LTE关键技术原理及实际应用分析

陈玲玲

摘 要：针对LTE关键技术进行了分析，对其技术原理与具体应用模式进行了阐述，说明LTE作为新一代的无线通信技术新标准，其核心是在复用技术和接收技术上进行了革新，并以此作为未来通信技术演进的基础。

关键词：LTE；OFDM；MIMO；原理和应用

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）20-0064-02

互联网技术的发展引发了信息技术的全面发展，3G技术已经进入了全面推广的阶段，在各大运营商的推动下，LTE计划被推出并逐步实施。LTE即移动通信技术的长期演进，是3 GPP主导的无线通信技术的演进。作为GSM和UMTS的延续已经成为3G向4G演进的主流技术标准，提高性能为通信服务打下良好的演进基础是LTE技术发展的目的，文章对LTE关键技术和应用进行分析。

1 OFDM：正交频分复用技术

1.1 OFDM技术

OFDM技术是LTE两大关键技术之一。随着时代发展，OFDM技术已经成为复用技术的主要形式，其工作的基本原理是对一个宽频信道进行人为的划分，使之成为多个正交信道，改变高速数据流的传输速度，降低速度使得每个信道的传递形成低速流，减少子信道之间的干扰。每个信道都是基础带宽，最大限度保持信道的衰落延缓，从而最大限度实现抗干扰。同时每个信道都是原始信号的一小部分，信道均衡处理相对容易实现。OFDM技术优势明显，频谱效率高、扩展性好、抗衰性好等，同时可以在不同的频带采用不同的调制编码来完成，提供了频率选择性，所以在CDMA和OFDM技术之间LTE选择了OFDMA技术作为下行多地址技术。为了在传输中实现PAPR上行LTE利用SC-FDMA技术，具体措施为DFT-S-OFDM技术，该技术在OFDM的IFFT完成信号调制前进行DFT拓展，这样系统发射时域信号避免了OFDM系统发射频域信号所带来的PAPR问题。

1.2 OFDM的应用

OFDM技术具有信道选择的功能，以此避免在通信中出现冲突和干扰，以此获得了较高的频谱利用效果。正因为OFDM子信道的接收机制可实现分离，降低了接收端的复杂性，使得OFDM系统对高速率移动数据的传递适应性很强。因为OFDM可以实现小区内的用户进行正交，从而避免客户之间的干扰，这就可以提高系统的容量。但是在多载波系统中小区的内部可以直接实现正交传输，但是可降低系统中出现的小区间干扰，所以小区间多址问题将更为严重。所以在利用该技术进行组网的时候有三种方式，同频率组网、异频率组网、频率移位频率复用（FSFR）。

在实际的测试中，利用不同的场景对三种组网的方式进行对比考察，其中场景一是FSFR组网，三个频道的带宽设置为20 MHz，其中一号和二号频段有5 MHz的复用区域，二号和三号也有5 MHz复用区。场景二是异频组网，小区内不存在复用区域，每个区占频20 MHz，系统总带宽60 MHz。场景三则是同频率的20 MHz进行组网。从测试的结果看，异频率组网的传输量最大而同频的最低，FSFR居中。从频谱效率来看，采用同频组网的小区效果比较FSFR和异频组网高40%，而小区边缘的频谱效率低32%，从另一个角度看异频组网性能是牺牲平频谱利用效率为代价而提高的。可见，虽然同频的组网方式边缘用户速率低，但是频谱利用效果好。所以在规模试验测量阶段，应采用同频组网，而在小区边缘如果需要高流量时，则利用抗干扰技术来辅助传输。

2 MIMO：多天线技术

2.1 MIMO技术原理

LTE是一种新兴的无线通信技术，其重点改进的是网络速度增加网络的容量，扩大覆盖范围等。LTE设计的目标就是提高通信速率，下行峰值达到100 Mbit/s，上行峰值达到50 Mbit/s。频谱效率下行应保证5 bit/s/Hz，是HSDPA的3～4倍，上行链路应为2.5 bit/s/Hz，是HSDPA的2～3倍。与以往的技术相比，LTE的传输效率和速率的提高要求必须具备相应的辅助技术满足吞吐量的增加，所以MIMO技术被引入，以提高传输效率。

MIMO技术就是指在发送端和接收端同时使用多根天线，扩展了空间域，充分利用了空间扩展所提供的特征，从而带来了系统容量的提高。以往的多天线技术都是利用多路径的传输来提高无线传输的质量，但是MIMO技术则是逆向思维，目的是在多个天线之间多路径的传递来实现高速传输，多个通道的建立可以帮助系统实现同步传输，在不同增加带宽的条件下，可以成倍的改善UE通信的质量或者大幅度提高通信效率。根据不同的应用场景其实现的方式也不同，MIMO在实现方式上有空间复用、发射分集、波束赋形三种。MIMO的应用可以大幅度的提高频谱效率，降低每比特的传输成本，帮助系统服务器实现优化，改善系统覆盖面积，尤其是在小区的边缘，其吞吐量明显提高，降低了基础设置投入成本和维护难度。

2.2 MIMO技术的应用

在实际的应用中MIMO的技术措施可以有多个方式，当前使用的有空间复用、发射分集、波束赋性等技术。在应用中其原理也存在差异，空间复用是利用多个天线实现发送与接收，接收端完成汇总还原，所以为其数据传输的效率较高。发射分集是发射端多天线，而接收端利用单接收器，可以提高信噪比。波束赋形是利用干涉的原理实现信号传递，在下行链路中可以获得较好的效果。

LTE中的MIMO技术应用因为其技术措施的多样性可以形成多个传递模式，其中包括了UE-MIMO或者SU-MIMO等，其核心的差异就是传输模式的不同，如利用空间复用或者反射分集等。因此LTE系统所采用的上行和下行传输也可利用不同的MIMO技术，如R8标准中定义传输模式有7种，其中包括了发送分集、开环和闭环空间复用、MU-MIMO、波束赋形等MIMO 应用方式。在R9技术标准中增加了双流环境下的波束赋形技术模式，增加了导频设计以此支持多个UE波束赋形。在应用中可以根据实际的传输数据类型、覆盖面积、系统容量等场景差异来选择技术措施，以适应LTE系统需求。

3 结 语

LTE系统是在传统的技术基础上实现了新技术的引入，从而改变了原有的2G环境下的数据传输模式。如上所述，OFDM和MIMO是其两大核心技术，利用核心技术的合理应用形成了新的技术思路和系统，大大提高了本技术的通信效率，基本满足了现阶段的通信需求。实际上LTE的进一步演进将成为新的4G标准之一，所以对其关键技术的完善是未来通信技术发展的基础。

参考文献：

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