LTE關(guān)鍵技術(shù)原理及實(shí)際應(yīng)用分析

陳玲玲

摘 要：針對(duì)LTE關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，對(duì)其技術(shù)原理與具體應(yīng)用模式進(jìn)行了闡述，說明LTE作為新一代的無線通信技術(shù)新標(biāo)準(zhǔn)，其核心是在復(fù)用技術(shù)和接收技術(shù)上進(jìn)行了革新，并以此作為未來通信技術(shù)演進(jìn)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：LTE；OFDM；MIMO；原理和應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）20-0064-02

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展引發(fā)了信息技術(shù)的全面發(fā)展，3G技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了全面推廣的階段，在各大運(yùn)營商的推動(dòng)下，LTE計(jì)劃被推出并逐步實(shí)施。LTE即移動(dòng)通信技術(shù)的長(zhǎng)期演進(jìn)，是3 GPP主導(dǎo)的無線通信技術(shù)的演進(jìn)。作為GSM和UMTS的延續(xù)已經(jīng)成為3G向4G演進(jìn)的主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高性能為通信服務(wù)打下良好的演進(jìn)基礎(chǔ)是LTE技術(shù)發(fā)展的目的，文章對(duì)LTE關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 OFDM：正交頻分復(fù)用技術(shù)

1.1 OFDM技術(shù)

OFDM技術(shù)是LTE兩大關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著時(shí)代發(fā)展，OFDM技術(shù)已經(jīng)成為復(fù)用技術(shù)的主要形式，其工作的基本原理是對(duì)一個(gè)寬頻信道進(jìn)行人為的劃分，使之成為多個(gè)正交信道，改變高速數(shù)據(jù)流的傳輸速度，降低速度使得每個(gè)信道的傳遞形成低速流，減少子信道之間的干擾。每個(gè)信道都是基礎(chǔ)帶寬，最大限度保持信道的衰落延緩，從而最大限度實(shí)現(xiàn)抗干擾。同時(shí)每個(gè)信道都是原始信號(hào)的一小部分，信道均衡處理相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。OFDM技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，頻譜效率高、擴(kuò)展性好、抗衰性好等，同時(shí)可以在不同的頻帶采用不同的調(diào)制編碼來完成，提供了頻率選擇性，所以在CDMA和OFDM技術(shù)之間LTE選擇了OFDMA技術(shù)作為下行多地址技術(shù)。為了在傳輸中實(shí)現(xiàn)PAPR上行LTE利用SC-FDMA技術(shù)，具體措施為DFT-S-OFDM技術(shù)，該技術(shù)在OFDM的IFFT完成信號(hào)調(diào)制前進(jìn)行DFT拓展，這樣系統(tǒng)發(fā)射時(shí)域信號(hào)避免了OFDM系統(tǒng)發(fā)射頻域信號(hào)所帶來的PAPR問題。

1.2 OFDM的應(yīng)用

OFDM技術(shù)具有信道選擇的功能，以此避免在通信中出現(xiàn)沖突和干擾，以此獲得了較高的頻譜利用效果。正因?yàn)镺FDM子信道的接收機(jī)制可實(shí)現(xiàn)分離，降低了接收端的復(fù)雜性，使得OFDM系統(tǒng)對(duì)高速率移動(dòng)數(shù)據(jù)的傳遞適應(yīng)性很強(qiáng)。因?yàn)镺FDM可以實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)的用戶進(jìn)行正交，從而避免客戶之間的干擾，這就可以提高系統(tǒng)的容量。但是在多載波系統(tǒng)中小區(qū)的內(nèi)部可以直接實(shí)現(xiàn)正交傳輸，但是可降低系統(tǒng)中出現(xiàn)的小區(qū)間干擾，所以小區(qū)間多址問題將更為嚴(yán)重。所以在利用該技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)的時(shí)候有三種方式，同頻率組網(wǎng)、異頻率組網(wǎng)、頻率移位頻率復(fù)用（FSFR）。

在實(shí)際的測(cè)試中，利用不同的場(chǎng)景對(duì)三種組網(wǎng)的方式進(jìn)行對(duì)比考察，其中場(chǎng)景一是FSFR組網(wǎng)，三個(gè)頻道的帶寬設(shè)置為20 MHz，其中一號(hào)和二號(hào)頻段有5 MHz的復(fù)用區(qū)域，二號(hào)和三號(hào)也有5 MHz復(fù)用區(qū)。場(chǎng)景二是異頻組網(wǎng)，小區(qū)內(nèi)不存在復(fù)用區(qū)域，每個(gè)區(qū)占頻20 MHz，系統(tǒng)總帶寬60 MHz。場(chǎng)景三則是同頻率的20 MHz進(jìn)行組網(wǎng)。從測(cè)試的結(jié)果看，異頻率組網(wǎng)的傳輸量最大而同頻的最低，F(xiàn)SFR居中。從頻譜效率來看，采用同頻組網(wǎng)的小區(qū)效果比較FSFR和異頻組網(wǎng)高40%，而小區(qū)邊緣的頻譜效率低32%，從另一個(gè)角度看異頻組網(wǎng)性能是犧牲平頻譜利用效率為代價(jià)而提高的?？梢姡m然同頻的組網(wǎng)方式邊緣用戶速率低，但是頻譜利用效果好。所以在規(guī)模試驗(yàn)測(cè)量階段，應(yīng)采用同頻組網(wǎng)，而在小區(qū)邊緣如果需要高流量時(shí)，則利用抗干擾技術(shù)來輔助傳輸。

2 MIMO：多天線技術(shù)

2.1 MIMO技術(shù)原理

LTE是一種新興的無線通信技術(shù)，其重點(diǎn)改進(jìn)的是網(wǎng)絡(luò)速度增加網(wǎng)絡(luò)的容量，擴(kuò)大覆蓋范圍等。LTE設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是提高通信速率，下行峰值達(dá)到100 Mbit/s，上行峰值達(dá)到50 Mbit/s。頻譜效率下行應(yīng)保證5 bit/s/Hz，是HSDPA的3～4倍，上行鏈路應(yīng)為2.5 bit/s/Hz，是HSDPA的2～3倍。與以往的技術(shù)相比，LTE的傳輸效率和速率的提高要求必須具備相應(yīng)的輔助技術(shù)滿足吞吐量的增加，所以MIMO技術(shù)被引入，以提高傳輸效率。

MIMO技術(shù)就是指在發(fā)送端和接收端同時(shí)使用多根天線，擴(kuò)展了空間域，充分利用了空間擴(kuò)展所提供的特征，從而帶來了系統(tǒng)容量的提高。以往的多天線技術(shù)都是利用多路徑的傳輸來提高無線傳輸?shù)馁|(zhì)量，但是MIMO技術(shù)則是逆向思維，目的是在多個(gè)天線之間多路徑的傳遞來實(shí)現(xiàn)高速傳輸，多個(gè)通道的建立可以幫助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步傳輸，在不同增加帶寬的條件下，可以成倍的改善UE通信的質(zhì)量或者大幅度提高通信效率。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景其實(shí)現(xiàn)的方式也不同，MIMO在實(shí)現(xiàn)方式上有空間復(fù)用、發(fā)射分集、波束賦形三種。MIMO的應(yīng)用可以大幅度的提高頻譜效率，降低每比特的傳輸成本，幫助系統(tǒng)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，改善系統(tǒng)覆蓋面積，尤其是在小區(qū)的邊緣，其吞吐量明顯提高，降低了基礎(chǔ)設(shè)置投入成本和維護(hù)難度。

2.2 MIMO技術(shù)的應(yīng)用

在實(shí)際的應(yīng)用中MIMO的技術(shù)措施可以有多個(gè)方式，當(dāng)前使用的有空間復(fù)用、發(fā)射分集、波束賦性等技術(shù)。在應(yīng)用中其原理也存在差異，空間復(fù)用是利用多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)發(fā)送與接收，接收端完成匯總還原，所以為其數(shù)據(jù)傳輸?shù)男瘦^高。發(fā)射分集是發(fā)射端多天線，而接收端利用單接收器，可以提高信噪比。波束賦形是利用干涉的原理實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，在下行鏈路中可以獲得較好的效果。

LTE中的MIMO技術(shù)應(yīng)用因?yàn)槠浼夹g(shù)措施的多樣性可以形成多個(gè)傳遞模式，其中包括了UE-MIMO或者SU-MIMO等，其核心的差異就是傳輸模式的不同，如利用空間復(fù)用或者反射分集等。因此LTE系統(tǒng)所采用的上行和下行傳輸也可利用不同的MIMO技術(shù)，如R8標(biāo)準(zhǔn)中定義傳輸模式有7種，其中包括了發(fā)送分集、開環(huán)和閉環(huán)空間復(fù)用、MU-MIMO、波束賦形等MIMO 應(yīng)用方式。在R9技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中增加了雙流環(huán)境下的波束賦形技術(shù)模式，增加了導(dǎo)頻設(shè)計(jì)以此支持多個(gè)UE波束賦形。在應(yīng)用中可以根據(jù)實(shí)際的傳輸數(shù)據(jù)類型、覆蓋面積、系統(tǒng)容量等場(chǎng)景差異來選擇技術(shù)措施，以適應(yīng)LTE系統(tǒng)需求。

3 結(jié) 語

LTE系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了新技術(shù)的引入，從而改變了原有的2G環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸模式。如上所述，OFDM和MIMO是其兩大核心技術(shù)，利用核心技術(shù)的合理應(yīng)用形成了新的技術(shù)思路和系統(tǒng)，大大提高了本技術(shù)的通信效率，基本滿足了現(xiàn)階段的通信需求。實(shí)際上LTE的進(jìn)一步演進(jìn)將成為新的4G標(biāo)準(zhǔn)之一，所以對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)的完善是未來通信技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

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