简析LTE无线网络关键技术苏堪寿

简析LTE无线网络关键技术苏堪寿

苏堪寿

广东怡创科技股份有限公司广东省广州市510627

摘要：LTE通信技术是由国际标准化组织3GPP组织制定的UMTS技术标准的长期演进，于2004年12月3GPP多伦多会议上正式立项并启动。LTE系统引入了OFDM和多天线MIMO等关键传输技术，增加了频谱效率和数据传输速率，并支持多种带宽分配，频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖显著提升。本文主要分析LTE无线网络中几点关键技术。

关键词：LTE无线网络；关键技术

LTE（LongTermEvolution，长期演进）是由3GPP组织制定的UMTS技术标准的长期演进，于2004年12月3GPP多伦多TSGRAN#26会议上正式立项并启动。LTE系统引入了OFDM和多天线MIMO等关键传输技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率（峰值速率能够达到上行50Mbit/s，下行100Mbit/s），并支持多种带宽分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等，频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖显著提升。LTE无线网络架构更加扁平化，减小了系统时延，降低了建网成本和维护成本。LTE系统支持与其他3GPP系统互操作。FDD-LTE已成为当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种4G标准。

1、LTE无线基本原理

LTE无线网络技术作为蜂窝移动通信的演进技术，在空中接口方面，为了节省宝贵的有限频率资源，进一步提高频谱效率，采用了OFDM技术、MIMO技术、信道自适应编码调制技术等关键技术。目前，TD-LTE以其突出的优势受到越来越多的电信运营商和设备制造商的支持和青睐。TD-LTE系统的基本原理如图1所示。

图1TD-LTE系统基本原理

TD-LTE系统中的e-NodeB具有对空中接口的用户平面和控制平面进行管理和控制的功能，AGW承载了对使用该系统用户的数据进行分组和汇聚的功能以及包括心灵状态管理在内的部分核心网功能。

2、LTE无线关键技术分析

2.1OFDM和SC-FDMA技术

为在有限的带宽内传输更多的信息容量，LTE通信标准中选用了OFDM技术和SC-FDMA技术作为调制技术。其中，OFDM技术应用于下行通信中，可保证同一小区内的不同用户间不会产生相互干扰；SC-FDMA技术应用于上行通信中，是一种特定优化的OFDMA技术，该技术具有更低的峰均比，可提高用户终端在上行通信中的功放利用效果。OFDM技术可以应用多个正交子载波对高速数据流进行分流，从而降低相同数据量需要的传输速率，增大单个符号的传输时间，这就可以有效增强LTE系统的抗干扰能力，减小通信数据之间的相互干扰。

2，2MIMO技术

MIMO技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的宽带内由多个发射天线同时发射，经过无线信道后，再由多个接收天线接收，并根据各个并行数据流的空间特性，通过解调恢复出原来的数据流。基本的MIMO模型是下行、上行天线阵列，使用多天线的MIMO技术能够充分利用空间资源，在不增加系统带宽和天线发射功率的情况下，可有效对抗无线信道衰落的影响，从而提高系统的频谱利用率和信道容量。

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边缘的数据速率和系统容量。

2.3AMC和HARQ技术

OFDM系统与单载波相比具有更多的自由度，它能够根据信道响应，对编码效率、调制模式灵活选择，同时进行HARQ处理，从而能够使链路频谱效率得到显著提高。而自适应调制编码（简称AMC）是链路自适应技术中其中的一种，它可以在移动通信系统中作为基本的链路自适应技术粗略的选择数据速率与调制编码方式。它本质上是在保持误比特率（也叫做BER）恒定的基础上，通过发射功率的调整选择调制模式；或者通过调制阶数的选择，用来适应信噪比的动态变化。值得注意的是，AMC需要控制三大关键参数：调制阶数、发射功率和信道编码速率。为了克服多径衰落与无线移动信道时变对信号传输造成影响，可以采用基于自动重传技术（ARQ）和前向纠错编码（FEC）等差错控制方法使系统的BER降低以确保服务质量。有一点需要强调的是，虽然FEC方案产生的时延较小，但存在的编码冗余却会造成系统吞吐量降低；ARQ在误码率不大时可以得到理想的吞吐量，但会产生较大的时延，不适合提供实时服务。

2.4小区干扰抑制技术

对于那些小区边缘的用户，往往会因为相邻小区的用户对其干扰比较大，加上本身位置离基站距离较远，导致虽然整个小区的吞吐量非常高，但小区边缘用户吞吐量较低、服务质量仍然较差的情况。小区间干扰带来小区中心用户与边缘用户的数据速率差异很大，造成边缘用户的通信质量较差，这会对服务的一致性带来很大影响。不过，目前小区边缘用户性能已经成为衡量无线通信系统质量的主要指标之一，所以我们一定要想方设法利用好抑制小区间干扰技术。一般地说，LTE系统中的小区干扰抑制技术主要有干扰随机化技术、干扰协调技术和干扰删除技术三种。其中干扰随机化技术指的是将干扰信号随机化，虽然这种随机化无法让干扰的能量降低，但能使干扰的特性与高斯白噪接近，从而抑制小区间干扰；干扰删除技术就是对干扰信号进行解调甚至解码，然后利用接收的增益处理消除干扰信号分量（从接收信号中）。

2.5网络扁平化技术

LTE系统支持高速数据通信，为满足这种通信需求在数据传输中必须尽量减少相关处理过程的时延，这就需要应用到扁平化网络架构技术，该技术将网络结构分为eNB、MME以及SGW/PGW三部分。原通信系统中的RNC所需要承载的功能就被分散到上述三部分中完成。该技术的应用虽然使得LTE通信系统无法支持软切换功能，但是很大程度上降低了网络节点的处理时延，提升了系统通信速率。

3、结语

3GPP在R8中提出的宽带无线空中接口技术LTE，其中TD-LTE是其信息通信关键分支，作为国内4G时代的主流标准，其在现代信息通信网络建设完善过程中发挥的作用越来越重要。LTE的基站测试工作前段时间在全国一二线城市测试点全面展开，接下来LTE将进入一个持续增长的阶段。同时TD-LTE是TD-SCDMA的后续演进技术，承接了TD-SCDMA系统大量中国自主知识产权，实现了以我国为主而又融入了国际标准。在中国政府不遗余力的支撑下，以中国移动为代表的中国单位在TD-SCDMA产业化、标准化、部署经验的基础上，主持推进了TD-LTE的产业化和标准化发展。

参考文献：

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[2].官微，段红光.LTE关键技术及其发展趋势分析[J].电子测试.2009

[3].秦超杰.TD－LTE关键技术在水利防汛中的应用[J].电子科技.2013

[4].汪航.LTE无线通信系统若干关键技术研究[J].通讯世界.2015