4G网络技术概论与应用
接入移动性管理和Inter-cellRRM等。NodeB和NodeB之间将采用网格(Mesh)方式直接互连，这也是对原有UTRAN结构的重大修改[1]。
LTE的主要技术特征
3GPP从“系统性能要求”、“网络的部署场景”、“网络架构”、“业务支持能力”等方面对LTE进行了详细的描述。与3G相比，LTE具有如下技术特征：
(1)通信速率有了提高，下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。
(2)提高了频谱效率，下行链路5(bit/s)/Hz，(3--4倍于R6版本的HSDPA);上行链路2.5(bit/s)/Hz，是R6版本HSU-PA的2--3倍。
(3)以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。
(4)QoS保证，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务(如VoIP)的服务质量。 (5)系统部署灵活，能够支持1.25MHz-20MHz间的多种系统带宽，并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配。保证了将来在系统部署上的灵活性。
(6)降低无线网络时延：子帧长度0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达U-plan<5ms，C-plan<100ms。
(7)增加了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。如MBMS(多媒体广播和组播业务)在小区边界可提供1bit/s/Hz的数据速率。 (8)强调向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。
与3G相比，LTE更具技术优势，具体体现在：高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。
项目由来
LTE(Long Term Evolution)项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。 3GPP LTE项目的主要性能目标包括：在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；支持100Km半径的小区覆盖；能够为350Km/h高速移动用户提供>100kbps的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25 MHz到20MHz多种带宽。 LTE概念的提出意味着目标的确立，为了有一个清晰的技术发展路线，3GPP制定了明确的时间表。整个标准发展过程分为两个阶段，研究项目阶段和工作项目阶段。研究项目阶段预计在2006年年中结束，该阶段将主要完成对目标需求的定义，以及明确LTE的概念等；然后征集候选技术提案，并对技术提案进行评估，确定其是否符合目标需求。工作项目预计在2006年年中以前建立，并开始标准的建立。该阶段会对未来LTE的标准细节的方方面面展开讨论和起草，这个过程同以前3G标准在3GPP中的制定过程是一样的，这一过程将一直持续到2007年年中。整个过程相比3G标准的制定节奏明显加快，这也是考虑到市场的需求，随着宽带技术的不断创新，3GPP也将在最短的时间内推出最新的技术。这给运营业带来了新的机遇，更新更快的业务可以在不远的将来得以实现，甚至完全可以和有线网络相
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媲美。 演进路线 LTE长期演进是GSM阵营的现时最先进网络。 LET演进图 演进路线： GSM----->GPRS--->EDGE---->WCDMA------->HSPA----->HSPA+------->LTE长期演进 传输速度分别是： GSM：9.6Kbps GPRS：171.2Kbps EDGE：384Kbps WCDMA：384Kbps~2Mbps HSDPA：14.4Mbps/HSUPA：5.76Mbps HSDPA+：42Mbps/HSUPA+：22Mbps LTE：300Mbps 技术提案 从LTE制定的目标需求可以看出，100Mbit/s的传输能力已远不是3G所能比的，那么其使用的技术也必将有较大的提高。在方案的征集过程中有6个选项，按照双工方式可分为频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种；按照无线链路的调制方式或多址方式主要可分为码分多址(CDMA)和正交频分多址(OFDMA)两种。 技术提案的简单介绍如下： 1.FDD SC-FDMA UL、FDD OFDMA DL 该提案使用了目前频谱效率很高的正交频分复用(OFDM)技术作为下行链路的主要调制方式，实现高速数据速率传送。上行链路则采用单载波频分多址(FDMA)，主要的好处就是降低了发射终端的峰均功率比，减小了终端的体积和成本。其主要特点包括频谱带宽灵活分配、子载波序列固定、采用循环前缀对抗多径衰落和可变的传输时间间隔(TTI)等。 2.FDD UL采用OFDMA，FDD DL采用OFDMA 该提案与上一方案非常类似。所不同的主要是上行链路，这里采用的也是OFDM技术，这就要求终端能够实现比较高的峰均功率比，但数据传输效率更高。 3.FDD MC-WCDMA UL/DL 该提案实际上就是多载波的WCDMA方案，上下行采用与HSDPA/HSUPA相似的技术，例如自适应调制方式、NodeB调度、层2快速重传和快速小区切换等，然后利用多载波复用的方式提高数据速率。 - 27 -
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4.TDD UL/DL采用MC-TD-SCDMA
该提案主要由大唐公司提出，是TD-SCDMA标准的演进。其主要特点是尽可能继承TD-SCDMA的系统特点，例如相同的子信道带宽、信道结构，Space、Time、Code多域复用等，在此基础上通过多载波的方式扩展数据速率，满足LTE的需求。
5.TDD UL/DL采用OFDMA和TDD UL采用SC-FDMA，TDD DL采用OFDMA 这两种提案同前两种是非常类似的，不同的是双工方式。
以上这些提案代表了不同的背景和不同集团的利益，在最新结束的马耳他会议上，已有了最终的结果。FDD和TDD将尽量采用相同的多址技术，并且绝大多数公司支持的第一种方案将作为以后开展LTE研究的前提条件。同时中国的TD-SCDMA经过多方的不断努力，TD-SCDMA的帧结构在第一种方案中作为一个选项得以保留，并且可以在多载波的演进方面继续开展研究。
发展规划
整个标准发展过程分为研究项目(study item)和工作项目(work item)两个阶段。 研究项目阶段在2006年年中结束，该阶段将主要完成目标需求的定义，明确LTE的概念等，然后征集候选技术提案，并对技术提案进行评估，确定其是否符合目标需求。对有可能融合的提案进行讨论，甚至还可能对某些技术的优越性进行辩论，最终选择出适合未来LTE 的技术方案。实际上这是厂商实力的较量，也不乏政府在其后的影响。针对系统功能的划分、接口的定义也会在这个阶段涉及。
工作项目在2006年年中以前建立，并开始着手标准的建立。该阶段将对未来LTE标准细节的各个方面展开讨论和起草，并一直持续到2007年年中。整个过程比3G标准的制定过程节奏明显加快，这也是考虑到市场的需求。随着宽带技术的不断创新，3GPP也将在最短的时间内推出最新的技术。这给运营业带来了新的机遇，更新更快的业务可以在不远的将来得以实现，甚至完全可以和有线网络相媲美。
3GPP对LTE项目的工作大体分为两个时间段：2005年3月到2006年6月为SI(StudyItem)阶段，完成可行性研究报告;2006年6月到2007年6月为WI(WorkItem)阶段，完成核心技术的规范工作。在2007年中期完成LTE相关标准制定(3GPPR7)，在2008年或 2009年推出商用产品。就目前的进展来看，发展比计划滞后了大概3个月，但经过3GPP组织的努力，LTE的系统框架大部分已经完成。 LTE详细发展规划
LTE采用由NodeB构成的单层结构，这种结构有利于简化网络和减小延迟，实现了低时延，低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP接入网相比， LTE减少了RNC节点。名义上LTE是对3G的演进，但事实上它对3GPP的整个体系架构作了革命性的变革，逐步趋近于典型的IP宽带网结构。3GPP初步确定LTE的架构如图1所示，也叫演进型UTRAN结构(E-UTRAN)[3]。接入网主要由演进型NodeB(eNB)和接入网关 (aGW)两部分构成。aGW是一个边界节点，若将其视为核心网的一部分，则接入网主要由eNB一层构成。eNB不仅具有原来NodeB的功能外，还能完成原来RNC的大部分功能，包括物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、接入移动性管理和Inter-cellRRM等。Node B和Node
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B之间将采用网格(Mesh)方式直接互连，这也是对原有UTRAN结构的重大修改。 发展趋势
LTE是3G技术向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3G技术向4G演进的必经之路。 LTE将与WiMAX等其它无线技术竞争
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。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。
传输方案
LTE下行传输方案采用传统的带循环前缀（CP）的OFDM，每一个子载波占用15kHz，循环前缀的持续时间为4.7/16.7μs，分别对应短 CP和长CP。为了满足数据传输延迟的要求（在轻负载情况下，用户面延迟小于5ms），LTE系统必须采用很短的交织长度（TTI）和自动重传请求（ARQ）周期，因此，在3G中的10ms无线帧被分成20个同等大小的子帧，长度为0.5ms。
下行数据的调制主要采用QPSK、16QAM和64QAM这3种方式。针对广播业务，一种独特的分层调制（hierarchical modulation）方式也考虑被采用。分层调制的思想是，在应用层将一个逻辑业务分成两个数据流，一个是高优先级的基本层，另一个是低优先级的增强层。在物理层，这两个数据流分别映射到信号星座图的不同层。由于基本层数据映射后的符号距离比增强层的符号距离大，因此，基本层的数据流可以被包括远离基站和靠近基站的用户接收，而增强层的数据流只能被靠近基站的用户接收。也就是说，同一个逻辑业务可以在网络中根据信道条件的优劣提供不同等级的服务。
在目前的研究阶段，主要还是沿用R6的Turbo编码作为LTE信道编码，例如在系统性能评估中。但是，很多公司也在研究其他编码方式，并期望被引入 LTE中，如低密度奇偶校验（LDPC）码。在大数据量情况下，LDPC码可获得比Turbo码高的编码增益，在解码复杂度上也略有减小。
MIMO技术在R7中已经被引入，是WCDMA增强的一个重要特性。而在LTE中，MIMO被认为是达到用户平均吞吐量和频谱效率要求的最佳技术。下行MIMO天线的基本配置是，在基站设两个发射天线，在UE设两个接收天线，即2×2的天线配置。更高的下行配置，如4×4的MIMO也可以考虑。开环发射分集和开环MIMO在无反馈的传输中可以被应用，如下行控制信道和增强的广播多播业务。
虽然宏分集技术在3G时代扮演了相当重要的角色，但在HSDPA/HSUPA中已基本被摒弃。即便是在最初讨论过的快速小区选择（FCS）的宏分集，在实际规范中也没有定义。LTE沿用了HSDPA/HSUPA思想，即只通过链路自适应和快速重传来获得增益，而放弃了
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宏分集这种需要网络架构支持的技术。在2006年3月的RAN总会上，确认了E-UTRAN中不再包含RNC节点，因而，除广播业务外，需要“中心节点”（如RNC）进行控制的宏分集技术在LTE中不再考虑。但是对于多小区的广播业务，需要通过无线链路的软合并获得高信噪比。在OFDM系统中，软合并可以通过信号到达UE天线的时刻都处于CP窗之内的RF合并来实现，这种合并不需要UE有任何操作。
上行传输方案采用带循环前缀的SC-FDMA，使用DFT获得频域信号，然后插入零符号进行扩频，扩频信号再通过IFFT。这个过程简写为DFT-SOFDM。这样做的目的是，上行用户间能在频域相互正交，以及在接收机一侧得到有效的频域均衡。
子载波映射决定了哪一部分频谱资源被用来传输上行数据，而其他部分则被插入若干个零值。频谱资源的分配有两种方式：一是局部式传输，即DFT的输出映射到连续的子载波上；另一个是分布式传输，即DFT的输出映射到离散的子载波上。相对于前者，分布式传输可以获得额外的频率分集。上行调制主要采用π/2 位移BPSK、QPSK、8PSK和16QAM。同下行一样，上行信道编码还是沿用R6的Turbo编码。其他方式的前向纠错编码正在研究之中。
上行单用户MIMO天线的基本配置，也是在UE有两个发射天线，在基站有两个接收天线。在上行传输中，一种特殊的被称为虚拟（Virtual） MIMO的技术在LTE中被采纳。通常是2×2的虚拟MIMO，两个UE各自有一个发射天线，并共享相同的时—频域资源。这些UE采用相互正交的参考信号图谱，以简化基站的处理。从UE的角度看，2×2虚拟MIMO与单天线传输的不同之处，仅仅在于参考信号图谱的使用必须与其他UE配对。但从基站的角度看，确实是一个2×2的MIMO系统，接收机可以对这两个UE发送的信号进行联合检测。
物理层技术
在基本的物理层技术中，E-Node B调度、链路自适应和混合ARQ（HARQ）继承了HSDPA的策略，以适应基于数据包的快速数据传输。
对于下行的非MBMS业务，E-Node B调度器在特定时刻给特定UE动态地分配特定的时—频域资源。下行控制信令通知分配给UE何种资源及其对应的传输格式。调度器可以即时地从多个可选方案中选择最好的复用策略，例如子载波资源的分配和复用。这种选择资源块和确定如何复用UE的灵活性，可以极大地影响可获得的调度性能。调度和链路自适应以及 HARQ的关系非常密切，因为这3者的操作是在一起进行的。决定如何分配和复用方式的依据包括以下一些：QoS参数、在E-Node B中准备调度的数据量、UE报告的信道质量指示（CQI）、UE能力、系统参数如带宽和干扰水平，等等。
链路自适应即自适应调制编码，可以在共享信道上应用不同的调制编码方式适应不同的信道变化，获得最大的传输效率。将编码和调制方式变化组合成一个列表，E-Node B根据UE的反馈和其他一些参考数据，在列表中选择一个调制速率和编码方式，应用于层2的协议数据单元，并映射到调度分配的资源块上。上行链路自适应用于保证每个UE的最小传输性能，如数据速率、误包率和响应时间，而获得最大化的系统吞吐量。上行链路自适应可以结合自适应传输带宽、功率控制和自适应调制编码的应用，分别对频率资源、干扰水平和频
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