LTE—A的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和傳輸技術(shù)

周玲芳

摘 要 移動(dòng)通信技術(shù)通常按照代來劃分。第一代（1G）指20世紀(jì)80年代的模擬移動(dòng)無線電系統(tǒng)，第二代（2G）指首批數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，第三代（3G）指首批用于處理寬帶數(shù)據(jù)的移動(dòng)系統(tǒng)。長期演進(jìn)（LTE）通常被稱為4G，但是由于其最性能不能滿足國際電（ITU）對(duì)于4G的要求，所以很多人將LTE-Advanced（LTE的第十版）稱為真正的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，LTE 通常被稱為3.9G移動(dòng)通信技術(shù)。本文分別從LTE-A的關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】長期演進(jìn) 正交頻分復(fù)用OFDM 傳輸 無線

1 前言

3G系統(tǒng)向4G的演進(jìn)是由移動(dòng)設(shè)備新服務(wù)的創(chuàng)新和發(fā)展所驅(qū)動(dòng)，并通過可用于移動(dòng)通信的技術(shù)進(jìn)步來實(shí)現(xiàn)。另一方面，移動(dòng)通信系統(tǒng)部署和經(jīng)營環(huán)境的演變也推動(dòng)這移動(dòng)通信的發(fā)展。當(dāng)前，通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向?qū)拵А⒁苿?dòng)、融合方向發(fā)展，數(shù)據(jù)通信正在逐步取代語音通信成為通信領(lǐng)域的主流。

如何解決數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的帶寬，滿足各類移動(dòng)應(yīng)用的上下行傳輸需求是目前移動(dòng)通信技術(shù)要解決的難題之一。LTE-A是3GPP 發(fā)布的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)（第十版），也是當(dāng)今全球范圍內(nèi)唯一的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。LTE-A根據(jù)其上下行傳輸?shù)碾p工模式的不同，又分為LTE-A FDD和LTE-A TDD兩種模式。本文從LTE-A的傳輸技術(shù)、頻譜使用等方面闡述了LTE-A的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

2 LTE-A實(shí)現(xiàn)原理

從LTE-A的發(fā)展驅(qū)動(dòng)力看，移動(dòng)通信的演進(jìn)的重要目標(biāo)之一是能夠提供比目前可達(dá)到的速率顯著更高的終端用戶數(shù)據(jù)速率。不但包括更高的峰值速率，還包括為整個(gè)小區(qū)區(qū)域以及小區(qū)邊緣用戶都提供顯著的更高的數(shù)據(jù)速率。

傳輸機(jī)制，LTE的上下行傳輸機(jī)制基于傳統(tǒng)的OFDM（正交頻分多址）。OFDM是無線通信基本的多址技術(shù)之一，提供了頻域上的多址接入，且由于其正交性可以保證不同用戶之間信息不會(huì)互相干擾。OFDM傳輸使用相對(duì)較多的窄帶子載波，每個(gè)子載波占用相對(duì)較寬的帶寬，時(shí)域結(jié)構(gòu)采用簡單的矩陣脈沖成型。

OFDM的實(shí)現(xiàn)，利用IFFT/FFT實(shí)現(xiàn)OFDM。

在發(fā)射端：首先會(huì)對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、調(diào)制，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，即將高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成若干個(gè)并行傳輸?shù)牡退贁?shù)據(jù)流。在串并轉(zhuǎn)換過程中，一共可以轉(zhuǎn)換成12～1200個(gè)并行數(shù)據(jù)流（并行數(shù)據(jù)流的數(shù)量取決于帶寬。20MHZ的帶寬）。然后對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行采樣，每個(gè)數(shù)據(jù)流采樣2048次，每個(gè)樣本為進(jìn)行反向快速傅里葉變化（IFFT），變換后，輸出的數(shù)據(jù)塊被映射到在不同的子載波上進(jìn)行發(fā)射。相應(yīng)的，子載波的數(shù)量也是12～1200個(gè)。

在接收端，過程相反，實(shí)現(xiàn)的基本原理是基于快速傅里葉變化（FFT）。首先對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，將低速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成高速數(shù)據(jù)流，然后進(jìn)行FFT，最后輸出復(fù)數(shù)符號(hào)，再進(jìn)行解調(diào)、解碼。

LTE的調(diào)度--LTE傳輸機(jī)制的核心是采樣共享信道傳輸，用戶之間動(dòng)態(tài)的共享整體的時(shí)頻域資源。在基站中調(diào)度算法來控制在每一個(gè)時(shí)刻將共享資源分配給哪些用戶，并且還決定每條鏈路上所用的數(shù)據(jù)速率。在頻域進(jìn)行信道相關(guān)調(diào)度的可能性特別適用于移動(dòng)臺(tái)低速的情況，即信道歲時(shí)間變化很慢的情況。

2.1 載波聚合

在LTE-A中，增加傳輸帶寬通過載波聚合技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，就是將多個(gè)組分載波匯聚并發(fā)共同用于發(fā)送/接收來自同一終端的傳輸，最大可以支持5個(gè)組分載波，每個(gè)載波可以有不同的帶寬，且其每個(gè)組分載波的結(jié)構(gòu)和LTE載波相同。載波聚合的另外一個(gè)特點(diǎn)就是在聚合的載波在頻域上不一定需要連續(xù)，這樣可以使用零散的頻譜，這樣擁有零散頻譜的運(yùn)營商可以提供基于廣泛總帶寬可用性的高速數(shù)據(jù)速率服務(wù)。

對(duì)于LTE終端必須能夠在終端支持的頻段范圍內(nèi)搜索網(wǎng)絡(luò)傳播的載波，使該載波搜索的時(shí)間不會(huì)長，有必要限制要搜索的頻率集合。出于這個(gè)原因，假定在每個(gè)支持的頻段內(nèi)，LTE載波可能存在于100KHz的載波柵格或者載波網(wǎng)格之上，即載波中心頻率可以表示為m*100KHz，其中m是一個(gè)整數(shù)。

載波聚合的情況下，多個(gè)載波可以傳輸來往/來自同一個(gè)終端。為了能夠支持讓終端均能夠接入到不同的組分載波，每個(gè)組分載波應(yīng)該落在100KHz載波的網(wǎng)格。但是有一個(gè)額外的約束，兩個(gè)相鄰載波之間的載波間隔必須是15KHz子載波間隔的整數(shù)倍。因此，在載波聚合的情況下，不同組分載波之間的載波間隔應(yīng)該是300KHz的整數(shù)倍。

2.2 擴(kuò)展的多天線傳輸

在LTE-A中擴(kuò)展了空分復(fù)用以支持多大8個(gè)傳輸層。在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，通過引入增強(qiáng)的參考信號(hào)結(jié)構(gòu)以提高對(duì)各種波束賦型解決方案的支持，在下行最大可以支持8個(gè)天線端口和8個(gè)相應(yīng)的天線層，這樣下行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率可高達(dá)3Gbit/s或者30bit/s/Hz。

在上行鏈路空分復(fù)用支持最多4層的傳輸。它由基站控制一個(gè)下行碼本的方案構(gòu)成，在上行也可以用于發(fā)送波束賦行。結(jié)合上行鏈路載波聚合的可能性，這使得上行數(shù)據(jù)速率高達(dá)1.5Gbit/s或者15bit/s/Hz。

2.3 中繼

中繼是指終端通過一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行通信，通過中繼電路在連接到主控小區(qū)中。中繼節(jié)點(diǎn)將作為普通的小區(qū)出現(xiàn)，且中繼設(shè)備往往是發(fā)射功率較低的基站。中繼的吸引力在于可以提高覆蓋，特別適用于室內(nèi)覆蓋。在實(shí)施階段，中繼小區(qū)和主控小區(qū)間可以通過光纖來傳輸，從而節(jié)約無線資源。

2.4 異構(gòu)部署

異構(gòu)部署是指帶有不同下行鏈路發(fā)射功率的小區(qū)混合部署，使得兩個(gè)小區(qū)可以工作在相同的頻率集合，并且覆蓋重疊。在該部署場(chǎng)景下，需要解決的就是小區(qū)間干擾問題。而LTE-A引入了增強(qiáng)的小區(qū)間干擾控制。一個(gè)典型的場(chǎng)景就是在宏蜂窩內(nèi)放置一個(gè)微微蜂窩。

3 結(jié)束語

通過目前的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)看，大量的數(shù)據(jù)應(yīng)用、連接的網(wǎng)絡(luò)社會(huì)將是未來社會(huì)發(fā)展的一個(gè)方面。而這些應(yīng)用和用戶的發(fā)展均需要網(wǎng)絡(luò)提供更高的接入帶寬、更短的接入時(shí)延、更好的資源分配方案。LTE和LTE-A不僅能夠滿足目前業(yè)務(wù)的發(fā)展，并且也會(huì)不斷地演進(jìn)來支持業(yè)務(wù)的發(fā)展。就LTE-A的技術(shù)特點(diǎn)看，它是一個(gè)比較靈活的平臺(tái)，可以向不同的方向演進(jìn)來適應(yīng)無線通信未來所需。

作者單位

愛立信（中國）通信有限公司 廣東省廣州市 510000