關(guān)于LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與基本的傳輸技術(shù)和多址技術(shù)介紹

LTE（Long Term Evolution,長(zhǎng)期演進(jìn)）項(xiàng)目是3G的演進(jìn)，始于2004年3GPP的多倫多會(huì)議。LTE并非人們普遍誤解的4G技術(shù)，而是3G與4G技術(shù)之間的一個(gè)過(guò)渡，是3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn)，它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行326Mbit/s與上行86Mbit/s的峰值速率。改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。

1、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）項(xiàng)目是近兩年來(lái)3GPP啟動(dòng)的最大的新技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，這種以O(shè)FDM/FDMA為核心的技術(shù)可以被看作"準(zhǔn)4G"技術(shù)。3GPP LTE項(xiàng)目的主要性能目標(biāo)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(qū)邊緣用戶的性能；提高小區(qū)容量；降低系統(tǒng)延遲，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時(shí)延低于5ms,控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時(shí)間低于50ms,從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時(shí)間小于100ms;支持100Km半徑的小區(qū)覆蓋；能夠?yàn)?50Km/h高速移動(dòng)用戶提供>100kbps的接入服務(wù)；支持成對(duì)或非成對(duì)頻譜，并可靈活配置1.25 MHz到20MHz多種帶寬。Evolved Node B,演進(jìn)型Node B,LTE中基站的名稱，相比現(xiàn)有3G中的Node B,集成了部分RNC的功能，減少了通信時(shí)協(xié)議的層次。eNB的功能包括：RRM功能；IP頭壓縮及用戶數(shù)據(jù)流加密；UE附著時(shí)的MME選擇；尋呼信息的調(diào)度傳輸；廣播信息的調(diào)度傳輸；以及設(shè)置和提供eNB的測(cè)量等。

2、基本的傳輸技術(shù)和多址技術(shù)

之前提到了3GPPRAN1工作組，它是專門負(fù)責(zé)物理層傳輸技術(shù)的甄選、評(píng)估和標(biāo)準(zhǔn)制定的。在對(duì)各公司提交的候選方案進(jìn)行征集后，確定了以O(shè)FDM為物理層基本傳輸技術(shù)方案。實(shí)際上在確定這個(gè)方案的時(shí)候，3GPP內(nèi)部分為兩大陣營(yíng)：支持OFDM的和支持CDMA的。支持CDMA的公司主要考慮的是后向兼容性，支持OFDM的公司主要是考慮到某些公司對(duì)于CDMA技術(shù)的壟斷性把持。在選擇OFDM作為物理層基本傳輸技術(shù)的同時(shí)，OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交頻分復(fù)用技術(shù)，實(shí)際上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation,多載波調(diào)制的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi)，這樣可以減少子信道之間的相互干擾 ICI .每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。

最后，經(jīng)過(guò)激烈的討論的艱苦的融合，3GPP最終選擇了大多數(shù)公司支持的方案，下行OFDM;上行SC-FDMA.

下行用OFDM是大家沒(méi)有意見(jiàn)的，下面我們來(lái)聊聊上行。上行SC-FDMA信號(hào)可以用"頻域"和"時(shí)域"兩種方法生成，頻域生成方法又稱為DFT擴(kuò)展OFDM（DFT-S-OFDM）；時(shí)域生成方法又稱為交織FDMA（IFDMA）。DFT-S-OFDM技術(shù)技術(shù)是在OFDM的IFFT調(diào)制之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行DFT擴(kuò)展。

另外在是否采用宏分集問(wèn)題上也產(chǎn)生了激烈的爭(zhēng)論。由于同步方面的問(wèn)題，對(duì)于LTE的單播業(yè)務(wù)將不采用下行宏分集，但是在多小區(qū)廣播業(yè)務(wù)的時(shí)候，可以通過(guò)采用較大的循環(huán)前綴，解決小區(qū)間的同步問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)下行宏分集。對(duì)于上行宏分集的看法，大家卻有分歧。這是緣于宏分集是和軟切換在一起考慮的，我們知道OFDM是實(shí)際上可以看作是FDMA的方式，而軟切換對(duì)于CDMA來(lái)說(shuō)是利大于弊，但是對(duì)于FDMA系統(tǒng)來(lái)說(shuō)呢，很多人認(rèn)為是弊大于利。另外軟切換也需要一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)來(lái)控制，考慮到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化，分散化的發(fā)展趨勢(shì)，3GPP組織在2005年12月經(jīng)過(guò)"示意性"的投票，決定LTE系統(tǒng)暫不考慮宏分集技術(shù)。

3、物理層技術(shù)

OFDM技術(shù)是LTE系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)與主要特點(diǎn)，OFDM系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能會(huì)產(chǎn)生決定性的影響，其中載波間隔又是OFDM系統(tǒng)的最基本參數(shù)，經(jīng)過(guò)理論分析與仿真比較最終確定為15kHz.上下行的最小資源塊為375kHz,也就是25個(gè)子載波寬度，數(shù)據(jù)到資源塊的映射方式可采用集中（localized）方式或離散（diSTributed）方式。循環(huán)前綴CyclicPrefix（CP）的長(zhǎng)度決定了OFDM系統(tǒng)的抗多徑能力和覆蓋能力。長(zhǎng)CP利于克服多徑干擾，支持大范圍覆蓋，但系統(tǒng)開(kāi)銷也會(huì)相應(yīng)增加，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸能力下降。

MIMO作為提高系統(tǒng)輸率的最主要手段，也受到了各方代表的廣泛關(guān)注。LTE已確定MIMO天線個(gè)數(shù)的基本配置是下行2×2、上行1×2,但也在考慮4×4的高階天線配置。另外，LTE也正在考慮采用小區(qū)干擾抑制技術(shù)來(lái)改善小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)容量。下行方向MIMO方案相對(duì)較多，根據(jù)2006年3月雅典會(huì)議報(bào)告，LTEMIMO下行方案可分為兩大類：發(fā)射分集和空間復(fù)用兩大類。目前，考慮采用的發(fā)射分集方案包括塊狀編碼傳送分集（STBC,SFBC），時(shí)間（頻率）轉(zhuǎn)換發(fā)射分集（TSTD,FSTD），包括循環(huán)延遲分集（CDD）在內(nèi)的延遲分集（作為廣播信道的基本方案），基于預(yù)編碼向量選擇的預(yù)編碼技術(shù)。其中預(yù)編碼技術(shù)已被確定為多用戶MIMO場(chǎng)景的傳送方案。

高峰值傳送輸率是LTE下行鏈路需要解決的主要問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)下行100Mbps峰值速率的目標(biāo)，在3G原有的QPSK、16QAM基礎(chǔ)上，LTE系統(tǒng)增加了64QAM高階調(diào)制。LTE上行方向關(guān)注的首要問(wèn)題是控制峰均比，降低終端成本及功耗，目前主要考慮采用位移BPSK和頻域?yàn)V波兩種方案進(jìn)一步降低上行SC-FDMA的峰均比。