LTE架构及关键技术

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西安邮电大学

通信与信息工程学院

LTE体系架构及关键技术论文

专业班级： 通工0909班 学生姓名： 顾宝亮 学号(班内序号): 03091327（08）

2012 年 12 月 09 日

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LTE体系架构及关键技术论文

LTE(Long Term Evolution,长期演进) 就是3GPP的长期演进，是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准,它增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准，为降低用户面延迟，取消了无线网络控制器（RNC），采用扁平网络结构。在20MHz频谱带宽下能提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。

体系架构：

LTE采用扁平化、IP化得网络结构，E-UTRAN用E-NodeB替代原有的RNC-NodeB结构，各网络节点之间的接口使用IP传输，通过IMS承载综合业务，原UTRAN的CS域业务均可由LTE网络的PS域承载。其中，E-UTRAN由eNB构成；EPC（Evolved Packet Core）由MME（Mobility Management Entity），S-GW(Serving Gateway)以及P-GW（PDN Gateway）构成。相对UMTS得网络结构而言，LTE网络结构进行了大幅度简化。LTE接入网在能够有效支持新的物理层传

输技术的同时，还需要满足低时延、低复杂度、低成本的要求。原有的网络结构显然已无法满足要求，需要进行调整与演进。2006年3月的会议上，3GPP确定了E-UTRAN的结构，接入网主要由演进型eNodeB（eNB）和接入网关（aGW）构成，这种结构类似于典型的IP宽带网络结构，采用这种结构将对3GPP系统的体系架构产生深远的影响。eNodeB是在NodeB原有功能基础上，增加了RNC的物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、移动性管理和inter-cell RRM等功能。aGW可以看作是一个边界节点，作为核心网的一部分。但在如何处理小区间干扰协调、负载控制等问题上各成员还存在分歧，是采用RRM Server进行集中式管理，还是采用分散管理，尚未达成一致。

关键技术：

LTE标准定义了频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种方式，FDD是在分离的两个对称频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必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。TDD用时间来分离接收和发送信道，接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，上行或下行方向的资源时间上是不连续的。某个时间段由基站发送信号给移动台，其他时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。

从技术上比较，LTE FDD/TDD两者均是LTE标准的不同方式，但二者网络结构和协议

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栈完全相同。两种技术在商用软件开发中大约只有20%的代码不能复用，能够共用相同的SDR硬件平台。LTE FDD与LTE TDD可以共享相同的SAE网关，使得两者非常容易实现系统融合。两者之间的相同点与不同点如下表。

相同点 高层信令，包括NAS、RRC等 2层用户面处理，MAC、RLC等 物理层基本机制，帧长，调制，多址，信道编码，功率控制，干扰控制等 TDD与FDD空中接口指标要求完全相同 不同点 帧结构：影响无线资源管理、调度实现 TDD上下行时分方式：影响物理层反馈过程 同步：TDD系统要求时间同步，FDD在支持eMBMS时才考虑 多天线：TDD可基于上行下行估计 一旦LTE FDD/TDD实现融合，运营商无论在拥有什么样的频谱资源的情况下都可以采用TDD技术。LTE的关键优势之一就是频谱利用的灵活性，灵活性包括对不同宽度的频谱使用以及对不同对称或者不对称的频谱使用。LTE可以支持从低于1.4MHZ到最高20MHZ的灵活的载波带宽，同时也支持FDD和TDD技术来使用对称或者不对称的频谱资源。LTE TDD可用频谱集中在2.5/2.3GHz和1.9/2.0GHz，其中部分国家2.5/2.3GHz牌照已发放，典型牌照频谱带宽高于20MHz。多数欧洲国家已分配1.9/2.0GHz频段，基本处于闲置状态，典型牌照频谱带宽为5MHz。

在对各公司提交的候选方案进行征集后，确定了以OFDM为物理层基本传输技术方案。实际上在确定这个方案的时候，3GPP内部分为两大阵营：支持OFDM的和支持CDMA的。支持CDMA的公司主要考虑的是后向兼容性，支持OFDM的公司主要是考虑到某些公司对于CDMA技术的垄断性把持。在选择OFDM作为物理层基本传输技术的同时，大家对OFDM的具体实现上还存在分歧：一部分公司认为上行的峰平比较大，对终端的寿命和耗电量有很高的需求，由此建议上行采用低峰平比的单载波技术；另一部分公司则认为在上行也可采用滤波、循环削峰等方法有效降低OFDM峰均比。

最后，经过激烈的讨论的艰苦的融合，3GPP最终选择了大多数公司支持的方案，下行OFDM；上行SC-FDMA。

下行用OFDM是大家没有意见的，下面我们来聊聊上行。上行SC-FDMA信号可以用“频域”和“时域”两种方法生成，频域生成方法又称为DFT扩展OFDM（DFT-S-OFDM）；时域生成方法又称为交织FDMA（IFDMA）。DFT-S-OFDM技术技术是在OFDM的IFFT调制之前对信号进行DFT扩展，这样系统发射的是时域信号，从而可以避免OFDM系统发送频域信号带来的PAPR问题。

另外在是否采用宏分集问题上也产生了激烈的争论。由于同步方面的问题，对于LTE的单播业务将不采用下行宏分集，但是在多小区广播业务的时候，可以通过采用较大的循环

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前缀，解决小区间的同步问题，实现下行宏分集。对于上行宏分集的看法，大家却有分歧。这是缘于宏分集是和软切换在一起考虑的，我们知道OFDM是实际上可以看作是FDMA的方式，而软切换对于CDMA来说是利大于弊，但是对于FDMA系统来说呢，很多人认为是弊大于利。另外软切换也需要一个中心节点来控制，考虑到网络结构扁平化，分散化的发展趋势，3GPP组织在2005年12月经过“示意性”的投票，决定LTE系统暂不考虑宏分集技术。

OFDM技术是LTE系统的技术基础与主要特点，OFDM系统参数设定对整个系统的性能会产生决定性的影响，其中载波间隔又是OFDM系统的最基本参数，经过理论分析与仿真比较最终确定为15kHz。上下行的最小资源块为375kHz，也就是25个子载波宽度，数据到资源块的映射方式可采用集中（localized）方式或离散（distributed）方式。循环前缀Cyclic Prefix（CP）的长度决定了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。 MIMO作为提高系统输率的最主要手段，也受到了各方代表的广泛关注。LTE已确定MIMO天线个数的基本配置是下行2×2、上行1×2，但也在考虑4×4的高阶天线配置。另外，LTE也正在考虑采用小区干扰抑制技术来改善小区边缘的数据速率和系统容量。下行方向MIMO方案相对较多，根据2006年3月雅典会议报告，LTE MIMO下行方案可分为两大类：发射分集和空间复用两大类。目前，考虑采用的发射分集方案包括块状编码传送分集（STBC, SFBC），时间（频率）转换发射分集（TSTD，FSTD），包括循环延迟分集（CDD）在内的延迟分集（作为广播信道的基本方案），基于预编码向量选择的预编码技术。其中预编码技术已被确定为多用户MIMO场景的传送方案。

高峰值传送输率是LTE下行链路需要解决的主要问题。为了实现系统下行100Mbps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。LTE上行方向关注的首要问题是控制峰均比，降低终端成本及功耗，目前主要考虑采用位移BPSK和频域滤波两种方案进一步降低上行SC-FDMA的峰均比。LTE除了继续采用成熟的Turbo信道编码外，还在考虑使用先进的低密度奇偶校验（LDPC）码。

通过上网查资料和对LTE核心网网络架构相关资料的阅读，我对LTE技术有了一个更清晰的认识，LTE之所以超越于2G、3G有EPC核心网架构一定的功劳，通过网络结构的改变实现扁平网络结构，最终达到LTE技术的实用化和商用化。通过此次阅读锻炼了我自己对新知识学习的能力，对现在通信行业的发展有了一个全面地认识。

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