LTE技术的演进和发展趋势

LTE技术的演进和发展趋势摘要:伴随着中国经济的快速发展，通信行业也加快了它行进的脚步，从上世纪80年代的第一代通信终端“大哥大”的产生，到第三代基于移动互联网技术的终端设备3G智能手机的出现，无一不显示出我国的通信技术发展的强势劲头。如今3G已能够在全球范围内更好地实现无线漫游，它将无线通信与国际互联网等多媒体通信相结合，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。然而，信息发展永无止境，在这个信息高速带的大环境下，LTE(LongTermEvolution)项目应运而生。LTE(LongTermEvolution，长期演进计划)的目的是进一步改进和增强现有3G技术的性能，以应对WiMAX等新兴无线宽带接入技术的竞争，以及进一步提高3G技术在宽带无线接入市场的竞争力。2004年底，通过研讨会方式开始了LTE计划，到2008年底规范基本完成。LTE是3G的演进，由于它用的是4G的关键技术也被俗称为3.9G。LTE技术是移动通信与宽带无线接入的融合，它改进并增强了3G的空中接入技术。从总体上看，LTE计划极大的改善了目前3G技术的数据业务能力，使得3G技术在今后几年内能够保持对其它无线技术的竞争优势。目前几乎所有的电信运营商、设备商等都加入到了LTE的开发大军中，使得LTE的发展速度大大加快。同时，由于LTE技术可以为运营商、设备商等电信企业带来更大的技术优势和经济优势。因此，LTE的发展状况受到各方关注。关键词：LTE优势演进发展趋势引言:随着移动数据业务的大量应用以及新业务种类的出现，对移动通信网络性能和质量方面的要求越来越高。中国移动通信运营商从2001年左右启动GPRS数据网络的部署工作，经过了短短10年左右的时间，移动通信就迅速从2G商用进入4G试验网建设阶段。对移动通信用户来讲，这意味着网络性能的提高和质量的改善，而对运营商来讲，则意味着面临网络演进方向的选择以及网络运营和融合方面的挑战。数据业务的演进一直朝着业务速率增加、时延降低以及QoS提升的方向迈进。为了实现这些目标，一系列新的技术和手段都逐步被引入到通信系统中，如高阶调制、多天线技术、新的无线接入方式等，也正是这些新的技术点带来了通信标准的迅速发展，LTE就是面向长期演进的体系和网络，它导致了3G标准的全面演进。目前3G网络已经普遍引入了HSDPA和HSUPA，下一步将面临HSPA+与LTE演进方向选择的问题，分析LTE的演进路线和发展趋势，无疑有助于更深入地了解目前和未来网络的演进方向。一、LTE的技术优势LTE与当前流行的WiMAX、WiFi都有各自的特点，或数据速率高、或费用成本低、或安全性能高。它们的适用范围也各不相同，WiMAX解决的是无线城域网的问题，而WiFi解决的是无线局域网的接入问题。相比之下，LTE具有以下突出特点。1.1更高的用户数据速率LTE采用OFDM(正交频分复用)技术，使子载波可以部分重叠，提高了频谱效率；LTE改进并增强了3G的空中接入技术，它采用MIMO(多输入多输出)技术作为其无线网络演进的唯一标准，在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s，上行50Mbit/s的峰值速率。1.2更少的等待时间LTE将无线接入网延迟，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到开始数据交换的延迟控制在lOOms以下，取消了无线网络控制器，并将其功能分散到上层核心网和下层演进型NodeB上；相比现有3G中的NodeB，集成了部分无线网络控制器的功能，减少了通信时协议的层次。1.3更强的稳定性和灵活性LTE能够使用户在350Km/h的高速移动情况下，提供大于100kbps的接入服务，达到良好的接收效果。LTE也能够支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25MHz到20MHz多种带宽，因此在系统布置的灵活性上LTE同样具有着相当大的优势。1.4系统容量和覆盖的改善现有的蜂窝移动通信系统(如3G系统)提供的数据速率在小区中心和小区边缘有很大的差异，影响了整个系统的容量和服务质量。在LTE的早期研究中，提出了小区干扰随机化、小区间干扰消除、小区间干扰协调、回避等方法，支持100Km半径的小区覆盖，改善了小区边缘用户的性能，提高了小区容量。二、LTE标准演进过程GSM网络是最早出现的数字移动通信技术，它基于FDD和TDMA技术来实现，由于TDMA的局限性，GSM网络发展受到容量和服务质量方面的严峻挑战，从业务支持种类来看，虽然采用GPRS/EDGE引入了数据业务，但是由于采用的是GSM原有的空中接口，因此其带宽受到限制，无法满足数据业务多样性和实时性的需求。在技术标准发展方面，针对GPRS提出了EDGE以及EDGE+的演进方向，但是基于CDMA接入方式的3G标准的出现使得EDGE不再进入人们的视线。CDMA采用码分复用方式，虽然2G时代的CDMA标准成熟较晚，但是它具有抗干扰能力强、频谱效率高等技术优势，所以3G标准中的WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000都普遍采用了CDMA技术。演进到3G网络时，GSM系统可以采用WCMDA或者TD-SCDMA的路线，而CDMA则使用CDMA2000的途径。WCDMA和TD-SCDMA早期标准为R99，后来在R4版本中引入IMS，R5版本中引入HSDPA，R6版本中引入HSUPA，R7版本中引入HSPA+，R8版本则面向LTE，CDMA系列的演进经由CDMA2000到CDMA1x再到UWB的方向发展，演进路径如图1所示。LTE是面向未来的移动通信技术标准，早在2004年底，3GPP就启动了LTE技术的标准化工作，并在2009年3月发布了R8版本的FDD-LTE和TDD-LTE标准，这标志着LTE标准草案研究完成，LTE进入实质研发阶段。R9版本中进一步提出了LTE-advanced(LTE-A)的概念，LTE-A于2010年6月通过ITU的评估，于2010年10月正式成为IMT-A的主要技术之一，它是在R8版本基础上的演进和增强。R10版本对其加以完善，是LTE-A的关键版本。LTE采用正交频分复用(OFDM)、多进多出天线(MIMO)等物理层关键技术以及网络结构的调整获得性能提升。LTE-A则引入了一些新的候选技术，如载波聚合技术、增强型多天线技术、无线网络编码技术和无线网络MIMO增强技术等，使性能指标获得更大改善。三、LTE基本性能要求在LTE系统设计之初，其目标和需求就非常明确。作为后3G时代革命性的技术，LTE把降低时延、提高用户传输数据速率、提高系统容量和覆盖范围作为主要目标。具体性能要求如下：a)支持1.4、3、5、10、15和20MHz带宽，灵活使用已有或新增频段;并以尽可能相似的技术支持“成对”频段和非“成对”频段，便于系统灵活部署。b)20MHz带宽条件下，峰值速率达到上行50Mbit/s(2×1天线)，下行100Mbit/s(2×2天线)。c)在有负荷的网络中，下行频谱效率达到3GPPR6HSDPA的2~4倍，上行频谱效率达到R6HSUPA的2~3倍。d)在单用户、单业务流以及小IP包条件下，用户面单向延迟小于5ms。e)从空闲状态到激活状态的转换时间小于100ms，从休眠状态到激活状态的转换时间小于50ms。f)支持低速移动和高速移动。低速(0~15km/h)下性能较好，高速(15~120km/h)下性能最优，较高速(350~500km/h)下的用户能够保持连接性。除了性能指标要求之外，在操作性、互联互通性以及业务支持等方面，LTE技术都提出了具体要求，比如支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作;支持增强型的广播和多播业务;降低建网成本;支持增强的IMS和核心网;取消电路域，所有业务都在分组域实现，如采用VoIP，支持简单的邻频共存;为不同类型服务提供QoS机制，保证实时业务的服务质量;允许给UE分配非连续的频谱;优化网络结构，增强移动性等。因此，与其他无线技术相比，LTE具有更高的传输性能，且同时适合高速和低速移动应用场景。四、LTE的发展趋势1．LTE是现有3G技术向B3G／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B3G／4G的技术如OFDM、MIMO等，在一定程度上可以说是4C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3C技术向B3G／4G演进的必经之路。现在一些运营商提出的绕开LTE直接进入4G的方式会有很大的不确定性和风险，不建议考虑。2．LTE将在与WiMAX等其它无线技术的竞争中发展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。802.16m技术更是成为IMTAdvanced的候选技术之一，并计划保持与802.16e技术的后向兼容性。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。3.运营商决定技术发展路线在3G向4G的长期演进中，基于WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000以及新批准的WiMAXN大3G标准，分别形成了LTE、UMB、WiMAX三条演进路径。当这三条演进路径清晰之后，全球的移动通信产业便开始迈出从3G向4G演进的步伐。LTE未来的发展前景如何?从以往通信行业的发展情况而言，LTE的未来将取决于移动运营商的选择。因为，随着全球移动通信业的迅猛发展，运营商的用户规模不断增加，资金实力不断增强，国际交往合作不断加深。在4G时代，移动运营商将成为技术发展的风向标，其对于技术路线的选择，决定着整个移动通信产业技术发展的方向。4.4G时代的主流标准在当前的三大标准中，UMB将于2009年中商用，最高数据传输速率可达到280Mbps，但目前没有任何一家运营商表示测试该项技术，其市场需求几乎为零。而WiMAX是一个未知数，由于它是全新的技术，在标准化、产品、终端等各方面均有待提升，因此，在全球最大的移动通信市场上，WiMAX也很难有市场空间。与前两种标准相比，LTE可谓独占上峰，形势可观。目前，LTE已经拥有最多运营商的支持。在由运营商取代设备商成为技术风向标的4G时代，运营商对于LTE的青睐，无疑指明了LTE发展的美好前景。未来，将会有更多的移动运营商选择LTE，也将引发更多的设备商积极投身LTE的研发，形成一个良性运转的产业链，促使LTE不断进步成熟、实现商用。从发展态势看，LTE很有可能超越UMB以及WiMAX而在3G向4G的演进中成为主流。综上所述，LTE首先以企业为中心实现普及是有可能的。LTE的提出完全是为了应对IT厂商提出的WiMax系统的技术挑战，两者在传输技术和网络架构方面都相差不大，而WiMax目前主要以热点覆盖和专网为主，很好地回避了该项技术的短板——核心网。因此，LTE未来极有可能以服务企业等行业用户为主。五、结束语LTE通过引入OFDM、MIMO和网络扁平化等多种关键技术和方法，带来了系统和业务性能的大量提升和改善，并且在传输速率、系统时延和频谱利用率等方面体现出很大优势，因此应该是未来无线技术的发展方向。对于目前运营3G系统的运营商来说，首先过渡到HSPA+是快速高效提升网络性能的途径，但是HSPA+在性能方面与LTE相比，还有一定的差距。就目前各运营商的选择情况看来，在均衡网络发展方向和当前运营状况的问题上，LTE与HSPA+势必会有一定的较量。随着LTE-A标准化的完成，移动通信的“LongTermEvolution”之路无疑非LTE莫属。参考文献：[1]万彭,杜志敏.LTE和LTE-Advanced关键技术综述[J].现代电信科技,2009(9).[2]沈嘉,索士强.全海洋3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计,2008.[3]ErikDahl