無線寬帶技術(shù)解析

譚立新

【摘 要】

通過詳細(xì)分析WLAN、WiMAX、LTE等幾種主流的無線寬帶技術(shù)，系統(tǒng)地介紹了各種技術(shù)的架構(gòu)、覆蓋范圍、技術(shù)特點與技術(shù)應(yīng)用等內(nèi)容，并提出了我國未來以“寬帶中國”為戰(zhàn)略核心的無線寬帶技術(shù)的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】

無線寬帶 LTE 超寬帶 寬帶中國

近年來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的用戶通過智能終端互相連接，享受互聯(lián)網(wǎng)帶來的便利生活，人類社會正在進(jìn)入互聯(lián)模式。一方面，信息化正以前所未有的速度滲透到人類社會的各個方面，深刻地改變著人類的生存環(huán)境；另一方面，隨著用戶數(shù)的增多、業(yè)務(wù)種類的多樣以及用戶對服務(wù)質(zhì)量體驗要求的增高，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)承受的負(fù)載逐漸超出其承受范圍。因此，寬帶接入成為未來的發(fā)展趨勢。根據(jù)先進(jìn)國家發(fā)展經(jīng)驗，寬帶的部署已成為當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)增長和持續(xù)復(fù)蘇的驅(qū)動力之一。尤其是隨著具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的確定以及工信部2012年確定的“寬帶中國”戰(zhàn)略的開展，我國的寬帶建設(shè)得到了飛速發(fā)展。

“寬帶中國”戰(zhàn)略主要涉及光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)和無線寬帶網(wǎng)絡(luò)（如3G、LTE等）[1]，其中無線寬帶接入技術(shù)以其接入靈活、基礎(chǔ)設(shè)施成本低廉等特點，成為未來寬帶接入的有力技術(shù)保證。在寬帶無線接入的早期發(fā)展階段，其定位為有線寬帶接入（如DSL）技術(shù)的補(bǔ)充，經(jīng)歷了從固定局域接入向游牧城域接入、再向廣域移動接入的發(fā)展歷程，體現(xiàn)了明顯的寬帶接入移動化的趨勢。根據(jù)國際主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，無線寬帶技術(shù)主要分為以802.11x為代表的無線局域網(wǎng)（WLAN）、全球微波接入互操作技術(shù)（WiMAX）、3GPP長期演進(jìn)技術(shù)（LTE）、本地多點分配業(yè)務(wù)（LMDS）和部分其他技術(shù)。

根據(jù)覆蓋范圍的不同，可以將無線接入技術(shù)分為：局域無線接入網(wǎng)（WLAN）、城域無線接入網(wǎng)（WMAN）以及廣域無線接入網(wǎng)（WWAN），如圖1所示。其中，WiMAX技術(shù)跨越WWAN和WMAN，并且早期的WiMAX技術(shù)不支持移動性，在后來的標(biāo)準(zhǔn)中逐漸增加對移動性的支持。

圖1 無線接入技術(shù)的覆蓋范圍示意圖

1 WLAN

1.1 概述

無線局域網(wǎng)技術(shù)支持局部范圍的較高數(shù)據(jù)速率，其覆蓋范圍從幾十米至幾公里不等，既可以采用蜂窩結(jié)構(gòu)，也可以采用非蜂窩結(jié)構(gòu)（如Ad-Hoc），其傳輸介質(zhì)分為射頻（RF）無線電波和光波。目前的無線局域網(wǎng)技術(shù)主要圍繞兩個典型標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)和HiperLAN系列標(biāo)準(zhǔn)。

802.11協(xié)議族由IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)組提出，根據(jù)版本不同，主要包括IEEE 802.11、IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g等。各不同版本的區(qū)別在于其工作頻段和最大可支持速率不同，具體如表1所示[2]：

表1 802.11部分協(xié)議比較

HiperLAN是一種歐洲標(biāo)準(zhǔn)，由ETSI開發(fā)，包括HiperLAN1、HiperLAN2、HiperLink和HiperAccess。這四種標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別是：LAN1提供了高速無線局域網(wǎng)連接并減少了無線技術(shù)復(fù)雜性，且采用了廣為人知的高斯最小頻移鍵控（GMSK）調(diào)制技術(shù)；為了考慮兼容性，HiperLAN2采用與IEEE 802.11a幾乎相同的物理層和媒體訪問控制（MAC）層；HiperLink用于戶內(nèi)骨干網(wǎng)；HiperAccess用于固定戶外應(yīng)用訪問有線基礎(chǔ)設(shè)施。

1.2 協(xié)議體系

根據(jù)開放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型，完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括7個層次，但WLAN僅僅工作在OSI/RM的下3層。需要說明的是，兩種不同標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議體系互有差別。

IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議體系中的邏輯鏈路控制（LLC）層與其他802局域網(wǎng)一樣并用，而MAC子層為各種物理層標(biāo)準(zhǔn)所共用。IEEE 802.11的MAC子層支持的物理層可分為：IEEE 802.11跳頻物理層、IEEE 802.11直接序列擴(kuò)頻物理層、IEEE 802.11b物理層、IEEE 802.11a物理層、IEEE 802.11g物理層、IEEE 802.11紅外線（IR）物理層以及IEEE 802.11n物理層。完整的IEEE 802.11協(xié)議體系如圖2所示：

根據(jù)IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，物理層進(jìn)一步分為物理層匯聚子層（PLCP）、物理媒體依賴子層（PMD）和物理層管理子層。MAC層也分為MAC子層和MAC管理子層。劃分后的各子層功能如表2所示：

HiperLAN中的WLAN有兩種：HiperLAN1和HiperLAN2。HiperLAN1是早期的標(biāo)準(zhǔn)，沒有任何實際的產(chǎn)品；HiperLAN2是一種支持QoS的控制標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中與IEEE 802.11進(jìn)行了密切地合作，其協(xié)議體系如圖3所示。

其協(xié)議體系包括三個基本的層：物理層（PHY）、數(shù)據(jù)鏈路控制層（DLC）和匯聚層（CL）。各種匯聚層同時工作，把采用不同協(xié)議的高層分組映射到DLC層。DLC層不僅提供AP和移動終端之間的邏輯連接，還能提供媒體訪問的功能和用于連接處理的通信管理功能。DLC層提供一個邏輯結(jié)構(gòu)把執(zhí)行不同應(yīng)用協(xié)議的匯聚層分組映射到單一的物理層，它包括6個子層：MAC協(xié)議、差錯控制協(xié)議（EC）、無線鏈路控制協(xié)議（RLC）、聯(lián)結(jié)控制功能（ACF）、無線資源控制（RRC）和DLC連接控制（DCC）。

1.3 技術(shù)應(yīng)用

無線局域網(wǎng)的應(yīng)用非常廣泛，可以分為室外應(yīng)用、室內(nèi)應(yīng)用。室內(nèi)應(yīng)用主要有家庭或小型辦公室應(yīng)用、大型辦公室、企事業(yè)單位、工業(yè)或商業(yè)等；室外應(yīng)用主要有園區(qū)網(wǎng)（校園網(wǎng)、醫(yī)院網(wǎng)、社區(qū)網(wǎng)等）、較遠(yuǎn)距離的無線網(wǎng)絡(luò)連接以及更遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)中繼。

另一類適合無線局域網(wǎng)應(yīng)用的場合是需要臨時組網(wǎng)和難以布線的地方，如災(zāi)難恢復(fù)、短時間的商用系統(tǒng)和大型會議以及軍事、公安等專用網(wǎng)。endprint

WLAN有三類應(yīng)用方式，即WLAN接入、網(wǎng)絡(luò)無線互聯(lián)和定位。前兩類應(yīng)用已經(jīng)比較普遍，而WLAN定位是近幾年發(fā)展起來的技術(shù)，其與無線廣域網(wǎng)的定位類似，不僅可以單獨(dú)使用，也可以將其他應(yīng)用結(jié)合起來進(jìn)一步促進(jìn)WLAN的應(yīng)用。

1.4 發(fā)展趨勢

無線局域網(wǎng)有很多局限性，此前關(guān)于局域網(wǎng)協(xié)議的發(fā)展主要體現(xiàn)在帶寬或傳輸速率的提高上，從標(biāo)準(zhǔn)上看主要是在物理層的改進(jìn)或擴(kuò)充方面，如IEEE 802.11的最大傳輸速率只有1～2Mbps，可以采用紅外方式、直接序列擴(kuò)頻（DSSS）或跳頻（FH）方式；IEEE 802.11b最大傳輸速率只有11Mbps，采用直接序列擴(kuò)頻方式；而IEEE 802.11a、IEEE 802.11g和HiperLAN2支持的最大傳輸速率可達(dá)54Mbps。總體而言，無線局域網(wǎng)未來的發(fā)展趨勢包括：更高的帶寬、移動性支持、多媒體保證（QoS）、安全性、可靠性、小型化、大覆蓋、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)性等。

2 WiMAX

2.1 概述

全球微波接入互操作（WiMAX）采用IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)，是一種城域網(wǎng)范圍的技術(shù)，可以為無線城域網(wǎng)中的“最后一公里”提供連接缺少的一環(huán)。IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)中的空中接口標(biāo)準(zhǔn)由MAC層和PHY層兩部分組成。該標(biāo)準(zhǔn)支持多種物理層技術(shù)，MAC層確保了對這些物理層的良好支持，從MAC層的角度而言，每一種物理層已經(jīng)被優(yōu)化到可以滿足多個應(yīng)用頻帶的需求。需要格外說明的是，IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)還包括一個支持10—66GHz頻段的物理層實現(xiàn)方案。

WiMAX技術(shù)的發(fā)展分為兩個階段[3]。第一階段的標(biāo)準(zhǔn)只支持固定寬帶無線接入，如802.16、802.16a、802.16d標(biāo)準(zhǔn)。其中802.16a可以看作對802.16的修正和增強(qiáng)，這2種標(biāo)準(zhǔn)均工作在2—11GHz（包括許可帶寬和面許可帶寬）的頻帶上，但是相比于802.16，802.16a標(biāo)準(zhǔn)對MAC層進(jìn)行了修改擴(kuò)展和對物理層進(jìn)行補(bǔ)充規(guī)范，結(jié)合了自動重傳請求（ARQ）等先進(jìn)的增強(qiáng)技術(shù)。第二階段的標(biāo)準(zhǔn)增加了對移動寬帶接入的支持，如802.16e和802.16m標(biāo)準(zhǔn)。

目前IEEE 802.16包括三個主流的空中接口標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 802.16d、IEEE 802.16e和IEEE 802.16m。IEEE 802.16d針對2—66GHz頻段的系統(tǒng)的空中接口標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)所支持的業(yè)務(wù)類型的差異性，該標(biāo)準(zhǔn)定義了多種MAC層以及相應(yīng)的PHY層。相對于IEEE 802.16和IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 802.16e納入了對用戶移動性的支持。在2—6GHz的許可寬帶內(nèi)，通過定義了在基站或扇區(qū)之間的高層切換功能，IEEE 802.16e系統(tǒng)中的用戶站可以車載速度移動。而IEEE 802.16m對IEEE 802.16e的進(jìn)一步增強(qiáng)，擴(kuò)充了可支持的用戶移動速度范圍。

與其他的無線接入技術(shù)相比，WiMAX技術(shù)具有諸多優(yōu)勢包括：開銷及投資風(fēng)險小、長距離下的高容量性能、系統(tǒng)容量可升級性、有效的服務(wù)質(zhì)量控制、動態(tài)時分多址接入（TDMA）及MAC支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音以及視頻等對時延敏感的業(yè)務(wù)、提供無線形式的“最后一公里”寬帶接入的同時保持對Wi-Fi技術(shù)的補(bǔ)足功能。

2.2 架構(gòu)與模型

圖4展示了WiMAX/802.16網(wǎng)絡(luò)參考模型[3]。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)/控制平面與管理平面。通過定義適當(dāng)?shù)目刂茩C(jī)制，數(shù)據(jù)/控制平面在完成必要傳輸?shù)耐瑫r，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性；而管理平面通過定義與數(shù)據(jù)/控制平面的功能實體相對應(yīng)的管理實體，實現(xiàn)了與數(shù)據(jù)/控制平面的實體的交互，同時也可以協(xié)助外部的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)完成相關(guān)的管理功能。本文將主要討論系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)/控制平面。

圖4 WiMAX/802.16參考模型

WiMAX標(biāo)準(zhǔn)為無線空中接口分別定義了媒體介入控制層（MAC）和物理層（PHY）[4]。其中MAC層又可以進(jìn)一步劃分為匯聚子層（CS）、公共部分子層和安全子層。CS層面向業(yè)務(wù)，通過業(yè)務(wù)匯聚訪問服務(wù)點向上面的外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)提供服務(wù)；公共部分子層通過MAC服務(wù)訪問點為CS層提供服務(wù)；安全子層則通過加密算法包來對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密操作。

具體來說，面向業(yè)務(wù)的匯聚子層的功能是提供從本層的服務(wù)訪問點接收到的外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到系統(tǒng)內(nèi)MAC層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU）之間的轉(zhuǎn)換或者映射，該子層支持的功能包括：對接收到的外部網(wǎng)絡(luò)SDU進(jìn)行分類，并與對應(yīng)的服務(wù)流建立對應(yīng)關(guān)系，對凈荷的報頭進(jìn)行壓縮等。MAC層的公共部分子層是系統(tǒng)提供具有服務(wù)質(zhì)量（QoS）的保證服務(wù)的關(guān)鍵，該子層實現(xiàn)的功能包括：上行業(yè)務(wù)類型的劃分、寬帶資源的調(diào)度、系統(tǒng)接入、寬帶的請求分配、連接的建立與維護(hù)、初始測距及周期性測距等。公共部分子層通過MAC訪問點（AP）從面向業(yè)務(wù)的匯聚子層接收數(shù)據(jù)，并且接收的所有數(shù)據(jù)都與某一個確定的連接綁定，對于連接的服務(wù)質(zhì)量控制以及數(shù)據(jù)單元的調(diào)度機(jī)制均在該子層實現(xiàn)。安全子層主要通過加密打包協(xié)議和密鑰管理協(xié)議提供一系列鑒權(quán)、密鑰交換和加密解密作用。加密打包協(xié)議通過定義應(yīng)用規(guī)則，將一系列的認(rèn)證和加密算法應(yīng)用到協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）凈荷部分；而密鑰管理協(xié)議主要是提供了密鑰分配機(jī)制[5]。

2.3 技術(shù)應(yīng)用

WiMAX技術(shù)的應(yīng)用主要分為兩種場景：專用網(wǎng)和公共網(wǎng)[6]。WiMAX用作專用網(wǎng)時，其功能介紹如下：

（1）蜂窩回傳網(wǎng)絡(luò)：在50km的覆蓋范圍內(nèi)提供點到點的鏈接，同時基于QoS保證技術(shù)，為語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供良好的支持。

（2）無線業(yè)務(wù)回傳：借助于其QoS保證技術(shù)，負(fù)責(zé)基站與接入網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

（3）海上通信網(wǎng)：在鉆井平臺和海上搜救過程中，通過WiMAX技術(shù)提供基本語音通信，同時也可提供實時的監(jiān)控和維護(hù)檢測等服務(wù)。

（4）校園網(wǎng)：利用WiMAX可以快速部署多個無線站點，提供具有QoS保證的語音、數(shù)據(jù)、視頻等服務(wù)，同時保證廣覆蓋、高容量、高安全、低冗余的特性。endprint

（5）金融網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程教育網(wǎng)、公共安全網(wǎng)、臨時建筑通信和游樂通信等其他專用服務(wù)。

WiMAX也可以作為公共網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)，主要包括以下兩類：

（1）城市無線業(yè)務(wù)接入網(wǎng)：無線業(yè)務(wù)服務(wù)商通過無線鏈接為住宅用戶和企業(yè)用戶提供數(shù)據(jù)視頻等服務(wù)。同時，現(xiàn)有的移動運(yùn)營商也可以通過WiMAX進(jìn)一步優(yōu)化其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

（2）偏遠(yuǎn)地區(qū)信息化：考慮到偏遠(yuǎn)地區(qū)地域廣袤、人員稀少，假設(shè)有線蜂窩網(wǎng)的預(yù)算和周期嚴(yán)重阻礙運(yùn)營商的盈利能力，因此具有QoS保證的WiMAX無線接入技術(shù)成為必然選擇。同時，WiMAX網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性使其在開拓人口密度較低的偏遠(yuǎn)地區(qū)市場方面具有很大潛力。

總之，采用WiMAX技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)非常適合城域范圍的覆蓋，在提供較高寬帶容量和數(shù)據(jù)速率的同時具有很高的QoS保證，是構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)的理想選擇。

3 LTE

3.1 概述

LTE技術(shù)是由第三代合作伙伴計劃（3GPP）組織發(fā)起的通用移動通信系統(tǒng)（UMTS）技術(shù)的長期演進(jìn)，是第四代移動通信的實際標(biāo)準(zhǔn)之一。LTE將系統(tǒng)帶寬由原始的5MHz擴(kuò)展到20MHz，采用了以O(shè)FDM/FDMA為核心的傳輸技術(shù)，并且在無線接入網(wǎng)（RAN）結(jié)構(gòu)層面，LTE追求扁平化、分散化的系統(tǒng)架構(gòu)，為了獲得更小的用戶面延遲，不再單獨(dú)引入無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）部分，而是將該部分的功能集成到基站部分；在整體系統(tǒng)架構(gòu)方面，LTE技術(shù)也采用全新的演進(jìn)型分組系統(tǒng)（EPS）架構(gòu)。根據(jù)3GPP技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，LTE系統(tǒng)相比于以往技術(shù)的主要優(yōu)點體現(xiàn)在：更低的每比特成本、多樣化業(yè)務(wù)支持能力、高QoS用戶體驗、靈活的載波聚合能力、簡化的開放性空中接口以及合理的終端功耗。

根據(jù)3GPP組織的討論，在TR25.913中詳細(xì)定義了LTE系統(tǒng)的需求指標(biāo)[7]，這些需求可以分為：系統(tǒng)容量需求、系統(tǒng)性能需求、系統(tǒng)部署需求、RAN框架及其演進(jìn)需求、無線資源管理需求以及復(fù)雜度需求等。在容量需求上，一方面，LTE通過采用更高的帶寬以及收發(fā)端多天線技術(shù)，可以支持更高的峰值速率（上行50Mbps，下行100Mbps）；另一方面，LTE也保證了更低的控制面延遲和用戶面延遲。在性能需求方面，LTE提高了小區(qū)平均吞吐量、小區(qū)邊緣吞吐量以及最大可同時接入系統(tǒng)的用戶數(shù)，進(jìn)而增加了系統(tǒng)頻譜效率；同時，LTE系統(tǒng)優(yōu)化了對移動性的支持（最高可在350km/h速度下保持系統(tǒng)的連接性）以及對高覆蓋的支持（最大支持100km覆蓋半徑）。針對系統(tǒng)部署需求，LTE技術(shù)支持獨(dú)立場景部署以及與其他接入技術(shù)的混合場景部署，同時該系統(tǒng)也支持靈活的頻譜分配方案（最小支持1.4MHz，最大支持20MHz）。在RAN架構(gòu)演進(jìn)方面，LTE系統(tǒng)采用單一的基于分組模式的E-UTRAN架構(gòu)，在盡量避免“單點失敗”的情況下保證了對實時和話音業(yè)務(wù)的有效支持；通過簡化架構(gòu)，接口數(shù)量得以減少。在無線資源管理（RRM）方面，LTE系統(tǒng)在保證了對高層傳輸協(xié)議有效支持的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)了端到端QoS支持，也可以實現(xiàn)不同接入技術(shù)（RAT）間的負(fù)載均衡。最后，LTE系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)追求低系統(tǒng)復(fù)雜度和低終端復(fù)雜度，力求在保證業(yè)務(wù)需求的前提下降低成本。

總之，與現(xiàn)有蜂窩技術(shù)（如3G）相比，LTE不僅需要支持靈活的傳輸帶寬，引入新的傳輸技術(shù)和多天線技術(shù)，也需要對信令設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，對RAN架構(gòu)和RAN網(wǎng)元功能之間劃分進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)TS36.300和TS36.401標(biāo)準(zhǔn)表述，LTE的總體架構(gòu)包括演進(jìn)型地面無線接入網(wǎng)（E-UTRAN）和演進(jìn)型分組核心網(wǎng)（EPC），其中E-UTRAN由演進(jìn)型節(jié)點B（eNodeB）組成，eNodeB之間通過X2接口互聯(lián)，eNodeB通過X1接口與分組核心網(wǎng)相連。根據(jù)功能，EPC可以分為服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）和移動性管理實體（MME），S1接口的用戶面終止在S-GW上，控制面終止在MME上。圖5描述了LTE系統(tǒng)的總體架構(gòu)：

圖5 LTE系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖6展示了LTE系統(tǒng)中接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的功能劃分。其中，接入網(wǎng)為E-UTRAN，由eNB承載該功能；核心網(wǎng)即EPC。

圖6 E-UTRAN和EPC功能劃分

在接入網(wǎng)方面，eNB作為LTE系統(tǒng)的主要組成部分，提供強(qiáng)大的功能支持，從無線資源管理到數(shù)據(jù)壓縮與數(shù)據(jù)加密、從路由選擇到尋呼和廣播信息的調(diào)度發(fā)送、以及移動性和調(diào)度測量與測量上報的配置。其中小區(qū)間的無線資源管理既包括了無線承載控制和無線許可控制，也包括了連接移動性控制和上下行資源動態(tài)調(diào)度。

LTE中的核心網(wǎng)主要負(fù)責(zé)建立有關(guān)承載和控制用戶終端，其不僅包括了S-GW和MME邏輯節(jié)點，也包括PDN網(wǎng)關(guān)（P-GW）、策略控制和計費(fèi)規(guī)則（PCRF）等邏輯節(jié)點。S-GW負(fù)責(zé)發(fā)送用戶的IP數(shù)據(jù)包、完成移動性支持以及緩存用戶數(shù)據(jù)等；MME作為控制節(jié)點，處理UE和核心網(wǎng)絡(luò)間信令交互，完成承載管理和用戶連接管理；P-GW通過業(yè)務(wù)流模板將用戶的IP包分配給不同的QoS承載；而PCRF提供QoS授權(quán)，并負(fù)責(zé)策略控制的決策以及基于流量收費(fèi)的功能。

3.3 技術(shù)特點

LTE系統(tǒng)支持從1.4MHz到20MHz的靈活的系統(tǒng)帶寬。系統(tǒng)采用OFDM方式將頻率資源劃分為一個個正交的子載波，每個子載波的帶寬是15kHz，將12個子載波組成1個資源塊（RB）。因此，LTE最少支持6個RB（1.4MHz），最多支持100個RB（20MHz）。同時，LTE系統(tǒng)中引入了保護(hù)頻帶，以防止LTE系統(tǒng)帶寬內(nèi)的信號泄露到相鄰頻道，對其他系統(tǒng)（GSM、3G系統(tǒng)等）造成干擾。另外，為了支持對稱頻段和非對稱頻段的部署，LTE支持FDD和TDD兩種雙工方式。

LTE系統(tǒng)采用了多種先進(jìn)的無線傳輸技術(shù)，包括上下行多址技術(shù)、上下行MIMO技術(shù)、調(diào)制技術(shù)、信道編碼技術(shù)、演進(jìn)型多媒體技術(shù)以及小區(qū)間抑制干擾技術(shù)?？紤]到3GPP大多數(shù)公司的選擇，LTE系統(tǒng)下行采用OFDMA多址技術(shù)，同時為了降低峰平比（PAPR）對設(shè)備的影響，LTE系統(tǒng)上行采用了單載波頻分多址技術(shù)（SC-FDMA）。為了滿足對數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)容量的高要求，LTE系統(tǒng)支持下行MIMO技術(shù)，包括傳輸分集、空間復(fù)用、波束賦形等技術(shù)。傳輸分集技術(shù)（如空時編碼、循環(huán)延時分集、天線切換分集等）主要利用信道的弱相關(guān)性，通過傳輸信號的多個副本改善接收端的信噪比，該技術(shù)適用于低信噪比情況，目標(biāo)是提高傳輸速率或者覆蓋范圍?？臻g復(fù)用充分利用空間信道的弱相關(guān)性，在獨(dú)立的空間子信道上傳輸不同數(shù)據(jù)流，可以有效提高系統(tǒng)的峰值速率，高技術(shù)適用于高信噪比區(qū)域，其目的是提高傳輸速率。同分集技術(shù)一樣，波束賦形技術(shù)也適用于低信噪比區(qū)域，需要利用空間信道的強(qiáng)相關(guān)性，在小間距的天線陣列間形成波束的輻射方向圖，使波束主方向自適應(yīng)的朝向用戶方向，進(jìn)而提高容量和覆蓋。LTE的上行同樣支持MIMO技術(shù)，受限于終端設(shè)備的復(fù)雜性需求，目前上行的MIMO只支持天線選擇功能。LTE的信道編碼技術(shù)以Turbo碼作為基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合了分段、交織等改進(jìn)技術(shù)。LTE系統(tǒng)中的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)分為上行干擾協(xié)調(diào)和下行干擾協(xié)調(diào)，上行采用基于高干擾指示（HI）和過載指示（OI）信息的方案，而下行由于不采用功率控制技術(shù)，因此很多公司質(zhì)疑下行干擾存在的必要性。endprint

LTE系統(tǒng)支持先進(jìn)的自適應(yīng)編碼和調(diào)制技術(shù)（AMC）以及混合自動重傳請求技術(shù)（HARQ）。在AMC技術(shù)中，基站/終端可以根據(jù)及時信道條件，通過信道狀態(tài)指示（CQI）來動態(tài)選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制和編碼方式。LTE系統(tǒng)上下行均支持8個HARQ進(jìn)程，該技術(shù)可以分為同步和異步兩種情況。同步情況下每個HARQ進(jìn)程位置固定；而異步情況下的進(jìn)程位置不固定，需要額外的信令指示。

3GPP最終決定在LTE下行的PDSCH信道不采取功率控制，這是基于兩點考慮：一是，通過靈活的頻域調(diào)用可以最大程度避免調(diào)用高路損的RB；二是，下行功率補(bǔ)償機(jī)制極可能干擾下行CQI的測量，進(jìn)而影響了下行調(diào)度的準(zhǔn)確性。在LTE系統(tǒng)上行階段，針對PUSCH、PUCCH等信道采用功率控制以補(bǔ)償路損和陰影，同時抑制小區(qū)間干擾。需要注意的是，上行的功率控制機(jī)制采用慢功控方式（頻率不高于200Hz）。

在小區(qū)搜索方面，LTE首先順序采取符號級定時檢測和無線幀時鐘檢測的兩級時鐘檢測方式獲得時鐘同步，然后執(zhí)行小區(qū)ID檢測。LTE系統(tǒng)中，當(dāng)UE已經(jīng)和系統(tǒng)取得上行同步時，采取同步隨機(jī)接入方式接入系統(tǒng)；當(dāng)UE尚未取得或丟失上行同步時，UE要估計、調(diào)整上行發(fā)送時鐘，采取非同步隨機(jī)接入的方式接入系統(tǒng)。

4 部分其他技術(shù)

其他的無線寬帶技術(shù)包括本地多點分配系統(tǒng)（LMDS）和多信道多點分配系統(tǒng)（MMDS），均采用固定式的無線接入。

LMDS以無線方式解決從骨干網(wǎng)、本地交換機(jī)到用戶的接入問題。其工作在24—39GHz頻段，帶寬可達(dá)1GHz以上，采用類似于蜂窩的結(jié)構(gòu)，劃分若干個服務(wù)區(qū)，每個服務(wù)區(qū)設(shè)立基站，覆蓋范圍可達(dá)幾公里到幾十公里。LMDS系統(tǒng)下行采用TDM技術(shù)，并且采用了扇區(qū)覆蓋的形式，這樣每一個廣播信號就能被控制在相應(yīng)的扇區(qū)內(nèi)。

但是，因為LMDS工作于10GHz以上的高頻段，使得該技術(shù)具有與生俱來的缺點：高頻段的信號傳輸受視距（LOS）、天氣、距離等因素的影響明顯，且衰減嚴(yán)重，這就要求LMDS系統(tǒng)的部署環(huán)境要保持固定，并且基站和遠(yuǎn)端站之間的距離要在一定范圍之內(nèi)；另一方面，在雨雪等天氣情況下，該系統(tǒng)的雨衰雪衰等特性必然影響用戶體驗。

相比于LMDS系統(tǒng)，MMDS系統(tǒng)的工作頻段集中在2—5GHz，因此該頻段具有較小的空間傳輸損耗，同時受天氣變化因素影響較小。這些特點使得MMDS系統(tǒng)較LMDS系統(tǒng)而言具有更大的覆蓋半徑（幾十公里）。與LMDS相比，MMDS適用于用戶相對分散、容量較小的地區(qū)。但是2—5GHz頻率段的資源比較緊張，各國能夠分配給MMDS使用的頻率要比LMDS少得多，因此該頻段的使用需要合理的頻譜規(guī)劃。

參考文獻(xiàn)：

[1] 程永志. “寬帶中國”發(fā)展戰(zhàn)略簡析與思考[J]. 電信快報， 2013（1）： 22-25.

[2] 劉乃安. 無線局域網(wǎng)（WLAN）——原理、技術(shù)與應(yīng)用[M]. 西安： 西安電子科技大學(xué)出版社， 2004： 11-13.

[3] 吳林. WiMAX中QoS保證機(jī)制研究[D]. 北京： 北京郵電大學(xué)， 2010.

[4] 謝剛. WiMAX技術(shù)原理及應(yīng)用[M]. 3版. 北京： 北京郵電大學(xué)出版社， 2010： 7-10.

[5] 曾春亮. WiMAX/802.16原理與應(yīng)用[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2007： 34-35.

[6] 郎為民，劉波. WiMAX技術(shù)原理與應(yīng)用[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2008： 310-318.

[7] 沈嘉. 3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010： 16-24.

[8] 高文龍. 寬帶無線接入多面觀[J]. 電信技術(shù)， 2001（10）： 3-7.endprint

LTE系統(tǒng)支持先進(jìn)的自適應(yīng)編碼和調(diào)制技術(shù)（AMC）以及混合自動重傳請求技術(shù)（HARQ）。在AMC技術(shù)中，基站/終端可以根據(jù)及時信道條件，通過信道狀態(tài)指示（CQI）來動態(tài)選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制和編碼方式。LTE系統(tǒng)上下行均支持8個HARQ進(jìn)程，該技術(shù)可以分為同步和異步兩種情況。同步情況下每個HARQ進(jìn)程位置固定；而異步情況下的進(jìn)程位置不固定，需要額外的信令指示。

3GPP最終決定在LTE下行的PDSCH信道不采取功率控制，這是基于兩點考慮：一是，通過靈活的頻域調(diào)用可以最大程度避免調(diào)用高路損的RB；二是，下行功率補(bǔ)償機(jī)制極可能干擾下行CQI的測量，進(jìn)而影響了下行調(diào)度的準(zhǔn)確性。在LTE系統(tǒng)上行階段，針對PUSCH、PUCCH等信道采用功率控制以補(bǔ)償路損和陰影，同時抑制小區(qū)間干擾。需要注意的是，上行的功率控制機(jī)制采用慢功控方式（頻率不高于200Hz）。

在小區(qū)搜索方面，LTE首先順序采取符號級定時檢測和無線幀時鐘檢測的兩級時鐘檢測方式獲得時鐘同步，然后執(zhí)行小區(qū)ID檢測。LTE系統(tǒng)中，當(dāng)UE已經(jīng)和系統(tǒng)取得上行同步時，采取同步隨機(jī)接入方式接入系統(tǒng)；當(dāng)UE尚未取得或丟失上行同步時，UE要估計、調(diào)整上行發(fā)送時鐘，采取非同步隨機(jī)接入的方式接入系統(tǒng)。

4 部分其他技術(shù)

其他的無線寬帶技術(shù)包括本地多點分配系統(tǒng)（LMDS）和多信道多點分配系統(tǒng)（MMDS），均采用固定式的無線接入。

LMDS以無線方式解決從骨干網(wǎng)、本地交換機(jī)到用戶的接入問題。其工作在24—39GHz頻段，帶寬可達(dá)1GHz以上，采用類似于蜂窩的結(jié)構(gòu)，劃分若干個服務(wù)區(qū)，每個服務(wù)區(qū)設(shè)立基站，覆蓋范圍可達(dá)幾公里到幾十公里。LMDS系統(tǒng)下行采用TDM技術(shù)，并且采用了扇區(qū)覆蓋的形式，這樣每一個廣播信號就能被控制在相應(yīng)的扇區(qū)內(nèi)。

但是，因為LMDS工作于10GHz以上的高頻段，使得該技術(shù)具有與生俱來的缺點：高頻段的信號傳輸受視距（LOS）、天氣、距離等因素的影響明顯，且衰減嚴(yán)重，這就要求LMDS系統(tǒng)的部署環(huán)境要保持固定，并且基站和遠(yuǎn)端站之間的距離要在一定范圍之內(nèi)；另一方面，在雨雪等天氣情況下，該系統(tǒng)的雨衰雪衰等特性必然影響用戶體驗。

相比于LMDS系統(tǒng)，MMDS系統(tǒng)的工作頻段集中在2—5GHz，因此該頻段具有較小的空間傳輸損耗，同時受天氣變化因素影響較小。這些特點使得MMDS系統(tǒng)較LMDS系統(tǒng)而言具有更大的覆蓋半徑（幾十公里）。與LMDS相比，MMDS適用于用戶相對分散、容量較小的地區(qū)。但是2—5GHz頻率段的資源比較緊張，各國能夠分配給MMDS使用的頻率要比LMDS少得多，因此該頻段的使用需要合理的頻譜規(guī)劃。

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[3] 吳林. WiMAX中QoS保證機(jī)制研究[D]. 北京： 北京郵電大學(xué)， 2010.

[4] 謝剛. WiMAX技術(shù)原理及應(yīng)用[M]. 3版. 北京： 北京郵電大學(xué)出版社， 2010： 7-10.

[5] 曾春亮. WiMAX/802.16原理與應(yīng)用[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2007： 34-35.

[6] 郎為民，劉波. WiMAX技術(shù)原理與應(yīng)用[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2008： 310-318.

[7] 沈嘉. 3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010： 16-24.

[8] 高文龍. 寬帶無線接入多面觀[J]. 電信技術(shù)， 2001（10）： 3-7.endprint

LTE系統(tǒng)支持先進(jìn)的自適應(yīng)編碼和調(diào)制技術(shù)（AMC）以及混合自動重傳請求技術(shù)（HARQ）。在AMC技術(shù)中，基站/終端可以根據(jù)及時信道條件，通過信道狀態(tài)指示（CQI）來動態(tài)選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制和編碼方式。LTE系統(tǒng)上下行均支持8個HARQ進(jìn)程，該技術(shù)可以分為同步和異步兩種情況。同步情況下每個HARQ進(jìn)程位置固定；而異步情況下的進(jìn)程位置不固定，需要額外的信令指示。

3GPP最終決定在LTE下行的PDSCH信道不采取功率控制，這是基于兩點考慮：一是，通過靈活的頻域調(diào)用可以最大程度避免調(diào)用高路損的RB；二是，下行功率補(bǔ)償機(jī)制極可能干擾下行CQI的測量，進(jìn)而影響了下行調(diào)度的準(zhǔn)確性。在LTE系統(tǒng)上行階段，針對PUSCH、PUCCH等信道采用功率控制以補(bǔ)償路損和陰影，同時抑制小區(qū)間干擾。需要注意的是，上行的功率控制機(jī)制采用慢功控方式（頻率不高于200Hz）。

在小區(qū)搜索方面，LTE首先順序采取符號級定時檢測和無線幀時鐘檢測的兩級時鐘檢測方式獲得時鐘同步，然后執(zhí)行小區(qū)ID檢測。LTE系統(tǒng)中，當(dāng)UE已經(jīng)和系統(tǒng)取得上行同步時，采取同步隨機(jī)接入方式接入系統(tǒng)；當(dāng)UE尚未取得或丟失上行同步時，UE要估計、調(diào)整上行發(fā)送時鐘，采取非同步隨機(jī)接入的方式接入系統(tǒng)。

4 部分其他技術(shù)

其他的無線寬帶技術(shù)包括本地多點分配系統(tǒng)（LMDS）和多信道多點分配系統(tǒng)（MMDS），均采用固定式的無線接入。

LMDS以無線方式解決從骨干網(wǎng)、本地交換機(jī)到用戶的接入問題。其工作在24—39GHz頻段，帶寬可達(dá)1GHz以上，采用類似于蜂窩的結(jié)構(gòu)，劃分若干個服務(wù)區(qū)，每個服務(wù)區(qū)設(shè)立基站，覆蓋范圍可達(dá)幾公里到幾十公里。LMDS系統(tǒng)下行采用TDM技術(shù)，并且采用了扇區(qū)覆蓋的形式，這樣每一個廣播信號就能被控制在相應(yīng)的扇區(qū)內(nèi)。

但是，因為LMDS工作于10GHz以上的高頻段，使得該技術(shù)具有與生俱來的缺點：高頻段的信號傳輸受視距（LOS）、天氣、距離等因素的影響明顯，且衰減嚴(yán)重，這就要求LMDS系統(tǒng)的部署環(huán)境要保持固定，并且基站和遠(yuǎn)端站之間的距離要在一定范圍之內(nèi)；另一方面，在雨雪等天氣情況下，該系統(tǒng)的雨衰雪衰等特性必然影響用戶體驗。

相比于LMDS系統(tǒng)，MMDS系統(tǒng)的工作頻段集中在2—5GHz，因此該頻段具有較小的空間傳輸損耗，同時受天氣變化因素影響較小。這些特點使得MMDS系統(tǒng)較LMDS系統(tǒng)而言具有更大的覆蓋半徑（幾十公里）。與LMDS相比，MMDS適用于用戶相對分散、容量較小的地區(qū)。但是2—5GHz頻率段的資源比較緊張，各國能夠分配給MMDS使用的頻率要比LMDS少得多，因此該頻段的使用需要合理的頻譜規(guī)劃。

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[3] 吳林. WiMAX中QoS保證機(jī)制研究[D]. 北京： 北京郵電大學(xué)， 2010.

[4] 謝剛. WiMAX技術(shù)原理及應(yīng)用[M]. 3版. 北京： 北京郵電大學(xué)出版社， 2010： 7-10.

[5] 曾春亮. WiMAX/802.16原理與應(yīng)用[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2007： 34-35.

[6] 郎為民，劉波. WiMAX技術(shù)原理與應(yīng)用[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2008： 310-318.

[7] 沈嘉. 3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010： 16-24.

[8] 高文龍. 寬帶無線接入多面觀[J]. 電信技術(shù)， 2001（10）： 3-7.endprint