1  引言

　　在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究方面，LTE建議基站（BS）和接入網(wǎng)關(guān)（AGW）在用戶面直接互聯(lián)以減小接入時(shí)延，將3G網(wǎng)中RNC的底層功能在BS實(shí)現(xiàn)，高層功能在AGW實(shí)現(xiàn)。并在控制面引入一種RRM （Radio Resource Management）服務(wù)器以增強(qiáng)控制面的移動(dòng)性管理。LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究涉及的功能包括：無(wú)線資源管理，UE與網(wǎng)絡(luò)的QoS協(xié)商，位置管理，尋呼、空閑和激活狀態(tài)移動(dòng)性管理，不同接入技術(shù)間的移動(dòng)性，安全和加密，報(bào)頭壓縮，Outer ARQ,IP地址分配，漫游，MBMS等。當(dāng)前，無(wú)線通信正呈現(xiàn)出移動(dòng)化、寬帶化和IP化的趨勢(shì)，移動(dòng)通信行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)極為激烈。在現(xiàn)有的3G技術(shù)還沒(méi)有大規(guī)模商用之前，一些無(wú)線寬帶接入技術(shù)也開(kāi)始提供部分的移動(dòng)功能，通過(guò)寬帶移動(dòng)化，試圖進(jìn)入移動(dòng)通信市場(chǎng)，如 IEEE 802.16e技術(shù)。為了維持在移動(dòng)通信行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力和主導(dǎo)地位，3GPP組織在2004年11月啟動(dòng)了長(zhǎng)期演進(jìn)計(jì)劃（LTE,Long Term Evolution）以實(shí)現(xiàn)3G技術(shù)向B3G和4G的平滑過(guò)渡。

　　2  LTE/LTE-A需求

　　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100Mbit/s,上行50Mbit/s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<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100kbit/s的接入服務(wù)；支持成對(duì)或非成對(duì)頻譜，并可靈活配置1.25~20MHz多種帶寬。

　　IMT-Advanced要求未來(lái)的4G通信在滿足高的峰值速率和大帶寬之外還要保證用戶在各個(gè)區(qū)域的體驗(yàn)。有統(tǒng)計(jì)表明，未來(lái)80%~90%的系統(tǒng)吞吐量將發(fā)生在室內(nèi)和熱點(diǎn)游牧場(chǎng)景，室內(nèi)、低速、熱點(diǎn)將可能成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代更重要的應(yīng)用場(chǎng)景。因此，需要通過(guò)新技術(shù)增強(qiáng)傳統(tǒng)蜂窩在未來(lái)熱點(diǎn)場(chǎng)景的用戶體驗(yàn)。3GPP認(rèn)為，LTE本身已經(jīng)可以作為滿足IMT-Advanced需求的技術(shù)基礎(chǔ)和，只是純粹從指標(biāo)上來(lái)講，LTE較IMT-Advanced的要求還有一定差距。因此當(dāng)將LTE升級(jí)到4G時(shí)，并不需要改變LTE標(biāo)準(zhǔn)的，只需在LTE基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充、增強(qiáng)、完善，就可以滿足IMT-Advanced的要求。出于這種考慮，LTE-Advanced應(yīng)該會(huì)作為在LTE基礎(chǔ)上的平滑演進(jìn)，并且后向兼容LTE標(biāo)準(zhǔn)。由于LTE的大規(guī)模技術(shù)革新已經(jīng)大量使用了近20年來(lái)學(xué)術(shù)界積累的先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)，如OFDM,MIMO,自適應(yīng)技術(shù)等，在繼續(xù)完善技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)，LTE-Advanced的技術(shù)發(fā)展將更多地集中在RRM（無(wú)線資源管理）技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)層的優(yōu)化方面。

　　3  LTE/LTE-A研究進(jìn)展

　　2009年3月發(fā)布了LTE R8 版本的FDD-LTE 和TDD-LTE標(biāo)準(zhǔn)，原則上完成了LTE標(biāo)準(zhǔn)草案，LTE進(jìn)入實(shí)質(zhì)研發(fā)階段。從主流設(shè)備廠家提供的產(chǎn)品路標(biāo)來(lái)看，幾乎所有的主流廠家都會(huì)在2010年的或第二季度推出LTE產(chǎn)品，但是真正可以商用的版本要2010年以后才能推出。從終端廠家反饋情況來(lái)看，2010年會(huì)有早期的商用終端，大規(guī)模的推出要在2011年底前后。

　　關(guān)于LTE-A標(biāo)準(zhǔn)的制定在2008年3月的R9版本開(kāi)始，并將在R10中完善，R10版本將成為L(zhǎng)TE-A關(guān)鍵版本?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，由于時(shí)間緊迫，R10也將是一個(gè)LTE-A的短版本。R10版本現(xiàn)在為Study階段，整個(gè)版本制定預(yù)計(jì)持續(xù)一年時(shí)間，預(yù)計(jì)時(shí)間安排如下：2009年10月作為階段評(píng)估并提交ITU;2010年9月提交全會(huì)討論；2010年12月完成版本制定工作；2011年2月終結(jié)并提交。

　　目前，有超過(guò)18家運(yùn)營(yíng)商公布了自己的LTE部署計(jì)劃，包括NTT DoCoMo,Telstra,eliaSonera,Verizon,Vodafone,AT&T等都明確表示將支持LTE,并且Verizon已經(jīng)加速了LTE計(jì)劃表，使得時(shí)間從原定的2010年提前至2009年。作為日本的運(yùn)營(yíng)商N(yùn)TT DoComo也加緊"Super 3G"網(wǎng)絡(luò)商用部署推進(jìn)LTE進(jìn)程，并公布了3G過(guò)渡到LTE的路線圖，2010年初完成了對(duì)LTE技術(shù)的開(kāi)發(fā)。

　　4  LTE/LTE-A關(guān)鍵技術(shù)

　　4.1  OFDM技術(shù)

　　OFDM由多載波調(diào)制（MCM）發(fā)展而來(lái)，OFDM技術(shù)是多載波傳輸方案的實(shí)現(xiàn)方式之一，它的調(diào)制和解調(diào)是分別基于快速傅立葉反變換（IFFT）和快速傅立葉變換（FFT）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度、應(yīng)用廣的一種多載波傳輸方案。在傳統(tǒng)的頻分復(fù)用系統(tǒng)中，各載波上的信號(hào)頻譜是沒(méi)有重疊的，以便接收端利用傳統(tǒng)的濾波器分離和提取不同載波上的信號(hào)。OFDM系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)符號(hào)調(diào)制在傳輸速率相對(duì)較低的、相互之間具有正交性的多個(gè)并行子載波上進(jìn)行傳輸。它允許子載波頻譜部分重疊，接收端利用各子載波間的正交性恢復(fù)發(fā)送的數(shù)據(jù)。因此，OFDM系統(tǒng)具有更高的頻譜利用率。同時(shí)，在OFDM符號(hào)之間插入循環(huán)前綴，可以消除由于多徑效應(yīng)而引起的符號(hào)間干擾，能避免在多徑信道環(huán)境下因保護(hù)間隔的插入而影響子載波之間的正交性。這使得OFDM系統(tǒng)非常適用于多徑無(wú)線信道環(huán)境。

　　OFDM的優(yōu)點(diǎn)在于抗多徑衰落的能力強(qiáng)，頻譜效率高，OFDM將信道劃分為若干子信道，而每個(gè)子信道內(nèi)部都可以認(rèn)為是平坦衰落的，可采用基于IFFT/FFT的OFDM快速實(shí)現(xiàn)方法，在頻率選擇性信道中，OFDM接收機(jī)的復(fù)雜度比帶均衡器的單載波系統(tǒng)簡(jiǎn)單。與其它寬帶接入技術(shù)不同，OFDM可運(yùn)行在不連續(xù)的頻帶上，這將有利于多用戶的分配和分集效果的應(yīng)用等。但OFDM技術(shù)對(duì)頻偏和相位噪聲比較敏感，而且峰值平均功率比（PAPR）大。

　　4.2  MIMO技術(shù)

　　要達(dá)到LTE-A提出的目標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸速率，需要通過(guò)增加天線數(shù)量以提高峰值頻譜效率，即多天線技術(shù)，包括Beam-forming和空間復(fù)用。多天線技術(shù)是一種有效的提高系統(tǒng)容量的方法。當(dāng)前LTE應(yīng)用基于碼本預(yù)編碼技術(shù)的下行4天線技術(shù)。峰值速率達(dá)到300Mbit/s.由于LTE-A的帶寬高達(dá)100M,當(dāng)前峰值速率可以達(dá)到下行1.5Gbit/s.

　　4.3  載波聚合

　　當(dāng)前LTE系統(tǒng)在頻帶利用率上已經(jīng)接近Shannon極限。如果要提高系統(tǒng)吞吐量，就必須提高系統(tǒng)的帶寬或者信噪比。

　　LTE-A通過(guò)"載波聚合"（Spectrum Aggregation）的方式進(jìn)行帶寬增強(qiáng)，即把幾個(gè)基于20MHz的LTE設(shè)計(jì)捆綁在一起，通過(guò)提高可用帶寬，LTE-A將帶寬擴(kuò)展到100M.但是實(shí)際上很可能沒(méi)有一整塊的空閑帶寬，所以LTE-A允許離散頻帶的聚合。在具體應(yīng)用中還面臨很多問(wèn)題，如載波聚合時(shí)多個(gè)可選載波是否需要?jiǎng)澐挚捎眉虾透鞣N集合的等級(jí)劃分；在切換中載波變化的通信問(wèn)題；載波變化時(shí)的信令傳輸問(wèn)題；各個(gè)載波的激活和去激活過(guò)程。這些問(wèn)題都在3GPP會(huì)議中提出并存在多種方案。當(dāng)前載波聚合作為L(zhǎng)TE-A的重要組成部分和關(guān)注焦點(diǎn)，是R10制定中的重點(diǎn)。

　　4.4  無(wú)線中繼

　　LTE系統(tǒng)容量要求很高，這樣的容量需要較高的頻段。為了滿足下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的高速率傳輸?shù)囊螅琇TE-A技術(shù)引入了無(wú)線中繼技術(shù)。用戶終端可以通過(guò)中間接入點(diǎn)中繼接入網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲得帶寬服務(wù)。減小無(wú)線鏈路的空間損耗，增大信噪比，進(jìn)而提高邊緣用戶信道容量。無(wú)線中繼技術(shù)包括Repeaters和Relay.

　　Repeaters是在接到母基站的射頻信號(hào)后，在射頻上直接轉(zhuǎn)發(fā)，在終端和基站都是不可見(jiàn)，而且并不關(guān)心目的終端是否在其覆蓋范圍，因此它的作用只是放大器而已。它的作用僅限于增加覆蓋，并不能提高容量。

　　Relay技術(shù)是在原有站點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加一些新的Relay站（或稱中繼節(jié)點(diǎn)、中繼站），加大站點(diǎn)和天線的分布密度。這些新增Relay節(jié)點(diǎn)和原有基站（母基站）都通過(guò)無(wú)線連接，和傳輸網(wǎng)絡(luò)之間沒(méi)有有線的連接，下行數(shù)據(jù)先到達(dá)母基站，然后再傳給Relay節(jié)點(diǎn)，Relay節(jié)點(diǎn)再傳輸至終端用戶，上行則反之。這種方法拉近了天線和終端用戶的距離，可以改善終端的鏈路質(zhì)量，從而提高系統(tǒng)的頻譜效率和用戶數(shù)據(jù)率。

　　4.5  多點(diǎn)協(xié)同

　　協(xié)同多點(diǎn)傳輸，即CoMP（Coordinated Multi-point Transmission）技術(shù)通過(guò)對(duì)空域的擴(kuò)充提高系統(tǒng)容量減小用戶間干擾，是LTE-Advanced對(duì)空域擴(kuò)充的技術(shù)之一。CoMP技術(shù)利用光纖連接的天線站點(diǎn)協(xié)同在一起為用戶服務(wù)，相鄰的幾個(gè)天線站或節(jié)點(diǎn)同時(shí)為一個(gè)用戶服務(wù)，從而提高用戶的數(shù)據(jù)率，提高小區(qū)邊緣的通信質(zhì)量。作為L(zhǎng)TE-Advanced對(duì)空域擴(kuò)充的兩種技術(shù)，Relay和CoMP技術(shù)對(duì)LTE標(biāo)準(zhǔn)做出了很大的創(chuàng)新。

　　根據(jù)終端是否知道信號(hào)從多個(gè)天線站點(diǎn)發(fā)射，CoMP可以分為3類：終端不知道接收到的信號(hào)來(lái)自多個(gè)分布的天線，終端按照單基站方式接收；終端將接收到的所有信道測(cè)量反饋，但接收方式按照單基站方式接收，效果相當(dāng)于多徑接收；終端將接收到的所有信號(hào)測(cè)量反饋，但是基站側(cè)發(fā)送時(shí)，同時(shí)發(fā)送各個(gè)天線的發(fā)射信息，包括發(fā)射點(diǎn)和權(quán)重等。

　　4.6  自組織網(wǎng)絡(luò)

　　為了通過(guò)有效的運(yùn)維成本（OPEX）和LTE網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的壓力，3GPP借用自組織網(wǎng)絡(luò)的概念，在R8提出一種新運(yùn)維策略。該策略將eNodeB作為自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在其中添加自組織功能模塊，完成蜂窩無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的自配置（Self-configuration）、自優(yōu)化（Self-optimization）和自操作（Self-operation）。作為L(zhǎng)TE的特性，SON已經(jīng)在R8引入需求，R9完成自愈性、自優(yōu)化能力的討論。

　　LTE自組織網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)IP互聯(lián)網(wǎng)自組織不同在于，LTE要求自組織節(jié)點(diǎn)可以互聯(lián)之外，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自優(yōu)化和自操作。

　　5  演進(jìn)淺析

　　由于LTE重新定義了空中接口和網(wǎng)絡(luò)，摒棄了CDMA技術(shù)而采用OFDM技術(shù)，只支持分組域，使得LTE與已有3GPP各版本標(biāo)準(zhǔn)不兼容，現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)很難平滑演進(jìn)到LTE,如果要部署LTE需要大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，部署成本比較高。從歷史規(guī)律來(lái)看，從標(biāo)準(zhǔn)成熟到規(guī)模商用，一般要3~4年時(shí)間，2009年3月LTE標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)并批準(zhǔn)，因此可以預(yù)計(jì)在2012~2013年以后LTE才具備規(guī)模商用的條件。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度來(lái)看，目前LTE網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備和終端尚未成熟，特別是終端方面可能成為L(zhǎng)TE發(fā)展的瓶頸，支持LTE,WCDMA雙模的終端預(yù)計(jì)在2012年才能推出?？紤]到運(yùn)營(yíng)商投資和回報(bào)的平衡，無(wú)線接入網(wǎng)將會(huì)是EUTRAN和GERAN/UTRAN并存的場(chǎng)景，GERAN/UTRAN仍然保持二級(jí)架構(gòu)，EUTRAN采用扁平化架構(gòu)，隨著多模基站的推出，LTE的eNodeB可以和NodeB,BTS采用共站址的方式。

　　6  結(jié)束語(yǔ)

　　從GSM到UMTS再到HSPA,空口技術(shù)不斷演進(jìn)，數(shù)據(jù)速率、小區(qū)吞吐量不斷提高，但是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基本保持了RNC+NodeB的二級(jí)架構(gòu)。隨著無(wú)線扁平化技術(shù)的出現(xiàn)與興起，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)會(huì)發(fā)生什么樣的變化成為了業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到LTE階段，EUTRAN中只含有eNodeB一個(gè)網(wǎng)元，不再有RNC,如何從UTRAN演進(jìn)到EUTRAN需要特別關(guān)注。本文對(duì)LTE/LTE-A需求、研究進(jìn)展以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹。