通信原理作业姓名：李士锦班级：通信111班学号： 201270533GPP长期演进（LTE）技术原理摘要：第三代移动通信（3G）技术是当前主流无线通信技术之一。

在诸多3G 技术标准中，又以3GPP制定的标准最具影响力。

近几年来，WCDMA、TD-SCDMA、HSPA等各种系统已经逐步在全球大规模部署。

同时3GPP又启动了LTE、HSPA+、LTE-Advanced等长期标准演进项目。

而LTE作为一个即将被广泛应用的通信标准，势必会成为我国通信产业界关注的焦点。

关健词： LTE 、TD-LTE、OFDM、引言LTE（Long Term Evolution）是3GPP在“移动通信宽带化”趋势下，为了对抗WiMAX等移动宽带无线接入技术的市场挑战。

LTE也被通俗的称为3.9G，具有100Mbps的数据下载能力，被视作从3G向4G演进的主流技术。

它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。

在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。

1、背景与概述1.1 什么LTE2004年底，正当人们惊讶于全球微波接入互操作（WiMAX）技术的迅猛崛起时，第三代合作伙伴计划(3GPP)也开始了通用移动通信系统技术（UMTS）的长期演进（LTE）项目。

这项技术和3GPP2的UMB技术被统称为E3G。

由于这种技术已经具有某些第四代通信技术的特征，甚至可以被看作“准4G”技术，为了能和可以支持20MHz带宽的WiMAX技术相抗衡，LTE也必须将最大系统带宽从5MHz扩展到20MHz。

为此，3GPP不得不放弃长期采用的CDMA技术，选用OFDM/FDMA技术。

1.2、LTE项目启动的背景1.2.1 移动通信与宽带无线接入技术的融合3GPP启动LTE项目的表面原因是应对WiMAX标准的市场竞争，但是其深层原因是移动通信与BWA技术的融合。

BWA早期定位于有线宽带接入技术的替代，其发展经历了从固定局域接入向游牧城域接入，再向广域移动接入的发展历程，体现了明显的“宽带接入移动化”的趋势。

与此同时，移动通信技术也向能够提供更高的数据率发展，3GPP标准和3GPP2标准分别向HSPA和HRPD演进。

“宽带接入移动化”趋势表现为：由大带宽向可变带宽演变；由固定接入向支持中低速移动演变；由孤立热点覆盖向支持切换的多小区组网演变；由数据业务向同时支持话音业务演变；由支持以笔记本电脑为代表的便携终端，向同时支持以手机为代表的移动终端演变。

“移动通信宽带化”表现为：由5MHz一下向20MHz演变；由注重高速移动向为低速移动化演变；由电路交换/分组交换并重向全分组演变；由蜂窝网络向兼顾热的覆盖演变；终端形态由以终端为主向便携、移动终端并重演变。

2、LTE技术2.1 LTE系统需求指标①峰值数据率：20MHz系统带宽下，下行瞬间峰值速率100Mbps，上行瞬间峰值速率50Mbps②控制面延迟：从驻留状态转换到激活状态的时延小于100ms控制面。

③控制面容量：每个小区在5MHz带宽下最少支持200个用户。

④频谱效率：在真实负载的网络中，下行频谱效率为R6 HDPA的3-4倍；上行频谱效率为R6 HSUPA的2-3倍。

⑤用户面延迟：零负载、小IP分组条件下时延小于5ms⑥用户吞吐量：下行每兆赫兹平均用户吞吐量为R6 HDPA的3-4倍；上行每兆赫兹平均用户吞吐量为R6 HSUPA的2-3倍。

⑦移动性：0-15km/h低速移动化，15-120km/h高速移动实现高性能，120-350km/h 下能够保持蜂窝网络的移动性。

⑧覆盖：吞吐率、频谱效率和移动性指标在半径5km下的小区中应该全面满足，直径30km的小区中性能可有小幅下降，不应排除半径达到100km的小区。

⑨系统架构和演进：单一基于分组的E-UTRAN系统架构，通过分组架构实时业务和会话业务；最大限度的避免单点失败；支持端到端QOS；优化回转通信协议。

2.2、LTE的技术特征3GPP从“系统性能要求”、“网络的部署场景”、“网络架构”、“业务支持能力”等方面对LTE进行了详细的描述。

与3G相比，LTE具有如下技术特征：(1)通信速率有了提高，下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。

(2)提高了频谱效率，下行链路5(bit/s)/Hz，(3--4倍于R6版本的HSDPA);上行链路2.5(bit/s)/Hz，是R6版本HSU-PA的2--3倍。

(3)以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。

（4)QoS保证，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务(如VoIP)的服务质量。

(5)系统部署灵活，能够支持 1.25MHz-20MHz间的多种系统带宽，并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配。

保证了将来在系统部署上的灵活性。

(6)降低无线网络时延：子帧长度0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达U-plan<5ms，C-plan<100ms。

(7)增加了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。

如MBMS(多媒体广播和组播业务)在小区边界可提供1bit/s/Hz的数据速率。

(8)强调向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。

与3G相比，LTE更具技术优势，具体体现在：高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。

2.3关键技术2.31 空中接口物理层技术空中接口物理层技术是无线通信系统的基础与标志，LTE系统物理层下行传输方案采用先进成熟的OFDMA技术；上行传输方案选择单载波SC-FDMA。

LTE 系统暂不考虑宏分集技术。

2.32 OFDM技术OFDM技术是LTE系统的技术基础与主要特点，OFDM系统参数设定对整个系统的性能会产生决定性的影响，其中载波间隔为15kHz。

上下行的最小资源块为375kHz，25个子载波宽度，数据到资源块的映射方式可采用集中（localized）方式或离散（distributed）方式。

循环前缀Cyclic Prefix（CP）的长度决定了OFDM系统的抗多径能力和覆盖能力。

长CP利于克服多径干扰，支持大范围覆盖，但系统开销也会相应增加，导致数据传输能力下降。

为了达到小区半径100Km 的覆盖要求，LTE系统采用长短两套循环前缀方案，根据具体场景进行选择：短CP方案为基本选项，长CP方案用于支持LTE大范围小区覆盖和多小区广播业务。

2.33 MIMOMIMO作为提高系统输率的最主要手段，LTE确定MIMO天线个数的基本配置是下行2×2、上行1×2，但也在考虑4×4的高阶天线配置。

北电的专利技术虚拟MIMO也被LTE采纳作为提高小区边缘数据速率和系统性能的主要手段。

另外，LTE也正在考虑采用小区干扰抑制技术来改善小区边缘的数据速率和系统容量。

下行方向MIMO方案相对较多，根据2006年3月雅典会议报告，LTE MIMO下行方案可分为两大类：发射分集和空间复用两大类。

3、营运发展LTE国际上的标准分为FDD-LTE和TDD-LTE，中移动采用的是TDD-LTE，也就是所说的TD-LTE，国际上大多数国家采用FDD-LTE制式，只有中移动和国外日本软银、沙特Mobily、波兰Aero2还有印度一个运营商等运营商采用TD-LTE，TD-scdma并不能直接演进到TD-LTE容易混淆概念让人误解。

目前，移动无线技术的演进路径主要有三条：一是WCDMA和TD-SCDMA，均从HSDPA演进至HSDPA+，进而到LTE；二是CDMA2000沿着EV-DO Rev.0/Rev.A/Rev.B，最终到UMB（Motorola最近提出的新方案是，CDMA2000也通过一定方式演进到LTE，3GPP2也基本放弃了UMB的计划）；三是802.16m的WiMAX路线。

这其中LTE拥有最多的支持者，WiMAX次之。

LTE(FDD-LTE)是由爱立信、诺基亚西门子、华为等世界主要电信设备生产商开发的技术，CDMA阵营的阿尔卡特朗讯和北电网络也有投入。

FDD-LTE已成为当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种4G标准。

全球共有285个运营商在超过93个国家部署FDD 4G网络。

WCDMA网络的升级版HSPA和HSPA+均能够直接演化到FDD-LTE。

中国联通董事长常小兵明确表示，中国联通将坚定不移走现有技术路线，即FDD制式的4G网络。

这也是继中国电信董事长王晓初之后，第二家运营商高层力挺FDD 4G制式。

4、总结LTE是3GPP在“移动通信宽带化”趋势下，为了对抗WiMAX等移动宽带无线接入技术的市场挑战，在十几年B3G技术储备的基础上研发出的“准4G”技术。

这项技术与其说是3G的演进，不如说是革命。

它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。

LTE具有100Mbps的数据下载能力，被视作从3G向4G演进的主流技术。

LTE 的研究，包含了一些普遍认为很重要的部分，如等待时间的减少、更高的用户数据速率、系统容量和覆盖的改善以及运营成本的降低。

3GPP长期演进(LTE)项目是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，这种以OFDM/MIMO为核心的技术可以被看作“准4G”技术。

3GPP LTE项目的主要性能目标包括：在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；支持100Km半径的小区覆盖；能够为350Km/h高速移动用户提供>100kbps的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25 MHz到20MHz多种带宽。

FDD-LTE已成为当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种4G标准。

参考文献：[1] 章坚武等，《移动通信》，西安：西安电子科技大学出版社，2013.5[2]王映民等，《TD-LTE技术原理与系统设计》北京：人民邮电出版社2010.6[3]沈嘉等，《3GPP长期演进技术原理与系统设计》北京：人民邮电出版社，2008.11[4]高泽华等《TD-LTE技术标准与实践》北京：人民邮电出版社，2011.11[5]张志林等《3GPP LTE物理层和空中接口技术》北京：人民邮电出版社，2011.9。