LTE—3G技術的未來發展
關鍵詞 3G LTE 技術方案
一、概述
3G技術的出現給移動通信帶來了巨大的影響，給人們的生活帶來了前所未有的體驗，它使上網沖浪、聯網游戲、遠程辦公等擺脫了場地和環境的束縛，實現了真正的無所不在。上海貝爾阿爾卡特Evolium系統很好地實現和優化了這些應用，成為在系統結構、算法設計穩定性等方面領先的解決方案。但人們的需求并沒有就此停滯，大量的市場調研和專家研究表明，2Mbit/s的WCDMA R99傳輸速率、14.4Mbit/s R5 HSDPA的峰值速率已遠遠不能滿足人們未來的需求。那么是不是一定要等到2010年后的IMT-Advanced(B3G)才能滿足這些需求呢?國際標準化組織3GPP在經過認真的討論后提出了新的挑戰，那就是在2007年實現峰值速率100Mbit/s的數據傳輸。這是一個巨大的挑戰，也就是說必須在兩年之內設計出7-50倍于當前系統傳輸速率的新技術，并且具有很好的向下兼容性，以保護現有的投資。這一新的系統被稱作E3G或LTE(Long Term Evolution)。
阿爾卡特作為3GPP的獨立成員，發起并參與了LTE的標準制定和技術研究，并且提交了候選技術。本文將結合LTE的提出、發展以及技術方案，闡述上海貝爾阿爾卡特對LTE的理解和所做的準備。
二、LTE概念的提出
LTE的研究項目(study item)是于2004年底在3GPP中提出的，當時的目標和關鍵特性還不是很清楚，爭論也比較多，但在2005年6月的魁北克會議上最終確立了系統目標(requirement)，到此LTE的概念正式確立。具體內容包括：
a)目標峰值速率：下行鏈路100Mbit/s，上行鏈路50Mbit/s；
b)適用于不同的帶寬：1.25-20MHz；
c)支持“paired”和“unpaired”的頻譜分配；
d)以分組域業務為主要目標；
e)降低無線網絡時延：U-plan＜10ms，C-plan＜100ms：
f)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(2～3倍于R6 HSUPA)；
g)強調后向兼容，同時也考慮與系統性能的折衷；
h)提高小區邊緣的用戶吞吐量。
從中可以看出，其目標與3G相比已經有了很大提高。其主要特性體現在高數據速率、分組傳送、靈活帶寬和向下兼容。
三、LTE的發展時間表
LTE概念的提出意味著目標的確立，為了有一個清晰的技術發展路線，3GPP制定了明確的時間表，如圖1所示。
整個標準發展過程分為研究項目(study item)和工作項目(work item)兩個階段。
研究項目階段在2006年年中結束，該階段將主要完成目標需求的定義，明確LTE的概念等，然后征集候選技術提案，并對技術提案進行評估，確定其是否符合目標需求。對有可能融合的提案進行討論，甚至還可能對某些技術的優越性進行辯論，最終選擇出適合未來LTE的技術方案。實際上這是廠商實力的較量，也不乏政府在其后的影響。針對系統功能的劃分、接口的定義也會在這個階段涉及。
工作項目在2006年年中以前建立，并開始著手標準的建立。該階段將對未來LTE標準細節的各個方面展開討論和起草，并一直持續到2007年年中。整個過程比3G標準的制定過程節奏明顯加快，這也是考慮到市場的需求。隨著寬帶技術的不斷創新，3GPP也將在最短的時間內推出最新的技術。這給運營業帶來了新的機遇，更新更快的業務可以在不遠的將來得以實現，甚至完全可以和有線網絡相媲美。
3GPP針對LTE研究項目階段制定了更為詳細的時間表，如圖2所示。
四、LTE主要技術提案介紹
從LTE制定的目標需求可以看出，100Mbit/s的傳輸能力已遠不是3G所能比的，那么其使用的技術也必將有較大的提高。在方案的征集過程中有6個選項，按照雙工方式可分為頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)兩種；按照無線鏈路的調制方式或多址方式主要可分為碼分多址(CDMA)和正交頻分多址(OFDMA)兩種。如表1所示。
種類 本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201706/357157.htm | 多址接入方式 | 技術建議 |
1 | R1-050679 | |
2 | FDD UL采用0FDMA，FDD DL采用0FDMA | R1-050672 |
3 | FDD UL/DL采用MC-WCDMA | R1-050674 |
4 | R1-050675 | |
5 | TDD UL/DL采用0FDMA | R1-050678 |
6 | TDD UL采用SC-FDMA，TDD DL采用0FDMA | R1-050678 |
現針對其中重點的幾種提案作一簡要介紹。
3.1 FDD SC-FDMA UL、FDD OFDMA DL
該提案使用了目前頻譜效率很高的正交頻分復用(OFDM)技術作為下行鏈路的主要調制方式，實現高速數據速率傳送。上行鏈路則采用單載波頻分多址(FDMA)，主要的好處就是降低了發射終端的峰均功率比，減小了終端的體積和成本。其主要特點包括頻譜帶寬靈活分配、子載波序列固定、采用循環前綴對抗多徑衰落和可變的傳輸時間間隔(TTI)等。
3.2 FDD UL采用OFDMA，FDD DL采用OFDMA
該提案與上一方案非常類似。所不同的主要是上行鏈路，這里采用的也是OFDM技術，這就要求終端能夠實現比較高的峰均功率比，但數據傳輸效率更高。
3.3 FDD MC-WCDMA UL/DL
該提案實際上就是多載波的WCDMA方案，上下行采用與HSDPA/HSUPA相似的技術，例如自適應調制方式、NodeB調度、層2快速重傳和快速小區切換等，然后利用多載波復用的方式提高數據速率。
3.4 TDD UL/DL采用MC-TD-SCDMA
該提案主要由大唐公司提出，是TD-SCDMA標準的演進。其主要特點是盡可能繼承TD-SCDMA的系統特點，例如相同的子信道帶寬、信道結構，Space、Time、Code多域復用等，在此基礎上通過多載波的方式擴展數據速率，滿足LTE的需求。
3.5 TDD UL/DL采用OFDMA和TDD UL采用SC-FDMA，TDD DL采用OFDMA
這兩種提案同前兩種是非常類似的，不同的是雙工方式。
以上這些提案代表了不同的背景和不同集團的利益，在最新結束的馬耳他會議上，已有了最終的結果。FDD和TDD將盡量采用相同的多址技術，并且絕大多數公司支持的第一種方案將作為以后開展LTE研究的前提條件。同時中國的TD-SCDMA經過多方的不斷努力，TD-SCDMA的幀結構在第一種方案中作為一個選項得以保留，并且可以在多載波的演進方面繼續開展研究。
阿爾卡特向3GPP提交了多項有關OFDM、增加小區邊界吞吐量等的技術建議，正在積極準備未來3G的技術標準和系統開發。阿爾卡特在保證技術和系統性能領先的同時，將最大程度地利用并兼容現有的系統平臺，保持系統的平滑演進，以提供最優的解決方案。
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