LTE技术的发展与应用

摘 要：伴随着中国经济的快速发展，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，信息发展永无止境，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，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。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。 本文介绍了LTE标准的技术特点、关键技术,以及标准化的进展。揭示了LTE的发展进程;最后对LTE的发展前景进行了展望。 关键词： LTE 、优势 、演进、 发展、 趋势

目录

1 引言 ............................................................................................................................................. 3 2 LTE的概述 ................................................................................................................................. 3 2.1 LTE的概念 .............................................................................................................................. 3 2.2 LTE的网络构架 ...................................................................................................................... 4 3 LTE的发展历程 ......................................................................................................................... 4 3.1 LTE标准化的演进................................................................................................................... 5 3.2 LTE的关键技术 ...................................................................................................................... 6 4 LTE的应用 ............................................................................................................................... 7 5 结 论 ........................................................................................................................................... 8 谢辞................................................................................................................................................... 8 参考文献 ........................................................................................................................................... 9

1 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15年左右的时间，移动通信就迅速从2G商用进入5G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。 2 LTE的概述 2.1 LTE的概念

LTE是3GPP（第三代合作伙伴项目）组织制定一个UMTS（通用移动电信系统）的长期演进标准，在2004年12月正式批准，并在3GPP多伦多会议开始启动。 LTE系统引入了OFDM（正交频分复用）和MIMO（多输入和多输出）等关键技术，显著提高频谱效率和数据传输速率（20M带宽在64QAM 2X2MIMO的情况下201Mbps的理论最大下行链路传输速率，去除周围150Mbps的信令开销，但根据实际网络和终端能力的限制后，一般认为100Mbps的下行峰值速率，其上行为50Mbps的），带宽支持多种分配：1.4兆赫，3兆赫， 5兆赫，10兆赫，15兆赫，20兆赫等，并以支持全球主流2G / 3G带和一些新的频带，从而更灵活的频谱分配，系统容量和覆盖范围也显著改善。 LTE系统中简化网络体系结构其更为平坦，从而降低了系统的复杂性和网络节点数，从而降低系统延迟，而且还降低了网络部署和维护的成本。LTE系统支持与3GPP等系统的相互操作。根据双工系统上被划分成的LTE FDD-LTE（频分双工）和TDD-LTE（时分双工），这两种技术之间的主要差别是在物理层的空中接口（如帧结构设计、同步等）。FDD系统中的上行和下行的空中接口使用成对频带接收和发送数据，和所述的TDD上行链路和下行链路使用不同的时隙在相同的频率上的传输，与FDD双工模式相比，TDD具有更高的频谱效率。3G向4G不断发展的过程中，LTE技术是一个重要的过渡技术，通

常被称为3.9G全球标准技术，在推动4G网络的发展发挥了重要的作用。在实践中，LTE技术是使用OFDM，MIMO无线网络演进的重要标准，并根据通信技术的发展需要，有效地提高了3G网络接入技术的空中接口，使20兆赫的宽带频谱可实现每秒下来，每秒32兆的下行峰值速率86Mbit。基于使用4G网络，LTE技术的实际应用有历史意义，通信网络和缺乏改革创新的，特别是在服务和小区边缘位置性能的质量得到有效改善，降低系统延迟，并具有一显著影响，以改善电池的总容量的其他方面。

在一个比较大的移动通信大会上，新系统的4G LTE网络技术已成功地证明，使得下载速度可达每秒1吉比特，与普通互联网的当前运行速度进行比较，远远超过目前的所有记录。与此同时，许多国家都将LTE技术应用到各种商业活动中，使得全球LTE网络用户急剧增加，使得4G LTE网络技术得到了不断促进和更为广泛的发展前景。在中国，电信业的不断发展，该研究项目是基于3G LTE网络技术的TD-SCDMA，WCDMA技术为基础，使4G LTE网络技术的不断向着TD-LTE技术和FD-LTE的技术发展方向。根据4G网络的发展，面向LTE技术的发展的挑战仍然主要有如下几个方面：首先，LTE技术有一些限制，主要是网络质量和网络兼容的未来发展。通常情况下，LTE要求的质量，速度，稳定性，和因此较高的网络技术，24小时，以确保其继续提供服务，并且，LTE兼容性可以与数据分析来实现，并且可以自由地在下游相关的网络设备切换运行;其次，竞争不断推动市场的LTE和3G技术，使得更多的运营商必须进行通信市场的发展进行了全面的分析，以更好地推动4G网络的发展;三，LTE技术成本问题。目前，成本LTE技术还没有更明确的定位，成本只有10％的是3G网络的成本时，LTE技术，以充分发挥自己的优势。

2.2 LTE的网络构架

3G的网络由基站(NB)、RNC、服务通用分组无线业务支持节。点(SGSN)和网关通用分组无线业务支持节点(GGSN)4个网络节点组成，而LTE网络仅由演进型通用地面无线接人网基站(E—UTRAN基站即eNB)和接入网关(AGW)组成，相比WCDMA(HSDPA)网络采用了更为扁平化的网络架构。这一方面减少了设备的数量，同时也大大降低了业务时延。LTE网络架构涉及的功能包括：无线资源管理(RRM)，UE与网络的QoS协商，位置管理，寻呼、空闲和激活状态移动性管理，不同接入技术间的移动性，安全和加密，报头压缩，上层自动请求重发(OuterARQ)，IP地址分配，漫游，多媒体广播与组播(MBMS)等。目前已经确定的协议栈结构和功能划分。 3 LTE的发展历程

3.1 LTE标准化的演进

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。

图1 移动通信协议演进的路径

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。

3.2 LTE的关键技术

在实际应用中， LTE关键技术主要有以下几个方面特点： 一、有效通信速率提升升，从而使下行峰值速率可高达100兆比特每秒，上行速率峰值在50兆；

二、为了有效地提高了频谱效率，将相关目标设置为分组域，可以在基于分组交换的框架上有效地实现整个网络系统的良好运作；

三、基站的位置不在分配变更操作，使小区边缘比特速率有效地提高的情况下，而且其在与现有的3G网络的兼容性的基础上，能够有效地实现该系统同时在非3GPP规范上运行。因此，LTE有一些先进的科学技术是移动通信发展的必然趋势。

目前，LTE主要相关技术是MIMO、 OFDM和较高阶的调制技术四个方面。首先，MIMO技术主要作用是改善整体的传输速率，而且在当前需要高度的重视。在许多情况下，MIMO技术可以结合OFDM技术使用，可以提高系统的整体性能，一般在接收端和发射端，MIMO技术是利用一个多通道和多天线模式运行。在多个天线的情况下，利用空时编码方式可使数据子流被分离和解码，以便确保在最近状态的系统的操作。同时，使用多个天线，将发射天线和接收天线之间分开多个通道，通过一个独立的通道来实现的各种数据传输，并最终提高了数据传输速率。其次，MIMO技术可以将多个无线电信道、接收、发送尽可能多的优化，从而使通信容量和频谱利用效率提高，在消除由其它因素引起的干扰，和联合多样性时域、空域时有着重要的影响。再次，OFDM技术是LTE技术的一个重要组成部分，以减少延时性、干扰等方面发挥了重要的作用。在正常情况下，OFDM技术的应用是在符合相关标准情况下加入保护间隔，在保护间隔大于所述信道延迟的情况下，带来的干扰会完全消除。与此同时，OFDM技术有关的参数设定和系统性能有着密不可分的联系，诸如循环前缀设置OFDM系统的其长度和覆盖和电阻有直接的联系。一般不超过100公里的覆盖半径范围内，LTE技术采用的两个前缀循环程序的选择，是基于现场的实际情况的最合适解决

方案。最后，合理使用高阶调制技术，能有效地提高峰值速率。通常，在现有的3G通信的基础上，64 QAM的高阶调制加入到LTE系统，可有效地提高下行峰值速率，以达到每秒100兆比特的状态。就目前，采用高阶调制技术可以使信道效利用率提高至少60%，在LTE系统中是重要的解决方案。同时，合理利用较高阶的调制技术，还能使用户的体验更为深刻，并为运营商提供更多的技术优势，从而大大降低了它的运行成本。 4

LTE的应用

LTE是3GPP（第三代合作伙伴项目）组织制定一个UMTS（通用移动电信系统）的长期演进标准，在2004年12月正式批准，并在3GPP多伦多会议开始启动。 LTE系统引入了OFDM（正交频分复用）和MIMO（多输入和多输出）等关键技术，显著提高频谱效率和数据传输速率（20M带宽在64QAM 2X2MIMO的情况下201Mbps的理论最大下行链路传输速率，去除周围150Mbps的信令开销，但根据实际网络和终端能力的限制后，一般认为100Mbps的下行峰值速率，其上行为50Mbps的），带宽支持多种分配：1.4兆赫，3兆赫， 5兆赫，10兆赫，15兆赫，20兆赫等，并以支持全球主流2G / 3G带和一些新的频带，从而更灵活的频谱分配，系统容量和覆盖范围也显著改善。 LTE系统中简化网络体系结构其更为平坦，从而降低了系统的复杂性和网络节点数，从而降低系统延迟，而且还降低了网络部署和维护的成本。LTE系统支持与3GPP等系统的相互操作。根据双工系统上被划分成的LTE FDD-LTE（频分双工）和TDD-LTE（时分双工），这两种技术之间的主要差别是在物理层的空中接口（如帧结构设计、同步等）。FDD系统中的上行和下行的空中接口使用成对频带接收和发送数据，和所述的TDD上行链路和下行链路使用不同的时隙在相同的频率上的传，与FDD双工模式相比，TDD具有更高的频谱效率。3G向4G不断发展的过程中，LTE技术是一个重要的过渡技术，通常被称为3.9G全球标准技术，在推动4G网络的发展发挥了重要的作用。在实践中，LTE技术是使用OFDM，MIMO无线网络演进的重要标准，并根据通信技术的发展需要，有效地提高了3G网络接入技术的空中接口，使20兆赫的宽带频谱可实现每秒下来，每秒32兆的下行峰值速率86Mbit。基于使用4G网络，LTE技术的实际应用有历史意义，通信网络和缺乏改革创新的，特别是在服务和小区边缘位置性能的质量得到有效改善，降低系统延迟，并具有一显著影响，以改善电池的总容量的其他方面。

在一个比较大的移动通信大会上，新系统的4G LTE网络技术已成功地证明，使得下载速度可达每秒1吉比特，与普通互联网的当前运行速度进行比较，远远超过目前的所有记录。与此同时，许多国家都将LTE技术应用到各种商业活动中，使得全球LTE网络用户急剧增加，使得4G LTE网络技

术得到了不断促进和更为广泛的发展前景。

在中国，电信业的不断发展，该研究项目是基于3G LTE网络技术的TD-SCDMA，WCDMA技术为基础，使4G LTE网络技术的不断向着TD-LTE技术和FD-LTE的技术发展方向。 5 结 论

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“Long Term Evolution”之路无疑非LTE莫属。 谢辞

文章的顺利结束，首先要感谢我尊敬的导师桂冰老师，论文的选题、构思、修改都耗费了她很多的时间和精力。在桂老师的悉心指导下，我梳理了撰写论文的思路，确定了所要论述的题目，桂老师在我眼里是一位待人和善很容易亲近的老师，不管是她的工作作风还是待人方式，都很值得我去学习。在这大学的几年里，能遇到了很多优秀又和蔼可亲的老师、可爱的同学们，以及我至亲的朋友们，我感到很幸运，因为有你们，才让我的整个大学过得充实又快乐。

参考文献

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