LTE技术分析.docx
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LTE技术分析
LongTermEvolution（LTE）
目录
·LTE发展概况
·LTE标准发展
·LTE协议栈
·LTE关键技术
·LTE产业发展
LTE发展概况
·LTE是指3GPP长期演进（LongTermEvolution）
·LTE是3.9G的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术
·为了满足未来业务需求和保证在更长的时间范围内保持竞争领先，
3GPP于04年底启动无线接入技术的长期演进（LTE）计划
·LTE演进项目主要目标包括了降低端到端的延时、更高的数据传输速
率、改善系统容量和覆盖、降低运营成本等
·按照双工方式可分为频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种
·其中TDDLTE即为中国的3G标准TD-SCDMA的演进TD-LTE
·3GPP还开展了一项平行研究：
即系统架构演进（SAE），来展示核心
网络的演进要点。
这是一个基于IP的扁平网络体系结构，旨在简化网络
操作，确保平稳、有效地部署网络
LTE发展概况—移动通信技术的演进与融合
·4G标准主要可以分成WIMAX802.16m和LTE-Advanced两大体系，而LTE-
Advanced下又细分成TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advanced两条分支，最
终4G标准出炉可能就是采用上述框架
LTE成为移动通信技术演进的主流方向
LTE发展概况—LTE网络架构
·E-UTRAN中只有一种网元—eNodeB
·EPC—演进分组核心网
·EPS—演进分组系统
LTE发展概况—LTE网络架构
·整个系统由核心网络（EPC）、无线接入网络（E-UTRAN）和用户设
备（UE）3部分组成
·系统支持FDD和TDD两种双工方式，并对传统UMTS网络架构进行了
优化
·无线接入网仅包含eNodeB，不再有RNC；EPC也做了较大的简化。
这使得整个系统呈现扁平化特性
·系统的扁平化设计使得接口也得到简化。
其中eNodeB与EPC通过S1
接口连接；eNodeB之间通过X2接口连接；eNodeB与UE通过Uu接
口连接
LTE标准发展—相关标准组织
功能需求
标准制定
PCG
TSGGERAN
TSGRAN
TSGSA
TSGCT
技术验证
LTE标准发展—相关标准组织
·NGMN：
即NextGenerationMobileNetwork，成立于2006年9月，
由中国移动、英国Vodafone和Orange、日本NTTDoCoMo、德国T-
Mobile、荷兰KPN、美国Sprint等全球六大电信运营商共同成立，旨
在推动下一代移动网络技术发展
–以运营商为主导，研究可在2010～2020年商用的下一代移动网络的需求，制
定未来宽带移动网络的系统性能目标、功能要求和演进方式，为相关标准化
组织、设备制造商开展下一代移动网络的标准化和产品开发提供明确指导
·3GPP：
即The3rdGenerationPartnershipProject
–负责制订3G及LTE等国际标准
·LSTI：
即LTE/SAETrialInitiative，是一个由网络设备商和运营商推动
成立的开放性组织，成立于2007年5月
–以运营商为主导，研究可在2010～2020年商用的下一代移动网络的需求，制
定未来宽带移动网络的系统性能目标、功能要求和演进方式，为相关标准化
组织、设备制造商开展下一代移动网络的标准化和产品开发提供明确指导
LTE标准发展
·2004年11月，在加拿大魁北克举办的3GPP会议上,决定开始3G系统的
长期演进（LTE）的研究项目
·2006年6月，LTE的可行性研究阶段基本结束,规范制定阶段开始启动
·LTE规范在2009年3月发布第一版（Release8）
–定义了LTE的基本功能
·2010年3月发布第二版（Release9）
–主要完善了LTE家庭基站、管理和安全方面的性能，以及LTE微微基站和自组
织管理功能
·Release10即LTE-Advanced，已提交ITU作为4G标准，预计2011年3
月完成（包括FDD和TDD）
LTE标准发展—TD-LTE
·2005年6月，在法国召开的3GPP会议上,大唐移动联合国内厂家，提出
了基于OFDM的TDD演进模式的方案
·2005年11月,在汉城举行的3GPP工作组会议通过了大唐移动主导的针
对TD-SCDMA后续演进的LTETDD技术提案
·2007年，我国成立IMT-Advanced（4G）推进组，并且在我国主导和全球
主要运营商和制造商的支持下，半年内将3GPP的两种LTETDD标准融
合为TD-LTE
·2010年10月，ITU确定LTE-Advanced和802.16m为4G候选国际标准
，其中，包含我国提交的TD-LTE-Advanced
·TD-LTE和FDDLTE标准制定进度一致
LTE标准发展—基础版本（Release8）标准化历程
LTE标准发展—TD-LTE版本演进
TD-LTE与LTEFDD标准化同步，为产业融合发展打下了良好基础
LTE协议栈—分层结构
LTE协议栈
LTE协议栈—用户平面协议结构
LTE协议栈—控制平面协议结构
LTE关键技术—LTE基本要求
·峰值速率
–下行峰值速率：
100Mb/s（20MHz带宽）
–上行峰值速率：
50Mb/s（20MHz带宽）
·提高的频谱效率
–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
·更小的延迟
–用户设备UE/无线接入网的IP层和无线接入网/UE的IP层之间一个数据包的单向传输时
间小于5ms
–在控制平面的延迟也进一步减小，从附着状态到激活状态的转换时间小于100ms
·移动性
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对于低速0至15km/h环境，系统提供最优性能
对于中速15至120km/h环境，系统提供较好的性能
对于高速120km/hto350km/h环境，系统保证通话能力
也考虑高达500km/h环境中的传输
·覆盖范围
–一般情况，小区半径5km,满足所有的性能要求
–小区半径30km时，允许少许性能损失，但仍能提供常规服务
–也考虑小区半径高达100km的情况
LTE关键技术—LTE基本要求
·支持灵活带宽配置
–支持六种带宽配置：
1.4MHz,3MHz,5MHz,10MHz,15MHz及20MHz
–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
（FDD和TDD模式）
·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
·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
·可容纳用户能力
–带宽5MHz时，每小区至少同时支持200个active的用户
·增加了小区边界比特速率
·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，主要体现在：
高数据速率、分组传送、
延迟降低、广域覆盖和向下兼容
LTE关键技术
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LTE根据双工方式的不同,分为FDD和TDD两种模式
LTE多址技术下行采用OFDMA，上行采用SC-FDMA
多天线技术：
MIMO
高阶调制
链路自适应技术—AMC（自适应调制编码）
HARQ（混合自动请求重传）
快速MAC调度技术
简化的网络架构,采用扁平化全IP网络架构,减少系统时延
频谱利用率相对于3G提高2-3倍，5MHz带宽内至少支持200用户
其中最主要的创新在于：
–频分多址系统
–MIMO
–扁平网络
LTE关键技术
·创新一：
频分多址系统
–下行OFDM：
用户在一定时间内独享一段带宽
–上行SC-FDMA：
具有单载波特性的改进OFDM系统（低峰均比）
·创新二：
MIMO（多天线技术）
–下行MIMO：
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发射分集：
改善覆盖（大间距天线阵）
空间复用：
提高峰值速率和系统容量
波束赋形：
改善覆盖（小间距天线阵）
空间多址：
提高用户容量和系统容量
–上行MIMO：
·空间多址：
提高用户容量和系统容量
·创新三：
扁平网络
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取消RNC（中央控制节点），只保留一层RAN节点——eNodeB
eNodeB和核心网采用基于IP路由的灵活多重连接——S1-flex接口
相邻eNodeB采用Mesh连接——X2接口
扁平化，可扩展
更短TTI:
1ms（2msforHSPA）.回程基于IP/MPLS传输。
适用IMS，VoIP，SIP
LTE关键技术—OFDM
·LTE中传输技术采用OFDM调制技术，其原理是将高速数据流通过串并变换，
分配到传输速率较低的若干个相互正交的子信道中进行并行传输。
由于每个子
信道中的符号周期会相对增加，因此可以减轻由无线信道的多径时延扩展产生
的时间弥散性对系统造成的影响
·LTE定义了长短两套循环前缀（CP）方案，根据具体的使用场景进行选择；短
CP方案为基本项，长CP方案用于支持LTE系统中大范围覆盖和多小区广播业
务
·LTE规定了下行采用OFDMA，上行采用SC-FDMA的多址方案
–保证了使用不同频谱资源用户间的正交性
–OFDMA中一个传输符号包括并行传输的M个正交的子载波，而在SC-FDMA机制中M个
正交子载波以串行方式进行传输，降低了信号较大的幅度波动，降低了峰均比
–为了保证上行多用户之间的正交性，要求各用户的上行信号在CP长度的误差范围之内
同时到达eNodeB，因此eNodeB需要根据用户远近位置来调整各用户的发射时间。
·LTE系统对OFDM子载波的调度方式也更加灵活，具有集中式和分布式两种，
并灵活地在这两种方式间相互转化。
上行除了采用这种调度机制之外，还可以
采用竞争（Contention）机制
LTE关键技术—OFDM
OFDM系统框图
OFDM调制的各个子载波信号在频域上正交
LTE关键技术—OFDM
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·
SC-FDMA即DFT-spreadOFDMA
峰均比小于OFDMA，有利于提高功放效率
易于实现频域的低复杂度的高效均衡器
易于对FDMA采用灵活的带宽分配
SC-FDMA系统框图
LTE关键技术—MIMO
·MIMO即多输入多输出（MultipleInputMultipleOutput），是一种多
天线技术
·充分地利用MIMO能够大幅度地提高系统容量、获得相当高的频谱利用
率，从而可以获得更高的数据率、更好的传输品质或更大的系统覆盖范
围
–阵列增益：
可以提高发射功率和进行波束形成
–系统的分集特性：
可以改善信道衰落造成的干扰
–系统的空间复用增益：
可以构造空间正交的信道，从而成倍地增加数据率
·LTE系统分别支持适应于宏小区、微小区、热点等各种环境的MIMO技
术。
基本的MIMO模型是下行2×2，上行1×2天线阵列，LTE发展后
期会支持4×4的天线配置
LTE关键技术—MIMO
·MIMO技术主要可以分为：
–空间分集（SpatialDiversity）
·利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，发射或接收一个数据
流，避免单个信道衰落对整个链路的影响
–空分复用（SpatialMultiplexing）
·利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向一个终端/基站并行
发射多个数据流，以提高链路容量（峰值速率）。
LTE关键技术—MIMO
–波束赋形（Beamforming）
·利用较小间距的天线阵元之间的相关性，通过阵元发射的波之间形成干涉，集中能
量于某个（或某些）特定方向上，形成波束，从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果
–空分多址（SDMA）
·利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向多个终端并向发射数
据流，或从多个终端并行接收数据流，以提高用户容量
·又可以称为多用户MIMO（MU-MIMO），相对单用户MIMO（SU-MIMO），空分
多址可以获得更大的多用户分集增益，也更适合于用户数量较多，数据率较低的情
况（如提高VoIP用户容量）
LTE关键技术—MIMO
·LTE系统中采用的MIMO技术
–发射分集（下行）：
·2天线：
SFBC
·4天线：
SFBC+FSTD
–空间复用（下行）：
单用户MIMO（SU-MIMO）
·开环空间复用：
大延迟CDD
·闭环空间复用：
自适应预编码（码本）
·最多4个层，2个码字
–波束赋形（下行）：
非码本预编码
·主要用于TD-LTE
·单层（R9会扩展到2层，R10（LTE-Advanced）会扩展到多层）
–空间多址（上行、下行）：
多用户MIMO（MU-MIMO）
·其中下行的MIMO模式（波束成行，发射分集和空间复用）适用于不同的信噪
比条件并可以相互转化
–波束成型和发射分集适用于信噪比条件不高的场景中，用于小区边缘用户有利于提高
小区的覆盖范围
–空间复用模式适用于信噪比较高的场景中，用于提高用户的峰值速率
·7种传输模式（TransmissionMode）
·3种反馈：
CQI、RI、PMI
LTE关键技术—扁平网络
·分组域向EPC演进，EPC节点少，架构扁平，具有高吞吐率和低时延的优点
·LTE驱动无线接入网和核心网彻底转型全IP网络
LTE关键技术—扁平网络
·接入网中原RNC的大部分功能下放到eNodeB，E-UTRAN中只有一种网元—eNodeB
LTE产业发展
·2009年8月，TD-LTE国内完成了6个厂家概念试验（P0C），测试结果提
交LSTI。
随后的9月份启动TD-LTE技术试验
·2009年10月，中国移动首次进行了TD-LTE的外场测试
·2010年3月，TD-LTE第一阶段外场测试完成
·2010年4月，中国移动承建的全球首个TD-LTE演示网络在上海开通,成
为上海世博会上的一大亮点
·2010年10月，ITU（国际电信联盟）确定我国提交的的TD—LTE—
Advanced技术天正式成为IMT—Advanced（4G）国际标准
·2010年12月，全球首个双频ＬＴＥ（4Ｇ）商用网络日前在香港正式商用
。
该网络由香港运营商ＣＳＬ和中兴通讯合力建设
·2011年1月，工信部召开会议正式宣布启动TD-LTE规模技术试验,该试
验于上海、深圳、广州、南京、厦门、杭州六城市进行
LTE产业发展—TD-LTE产业测试进展
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