LTE关键技术及其发展趋势

摘　要：

摘　要：在全球进入信息化时代后，无线网络也在不断发展。随着无线技术水平的不断提升，再加上移动端设备的更新，让4G网络应运而生。从3G网络到4G网络的演变对于无线通信网络而言无疑是质的飞越，其中最显著的进步便是网络传输速度得到了极大的提升，标志着全球开始进入高速移动网络时代。在4G背景下很多行业被赋予了新的动力并且产生了一些新的业务如移动支付业务等，这也让用户得到了更为便捷的服务，且服务质量也得到了极大的提升。4G网络的关键技术LTE对移动网络乃至行业发展都有着重要的意义。因此，本文对LTE技术进行了综合性的阐述，并对其中的关键技术以及发展趋势等进行了全面分析，供以参考。

关键词：

关键词：LTE　关键技术　移动数据端　发展趋势

　　LTE（Long Term Evolution）即长期演进技术是无线网络发展的产物， 它是当前4G网络的关键性基础。从网络标准上来看LTE依然是基于以往的2G数据标准（GSM/EDGE）以及3G数据(UMTS/HSPA)标准[1]，但是在速度以及网络容量方面有了质的飞跃，而这种速度以及网络容量上的提升实际上是依靠新型技术和新的调制方法，在这些技术的综合作用下使得LTE的下行速率可高达300M/s且上行速率也能够达到75M/s，另外通过QOS技术可以大幅度地降低网络延迟从而提升网络整体性质量。从扩展频段来看LTE具备良好的扩展性，它可以同时支持时分多址和码分多址频段。从兼容性方面来看LTE网络可与之前2G网络和3G网络直接兼容，这也就大大地降低运营成本以及维护成本同时让数据交换更为流畅，不会出现阻碍，让用户的体验感得到了保证。总之LTE的出现推动了全球通信行业的发展，并且让通信行业与其他行业得到了更为深入的关联并逐渐形成了一条融合产业链，促进了全球经济的发展。

1　LTE的主流模式

　　当前，LTE主要分为TDD以及FDD两种模式，国际上以FDD-LTE为主流模式，而在我国TD-LTE已经占据了很大的市场。两者各具优势，但从技术层面上来看还是FDD-LTE更为成熟。

1.1　TD-LTE技术

　　TD-LTE技术（Time Division Long Term Evolution）近年来取得了突破性的进展，目前已经成为了我国4G市场的重要支撑[2]。TD-LTE技术对于我国4G业务而言具有里程碑式的意义，以往我国移动通信都需要借助国外技术，缺乏自主知识产权，而TD-LTE技术则有着我国自主知识产权，这对于我国通信行业以及移动产业而言无疑是一大前所未有的进步。TD-LTE的基础是TD-SCDMA，但与TD-SCDMA相比却有着本质的区别。尽管TD-SCDMA在3G时代也得到了广泛应用，但是TD-SCDMA与WCDMA以及CDMA相比充其量只能称得上是“2.5G”，这也反映了3G时代TD-SCDMA技术的落后与不成熟。而进入4G时代以后TD-LTE无疑得到了极大的发展，与行业领先的FDD-LTE相比尽管依然还有所差距，，但在某些方面已也表现出了一定的优势，在未来TD-LTE技术依然还存在着发展空间。从特点上来TD-LTE技术能够支持多种频段带宽，在数据下行的过程中借助于OFDMA技术，其最高速率能够达到100M/s，从而让用户得到更好的网络体验；另外，在上行过程中基于SC-FDMA技术可以在不损耗系统性能的情况下让PAPR降低，还可以当让终端发射功率进行有效控制[3]。在这种情况下可以大幅度地提升使用时间并让上行速率得到增强。与FDD-LTE相比TD-LTE具有显著对称性特征，根据此特点可以让系统结构变得更为简单，去除复杂模块后便能够大幅度地提升系统性能。从系统高层结构来看能够与FDD相互匹配，并在此基础上通过智能天线作用以及MIMO技术进行点缀，这样便能够进一步扩充TD-LTE的实际应用范围并让网络系统可在不同的环境下应用同时保证系统性能的有效性[4]。在应用智能天线的过程中可从一定程度上降低干扰作用并提升系统的抗干扰能力，这样也就可以为客户提供更优质的服务质量。基于TD-LTE可以便捷、准确地对相关无线资源进行调度，以此让系统吞吐量得到显著提高从而让网络数据的承载量得到提升。综合来看TD-LTE具有频谱利用率高、功控要求低的有点，且TD-LTE对于覆盖区域并不会产生较大的影响，更有利于进行网络规划。当然TD-LTE也存在着一定的缺陷，首先它对于网络同步具有很高的要求，只有在网络与GPS同步的基础上才能够让网络得以正常、稳定工作[5]；其次，TD-LTE的码资源由于某些因素也会受到一定的限制，这主要是由于TD-LTE系统只包含了16个码，这种数量规格远不能满足业务需求量；再者TD-LTE网络运行过程中在部分区域会存在着一定的干扰问题；另外，移动速度也是制约TD-LTE发展的瓶颈之一[6]。

1.2　FDD-LTE技术

　　相对而言FDD-LTE技术（Frequency Division Duplexing Long Term Evolution）较TDD-LTE而言更为成熟，与TDD-LTE相比其最为显著的特点就是即便是在分离条件下系统也能够对信息进行采集和输送，这样就可以保证频段发挥作用并对采集频道以及输送频道进行分离[7]。在此基础上利用包交换技术能够让频谱利用率得到显著提升，从而完善数据业务并让系统容量得以扩充。而上述性能需要在FDD-LTE在成对频率下才能实现，当然也反映了FDD-LTE支持对称业务的事实。当业务处于非对称分组工作时就会让频谱利用率受到严重的制约，这也是FDD-LTE的最大短板，而TDD-LTE在这方面则有着得天独厚的优势。从特征上来看FDD-LTE需要对称频率信道来接收信号并发送信号，但是在信道间存在着一定的时间保护间隔。综合来看FDD-LTE只有在收发频率成对时才能充分发会其效用，一旦出现非对称数据交换业务时将会让数据传输速率受到极大的制约，下降幅度最高可达40%。而从传播速率方面来看FDD-LTE有着显然的优势，它的最高移动速度能够达到500KM/h，这也从侧面反映了FDD-LTE系统在芯片处理上以及数据算法上已经十分成熟。从信号强度来看FDD-LTE网络可排除临近邻近蜂窝区基站和本区基站之间所产生的干扰作用。从构建成本上来看FDD-LTE基站超过TDD-LTE基站约30%~40%左右，但是若存在WCDMA基站则能够在原有的基础上进行升级，这样大大地降低了开发成本，而对于上一代的TD-SCDMA而言则无法做到这一点，需要重新构建TDD-LTE基站才能保证网络的正常运行[8]。对于FDD-LTE在我国的应用前景并不容乐观，从技术方面来看FDD-LTE有着一定的优势，但是我国移动网络用户数量众多，这也一度使得频谱资源较为紧张，显然FDD-LTE的频谱资源不能满足要求，相对来说TDD-LTE的频谱资源则更为丰富。因此，我国目前4G业务的核心还是以TDD-LTE为主，这也是未来我国4G业务的发展的一个方向。

2　LTE关键技术

　　LTE网络较之前的3G网络表现出了如此大的优势主要原因还是因为其中的一些关键性技术。

2.1　OFDM技术

　　在LTE体系当中OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是其中核心技术之一。该技术的理念是在数据进行高速传导过程中对其进行分散化作用，从而让数据能够存在于数个甚至正交子载波上进行传播，在这种情况下存在于子载波上符号速率将会明显下降；与此同时，符号持续时间将得到极大的提升从而让整体性时延得到有效扩展并增强其干扰抵抗能力。为了让OFDM技术得以充分发挥作用一般情况下会对其使用保护间隔来进行修饰，对保护间隔进行扩展便可以让符号间的ISI得到完全控制。在OFDM参数设定过程中必须严谨操作，其参数对于系统的整体性能都会产生至关的影响。以CP为例，作为循环前缀CP发挥着重要的抗干扰作用并保证信号传输的稳定性。将CP加长不仅仅可以进一步提升抗干扰能力，还可以让数据覆盖范围得以提升，而系统的功耗也会出现一定程度的提升，而从经济成本角度考虑将CP方案应用于大范围覆盖或小区广播业务最为适宜[9]。

2.2　SC-FDMA技术

SC-FDMA主要包括了两种形式（见图1）。

　　相对于OFDM技术而言SC-FDMA技术（Single-carrier Frequency-Division Multiple Access）实现更为简便，但是从性能方面来看较OFDM而言还是存在着一定的差距。SC-FDMA的PAPR较低，其发射机具有很高的发射效率。基于以上特点便可以让小区边缘的网络性能得到有效的提升并且可以让发射终端的峰均功率比得到有效控制，也从一定程度上压缩了网络构建成本。SC-FDMA可以迅速、灵敏地对频谱带宽进行优化以及并实现合理分配，并具有动态性的传输时间间隔。

2.3　MIMO技术

　　在LTE网络当中MIMO技术（Multiple-Input Multiple-Output)可以有效地强化系统传导率，正是由于上述特点让它受到了越来越广泛的关注。其中，OFDM能够与MIMO技术产生良好的融合作用，这主要是由于子载波衰落情况较为理想，将两者进行有效结合可以让系统性能得到提升[10]。MIMO发射或者接收信号的过程中一般需要多天线设备作为基础并且需要采用多通道技术。在多天线技术的使用过程中可以对解码数据子流进行有效的分离，从而优化处理效果。在某些情况下发射天线以及接收天线是相对独立的，在多入多出的基础上可以对并行空间信道进行扩充，并由这些信道进行信息传播，也能够保证信息的独立性。这样就可以有效提升数据传播速率，在信息承载量扩充的情况下可以让频谱利用率得到提升。换句话说，利用MIMO技术可以将无线信道进行整体性优化。在功率固定以及带宽固定时，小型天线数量的提升将会让系统的容量得以提升，两者间呈现了一种线性关系。

2.4　高阶调制技术

　　在LTE网络中通过利用高阶调制技术可以让频谱的利用率得到有效提升，当前LTE系统采用的高阶调制为64QAM，它能够促进频谱利用率的提升但是在信噪比控制方面表现也较为理想，理论上64QAM可将信道利用率提升60%以上，这也就让LTE数据传导得到了极大的优化。

3　LTE技术展望

　　未来LTE必然是在移动网络当中必然会占据绝对的主导地位，同时全球也将乘着LTE的发展潮流从3G时代逐渐向4G时代过渡。在MIMO技术、SC-FDMA技术、高阶调制技术以及SC-FDMA技术的共同作用下让4G网络无论是在性能上、稳定上都得到了极大的支持。从行业来看LTE首先为用户带来更为完善的移动通信业务体验，让服务质量得到了极大的提升；其次，LTE给予了运营商更大的发展空间并扩充了运营商的成本优势以及技术优势；再者LTE让蜂窝移动技术得到了进一步巩固；另外，LTE改善了IPR格局。当然，在未来LTE与WiMAX等技术的竞争也将越来越激烈，这对于LTE技术将是一个重大的考验。

4　结语

　　目前，LTE在移动通信市场当中已经占据了一席之地，在技术水平不断提升的过程中LTE也将促使3G时代至4G时代的转变，从我国LTE发展来看TD-LTE将是主流。在LTE的促使下将使得融合产业链更为完善，这对于社会经济的发展将带来巨大的推动力。