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          LTE

          系统简介

              LTE(Long Term Evolution,长期演进)是由3GPP(The 3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划)组织制定的UMTS(Universal Mobile Telecommunications System,通用移动通信系统)技术标准的长期演进,于2004年12月在3GPP多伦多会议上正式立项并启动。LTE系统引入了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)和MIMO(Multi-Input & Multi-Output,多输入多输出)等关键技术,显著增加了频谱效率和数据传输速率(20M带宽2X2MIMO在64QAM情况下,理论下行最大传输速率为201Mbps,除去信令开销后大概为150Mbps,但根据实际组网以及终端能力限制,一般认为下行峰值速率为100Mbps,上行为50Mbps),并支持多种带宽分配:1.4MHz,3MHz,5MHz,10MHz,15MHz和20MHz等,且支持全球主流2G/3G频段和一些新增频段,因而频谱分配更加灵活,系统容量和覆盖也显著提升。LTE系统网络架构更加扁平化简单化,减少了网络节点和系统复杂度,从而减小了系统时延,也降低了网络部署和维护成本。LTE系统支持与其他3GPP系统互操作。根据双工方式不同LTE系统分为FDD-LTE(Frequency Division Duplexing)和TDD-LTE (Time Division Duplexing),二者技术的主要区别在于空口的物理层上(像帧结构、时分设计、同步等)。FDD系统空口上下行采用成对的频段接收和发送数据,而TDD系统上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输,较FDD双工方式,TDD有着较高的频谱利用率。

           

          提升传输能力   

              LTE基于旧有的GSM/EDGE和UMTS/HSPA网络技术,是GSM/UMTS标准的升级, LTE的当前目标是借助新技术和调制方法提升无线网络的数据传输能力和数据传输速度,如新的数字信号处理(DSP)技术,这些技术大多于2000年前后提出。
          LTE网络有能力提供300Mbit/s的下载速率和75 Mbit/s的上传速率。在E-UTRA环境下可借助QOS技术实现低于5ms的延迟。LTE可提供高速移动中的通信需求,支持多播和广播流。LTE频段扩展度好,支持1.4MHZ至20MHZ的时分多址和码分多址频段。全IP基础网络结构,也被称作核心分组网演进,将替代原先的GPRS核心分组网,可向原先较旧的网络如GSM、UMTS和CDMA2000提供语音数据的无缝切换。简化的基础网络结构可为运营商节约网路运营开支。举例来说,E-UTRA可以提供四倍于HSPA的网络容量。

           

          系统构架

               LTE系统只存在分组域。分为两个网元,EPC(Evolved Packet Core,演进分组核心网)和eNode B(Evolved Node B,演进Node B)。EPC负责核心网部分,信令处理部分为MME(Mobility Management Entity,移动管理实体),数据处理部分为S-GW(Serving Gateway,服务网管)。eNode B负责接入网部分,也称E-UTRAN(Evolved UTRAN,演进的UTRAN),如图1所示。

          LTE的关键需求
               Peak data rate(峰值数据速率)
              下行20M频谱带宽内要达到峰值速率100 Mbps,频谱效率达到5 bps/Hz。
              上行20M频谱带宽内要达到峰值速率50 Mbps,频谱效率达到2.5 bps/Hz。
              Control-plane latency(控制面延时)
              空闲模式(如Release 6 Idle Mode)到激活模式(Release 6 CELL_DCH)的转换时间不超过100 ms。
              休眠模式(如Release 6 CELL_PCH)到激活模式(Release 6 CELL_DCH)的转换时间不超过50 ms。
              Control-plane capacity(控制面容量)
              在5 MHz带宽内每小区最少支持200个激活状态的用户。
              User-plane latency(用户面延时)
              在小IP分组和空载条件下(如单小区单用户单数据流),用户面延时不超过5 ms。
              User throughput(用户吞吐量)
              下行:每MHz的平均用户吞吐量是Release 6 HSDPA下行吞吐量的3~4倍。
              上行:每MHz的平均用户吞吐量是Release 6 HSDPA上行吞吐量的2~3倍。
              Spectrum efficiency(频谱效率)
              下行:满负载网络下,频谱效率(bits/sec/Hz/site)希望达到R6 HSDPA下行的3~4倍。
              上行:满负载网络下,频谱效率(bits/sec/Hz/site)希望达到增强R6 HSDPA上行的2~3倍。
              Mobility(移动性)
              要求E-UTRAN在0~15 km/h达到最优。
              15和120 km/h的更高速度应该达到高性能。
              在蜂窝网络中应该要保证120 km/h~350 km/h的性能(甚至在某些频段达到500 km/h)。
              Coverage(覆盖)
              5 km的小区半径下,频谱效率、移动性应该达到最优。
              在30 km小区半径时只能有轻微下降。也需要考虑100 km小区半径的情况。
              需要支持Multimedia Broadcast Multicast Service(MBMS)
              降低终端复杂性:采用同样的调制、编码、多址接入方式和频段。
              需要同时支持专用话音和MBMS业务。
              需要支持成对或不成对的频段。
              Spectrum flexibility(频谱灵活性)
              E-UTRA可以使用不同的频带宽度
              包括,上下行的1.4 MHz,2.5 MHz,5 MHz,10 MHz,15 MHz and 20 MHz。
              需要支持工作在成对和不成对的频段。
              需要支持资源的灵活使用,包括功率、调制方式、相同频段、不同频段、上下行,相邻或不相邻的频点分配等。
              Radio Access Technology(RAT)不同系统间的共存。
              支持与GERAN/UTRAN系统的共存和切换。
              E-UTRAN终端支持到UTRAN和/或GERAN的切入和切出的功能。
              在实时业务情况下,E-UTRAN和UTRAN(or GERAN)之间的切换,不能过300 ms。
              Architecture and migration(网络结构和演进)
              单一的E-UTRAN架构。
              E-UTRAN架构应该基于分组的,但是应该支持实时和会话类业务。
              E-UTRAN架构应该减小“single points of failure(单点失败)”的情况出现。
              E-UTRAN架构应该支持end-to-end QoS。
              骨干网络的协议应该具有很高的效率。
              Radio Resource Management requirements(RRM需求)
              增强的 end to end QoS。
              更高的高层分组效率。
              支持不同Radio Access Technologies (RAT)间的负荷分担和政策管理。
              Complexity (复杂性)
              要求可选项最少。
              减小冗余。
              LTE具有巨大的先进性,使得通信进入4G时代。但是,为满足未来几年内无线通信市场的更高需求和更多应用,LTE也需要演进。2008年4月,3GPP

              研讨会中讨论了后LTE系统的需求和技术,即“LTE-Advanced”。
           

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