后３Ｇ时代的ＬＴＥ技术

本刊编辑部

在席卷全球的经济危机下,被认为“准4G”3.9G的LTE,得到了广大运营商、设备商、终端厂商的支持,而随着中国三大运营商同步宣布选择LTE做为后3G时代的演进方向,LTE将为用户带来令人满意的宽带体验。

LTE概述

LTE的研究项目是于2004年底在3GPP中提出的,当时的目标和关键特性还不是很清楚,争论也比较多,但在2005年6月的魁北克会议上最终确立了系统目标,到此LTE的概念正式确立。3GPP长期演进(LTE)项目是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目,这种以OFDM/FDMA为核心的技术可以被看作“准4G”技术。

LTE(Long Term Evolution)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。3GPP LTE项目的主要性能目标包括:在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率;改善小区边缘用户的性能;提高小区容量;降低系统延迟,用户平面内部单向传输时延低于5ms,控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms,从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms;支持100Km半径的小区覆盖;能够为350Km/h高速移动用户提供>100kbps的接入服务;支持成对或非成对频谱,并可灵活配置1.25 MHz到20MHz多种带宽。

LTE由来

随着PDA和笔记本电脑的发展普及,用户希望能够随时随地上网,一个新的市场——“宽带无线移动接入”正在兴起。宽带无线接入技术面向一个固定和移动通信融合的新市场,它可提供与宽带有线固定接入并行的宽带无线接入业务,支持移动应用。

目前2.5G/3G手机移动数据业务和宽带无线接入业务是两个不同的市场段。宽带无线接入业务采用WiMAX(IEEE 802.16d/e)固定/移动宽带无线城域网技术,核心网是标准的IP网,其无线链路的物理层和MAC层的设计考虑了突发型的分组数据业务的要求,能够自适应无线信道环境,速率可达几百kbit/s甚至几十Mbit/s。手机数据业务基本是一个蜂窝移动通信网,下载速率在100kbit/s以下。

作为手机数据业务的3G系统在支持IP数据业务时频谱效率低,其面向连接固定带宽的结构不适应突发式IP数据业务的需求。为此,3GPP和3GPP2都认识到目前的系统提供互联网接入业务的局限性,试图在原来的体系框架内,在下行链路中采用分组接入技术,大幅度提高IP数据下载和流媒体速率。3GPP在R5系统中增加了高速下行分组接入(HSDPA)(被称为3.5G),速率可以达到10Mbit/s以上,随后进一步在R6中增加高速上行分组接入(HSUPA),将解决上行链路分组化问题,提高上行速率,进一步引入自适应波束成形和MIMO等天线阵处理技术,可将下行峰值速率提高到30Mbit/s左右,核心网也在向全IP网演化。

HSDPA和HSUPA被称为3.5G技术,属于中期演化技术,受原体制束缚较大,性能不够理想。3GPP发现在HSDPA和ITU部署的B3G之间存在一个空档,这正是WiMAX的目标。在一段时间内的宽带无线接入市场上,HSDPA、HSUPA对WiMAX的竞争将处于劣势。

为了提高3G在新兴的宽带无线接入市场的竞争力,摆脱高通CDMA专利制约,需要发展LTE计划,以填补这一空档。为此,3GPP在2004年底发展了LTE计划,基本思想是采用过去为B3G或4G发展的技术来发展LTE,使用3G频段占有宽带无线接入市场。

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:

●通信速率有了提高,下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。

●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的3倍。

●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。

●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。

●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。

●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。

●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。

●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。

LTE的网络结构和核心技术 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,也叫演进型UTRAN结构(E-UTRAN)。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。Node B和Node B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。

LTE全球运营状况

GSA(Global Mobile Suppliers Association,全球移动设备供应商协会)日前发布的最新报告称,2010年全球将有10个LTE网络推出商用服务,其运营商分别是美国的Verizon、MetroPCS、CenturyTel, TeliaSonera瑞典和挪威公司,日本的NTT DoCoMo、KDDI,以及加拿大的Rogers无线、Telus和加拿大贝尔公司。据ABI调研公司预计,到2013年全球移动运营商用于LTE基站设备采购的费用将达到86亿美元。

北美地区,美国Verizon在2008年获得了700 MHz的频谱,计划2010年在这个频段推出LTE服务,阿尔卡特朗讯和爱立信将为其提供RAN网络设备。AT&T;计划2011年年中面向全美的重点城市推出LTE商用服务。Aircell预计也将在2011年推出LTE商用服务。

在亚太地区,中国、日本、韩国等市场对LTE的关注也在不断升温。中国移动目前正在大力建设TD-SCDMA网络,其站点及其他网元未来的LTE网络也能重复利用。日本NTT DoCoMo计划在2010年推出LTE商用网络,并已在LTE公开测试中实现了250Mbps的下行速率和50Mbps的上行速率。KDDI也将在其CDMA网络之上覆盖全新的LTE网络。在韩国,SK电讯和KTF两大运营商都计划推出LTE,但目前还没有公布具体的时间表。沃达丰在中国香港的子公司SmarTone(数码通)也宣布将在900MHz/1800MHz频段推出LTE。

欧洲运营商TeliaSonera的瑞典公司和挪威公司将在2.6GHz频段建设LTE网络,2010年斯德哥尔摩和奥斯陆都将实现LTE商用服务。法国电信Orange目前正在积极进行LTE的相关研究和测试,预计将从2011年开始网络建设。德国T-Mobile晚些时候将开始进行LTE试商用,预计2011年能够推出LTE。意大利电信也已经公开宣布支持LTE,将其作为未来的技术路线,但还没有公布具体的部署时间表。

LTE未来发展趋势

LTE是3G技术向4G演进的必经之路

LTE是现有3G移动通信技术在4G应用前的最终版本,采用了很多原计划用于4G的技术如OFDM、MIMO等,在一定程度上可以说是4G技术在3G频段上的应用。和现有的3G及3G+技术相比,LTE除了具有技术上的优越性之外,也提供了更加接近4G的一个台阶,使得向未来4G的演进相剥平滑,是现有3G技术向4G演进的必经之路。

LTE将与WiMAX等其它无线技术竞争

LTE在WiMAX的竞争中产生,也将在会在WiMAX的竞争中向前发展,而且这种竞争的强度还会不断加大。目前,WiMAX的802.16e标准正在积极申请加入3G标准,期望以此获得全球统一的频率使用权。未来的移动通信市场中,WiMAX技术将会是LTF的一个慢劲的竞争列手,LTE将会在和WiMAX技术的直接竞争中逐步发展。