談LTE技術(shù)如何支撐智慧城市建設(shè)

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摘 要：目前，4G通信技術(shù)尚未成熟，LTE等后3G技術(shù)處于主導(dǎo)地位。文章以LTE技術(shù)為中心，介紹了該技術(shù)的概況和應(yīng)用前景，同時深入探討了LTE的發(fā)展優(yōu)勢和組網(wǎng)特點，凸顯出LTE技術(shù)在移動實時通信中的獨到優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：LTE技術(shù)；移動通信；后3G技術(shù)

1 LTE技術(shù)的產(chǎn)生背景

LTE技術(shù)是3G技術(shù)的長期延伸項目，它的發(fā)展平臺基于成熟的3G技術(shù)。04年11月，3GPP魁北克會議上，通過了3G系統(tǒng)長期演進(jìn)研究計劃，世界上各大運營商和制造廠商經(jīng)過一系列討論，逐步開展對LTE技術(shù)的初步開發(fā)。LTE技術(shù)的發(fā)展也得益于通信技術(shù)變革期的良好發(fā)展機(jī)遇。在2009年，LTE技術(shù)取得了較大進(jìn)步。目前，在LTE領(lǐng)域，中國處于領(lǐng)先地位，由此產(chǎn)生了大量專利和國際標(biāo)準(zhǔn)。部分國家地區(qū)發(fā)放了LTE拍照，運營商也加快了LTE部署，可以說，3G向LTE演進(jìn)已成為大勢所趨。

2 LTE技術(shù)概述

LTE作為3G技術(shù)的升級版，需要著手提高頻譜利用率、峰值數(shù)據(jù)速率、小區(qū)邊緣速率等關(guān)鍵參數(shù)，還需要降低建網(wǎng)和運營成本，力求客戶獲得實時在線體驗，盡可能縮短用戶平面延時。同時為了不至于發(fā)生并網(wǎng)沖突，該系統(tǒng)還要和現(xiàn)有的2G、3G共存。LTE技術(shù)一般有兩個版本，也即TD-LTE和FD-LTE。這兩者的區(qū)別是，TDD采用不對稱頻率進(jìn)行雙工，F(xiàn)DD采用一對頻率進(jìn)行雙工。TD-SCDMA是CDMA技術(shù)，TD-LTE屬于OFDM技術(shù)，無法對接。TDD和FDD兩種制式具有高度協(xié)調(diào)性，它們在標(biāo)準(zhǔn)化方面同步性較好。以下主要論述TD-LTE技術(shù)。

2.1 TD-LTE技術(shù)的制定

TD-LTE的發(fā)展離不開TD-SCDMA。在RAN側(cè)，CDMA技術(shù)將升級為抗干擾效果更好的OFDM（正交頻分調(diào)制技術(shù)）。OFDM的問世要追溯到上世紀(jì)六十年代，經(jīng)過幾十年的完善和發(fā)展，加之九十年代信號處理技術(shù)的進(jìn)步，它在數(shù)字廣播、DSL和無線局域網(wǎng)方面得到了重要應(yīng)用。OFDM技術(shù)有多項優(yōu)點，例如抗多徑干擾、實現(xiàn)方式簡單、可支持不同帶寬、頻譜利用率高等，目前已經(jīng)作為未來4G技術(shù)的儲備技術(shù)大力發(fā)展。

2.2 TD-LTE的必備技術(shù)

MIMO技術(shù)成為TD-LTE的必選技術(shù)，它能夠有效提高頻譜效率。借助多天線系統(tǒng)的空間信道優(yōu)勢，MIMO能同時傳輸多條數(shù)據(jù)流，從而大大提高數(shù)據(jù)傳輸速率。為了盡可能縮短延時（控制面不大于100ms，用戶面不大于5ms），目前的RNC結(jié)構(gòu)將被取代，NodeB將具備RNC的部分簡單功能，成為eNodeB，并通過X2接口進(jìn)行網(wǎng)狀放射態(tài)互聯(lián)，接入CN。這種系統(tǒng)變化勢必引發(fā)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的改變，3GPP同時在為RAN/CN的演進(jìn)做準(zhǔn)備。

2.3 TD-LTE技術(shù)的核心技術(shù)

2.3.1 物理層傳輸技術(shù)

⑴LTE上行調(diào)制方式以位移BPSK，QPSK和16QAM為主，下行調(diào)制方式則由QPSK，16QAM和64QAM組成。

至于多址技術(shù)，LTE具有明文規(guī)定，下行采用OFD-MA，上行采用單載波頻分多址。OFD-MA之所以成為多載波，是因為一個傳輸符號包含M個正交子載波。SCFD-MA是另一種多載波方案，其特點是可以明顯降低峰平功率比，節(jié)省功率。

⑵無線通信技術(shù)的核心是傳輸技術(shù)和多址技術(shù)。LTE采用OFDM調(diào)制技術(shù)，也即將高速數(shù)據(jù)流進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)交換，把一條數(shù)據(jù)流分配到傳輸速率相對較小的若干個互為正交的子信道傳輸。這種傳輸方式的優(yōu)點是，每個子信道的符號周期會相應(yīng)增加，這減輕了因無線信道多徑時延所產(chǎn)生的時間彌散性對傳輸系統(tǒng)造成的影響。

LTE采用Turbo碼作為信道編碼。Turbo碼采用并行級聯(lián)結(jié)構(gòu)，通過這種結(jié)構(gòu)將卷積碼和隨機(jī)交織器結(jié)合在一起，也即隨機(jī)編碼。在譯碼器中，采用SISO迭代譯碼算法，每個分量譯碼器都插入交織器，形成迭代譯碼結(jié)構(gòu)，這能夠使譯碼器的輸出比特?zé)o線趨近于最大似然值。

⑶LTE采用MIMO技術(shù)，其能夠很好地適應(yīng)宏小區(qū)、微小區(qū)、熱點等各類環(huán)境?；綧IMO采用下行2X2，上行1X2的天線陣列，同時也在考慮諸如4X4的天線陣列。目前，有多種方法在考慮中，例如智能天線技術(shù)、開環(huán)分集、空間復(fù)用、空間多址、預(yù)編碼、自適應(yīng)波束形成等。

2.3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

LTE的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)屬于單層建構(gòu)，由ENodeB構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)成本低、構(gòu)造簡單、延遲小。表面上，LTE是3G的升級版，實際上它對3GPP的整個體系架構(gòu)都做出了較大改動，與典型IP寬帶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為接近。LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需要研究如下功能：無線客戶端資源管理、實時定位、空閑和激活狀態(tài)的無縫對接管理、不同接入技術(shù)的互聯(lián)、安全加密技術(shù)、報頭壓縮、IP地址自動分配、漫游等。目前已經(jīng)基本形成初步的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)和功能劃分。如圖1所示：

在上圖中，BS和AGW這兩個邏輯節(jié)點已經(jīng)確定，由虛線表示的RRM服器是尚待確定。圖中上部框圖代表控制面功能，下部框圖是用戶面功能。邏輯點外部的功能框代表初步為確定部署位置的網(wǎng)絡(luò)功能。

目前，業(yè)內(nèi)基本確認(rèn)用戶面的報頭壓縮、用戶面、非接入層的安全功能集結(jié)在AGW，ARQ和RRC功能集結(jié)在NodeB。但是報頭壓縮和安全功能的掌控權(quán)尚未確定。

2.4 TD-LTE技術(shù)特性分析

⑴對于1，3，5，10，15，20MHZ貸款都能夠很好支持；

⑵在下行段使用OFDMA，很好地滿足高速數(shù)據(jù)傳輸要求；

⑶在上行段采用比OFDM更先進(jìn)的SC-FDMA技術(shù)，在不影響系統(tǒng)功能的前提下有效降低峰均比，減小終端發(fā)射功率，延長壽命，上行的最大傳輸速率可達(dá)50Mbits/s；

⑷TDD具有信息對稱性，既能簡化系統(tǒng)設(shè)計又可以提高系統(tǒng)性能；

⑸結(jié)合MIMO技術(shù)和智能天線，大大拓展系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域；

⑹智能天線技術(shù)有效降低小區(qū)間干擾，提高小區(qū)邊緣用戶的網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量；

⑺對時間、空間、頻率進(jìn)行三維快速天線資源調(diào)度，同時保證服務(wù)質(zhì)量和系統(tǒng)吞吐量。

3 LTE技術(shù)應(yīng)用前景

3.1 LTE的高速性

以2010年上海世博會為例，TD-LTE吸引了大量游客的目光，而且吸引了不少業(yè)內(nèi)專家的關(guān)注。在通信信息官中，TD-LTE演示網(wǎng)設(shè)置14個室外宏基站和3個街道站。該演示網(wǎng)的覆蓋面積達(dá)到了5.5平方公里，涵蓋了位于浦東的7個場館和位于浦西的兩個場館。根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，該演示網(wǎng)的下行速率微70Mb/s，上行速率微25Mb/s，是現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?0倍有余。TD-LTE的延時較小，且?guī)挻螅軌蛟谝苿又辛鲿秤^看實時畫面，這種用戶體驗是3G技術(shù)難以企及的。

3.2 基于LTE的移動高清會議

現(xiàn)代社會越來越講究工作效率，人們?yōu)榱斯?jié)省時間，自然對移動性提出了高要求，當(dāng)公司里的人員同一時段分布在不同地方，而又需要召開重要會議時，TD-LTE就能派上用場。借助TD-LTE的實時性，不同地域的人員借助筆記本電腦、TD-LTE數(shù)據(jù)卡，可將實時畫面和語音傳到會議室。會議室的實時圖像信號也能及時傳輸?shù)椒痔幉煌瑓^(qū)域的終端。

3.3 移動視頻監(jiān)控

TD-LTE能夠在公安交通系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，讓指揮中心和現(xiàn)場人員完成實時通信。手持LTE設(shè)備、車載終端、無線電通信設(shè)備可形成協(xié)作式設(shè)備組合，為公共安全提供先進(jìn)的通信保障。

如果交警手持LTE數(shù)據(jù)設(shè)備，可實時地將執(zhí)勤路段信息發(fā)回多媒體指揮中心，執(zhí)勤交警將違法行為的具體情況傳回指揮中心，指揮中心將指示傳給交警的LTE數(shù)據(jù)設(shè)備中，進(jìn)而快速處理交通事故。這樣，公安人員可以更清楚明了地掌握現(xiàn)場，提高決策準(zhǔn)確性和工作效率，營造更加安全便捷的交通環(huán)境。

4 結(jié)語

縱觀近幾年LTE的發(fā)展歷程，終端是一個瓶頸，伴隨LTE終端技術(shù)的不斷成熟，LTE也將應(yīng)用到更多領(lǐng)域。LTE技術(shù)作為一種全I(xiàn)P數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠支撐起高寬帶業(yè)務(wù)，其商業(yè)價值不可估量。目前，LTE產(chǎn)業(yè)鏈日趨成熟，LTE-FI設(shè)備、CPE設(shè)備、上網(wǎng)卡等都能在市面上買到。各大手機(jī)生產(chǎn)商，諸如蘋果、三星等，也將推出支持LTE網(wǎng)絡(luò)的新型智能手機(jī)?？梢灶A(yù)見，在未來幾年內(nèi)，LTE將使更多人體會到LTE對于建造智慧城市的巨大作用。

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