4G网络lte技术.docx

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4G网络lte技术

第一课熟悉4GLTE

4G就是第四代移动通信系统，第四代移动通信系统可称为广带接入和散布式网络，其网络结构将是一个采用全IP的网络结构。

4G网络采用许多关键技术来支撑，包括正交频分复用技术（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM）,多载波调制技术，自适应调制和编码（AdaptiveModulationandCoding,AMC）技术，MIMO和智能天线技术，基于IP的核心网，软件无线电技术一件网络优化和安全性等。

另外，为了与传统的网络互联需要用网关成立网络的互联，所以4G将是一个复杂的多协议网络。

第四代移动通信系统具有如下特征：

1.传输速度更快：

对于大范围高速移动用户（250km/h）数据速度为2Mbps;对于中速移动用户（60km/h）数据速度为20Mbps;对于低速移动用户（室内或步行者），数据速度为100Mbps.

2.频谱利用效率更高：

4G在开发和研制过程中使用和引用许多功能强大的突破性技术，无线频谱的利用比第二代和第三代系统有效的多，而且速度相当的快，下载速率可达到5~10Mbps;

3.网络频谱更宽：

每个4G信道将会占用100MHz或是更多的带宽，而3G网络的带宽则在5~20MHz之间；

4.容量更大：

4G未来采用新的网络技术（如空分多址技术）来极大地提高系统容量，以知足未来大信息量的需求。

5.灵活性更强：

4G系统采用智能技术，可自适应地进行资源分派，采用智能信号处置技术对信道条件不同的各类复杂环境进行信号的正常收发。

另外，用户将利用各式各样的设备接入到4G系统；

6.实现更高质量的多媒体通信：

4G网络的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信息透过宽频信道传送出去，让用户能够在任何时刻、任何地址接入到系统中，因此4G也是一种实时的宽带的和无缝覆盖的多媒体通信。

7.兼容性更光滑：

4G系统应具有全世界漫游，接口开放，能跟多种网络互联，终端多样化和能从第二代平稳过渡等特点。

LTElongTermEvolution

3GPP长期演进

3GPP长期演进（LTE,LongTermEvolution）项目是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，这种以OFDM/FDMA为核心的技术能够被看做‘准4G技术或’。

3GPPLTE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的峰值速度；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刻低于50ms,从驻留状态到激活状态的迁移时刻小于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，并可灵活配置到20MHz多种带宽。

LTE（LongTermEvolution）是新一代宽带无线移动通信系统。

与3G采用的CDMA技术不同，LTE和OFDM（正交频分多址）和MIMO（多输入多输出天线）技术为基础，频谱效率是3G增强技术的2~3倍。

LTE包括FDD和TDD两种制式。

LTE的增强技术（LTE-Advance）是国际电联认可的第四代移动通信标准。

正因为LTE技术的整体设计超级适合承载移动互联网业务，因此运营商都超级关注LTE，并已成为全世界运营商网络演进主流技术。

LTE的频段：

FDD-LTE主流频段为及低频段700M/800M.

TD-LTE主流频段为.

中国政府宣布将2500-2690MHz共190MHz的频谱资源全数划分给TDD.

无线蜂窝制式

GSM

CDMA

下行速率

236Kbps

153kbps

上行速率

118kbps

153kbps

无线蜂窝制式

CDMA2000

（EVDORA）

TD-SCDMA

（HSPA）

上行速率

下行速率

无线蜂窝制式

TD-LTE

FDD-LTE

下行速率

100Mbps

150Mbps

上行速率

50Mbps

40Mbps

TD-LTE和FDD-LTE技术简介，全世界进展概况

TDD-LTE与FDD-LTE的介绍与区别

TDD-LTE与FDD-LTE别离是4G两种不同的制式，一个是时分一个是频分，简单来讲，TDD-LTE上下行在同一个频点的时隙分派；FDD-LTE上下行通过不同的频点区分。

TDD（TimeDivisionDuplexing）时分双工技术，在移动通信技术利用的双工技术之一，与FDD相对应。

　　在TDD模式的移动通信系统中，基站到移动台之间的上行和下行通信利用同一频率信道（即载波）的不同时隙，历时刻来分离接收和传送信道，某个时刻段由基站发送信号给移动台，另外的时刻由移动台发送信号给基站。

基站和移动台之间必需协同一致才能顺利工作。

TD-LTE上行理论速度为50Mbps，下行理论速度为100Mbps.

FDD模式的特点是在分离的两个对称频率信道上，进行接收和传送，用保证频段来分离接收和传送信道。

LTE系统中上下行频率距离能够达到190MHz。

FDD（频分双工）是该技术支援的两种双工模式之一，应用FDD（频分双工）式的LTE即为FDD-LTE。

由于无线技术的不同、利用频段的不同和各个厂家的利益等因素，FDD-LTE的标准化与产业进展都领先于TDD-LTE。

FDD-LTE已成为当前世界上采用的国家及地域最普遍的，终端种类最丰硕的一种4G标准。

FDD-LTE上行理论速度为40Mbps，下行理论速度为150Mbps.

FDD与TDD工作原理

频分双工（FDD）和时分双工（TDD）是两种不同的双工方式。

如图1所示，FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。

FDD必需采用成对的频率，依托频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时刻上是持续的。

FDD在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。

TDD历时刻来分离接收和发送信道。

在TDD方式的移动通信系统中,接收和发送利用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载,其单方向的资源在时刻上是不持续的，时刻资源在两个方向上进行了分派。

某个时刻段由基站发送信号给移动台，另外的时刻由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必需协同一致才能顺利工作。

图：

FDD和TDD的工作原理

TDD双工方式的工作特点使TDD具有如下优势：

（1）能够灵活配置频率，利用FDD系统不易利用的零散频段；

（2）

（2）可以通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，能够很好的支持非

对称业务；

（3）具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低

了设备本钱；

（4）接收上下行数据时，不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低了设

备的复杂度；

（5）具有上下行信道互惠性，能够更好的采用传输预处理技术，如预RAKE技

术、联合传输（JT）技术、智能天线技术等,能有效地降低移动终端的处置

复杂性。

可是，TDD双工方式相较于FDD，也存在明显的不足：

（1）由于TDD方式的时刻资源别离分给了上行和下行，因此TDD方式的发射时

间大约只有FDD的一半，若是TDD要发送和FDD一样多的数据，就要增大

TDD的发送功率；

（2）TDD系统上行受限，因此TDD基站的覆盖范围明显小于FDD基站；

（3）TDD系统收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间存在干扰；

（4）为了避免与其他无线系统之间的干扰，TDD需要预留较大的保护带，影响

了整体频谱利用效率。

利用TDD和FDD技术在LTE应用上的好坏

（1）利用TDD技术时，只要基站和移动台之间的上下行时刻距离不大，小于信道相干时刻，就可以够比较简单的按照对方的信号估量信道特征。

而对于一般的FDD技术，一般的上下行频率距离远远大于信道相干带宽，几乎无法利用上行信号估量下行，也无法用下行信号估量上行；这一特点使得TDD方式的移动通信体制在功率控制和智能天线技术的利用方面有明显的优势。

但也是因为这一点，TDD系统的覆盖范围半径要小，由于上下行时刻距离的缘故，基站覆盖半径明显小于FDD基站。

不然，小区边缘的用户信号抵达基站时会不能同步。

（2）TDD技术能够灵活的设置上行和下行转换时刻，用于实现不对称的上行和下行业务带宽，有利于实现明显上下行不对称的互联网业务。

可是，这种转换时刻的设置必需与相邻基站协同进行。

（3）与FDD相较，TDD能够利用零碎的频段，因为上下行由时刻区别，没必要要求带宽对称的频段。

（4）TDD技术不需要收发隔离器，只需要一个开关即可。

（5）移动台移动速度受限制。

在高速移动时，多普勒效应会致使快衰落，速度越高，衰落变换频率越高，衰落深度越深，因此必需要求移动速度不能太高。

例如在利用了TDD的TD-SCDMA系统中，在目前芯片处置速度和算法的基础上，当数据率为144kb/s时，TDD的最大移动速度可达250km/h，与FDD系统相较，还有必然差距。

一般TDD移动台的移动速度只能达到FDD移动台的一半乃至更低。

（6）发射功率受限。

若是TDD要发送和FDD一样多的数据，可是发射时刻只有FDD的大约一半，这要求TDD的发送功率要大。

固然同时也需要加倍复杂的网络计划和优化技术。

TD-LTE和FDD-LTE在全世界的进展概况

频分双工（FrequencyDivisionDuplexing,FDD）和时分双工（TimeDivisionDuplexing,TDD）两种方式，但由于无线技术的不同、利用频段的不同和各个厂家的利益等因素，LTEFDD支持阵营加倍壮大，标准化与产业进展都领先于LTETDD。

截至2013年3月份，全世界125个国家共计412个运营商投资建设LTE网络。

67个国家的156个电信运营商已商用LTE网络。

其中商用的TDD网络共有14个。

截至2013年3月份，全世界已商用的FDDLTE网络为149个。

其中主流频段为及低频段700MHz、800MHz。

到2013年3月，全世界共有14个TD-LTE商用网络。

其中主流频段为。

截至2013年3月份，全世界97个厂家共发布了821款LTE终端产品，比去年同期增加54%，其中智能电话增加速度最快，是去年同期的4倍，现已有261款。

TDD模式的终端共166款。

目前，LTE用户进展较好的主要为美日韩运营商，其初期组网带宽大体为20MHz或10MHz。

第二课Lte关键技术OFD

今天进入LTE的关键技术，OFDM，及OFDM与CDMA的比较什么是OFDM？

大体原理和应用

OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCMMulti-CarrierModulation，多载波调制的一种。

其主要思想是：

将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每一个子信道上进行传输。

正交信号能够通过在接收端采用相关技术来分开，如此能够减少子信道之间的彼此干扰ICI。

每一个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每一个子信道上的能够看成平坦性衰落，从而能够消除符号间干扰。

而且由于每一个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部份，信道均衡变得相对容易。

以下一段节选自MSCBSC论坛会员bbgoal的《白话LTE关键技术》，对OFDM的描述超级通俗易懂：

OFDM那个技术说的很玄乎，其实在WIMAX和WIFI里早就利用了，我以前就说过OFDM并非比CDMA的频谱利用率更高，可是他的优势是大宽带的支持更简单更合理，而且配合mimo更好。

举个例子，CDMA是一个班级，又说中文又说英文，若是大家音量控制的好的话，虽然是一个频率可是能够达到互不干扰，所以的带宽能够实现的速度。

而OFDMA则能够想象成上海的高架桥，10米宽的路，上面架设一个5米宽的高架，实际上道路的通行面积就是15米，如此虽然我水平路面不增加可是能够通行的车辆增加了。

而OFDM也是利用那个技术，利用傅里叶快速变换导入正交序列，相当于在有限的带宽里架设了N个高架桥，目前是一个ofdm信号的前半个频率和上一个频点的信号复用，后半个频率和后一个频点的信号复用。

那信号频率重叠了怎么区分，很简单，OFDM，O就是正交的意思，正交就是能保证唯一性，举例子，A和B重叠，可是A*a+B*b，a和b是不同的正交序列,若是我要从同一个频率中只获取A，那么通过计算，（A*a+B*b）*a=A*a*a+B*b*a=A+0=A（因为正交，a*a=1，a*b=0）。

所以OFDMA是允许频率重叠的，乃至理论上能够重叠到无穷，可是为了增加解调的容易性，目前LTE支持OFDM重叠波长的一半。

正交频分复用技术，多载波调制的一种。

将一个宽频信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每一个子信道上进行传输。

在传统FDM系统中，为了避免各子载波间的干扰，相邻载波之间需要较大的保护频带，频谱效率较低。

OFDM系统允许各子载波之间紧密相临，乃至部份重合，通过正交复用方式避免频率间干扰，降低了保护距离的要求，从而实现很高的频率效率。

什么是正交？

正交频分复用技术，频分复用大家都熟悉，但什么是正交呢？

以下来自论坛会员Libin的投稿：

载波技术：

多载波技术就是在原来的频带上划分更多的子载波，有人会提出载波划得太细会产生干扰，为了避免这种干扰，两个子载波采用正交，每两个子载波是正交关系避免干扰。

这就像双绞线一样。

如此一是避免了2个子载波间的干扰，在下一个子载波间也有了必然的距离距离。

解释下什么是正交就是两个波形正好差半个周期。

多个窄带子载波，并使其相耳珊交，任一个子载波都能够单独或成组地传输独立的信息流;OFDMA技术则利用有效带宽的细分在多用户间共享子载波。

多载波的有点有以下几个方面

1）能够在不改变系统大体参数或设备设计的情形下利用不同的频谱带宽。

频谱利用率高。

就是一个能当两个用

2）可变带宽的传输资源能够在频域内自由调度，分派给不同的用户。

3）为软频率复用和小区间的干扰协调提供便利。

OFDM技术的进展：

OFDM这种技术是HPA联盟（HomePlugPowerlineAlliance）工业规范的基础，它采用一种不持续的多音调技术，将被称为载波的不同频率中的大量信号归并成单一的信号，从而完成信号传送。

由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，因此常常会被利用在容易受外界干扰或抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。

其实，OFDM并非是现在进展起来的新技术，OFDM技术的应用已有近40年的历史，主要用于军用的无线高频通信系统。

可是，一个OFDM系统的结构超级复杂，从而限制了其进一步推行。

直到上世纪70年代，人们采用离散傅立叶变换来实现多个载波的调制，简化了系统结构，使得OFDM技术更趋于实用化。

80年代，人们研究如何将OFDM技术应用于高速MODEM。

进入90年代以来，OFDM技术的研究深切到无线调频信道上的宽带数据传输。

目前OFDM技术已经被普遍应用于广播式的音频、视频领域和民用通信系统，主要的应用包括：

非对称的数字用户环路（ADSL）、ETSI标准的数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清楚度电视（HDTV）、无线局域网（WLAN）等。

在向B3G/4G演进的进程中，OFDM是关键的技术之一，能够结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制和智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。

包括以下类型：

V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多带-OFDM。

OFDM中的各个载波是彼此正交的，每一个载波在一个符号时刻内有整数个载波周期，每一个载波的频谱零点和相邻载波的零点重叠，如此便减小了载波间的干扰。

由于载波间有部份重叠，所以它比传统的FDMA提高了频带利用率。

在OFDM传播进程中，高速信息数据流通过串并变换，分派到速度相对较低的若干子信道中传输，每一个子信道中的符号周期相对增加，如此可减少因无线信道多径时延扩展所产生的时刻弥散性对系统造成的码间干扰。

另外，由于引入保护距离，在保护距离大于最大多径时延扩展的情形下，能够最大限度地消除多径带来的符号间干扰。

若是用循环前缀作为保护距离，还可避免多径带来的信道间干扰。

OFDM与CDMA等技术比较

说到OFDM技术，一般都会提及到CDMA技术做比较。

OFDM技术的出现，其实应该是早于CDMA技术的，只是那时受到了硬件的局限，让OFDM技术显得有点不合实际，所以才会基于那时的硬件进展状况，进展出CDMA技术。

移动通信系统中常见的多址技术包括频分多址（FrequencyDivisionMultipleAccess，、FDMA）、时分多址（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA）、码分多址（CodeDivisionMultipleAccess，CDMA）、空分多址（SpaceDivisionMultipleAccess，SDMA）。

FDMA是以不同的频率信道实现通信。

TDMA是以不同的时隙实现通信。

CDMA是以不同的代码序列来实现通信的。

SDMA是以不同方位信息实现多址通信。

频分多址

时分多址

码分多址

正交频分多址

OFDM将传输频宽分割成多个窄频宽的子通道，同时利用多个载波来载送讯息，由于讯息资料被平均分派于各个子通道同时传送，有效降低每一个子通道之实质资料量与传送速度，因此具有良好频谱利用效率及绝佳多重路径损耗（multipathfading）之免疫力。

CDMA是一种分码多工扩频（SpreadSpectrum）技术，将原始窄频讯息以拟真杂讯乱码（Pseudorandomnoisecode）扩展成宽频讯号，所有利用者资讯在同一频道同时收送资料，因此有效的增进频谱利用效益。

更由于将传送讯息隐藏于杂讯中，故具有高隐密性，不易被侦搜之特性。

对于单蜂窝或多蜂窝的环境,OFDM性能远优于CDMA。

在单蜂窝的环境下，OFDM可允许同时通话的用户数为CDMA的2至10倍。

对于多蜂窝环境，OFDM可允许同时通话的用户数为CDMA的至4倍。

OFDM和CDMA在用户容量上的不同主要在于是不是利用了蜂窝分区（cellsectorization）和语音激活检测技术（voiceactivitydetection）。

如：

用的带宽和s的用户数据率时，CDMA在单蜂窝系统中性能较差，在每一个蜂窝（cell）中仅允许7～16个用户同时通话,而对于OFDM系统则能够达到128个用户。

这种CDMA的低蜂窝容量是由于在反向传输链接中利用非正交码致使了较高的用户间干扰造成的。

CDMA技术是基于扩频通信理论的调制和多址连接技术。

OFDM技术属于多载波调制技术，它的大体思想是将信道分成许多正交子信道，在每一个子信道上利用一个子载波进行调制，而且各个子载波并行传输。

OFDM和CDMA技术各有利弊。

CDMA具有众所周知的长处，而采用多种新技术的OFDM也表现出了良好的网络结构可扩展性、更高的频谱利用率、更灵活的调制方式和抗多径干扰能力。

下面主要从调制技术、峰均功率比、抗窄带干扰能力等角度分析这两种技术在性能上的具体不同。

CDMA技术是基于扩频通信理论的调制和多址连接技术。

OFDM技术属于多载波调制技术，它的大体思想是将信道分成许多正交子信道，在每一个子信道上利用一个子载波进行调制，而且各个子载波并行传输。

OFDM和CDMA技术各有利弊。

CDMA具有众所周知的长处，而采用多种新技术的OFDM也表现出了良好的网络结构可扩展性、更高的频谱利用率、更灵活的调制方式和抗多径干扰能力。

下面主要从调制技术、峰均功率比、抗窄带干扰能力等角度分析这两种技术在性能上的具体不同。

——调制技术。

一般来讲，无线系统中频谱效率能够通过采用16QAM（正交幅度调制）、64QAM乃至更高阶的调制方式取得提高，而且一个好的通信系统应该在频谱效率和误码率之间取得最佳平衡。

在CDMA系统中，下行链路可支持多种调制，但每条链路的符号调制方式必需相同，而上行链路却不支持多种调制，这就使得CDMA系统丧失了必然的灵活性。

而且，在这种非正交的链路中，采用高阶调制方式的用户必将会对采用低阶调制的用户产生专门大的噪声干扰。

在OFDM系统中，每条链路都能够独立调制，因此该系统不论在上行仍是在下行链路上都能够容易地同时容纳多种混合调制方式。

这就可以够引入“自适应调制”的概念。

它增加了系统的灵活性，例如，在信道好的条件下终端能够采用较高阶的如64QAM调制以取得最大频谱效率，而在信道条件变差时能够选择QPSK（四相移相键控）调制等低阶调制来确保信噪比。

如此，系统就可以够在频谱利用率和误码率之间取得最佳平衡。

另外，虽然信道间干扰限制了某条特定链路的调制方式，但这一点能够通过网络频率计划和无线资源管理等手腕来解决。

——峰均功率比（PAPR）。

这也是设备商们应该考虑的一个重要因素。

因为PAPR太高会使得发送端对功率放大器的线性要求很高，这就意味着要提供额外功率、电池备份和扩大设备的尺寸，进而增加基站和用户设备的本钱。

CDMA系统的PAPR一般在5～11dB，并会随着数据速度和利用码数的增加而增加。

目前已有很多技术能够降低CDMA的PAPR。

在OFDM系统中，由于信号包络的不恒定性，使得该系统对非线性很敏感。

若是没有改善非线性敏感性的办法，OFDM技术将不能用于利用电池的传输系统和电话等。

目前有很多技术能够降低OFDM的PAPR。

——抗窄带干扰能力。

CDMA的最大优势就表此刻其抗窄带干扰能力方面。

因为干扰只影响整个扩频信号的一小部份；而OFDM中窄带干扰也只影响其频段的一小部份，而且系统能够不利用受到干扰的部份频段，或采用前向纠错和利用较低阶调制等手腕来解决。

——抗多径干扰能力。

在无线信道中，多径传播效应造成接收信号彼此重叠，产生信号波形间的彼此干扰，使接收端判断错误。

这会严峻地影响信号传输的质量。

为了抵消这种信号自干扰，CDMA接收机采用了RAKE分集接收技术来区分和绑定多路信号能量。

为了减少干扰源，RAKE接收机提供一些分集增益。

但是由于多路信号能量不相等，实验证明，若是路径数超过7或8条，这种信号能量的分散将使得信道估量精准度降低，RAKE的接收性能下降就会专门快。

OFDM技术与RAKE接收的思路不同，它是将待发送的信息码元通过串并变换，降低速度，从而增大码元周期，以减弱多径干扰的影响。

同时它利用循环前缀（CP）作为保护距离，大大减少乃至消除码间干扰，而且保证了各信道间的正交性，从而大大减少了信道间干扰。

固然，如此做也付出了带宽的代价，并带来了能量损失：

CP越长，能量损失就越大。

——功率控制技术。

在CDMA系统中，功率控制技术是解决远近效应的重要方式，而且功率控制的有效性决定了网络的容量。

相对来讲功率控制不是OFDM系统的大体需求。

OFDM系统引入功率控制的目的是最小化信道间干扰。

——网络计划。

由于CDMA本身的技术特性，CDMA系统的频率计划问题不很突出，但却面临着码的设计计划问题。

OFDM系统网络计划的最大体目的是减少信道间的干扰。

由于这种计划是基于频率分派的，设计者只要预留些频段就可以够解决小区割裂的问题。

——均衡技术。

均衡技术能够补偿时分信道中由于多径效应而产生的ISI。

在CDMA系统中，信道带宽远远大于信道的平坦衰落带宽。

由于扩频码自身良好的自相关性，使得在无线信道传输中的时延扩展能够被看做只是被传信号