分析了LTE的技術特征，闡述了LTE網絡結構與核心技術，并通過與WiFi（WirelessFidelity）及Wimax（World wide Inter operability for Microwave Access）的各項性能作比較，著重分析了LTE的技術優勢。，指出了LTE在個人通信市場所面臨的應用前景與挑戰。
1、引言
隨著個人通信技術在20多年中不斷發展成熟，人們在生活中對無線通信的依賴越來越強，目前，全球的移動語音用戶已超過了18億[1]。同時，眾多的使用者也對個人通信技術的發展提出了新的要求：通信設備的微型化、低功耗、高帶寬、快速接入和多媒體化。而關鍵的是能被廣大用戶負擔得起的廉價終端設備和網絡服務。
雖然3G網絡的無線性能已經得到了較大的提高，但由于IPR的制約，應對市場的挑戰和滿足用戶需求等領域還是有很多局限性。同時，昂貴的授權費用也制約了3G技術的發展，因而受到了技術簡單、價格低廉的WiFi和Wimax的強烈挑戰。用戶的需求和市場的挑
戰迫切需要傳輸速率更快、時延更短、頻帶更寬以及運營成本更少的網絡誕生。
2、LTE項目內容介紹
LTE項目是3G的演進，它改進并增強了3G的空中接入技術，采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的標準。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率。改善了小區邊緣用戶的性能，提高小區容量和降低系統延遲。
2.1 LTE的主要技術特征
3GPP從“系統性能要求”、“網絡的部署場景”、“網絡架構”、“業務支持能力”等方面對LTE進行了詳細的描述。與3G相比，LTE具有如下技術特征[2][3]：
（1）通信速率有了提高，下行峰值速率為100Mbps、上行為50Mbps。
（2）提高了頻譜效率，下行鏈路5（bit/s）/Hz，（3--4倍于R6 HSDPA）；上行鏈路2.5（bit/s）/Hz，是R6 HSU-PA2--3倍。
（3）以分組域業務為主要目標，系統在整體架構上將基于分組交換。
（4）QoS保證，通過系統設計和嚴格的QoS機制，保證實時業務（如VoIP）的服務質量。
（5）系統部署靈活，能夠支持1.25MHz-20MHz間的多種系統帶寬，并支持“paired”和“unpaired”的頻譜分配。保證了將來在系統部署上的靈活性。
（6）降低無線網絡時延：子幀長度0.5ms和0.675ms，解決了向下兼容的問題并降低了網絡時延，時延可達U-plan＜5ms，C-plan＜100ms。
（7）增加了小區邊界比特速率，在保持目前基站位置不變的情況下增加小區邊界比特速率。如MBMS（多媒體廣播和組播業務）在小區邊界可提供1bit/s/Hz的數據速率。
（8）強調向下兼容，支持已有的3G系統和非3GPP規范系統的協同運作。
與3G相比，LTE更具技術優勢，具體體現在：高數據速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容。
2.2 LTE的網絡結構和核心技術
3GPP對LTE項目的工作大體分為兩個時間段：2005年3月到2006年6月為SI（Study Item）階段，完成可行性研究報告；2006年6月到2007年6月為WI（Work Item）階段，完成核心技術的規范工作。在2007年中期完成LTE相關標準制定（3GPP R7），在2008年或2009年推出商用產品。就目前的進展來看，發展比計劃滯后了大概3個月[1]，但經過3GPP組織的努力，LTE的系統框架大部分已經完成。
2.2.1 LTE網絡結構和空中接口協議
LTE采用由Node B構成的單層結構，這種結構有利于簡化網絡和減小延遲，實現了低時延，低復雜度和低成本的要求。與傳統的3GPP接入網相比，LTE減少了RNC節點。名義上LTE是對3G的演進，但事實上它對3GPP的整個體系架構作了革命性的變革，逐步趨近于典型的IP寬帶網結構。
3GPP初步確定LTE的架構如圖1所示，也叫演進型UTRAN結構（E-UTRAN）[3]。接入網主要由演進型Node B（eNB）和接入網關（aGW）兩部分構成。aGW是一個邊界節點，若將其視為核心網的一部分，則接入網主要由eNB一層構成。eNB不僅具有原來Node B的功能外，還能完成原來RNC的大部分功能，包括物理層、MAC層、RRC、調度、接入控制、承載控制、接入移動性管理和Inter-cellRRM 等。Node B和Node B之間將采用網格（Mesh）方式直接互連，這也是對原有UTRAN結構的重大修改。
圖1 LTE網絡結構與協議結構
引入一個RRM Server進行集中式管理（圖中結構1），還是采用完全分散的管理結構（圖中結構2）來解決小區間干擾協調、負載控制等功能，目前還未確定[3]。另外，在空中接入技術方面，LTE的信道數量將比WCDMA系統有所減少。并取消了專用信道，不再保留廣播媒體控制層和UTRAN的公共業務信道，減少了MAC層的實體類型。
2.2.2 LTE核心技術
LTE不僅通過簡化結構，還采用以下幾個關鍵技術來實現其優異性能。
（1）傳輸技術與多址技術：3GPP選擇了大多數公司支持的方案，即下行OFDM，上行SC-FDMA。大多數公司支持采用“頻域”方法來生成上行SC-FD-MA信號。這種技術是在OFDM的IFFT調制之前對信號進行DFT擴展，這樣系統發射的是時域信號，從而可以避免OFDM系統發送頻域信號帶來的PAPR問題[4]。
（2）宏分集：由于存在難以解決的“同步問題”，LTE對單播（uni-CAst）業務不采用下行宏分集。至于對頻率要求稍低的多小區廣播業務，可采用較大的循環前綴（CP）來解決小區之間的同步問題。考慮到實現網絡結構“扁平
化”、“分散化”，LTE不采用上行宏分集技術[4]。
（3）調制與編碼：LTE下行主要采用OPSK、16QAM、64QAM三種調制方式。上行主要采用位移BPSK、OPSK、8PSK和16QAM。信道編碼LTE主要考慮Turbo碼，但若能獲得明顯的增益，也將考慮其他編碼方式，如LDPC碼。
（4）多天線技術：MIMO技術是LTE核心的技術，它是提高傳輸率的主要手段，LTE系統將設計可以適應宏小區、微小區、熱點等各種環境的MIMO技術。LTE已確定MIMO天線個數的基本配置是下行2×2、上行1×2，但也在考慮4×4的高階天線配置。具體的MIMO技術尚未確定，目前正在考慮的方法包括空分復用（SDM）、空分多址（SDMA）、預編碼、自適應、智能天線等。上行單用戶MIMO天線的基本配置，也是在UE有兩個發射天線，在基站有兩個接收天線。通常是2×2的虛擬MIMO，兩個UE各自有一個發射天線，并共享相同的時頻域資源[4]。
除上述技術以外，3GPP也對MBMS、同步、小區間干擾抑制、切換、小區搜索、空中接入等技術作了相應的規定，雖然這些規范還未終確定，但經過仿真測量，目前這些基本概念可以滿足或接近TR25.912中的系統需求。相信這些技術規范的終確定指日可待。
3、LTE的技術優勢
面對非傳統運營商紛紛加入移動通信市場及“其他無線通信標準”的競爭，3GPP啟動了LTE項目。針對Wimax“低移動性寬帶IP接入”的定位以及適用于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術WiFi，LTE提出了相對應的需求，如相似的帶寬、數據率，強調MBMS等[3]。LTE與Wimax、WiFi在各方面的性能比較如表1所示。
表1 LTE、Wimax、WiFi主要性能對照表
LTE、Wimax與Wi-Fi，他們都有各自的特點，或數據速率高、或費用成本低、或安全性高，他們的適用范圍也各不相同，Wimax解決的是無線城域網的問題，而Wi-Fi解決的是無線局域網的接入問題。從表1中可看出，盡管LTE費用較高，但在靈活性、數據速率、穩定性方面它更具技術優勢。
（1）靈活性
LTE能夠支持1.25、1.6、2.5、5、10、15和20MHz等多種系統帶寬，Wimax支持15-20MHz的幾種帶寬，Wi-Fi解決的是無線局域網問題，僅適用于有因特網的地區，因而在系統布署的靈活性上LTE更具優勢。
（2）數據速率
LTE增強了3G的空中接入技術，信號的覆蓋范圍大幅延伸，在20MHz的帶寬下，能達到下行100Mbps、上行50 Mbps的峰值速率；Wi-Fi與Wimax所能達到的速率僅為11 Mbps、75 Mbps，且Wi-Fi采用的無線電信號易受環境影響[6]，可能一個用戶與帶寬為11 Mbps網絡聯網，但是其兌現的網速可能只有1 Mbps。
（3）穩定性
LTE能在350Km/h的高速移動的情況下達到良好的接收效果，WImax所能支持的移動速率只能達到120Km/h[5]，Wi-Fi則僅限于局域網的低速率移動。與WImax和WiFi相比，在高速移動的環境下，LTE的信號更穩定。
4、LTE技術的市場前景與挑戰
目前語音業務在移動通信市場取得了巨大的成功，但這種狀況會隨著數據業務和應用的重要性與日俱增而逐漸改變。除了現有GPRS及3G網絡為用戶帶來的如IP電話，在線游戲、多媒體消息、移動電視等業務外，LTE還能為用戶帶來更豐富的服務。
LTE系統是在充分繼承現有技術的基礎上，綜合了一部分4G核 心技術而提出的。它不僅在技術方面極具優勢，在時間段上也有一個很好的契機。一個新的空中接口的研發通常需要10年時間，“后3G”技術的研發已經進行了5年，而新的4G頻譜計劃于2007年的ITU世界無線會議（WRC）之后才分配，加上研究、標準化和設計產品的時間，4G早也要在2015左右才能正式商用。2008-2015年的這段時間，將是LTE產品在移動通信市場發展的春天。
雖然LTE在技術上取得了相當的進步，但是在一定程度上并未擺脫3G框架的束縛。去年3月啟動的HSPA（HSPDA +HSUPA）的演進項目E-HSPA（有的公司認為它在5MHz帶寬內能達到和LTE相似的性能）也為LTE帶來了嚴峻的挑戰。盡管LTE的性能可能比 4G稍差，但是由于4G的不確定性、E-HSPA項目的啟動滯后于LTE，因而LTE目前是機遇大于挑戰，仍具有很強的競爭力，市場前景一片光明。
5、結束語
與現有技術相比，LTE系統在許多關鍵技術指標上有了很大程度的提高，完全能夠滿足對未來移動通信的數據業務的要求。雖然LTE的進展并非一帆風順，并受到了4G與E-HSPA帶來的挑戰。盡管如此，大多數公司仍
對LTE項目投入了巨大的熱情，相信LTE項目將會為廣大移動通信用戶帶來更多豐富多彩的服務。