LTE系统的异构网目前的研究状况44

LTE系统的异构网目前的研究状况LTE技术概述及标准化进展LTE的技术特点及关键技术LTE主要的技术特点包括以下几个方面：·正交频分复用（OFDM）和多输入多输出（MIMO）的结合，实现了更高的网络容量、更大的峰值速率和更广的网络覆盖。·调制技术具有鲁棒性。LTE的物理层调制技术采用了下行正交频分多址（OFDMA）调制和上行单载波频分多址（SC-FDMA）调制，提升了频谱效率，简化了射频设计，且具有灵活、可升级的特点，在密集的环境下具有鲁棒性。·MIMO技术可实现上行协作的多输入多输出，克服了多径干扰。·核心网实现全IP化，网络结构扁平化，具有更高的灵活性。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等方面。LTE采用由NodeB构成的单层结构，这种结构有利于简化网络和降低延迟，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减少了无线网络控制器（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。LTE的关键技术包括以下几个方面。1、LTE物理层的传输技术LTE物理层传输技术包括物理层上下行传输方案、帧结构设计、小区间干扰控制技术、多天线技术、小区搜索技术和随机接入技术等。采用OFDM是LTE系统的主要特点,其优点是对时延扩展有较强的抵抗力,减小符号间干扰，通常在OFDM符号前加入保护间隔,只要保护间隔大于信道的时延扩展则可以完全消除符号间干扰。MIMO作为提高系统传输率的最主要手段,也受到了广泛关注。由于OFDM的子载波衰落情况相对平坦,十分适合与MIMO技术相结合,提高系统性能。MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道。1.1OFDM技术OFDM是LTE系统的主要特点,它的基本思想是把高速数据流分散到多个正交的子载波上传输,从而使子载波上的符号速率大大降低,符号持续时间大大加长,因而对时延扩展有较强的抵抗力,减小了符号间干扰的影响。通常在OFDM符号前加入保护间隔,只要保护间隔大于信道的时延扩展则可以完全消除符号间干扰ISI。OFDM参数设定对整个系统的性能会产生决定性的影响,如循环前缀(CyclicPrefix,CP)。它主要用于有效地消除符号间干扰,其长度决定了OFDM系统的抗多径能力和覆盖能力。长CP利于克服多径干扰、支持大范围覆盖,但系统开销也会相应增加,导致数据传输能力下降。为了达到小区半径100Km的覆盖要求,LTE系统采用长短两套循环前缀方案,根据具体场景进行选择:短CP方案为基本选项,长CP方案用于支持LTE大范围小区覆盖和多小区广播业务。1.2MIMO技术MIMO作为提高系统传输率的最主要手段,也受到了广泛关注。由于OFDM的子载波衰落情况相对平坦,十分适合与MIMO技术相结合,提高系统性能。MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵判天线)和多通道。多天线接收机利用空时编码处理能够分开并解码数据子流,从而实现最佳的处理。若各发射接收天线间的通道响应独立,则多入多出系统可以创造多个并行空间信道。通过这些并行空间信道独立地传输信息,数据速率必然可以提高。MIMO将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化,从而实现高的通信容量和频谱利用率。这是一种近于最优的空域时域联合的分集和干扰对消处理。当功率和带宽固定时,多入多出系统的最大容量或容量上限随最小天线数的增加而线性增加。而在同样条件下,在接收端或发射端采用多天线或天线阵列的普通智能天线系统,其容量仅随天线数的对数增加而增加。LTE的基本MIMO模型是下行2×2、上行1×2个天线,但同时也正在考虑更多的天线配置(最多4×4)。LTE在上行还采用了虚拟MIMO以增大容量,被考虑的技术还包括空间复用、空分多址、预编码、秩自适应、以及开环发射分集等2、LTE的系统架构3G的网络由基站(NB)、RNC、服务通用分组无线业务支持节点(SGSN)和网关通用分组无线业务支持节点(GGSN)4个网络节点组成，而LTE网络仅由演进型通用地面无线接入网基站（E-UTRAN基站即eNB)和接入网关(AGW)组成，相比WCDMA(HSDPA)网络采用了更为扁平化的网络架构。这一方面减少了设备的数量，同时也大大降低了业务时延。LTE网络架构涉及的功能包括：无线资源管理（RRM），UE与网络的QoS协商，位置管理，寻呼、空闲和激活状态移动性管理，不同接入技术间的移动性，安全和加密，报头压缩，上层自动请求重发(OuterARQ)，IP地址分配，漫游，多媒体广播与组播(MBMS)等。3、LTE的空中接口协议由于基于全分组的协议，3GPPLTE的协议结构得到极大简化，RLC和MAC都位于节点eNB，因此调度器可以根据信道质量对RLC服务数据单元(SDU)进行切割，从而减少填充和充分利用信道的传输能力，同时可以对RLC层的自动重发请求(ARQ)和MAC层的混合自动重发请求(HARQ)进行联合优化。由于电路域交换的去除，协议结构变得非常简单。4、SC—FDMA技术SC—FDMA技术是一种单载波多用户接入技术,它的实现比OFDM/OFDMA简单,但性能逊于OFDM/OFDMA。相对于OFDM/OFDMA,SC—FDMA具有较低的PAPR。发射机效率较高,能提高小区边缘的网络性能。最大的好处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,这是选择SC-FDMA作为LTE上行信号接入方式的一个主要原因。其特点还包括频谱带宽分配灵活、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等。SC—FDMA有两种子载波映射方式:集中式和离散式。集中式：每用户在频域集中传输,传辅带宽是可变的;离散式每用户分配在频域,采用IFDMA方式,根据IFDMA的循环因数,子载波数量是可变的。5、高阶调制技术LTE在下行方向采用QPSK、16QAM和64QAM,在上行方向采用QPSK和16QAM。高峰值传送速率是LTE下行链路需要解决的主要问题。为了实现系统下行100Mb/s峰值速率的目标,在3G原有的QPSK、16QAM基础上,LTE系统增加了64QAM高阶调制。64QAM的频谱利用率高,但是其归一化比特信噪比与QPSK相比降低了很多,即频谱利用率的提高是在牺牲信噪比和可靠性的前提下获得的。采用64QAM从信道利用率的角度看,可以将信道利用率提高60%,在以高速数据传输为主要目的LTE中,是一个很好的解决方案。不过,64QAM频谱利用率的提高势必要损失一些抗干扰能力,为达到相同的误码性能需要增加归一化信噪比,设备复杂性和设备成本有所增加。LTE在上行方向采用QPSK和16QAM。参考资料：李晓明,段红梅,李强.宽带无线通信的核心技术OFDM[J].电信工程技术与标准2006(2).35-36.TN92.A汪丁鼎,龚追飞.TD-SCDMA的长期演进———TDLTE[J].移动通信,2008(9):33-38.闻立群《LTE技术的发展现状和演进趋势》蔡跃明《现代移动通信》第2版机械工业出版社沙学军《移动通信原理.技术与系统》电子工业出版社