后3G时代探秘 深度剖析LTE的技术本质

LTE的技术优点

LTE依靠产业链的支持终成为了全球统一的3G演进标准，作为一项面向未来的技术，它同样拥有极为出色的性能。与3G相比，LTE拥有高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容的技术优势。

LTE按照双工方式（双向传输）定义了两种技术方向：LTE FDD和LTE TDD，前者为频分双工机制，即采用成对的频率来划分上行和下行通道，类似于收音机使用不同的频率来区分频道，和现在的GSM系统相同，是绝大多数传统3G运营商所支持的；LTE TDD为时分双工机制，和计算机内部的总线工作方式类似，即通过时钟同步，通过将通道划分为不同的时隙来区分上行和下行，进行双向数据传输，支持者为中国移动，又名TD-LTE。

 
无线信号经多条路径到达接收终端，会造成严重的多径衰减。

两种方式各有优缺点，如相比FDD，TDD能够灵活配置频率，使用FDD系统不易使用的零散频段，并可通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，能够很好地支持非对称业务，此外还具备上下行信道一致性；基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低了设备复杂度和成本。但由于TDD方式的时间资源分别分给了上行和下行，TDD方式的发射时间大约只有FDD的一半，如果TDD要发送和FDD同样多的数据，就要增大TDD的发送功率；另外，由于系统上行受限，TDD基站的覆盖范围明显小于FDD基站，而同频收发需要精确的时间同步，也无法进行干扰隔离，抗干扰性不及FDD；为了避免与其他无线系统之间的干扰，TDD需要预留较大的保护带，影响了整体频谱的利用效率。

 OFDM技术不仅具备较高的频谱率，同时也拥有良好的抗干扰性能。

与3G普遍使用的CDMA空中接入技术不同，LTE的空中接入更改为OFDM和MIMO技术。由于无线信号在空中传输过程中会受到外界环境的反射和吸收，接受机接收到的无线信号是通过不同的直射、反射、折射等路径达到的，这会造成多路径衰减和干扰，对于高速移动过程中的通讯，还存在多普勒频移。目前的3G所采用的CDMA技术本身就是一种自干扰体系，随着用户的增多和环境的变化，干扰会增加，造成数据速率难以提高。OFDM是解决这些问题的理想途径，它使用的正交窄带信道可以有效抵抗频率选择性衰减，降低码间干扰和提高频谱利用率，也是未来4G技术的首选。而MIMO多天线阵列技术在802.11n无线路由器上已有采用，通过这种多输入多输出体系，可以极大提升数据的吞吐和传送能力，并增强恶劣环境下的信号覆盖率。OFDM和MIMO是保证LTE无线接入可靠性的两大重要武器。

网络结构上，LTE接入网主要由演进型Node B(eNB，可以理解为增强型基站)和接入网关（aGW，核心网的一部分）构成。新的eNB不仅具有原来Node B（基站）的功能，还能完成原来RNC（无线网络控制器）的大部分功能。eNB和eNB之间采用无线Mesh方式（Mesh组网除了具有传统的路由网关、中继功能外，还可以通过无线多跳通信，以低得多的发射功率获得同样的无线覆盖范围）直接互联，比3G时代的层层节点和网关效率高得多。整体来看，与传统3GPP接入网相比，LTE减少了RNC（无线网络控制器）节点，名义上LTE是对3G的演进，事实上它可算是对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。

 
相比3G网络，LTE大幅减少了节点数，节点间通过Mesh组网，延迟很小。

基于这些技术上的革新，LTE下行峰值速率可达100Mbps，频谱利用率达到5(bit/s)/Hz，3~4倍于R6 HSDPA，上行速率为50Mps，频谱利用率2.5(bit/s)/Hz，是R6 HSUPA的2~3倍。整个体系实现了基于IP的分组交换技术，彻底丢弃了传统的电路交换，通过QoS机制实现不同服务的质量保证。不但如此，LTE的系统部署更为灵活，能够支持1.25MHz～20MHz间的多种系统带宽，并支持成对和非对称的频谱分配。网络结构的调整降低了无线网络时延，解决了向下兼容的问题，时延可达用户层面<5ms，网络控制<100ms，并在保持目前基站位置不变的情况下增加了蜂窝小区的边界数据传输速率，如MBMS(多媒体广播和组播业务)在小区边界可提供1（bit/s）/Hz的数据速率。