無線通信LTE技術(shù)及應用探討

趙亮

摘 要：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和信息技術(shù)的不斷進步，電子設備已廣泛應用于人們生活的各個方面、各行各業(yè)。隨著社會發(fā)展的需要，網(wǎng)絡也從2G網(wǎng)絡升級到3G網(wǎng)絡，現(xiàn)在無線通信LTE技術(shù)（4G網(wǎng)絡）已成為發(fā)展的主流。本文從中國LTE無線通信技術(shù)的現(xiàn)狀出發(fā)，主要從其創(chuàng)新應用的實際應用、LTE無線通信技術(shù)的應用前景和應用研究三個方面進行了簡要概述。

關鍵詞：無線通信；LTE技術(shù)

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）20-0291-02

前 言

21世紀初以來，互聯(lián)網(wǎng)、電腦等現(xiàn)代化設備逐漸興起，個人通信技術(shù)也越來越成熟。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，世界上移動語音用戶的數(shù)量已經(jīng)超過18億，而且越來越多的用戶對通信技術(shù)的有了更高的要求。雖然3g網(wǎng)絡在無線性能上有了明顯的改善，但由于知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)的局限，使得它仍然不能滿足用戶的要求，再加上簡單的技術(shù)，WIFI信號差，價格低等限制，必然會被市場淘汰。LTE技術(shù)是一種新興的無線通信技術(shù)。它不僅能提高技術(shù)的缺點，滿足人們對技術(shù)的高要求，還能給信息傳輸領域帶來更多的好處。為了推廣這種技術(shù)，我們必須了解它的特點，在應用研究方面做得很好，并使其進入更高的階段。

1 無線通信LTE技術(shù)的概述

一般來說，LTE技術(shù)通常被稱為“4G”技術(shù)。它是一種基于2G和3G網(wǎng)絡通信的新技術(shù)。與以往的通信技術(shù)相比，LTE技術(shù)最具有優(yōu)勢的特點是傳輸速度高、聲音質(zhì)量高、頻率利用率高等，這使得信息的自由傳遞。具體來說，無線LTE技術(shù)的峰值下行速度為100Mhps，下行速度為每秒5比特，是R6HSDPA的3～4倍。其關鍵技術(shù)如下：

（1）sc-fdma技：該技術(shù)是一種單載波多用戶接入技術(shù)，其應用比OFDM技術(shù)簡單，PAPR數(shù)據(jù)較低。它最大的優(yōu)點是可以降低傳輸終端的平均功率比，降低終端的成本。同時，它的技術(shù)特點包括靈活的頻譜帶寬分配、多徑衰落和固定子載波序列的循環(huán)前綴。SC FDMA技術(shù)包括集中式和離散型。集中式用戶可以在頻域中進行傳輸，帶寬也可以改變。離散模式采用IFDMA模式，最大的特點是可以改變子載波的數(shù)量。

（2）OFDM技術(shù)：LTE技術(shù)的主要特點是OFDM技術(shù)的應用，可以降低子載波的編碼速率，延長符號的持續(xù)時間，從而更有效地抵抗延遲擴展。無線通信的LTE性能主要受OFDM參數(shù)設置的影響，主要用于消除符號間的干擾。為了滿足半徑100km的覆蓋要求，需要有效地選擇前綴和使用CP。

LTE比3G快得多，通信速度對客戶來說是最重要的。隨著LTE技術(shù)的通信速度解決了3G網(wǎng)絡速度慢的問題，用戶對速度的需求將會得到很大的滿足。如果我們把3G描述成“高速公路”，我們可以用“磁懸浮”來描述LTE。其主要特點是在20MHz的頻譜帶寬下可以提供下行鏈路的300Mb/s和上行鏈路7Mb/s的峰值速率。LTE技術(shù)大大縮短了網(wǎng)絡延遲，內(nèi)部單向傳輸延遲低于5ms，控制平面從睡眠到激活狀態(tài)的遷移時間小于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100。

2 LTE網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及LTE核心技術(shù)

2.1 LTE網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和協(xié)議結(jié)構(gòu)

LTE采用了由B節(jié)點構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，有利于簡化網(wǎng)絡，減少時延，實現(xiàn)低延時，低復雜度和低成本。與傳統(tǒng)的3GPP接入網(wǎng)絡相比，LTE降低了RNC節(jié)點，名義上，LTE是3G演進，但事實上它完全改變了3GPP的整個架構(gòu)，逐漸接近典型的IP寬帶結(jié)構(gòu)。

如果將其視為核心網(wǎng)絡的一部分，則接入網(wǎng)絡主要由eNB層組成。ENB不僅具有原始節(jié)點B的能量，而且還執(zhí)行原始RNC功能的大部分，包括物理層、MAC層、RRC、調(diào)度、訪問控制、負載控制和內(nèi)部控制。NodeB和節(jié)點B是通過網(wǎng)格直接連接的，這也是對原始UTRAN結(jié)構(gòu)的一個主要修改。

2.2 LTE核心技術(shù)

LTE不僅可以簡化結(jié)構(gòu)，而且還可以通過以下關鍵技術(shù)實現(xiàn)卓越的性能。①傳輸技術(shù)和多地址技術(shù)：3GPP選擇了大多數(shù)公司支持的方案，即即下行OFDM，上行SC-FDMA，大多數(shù)公司支持使用“頻域”方法生成uplinkSCFD-MA數(shù)字。該技術(shù)在OFDM的IFFT調(diào)制前擴展信號DFT，使系統(tǒng)發(fā)送時域信號，從而避免OFDM系統(tǒng)發(fā)送頻率域信號引起的PAPR問題。②宏觀多樣性：由于“同步問題”困難，LTE不采用單播服務的下行宏多樣性。對于頻率要求較低的組播廣播服務，可以使用大的循環(huán)前綴（CP）來解決單元間的同步問題?？紤]到網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的“扁平化”和“分散”，LTE不采用上行宏分集技術(shù)。③調(diào)制與編碼：LTE下行鏈路主要采用OPSK、I6QAM、64QAM。位移BPSK、OPSK、BPSK和16QAM主要用于上行。Turbo碼主要考慮在信道編碼的LTE中，但是其他編碼方法，如LDPC碼，也會考慮是否能獲得顯著的增益。④多天線技術(shù)：MIMO技術(shù)是LTE技術(shù)的核心，是提高傳輸速率的主要手段，LTE系統(tǒng)的設計可以適應宏觀社區(qū)、小區(qū)域、MIMO技術(shù)的熱環(huán)境。LTE已經(jīng)確定MIMO天線數(shù)量的基本配置下降了2。

3 無線通信LTE技術(shù)及應用研究

3.1 LTE技術(shù)的創(chuàng)新應用

基于4G的無線通信LTE技術(shù)不再使用3G系統(tǒng)的關鍵技術(shù)，采用新的設計理念、創(chuàng)新的技術(shù)和應用創(chuàng)新。LTE技術(shù)的結(jié)構(gòu)主要由NoDEB組成，它有助于減少等待時間，簡化技術(shù)，實現(xiàn)低成本和降低復雜性。此外，RNC節(jié)點較少，對3GPP技術(shù)的貢獻也非常大。一般來說，LTE無線通信技術(shù)采用頻分多址系統(tǒng)，屬于OFDMA技術(shù)的改進，它可以傳輸正交，且兩種單載波傳輸資源的價值，降低成本。在此基礎上，其內(nèi)部也使用平面網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了使用多個天線技術(shù)，取消了共和黨全國委員會節(jié)點，并實現(xiàn)了多樣性，數(shù)組，空分多路復用增益，可以允許多個用戶從不同的方向在同一時間段的服務，增加的速度峰值數(shù)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取?/p>

總體而言，LTE的一些最重要的技術(shù)創(chuàng)新如下：①采用LTE頻分多址接入系統(tǒng)。該技術(shù)利用改進的OFDMA實現(xiàn)了正交傳輸和單載波傳輸資源的統(tǒng)一，降低了功率放大器的成本。②采用平面網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)。LTE采用了“扁平”無線接入網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，取消了RNC節(jié)點，簡化了網(wǎng)絡設計。③多天線技術(shù)的應用。應用于LTE的多天線技術(shù)有三種增益形式：分集增益、陣列增益和空間復用增益。分集增益是利用多天線提供的空間多樣性來提高多徑衰落信道的傳輸可靠性的一種方法。通過預測編碼或波束形成，監(jiān)視器將能量集中到一個或多個指定的方向，允許多個用戶同時接受不同方向的服務。WDM增益利用空間信道的強相關性和弱相關性，在多個獨立的空間信道上傳輸不同的數(shù)據(jù)流，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾省?/p>

3.2 LTE技術(shù)的實際應用

隨著科學技術(shù)的逐步完善，無線通信的LTE技術(shù)已逐漸應用于各行各業(yè)，其技術(shù)特點也越來越成熟。例如，在中國的上海世博會上，高清視頻監(jiān)控的初步演示應用了LTE技術(shù)，并在系統(tǒng)中使用了網(wǎng)絡移動生產(chǎn)和廣播設備。該技術(shù)的有效利用可以實現(xiàn)視頻、音頻等材料的快速傳輸，提高新聞的時效性，滿足新聞傳播的需要。在傳輸速度方面，用戶在使用LTE無線通信技術(shù)后不到2h即可下載40G 3D電影，速度提高10倍以上。

3.3 LTE技術(shù)的應用展望

一方面，LTE技術(shù)是從3G技術(shù)向4G技術(shù)發(fā)展的必由之路。在應用過程中，最新的B3G或4G技術(shù)，如OFDM和MIMO，可以在一定程度上用于4G技術(shù)的科學應用。基于LTE技術(shù)的優(yōu)勢，它與4G系統(tǒng)技術(shù)有著更為密切的聯(lián)系。

另一方面，LTE技術(shù)的產(chǎn)生和應用不是一個簡單的過程。它主要是在與WiMAX的競爭中發(fā)展起來的。目前，WiMAX的802.16e標準正在應用到3G系統(tǒng)中。802.16e技術(shù)是IMT-Advanced的候選之一，堅持保持其原有的兼容性特征。在未來的技術(shù)應用領域，WiMAX技術(shù)和LTE技術(shù)將不可避免地出現(xiàn)競爭態(tài)勢，將在高技術(shù)領域中得到良好的應用，促進其更好的發(fā)展。

4 結(jié)束語

綜上所述，由于社會科學技術(shù)的迅速發(fā)展和現(xiàn)代化建設，升級的LTE無線通信以其獨特的優(yōu)勢，占據(jù)著非常重要的作用在網(wǎng)絡通信領域，網(wǎng)絡通信應用程序進一步完善，實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展。LTE技術(shù)在無線通信網(wǎng)絡中的應用也有很大的優(yōu)勢。它可以實現(xiàn)傳輸速度的加快，滿足人們使用的新要求。在這方面，我們必須做好技術(shù)研究和應用，逐步完善網(wǎng)絡系統(tǒng)，使技術(shù)得到進一步發(fā)展。

參考文獻

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收稿日期：2018-6-12