LTE关键技术及其发展趋势研究

摘要：LTE技术集成了多种先进的数据通信技术，是3G无线通信技术的替代技术。本文简要介绍了LTE技术所希望实现的通信目标，然后对LTE中的关键技术进行了研究和讨论，最后就其发展趋势进行了分析。

关键词：LTE；无线通信；关键技术；发展趋势

随着移动互联网业务和物联网技术的不断发展，人们对无线通信的通信要求变得越来越高，不仅希望可以获得速率更高的网络接入速率还希望获得更优质的移动通信质量，这就要求运营商或相关移动通信研发企业对现有的移动通信技术进行改进和优化，使其超越现有的3G无线通信性能。LTE也就是3GPP长期演进技术，该通信技术将多种关键技术如正交频分复用（OFDM）调制技术、混合自动重传请求（HARQ）、多输入多输出（MIMO）技术、全IP扁平化架构及动态带宽分配技术等应用到无线通信中对移动通信速率和质量进行改善，实现无线通信的升级和革新。

1  LTE技术实现目标

综合分析LTE技术的发展要求，其需要实现的技术目标具有以下几个方面。

（1）提供更高的无线传输速率。当前的3G无线通信技术的峰值数据传输速率只有几十兆，而LTE技术所能够实现的数据传输速率要求可以达到下行100Mbit/s，上行50Mbit/s，是现有3G无线通信技术的二到四倍。且LTE技术要求在小区覆盖范围内的数据传输速率处于同一水平和状态，在小区边缘的数据传输速率不能出现明显下降。

（2）小区容量显著提高。LTE无线通信要求小区容量是现有R6协议版本的三到四倍，而边缘容量要保证高于R6版本的两倍。

（3）显著降低时延。时延是制约通信速率和质量的主要因素之一。在LTE通信标准中用户平面的时延应控制在5ms内，控制平面的时延应控制在100ms内。

（4）显著降低使用成本。LTE技术是一种长期演进的平滑过渡技术，也就是说LTE技术可在现有的3G技术的基础上实现共存，可与3G通信标准兼容，实现平滑过渡，这就降低了无线通信网络升级所带来的成本压力，降低用户的使用成本和运营商的维护升级成本。

2  LTE中的关键技术分析

2.1 OFDM和SC-FDMA技术

为在有限的带宽内传输更多的信息容量，LTE通信标准中选用了OFDM技术和SC-FDMA技术作为调制技术。其中，OFDM技术应用于下行通信中，可保证同一小区内的不同用户间不会产生相互干扰；SC-FDMA技术应用于上行通信中，是一种特定优化的OFDMA技术，该技术具有更低的峰均比，可提高用户终端在上行通信中的功放利用效果。

OFDM技术可以应用多个正交子载波对高速数据流进行分流，从而降低相同数据量需要的传输速率，增大单个符号的传输时间，这就可以有效增强LTE系统的抗干扰能力，减小通信数据之间的相互干扰。若在LTE通信协议中添加适当的保护间隔、导频序列或循环前缀等，则很容易实现符号间干扰ISI的完全消除。

2.2 MIMO技术

MIMO技术在无线信号发送端和接收端分别采用多天线技术组成多通道，可以对接收到的空时编码进行解码，由于各发射天线的信道相互独立，不同信道内可以分别独立的进行数据传输，若配合OFDM技术则可以极大的提升无线系统的数据传输速率。此外，当发射功率和信号带宽一定时，MIMO系统的容量上限与天线的个数成正比，也就是增加天线数量可以有效提升系统的通信容量，这个特性对于有限频谱内的数据通信来说是具有非常突出的使用优势的。

LTE技术中所使用的MIMO技术模型通常为下行是2×2，上行1×2个天线，当然，其他天线配置方案也是可以考虑的，但是最多为4×4。

2.3 高阶调制技术

使用高阶调制技术也是LTE中的关键技术之一。在LTE技术中的下行通信中采用了QPSK、16QAM以及64QAM等调制方式，上行通信则采用了QPSK、16QAM等调制方式，这种高阶调制方式可以有效提升单位时间内的符号传输率，保证系统达到预期的传输速率要求。特别是64QAM调制方式是LTE系统在3G技术基础上应用的更高阶调制技术，该调制技术可以将信道利用率提升60%。

2.4 HARQ技术

LTE技术采用了自适应编码和HARQ技术，这两种技术可以同现有3G通信系统进行兼容，还能够有效提升数据的传输控制效果，降低信道时变特性对LTE通信的影响。但是不同之处在于LTE系统中的下行通信中采用异步自适应HARQ技术，上行通信中采用同步HARQ技术。

其中，下行HARQ技术可以利用eNB对信道中的传输数据帧进行控制，控制端根据用户终端在eNB发送子帧后的返回指示确定物理信道传输的HARQ流程数和是否需要重新进行数据传输，而下行通信特性则决定了下行通信的HARQ工作方式为异步式。

上行HARQ技术则根据通信业务分为普通模式和子帧捆绑模式。前者用于单子帧的数据操作，后者用于VoIP业务的操作，因此，两种技术的工作模式所使用的HARQ流程数也是不同的，前者为8，后者为4。

2.5 网络扁平化技术

LTE系统支持高速数据通信，为满足这种通信需求在数据传输中必须尽量减少相关处理过程的时延，这就需要应用到扁平化网络架构技术，该技术将网络结构分为eNB、MME以及SGW/PGW三部分。原通信系统中的RNC所需要承载的功能就被分散到上述三部分中完成。该技术的应用虽然使得LTE通信系统无法支持软切换功能，但是很大程度上的降低了网络节点的处理时延，提升了系统通信速率。

3 LTE发展趋势

LTE后续的发展要求能够提供下行1Gbit/s，上行500Mbit/s的数据传输速率，还要求能够使用更高阶的MIMO技术，在通信中继续降低噪声和干扰对有用信号的影响，增大小区的传输容量，提高整个网络的管理性能。LTE及LTE-Advanced等技术中必须应用更先进、资源利用率更高的技术如聚合多载波技术、高阶MIMO技术、智能中继技术、异构网络技术、协调多点发送技术、干扰管理技术等进一步提升整个系统的性能。

参考文献

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[2] 万彭,杜志敏.LTE和LTE-Advanced关键技术综述[J].现代电信科技,2009,39(9)

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