3G LTE

chanchanliushui

LTE的研究，包含了一些普遍认为很重要的部分，如等待时间的减少、更高的用户数据速率、系统容量和覆盖的改善以及运营成本的降低。为了达到这些目标，无线接口和无线网络架构的演进同样重要。考虑到需要提供比3G更高的数据速率，和未来可能分配的频谱，LTE需要支持高于5MHz的传输带宽。
E-UTRA和E-UTRAN要求
UTRA和UTRAN演进的目标，是建立一个能获得高传输速率、低等待时间、基于包优化的可演进的无线接入架构。3GPP LTE正在制定的无线接口和无线接入网架构演进技术主要包括如下内容：
（1）明显增加峰值数据速率。如在20MHz带宽上达到100Mbit/s的下行传输速率（5bit/s/Hz）、50Mbit/s的上行传输速率（2.5bit/s/Hz）。
（2）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。
（3）明显提高频谱效率。如2~4倍的R6频谱效率。
（4）无线接入网（UE到E-Node B用户面）延迟时间低于10ms。
（5）明显降低控制面等待时间，低于100ms。
（6）带宽等级为：a）5、10、20MHz和可能取的15MHz；b）1.25、1.6和2.5MHz，以适应窄带频谱的分配。
（7）支持与已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。
（8）支持进一步增强的MBMS。
上述演进目标涉及到系统的能力和系统的性能，是LTE研究中最重要的部分，也是E-UTRA和E-UTRAN保持最强竞争力的根本。
在LTE中，还规范了一些其他要求，如与配置相关的要求、E-UTRAN架构和移植要求、无线资源管理要求、复杂性要求、成本相关要求和业务相关要求。
与其他无线接入方式相比，高频谱效率、广域覆盖和支持用户高速移动是E-UTRAN系统的主要特点。在E-UTRAN中，当移动速率为15~120km/h时，能获得最高的数据传输性能。E-UTRAN支持在蜂窝之间120~350km/h甚至高达500km/h的移动速率。在整个速率范围内，R6中CS域的语音和其他实时业务在E-UTRAN中通过PS域来支持，并要求至少获得与UTRAN相同的性能。
LTE物理层方案和技术
在LTE层1方案征集过程中，有6个选项在3GPP RAN1工作组中被评估。它们是：
（1）FDD，上行采用单载波FDMA（SC-FDMA），下行采用OFDMA。
（2）FDD，上行下行都采用OFDMA。
（3）FDD，上行下行都采用多载波WCDMA（MC-WCDMA）。
（4）TDD，上行下行都采用多载波时分同步CDMA（MC-TD-SCDMA）。
（5）TDD，上行下行都采用OFDMA。
（6）TDD，上行采用单载波FDMA（SC-FDMA），下行采用OFDMA。
在上述方案中，按照双工方式可分为频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两类；按照无线链路多址方式主要可分为码分多址（CDMA）和正交频分多址（OFDMA）两类。
针对5MHz频谱做系统级的初步评估，采用CDMA的系统与采用OFDM的系统，在提升频谱效率方面表现相似。如果采用CDMA演进途径，则有利于系统从前期UTRA版本平滑升级，可以广泛地重用物理层。如果采用OFDMA，一个完全脱离以往设计约束的全新层1结构，则有利于系统在设计参量上做出灵活和自由的选择，更容易实现E-UTRA定义的一些目标，如等待时间、最小带宽间隔以及在不同双工模式下的公平性等；同时，对于用户接收机来说，针对OFDMA空中接口的处理相对简单，在更大带宽和高阶多输入多输出（MIMO）配置情况下可以降低终端的复杂性。
综合上述因素，当然也经过激烈的讨论和艰苦的融合，在2005年12月召开的TSG RAN第30次全会上，最终决定LTE可行性研究将集中在下行OFDMA和上行SC-FDMA上。这也意味着OFDM技术在3GPP LTE中获得了胜利。这一结果一方面出于纯技术的考虑，即在下行链路采用频谱效率很高的OFDMA作为调制方式，在上行链路采用SC-FDMA，可以降低发射终端的峰均功率比，减小终端的体积和成本；另一方面也是为了摆脱自3G以来高通公司独掌CDMA核心专利的制约。
基本物理层传输方案
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。

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