展。