4G—LTE技術(shù)的原理與應(yīng)用

【摘 要】隨著3G技術(shù)的普及和應(yīng)用，移動(dòng)通訊已經(jīng)成為最活躍的應(yīng)用學(xué)科。相對(duì)于3G與2G時(shí)代，4G技術(shù)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)體制的統(tǒng)一。作為4G時(shí)代主流選擇的LTE 技術(shù)，可以根據(jù)雙工方式的不同，采用空中接口模式，提升用戶峰值速率，減少系統(tǒng)延時(shí)。本文以第四代通信中，4G-LTE關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，對(duì)其原理與應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)闡述。

【關(guān)鍵詞】第四代通訊；4G-LTE；技術(shù)原理；技術(shù)應(yīng)用

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，3G技術(shù)在各大運(yùn)營(yíng)商的推廣下取得了優(yōu)異的成績(jī)。作為GSM和UMTS的延續(xù)，4G主流技術(shù)的性能更加良好，適應(yīng)了移動(dòng)計(jì)算、移動(dòng)數(shù)據(jù)以及移動(dòng)多媒體的需要。作為動(dòng)態(tài)適應(yīng)性系統(tǒng)，4G的主要特征將形成全新的業(yè)務(wù)鏈，進(jìn)而完善運(yùn)營(yíng)、信息服務(wù)、制造也以及消費(fèi)者組成的產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈。

一、4G系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

集MLAN與3G于一身并能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量傳輸?shù)募夹g(shù)產(chǎn)品，4G系統(tǒng)能以100Mbps、50Mbps的速度進(jìn)行下載和上傳，滿足了用戶對(duì)無(wú)線服務(wù)的需求。而在價(jià)格方面，與固定寬帶價(jià)格相差無(wú)幾又擁有靈活的計(jì)費(fèi)方式，用戶可以根據(jù)自身的需要來(lái)確定所需要的技術(shù)服務(wù)。4G網(wǎng)絡(luò)還可以在有線電視解調(diào)器與DSL沒(méi)有覆蓋的地方部署，拓展了覆蓋面積[1]。

第四代移動(dòng)通訊技術(shù)包括高速接入、信息傳輸、抗干擾調(diào)制以及成本低大容量高性能的自適應(yīng)陣列智能天線以及無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。LTE作為4G時(shí)代的核心通訊技術(shù)，以O(shè)FDM為主，技術(shù)特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓展具有一定的抗干擾和康噪音能力，為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量提供更好的服務(wù)。第四代通訊系統(tǒng)對(duì)加速增長(zhǎng)無(wú)線連接提出了一定的要求，在保證多種無(wú)線系統(tǒng)和室內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫隙服務(wù)的同時(shí)，增添了新的頻段使得資源能提供不同的通訊接口。如，在運(yùn)用路由技術(shù)過(guò)程中，是以傅里葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)第四代網(wǎng)路結(jié)構(gòu)的。近幾年來(lái)，移動(dòng)寬帶技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中，LTE技術(shù)已經(jīng)成為通訊技術(shù)的佼佼者和勝利者。

二、4G-LTE的技術(shù)原理

（一） OFDM技術(shù)

LTE中兩大核心技術(shù)之一就是OFDM技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，復(fù)用技術(shù)的主要形式就取決于PFDM技術(shù)。其工作原理是對(duì)某個(gè)寬頻信號(hào)進(jìn)行人為形式的劃分，并分解成多個(gè)正交信道，用改變數(shù)據(jù)傳輸速度的方式降低每個(gè)信道的流速，減少信道與信道之間的干擾強(qiáng)度。同時(shí)，在形式劃分過(guò)程中，基礎(chǔ)寬帶就是信道，實(shí)現(xiàn)抗干擾能力是保持信道的延緩和衰弱。同時(shí)，作為原始信道的一部分，每個(gè)信道的均衡處理實(shí)現(xiàn)起來(lái)都極為容易。OFDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于拓展、頻譜抗衰等性能較好，在發(fā)射時(shí)域時(shí)避免了射頻信號(hào)帶來(lái)的PAPR等問(wèn)題。

（二）MIMO多天線技術(shù)

作為新興的無(wú)線通訊技術(shù)，LTE的重點(diǎn)在于改善網(wǎng)絡(luò)容量加快網(wǎng)絡(luò)速度以及醫(yī)生覆蓋面積。LTE的設(shè)計(jì)過(guò)程中，首要目標(biāo)就是提升通訊速度（上傳速度為50Mbti/s，下載速度為100Mbti/s）[2]。是HSDPA的3～4倍以上。同時(shí)，要求LTE的傳輸速率滿足輔助吐量的增減，因此，MIMO技術(shù)被引入到LTE通訊技術(shù)之中，用以提升傳輸速度。

MIMO的技術(shù)原理是在收發(fā)端同時(shí)使用多根天線來(lái)拓展空間域，借此來(lái)提升系統(tǒng)容量。作為一種逆向思維，MIMO技術(shù)可以建立多個(gè)輔助系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)通道建立和傳輸同步。在增加多條寬帶線路的條件下，可以實(shí)現(xiàn)波束賦形、空間復(fù)用以及發(fā)射分級(jí)等。MIMO技術(shù)不僅能節(jié)約傳送成本改善覆蓋面積，還能在吞吐量提升的同時(shí)提高頻譜效率，降低投入和維護(hù)成本。

三、4G-LTE的技術(shù)應(yīng)用

LTE技術(shù)滿足了技術(shù)征集的需求。是IMT-Advanced技術(shù)的重要來(lái)源，作為一種演進(jìn)系統(tǒng)，相當(dāng)于WCDMA和HSPA的關(guān)系。

（一）OFDM應(yīng)用

OFDM技術(shù)在功能上具有一定的選擇性，避免了通訊過(guò)程中出現(xiàn)的信號(hào)干擾和信號(hào)沖突，并擁有較強(qiáng)的頻譜利用性能。而OFDM的信道接收機(jī)制降低了接收過(guò)程中的復(fù)雜性，在實(shí)現(xiàn)接收分離的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了高速傳送過(guò)程中的適應(yīng)性。因?yàn)镺FDM可以實(shí)現(xiàn)用戶正交避免用戶與用戶之間的干擾，提升系統(tǒng)容量，所以，載波系統(tǒng)往往可以直接完成正交傳輸，其方式主要有異頻組網(wǎng)、同頻組網(wǎng)以及移位頻率組網(wǎng)復(fù)用等。在實(shí)際測(cè)試中，針對(duì)不同場(chǎng)景對(duì)三種方式進(jìn)行分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在FSFR組網(wǎng)過(guò)程中，寬帶調(diào)整為20MHz的時(shí)候，一號(hào)和二號(hào)、三號(hào)頻段均有復(fù)用區(qū)域，其大小為5MHz。但在無(wú)復(fù)用區(qū)域的小區(qū)中，系統(tǒng)總寬帶60MHz，每個(gè)信號(hào)區(qū)域占20MGz。從測(cè)試結(jié)果中可以看出，同頻組網(wǎng)傳輸率相對(duì)異頻組網(wǎng)較小，F(xiàn)SFR居中[3]。在頻譜測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，同頻組網(wǎng)的小區(qū)明顯優(yōu)越于異頻組網(wǎng)及FSFR組網(wǎng)，其中FSFR與異頻組網(wǎng)犧牲頻譜利用率增加。由此可見(jiàn)，同頻組網(wǎng)的邊緣用戶雖然速率低，但頻譜利用率有所提升。在需要高流量過(guò)程中，抗干擾技術(shù)也明顯優(yōu)越于其他技術(shù)。

（二）MIMO技術(shù)應(yīng)用

在實(shí)際技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，MIMO技術(shù)可以采用分集發(fā)射、空間復(fù)用等多種技術(shù)手段。在應(yīng)用過(guò)程中，技術(shù)手段之間存在不同差異。如，利用多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)收發(fā)過(guò)程的空間復(fù)用模式，匯總還原過(guò)程都是由接收端完成的，因此，效率及速度較強(qiáng)。發(fā)射端多天線的分集發(fā)射在接收過(guò)程中能提升信噪比。而利用干涉原理實(shí)現(xiàn)信息傳輸過(guò)程的波束賦形技術(shù)，在下行鏈路中明顯優(yōu)越于其他方式。

由于MIMO技術(shù)的多樣性，其傳遞模式也多種多樣，其中包括SU-MIMO以及UE-MIMO等，但各種技術(shù)手段之間的差異在于不同的傳輸模式。如，在R8標(biāo)準(zhǔn)模式中，MIMO技術(shù)在LTE系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳送模式有7種之多；但在R9技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中卻增加了波束賦形以及雙流傳輸。因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景，來(lái)選定數(shù)據(jù)傳輸類型，以便適應(yīng)LTE系統(tǒng)的發(fā)展需求和用戶的最終需求。

綜上所述，LET系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了新技術(shù)介入與整合，改變了傳統(tǒng)2G、3G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳送模式，其兩大核心技術(shù)MIMO、OFDM形成了全新的技術(shù)系統(tǒng)和技術(shù)思路，大大提升了通訊效率，滿足了消費(fèi)者的通訊需求，LTE也將成為4G標(biāo)準(zhǔn)之一，其完善的關(guān)鍵技術(shù)與原理是未來(lái)通訊技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊鵬，李波.LTE的關(guān)鍵技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2010，01（05）：156-157.

[2]鄭有強(qiáng)，徐兆吉.TD-LTE業(yè)務(wù)承載能力及應(yīng)用分析[J].移動(dòng)通信，2010，05（09）：16-17.

[3]趙然.LTE關(guān)鍵技術(shù)原理及其應(yīng)用探討[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2012，02（06）：225-226.