原文鏈接：http://drunkevil.com/2015/05/22/learning-lte-part-1/
作者：drunkevil

一驱显、標(biāo)準(zhǔn)化組織

無線通信技術(shù)的演進(jìn)離不開一些標(biāo)準(zhǔn)化組織痕届。

1、ITU（International Telecommunication Union）

國際電信聯(lián)盟舌劳，主要任務(wù)是制定標(biāo)準(zhǔn)，分配無線頻譜資源玫荣，組織各個國家之間的國際長途互連方案甚淡，成立于1865年5月17日，是世界上最悠久的國際組織捅厂。

2贯卦、3GPP（3rd Generation Partnership Project）

第三代合作伙伴計劃，成立于1998年12月焙贷，目標(biāo)是在ITU的IMT-2000計劃范圍內(nèi)制訂和實現(xiàn)全球性的第三代移動電話系統(tǒng)規(guī)范撵割。它致力于GSM到WCDMA的演化，雖然GSM到WCDMA空中接口差別很大辙芍，但是其核心網(wǎng)采用了GPRS的框架啡彬，因此仍然保持一定的延續(xù)性羹与。3GPP基本每一年出臺一個版本（Release），目前最新的版本是Release 13庶灿。歐洲ETSI纵搁、美國ATIS、日本TTC和ARIB跳仿、韓國TTA以及我國CCSA是3GPP的6個組織伙伴诡渴。

3、3GPP2（3rd Generation Partnership Project 2）

第三代合作伙伴計劃2菲语，與3GPP幾乎同時成立妄辩，由美國TIA、日本的ARIB山上、日本的TTC眼耀、韓國的TTA四個標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)起，中國無線通信標(biāo)準(zhǔn)研究組（CWTS）于1999年6月在韓國正式簽字加入3GPP2佩憾。其主要致力于從2G的IS-95到3G的CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)體系演進(jìn)哮伟，得到擁有多項CDMA關(guān)鍵技術(shù)專利的高通公司的較多支持。

3GPP和3GPP2兩者實際上存在一定競爭關(guān)系妄帘，3GPP2致力于以IS-95(在北美和韓國應(yīng)用廣泛的CDMA標(biāo)準(zhǔn))向3G過渡楞黄，和高通公司關(guān)系更加緊密。與之對應(yīng)的3GPP致力于從GSM向WCDMA過渡抡驼，因此兩個機構(gòu)存在一定競爭鬼廓。

4、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)

電氣電子工程師學(xué)會致盟，作為IT領(lǐng)域?qū)W術(shù)界的老大碎税，在無線通信標(biāo)準(zhǔn)方面主要制訂了大名鼎鼎的WiFi協(xié)議以及WiMAX協(xié)議，并力推WiMAX作為3G標(biāo)準(zhǔn)馏锡。

各個組織的關(guān)系可以概括為：

在ITU協(xié)調(diào)下雷蹂，滿足一定需求的移動通信技術(shù)統(tǒng)稱為“IMT家族”（International Mobile Telecommunications Family），ITU為這些技術(shù)分配相應(yīng)的頻譜資源杯道。從技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的角度看匪煌，后面三個組織負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)制定，來滿足IMT的需求蕉饼，不斷地對無線通信系統(tǒng)進(jìn)行完善虐杯。如下圖所示。

就中國來說昧港，圖中3GPP的演進(jìn)路線包括了移動和聯(lián)通從2G擎椰、3G到4G的演進(jìn)過程，而3GPP2則代表了電信的演進(jìn)過程创肥。

在3GPP標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)過程中达舒，2G時代的GSM/GPRS/EDGE主要基于時分多址（TDMA）和頻分多址（FDMA）接入技術(shù)值朋；3G時代主要是碼分多址接入（CDMA）技術(shù)；最后巩搏，LTE采用了正交頻分復(fù)用多址接入（OFDMA）技術(shù)昨登。目前，OFDM在無線通信標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)中已經(jīng)起到主導(dǎo)作用贯底。

二丰辣、LTE基本需求

LTE標(biāo)準(zhǔn)化流程始于2004年11月在多倫多召開的一次研討會上，當(dāng)時參與移動通信業(yè)務(wù)開發(fā)的許多公司禽捆，都闡述了他們關(guān)于3GPP所推進(jìn)的技術(shù)規(guī)范未來演進(jìn)的設(shè)想笙什，主要包括基本需求和滿足需求的適當(dāng)技術(shù)。

具體需求可概括為：

• 減少時延胚想，包括連接建立和傳輸兩個方面琐凭；
• 提高用戶數(shù)據(jù)傳輸速率；
• 為保證業(yè)務(wù)的一致性浊服，提高小區(qū)邊緣用戶的比特率统屈；
• 降低每比特成本，提高頻譜效率牙躺；
• 提高頻譜使用的靈活性愁憔；
• 簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
• 無縫移動性孽拷，包括不同的無線接入技術(shù)之間惩淳；
• 實現(xiàn)移動終端的合理功耗。

為了滿足這些需求乓搬，LTE系統(tǒng)設(shè)計涵蓋了無線接口和無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)兩個方面。

在LTE的第一個版本也就是Release 8中代虾，對這些需求進(jìn)行了定性的描述进肯，比如下行峰值速率100 Mbit/s，上行峰值速率50 Mbit/s棉磨，下行峰值頻譜效率5 bit/s/Hz江掩，上行峰值頻譜效率5 bit/s/Hz等。具體的性能見下表：

需要說明的是乘瓤，峰值速率也許并不是一個關(guān)鍵的因素环形，只是一個理論上的值，實際中僅僅是運營商宣傳的噱頭衙傀。

理論上抬吟，峰值速率定義為：把整個帶寬都分配給一個用戶，并采用最高階調(diào)制和編碼方案以及最多天線數(shù)目前提下每個用戶所能達(dá)到的最大吞吐量统抬。在Release 8中對天線數(shù)的基本假設(shè)是終端具有兩根接收天線和一根發(fā)射天線火本。所有這些條件對于一個用戶來說幾乎不可能同時滿足危队，峰值速率也就沒有太大的實際意義了。

三钙畔、LTE關(guān)鍵技術(shù)

OFDM

OFDM之于LTE就像是CDMA之于三大3G標(biāo)準(zhǔn)茫陆，是LTE系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心。除了技術(shù)演進(jìn)的需求之外擎析，LTE之所以會選擇OFDM的另一個原因在于3GPP想避開高通公司高昂的CDMA專利費用簿盅，且已經(jīng)有IEEE的WiMAX作為OFDM的領(lǐng)航者。

OFDM系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定對整個系統(tǒng)的性能會產(chǎn)生決定性的影響揍魂，其中載波間隔又是OFDM系統(tǒng)的最基本參數(shù)桨醋，經(jīng)過理論分析與仿真比較最終確定為15kHz。循環(huán)前綴(CP)的長度決定了OFDM系統(tǒng)的抗多徑能力和覆蓋能力愉烙。長CP利于克服多徑干擾讨盒，支持大范圍覆蓋，但系統(tǒng)開銷也會相應(yīng)增加步责，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸能力下降返顺。為了達(dá)到小區(qū)半徑100Km的覆蓋要求，LTE系統(tǒng)采用長短兩套循環(huán)前綴方案蔓肯，根據(jù)具體場景進(jìn)行選擇：短CP方案為基本選項遂鹊，長CP方案用于支持LTE大范圍小區(qū)覆蓋和多小區(qū)廣播業(yè)務(wù)。

MIMO

使用多天線技術(shù)蔗包，可以把空間域作為另一個新資源秉扑。在追求更高的頻譜效率的要求下，多天線技術(shù)已經(jīng)成為最基本的解決方案之一调限。

多天線技術(shù)可以帶來下圖所示的三種基本增益：

• (a) 分集增益：利用多天線帶來的空間分集來改善多徑衰落情況下傳輸?shù)慕研浴?/li>
• (b) 陣列增益：通過預(yù)編碼或者波束成形使能量集中在一個或者多個方向舟陆。
• (c) 空間復(fù)用增益：在可用天線組合所建立的多重空間層上，將多個信號流傳輸給單個用戶耻矮。

LTE已確定MIMO天線個數(shù)的基本配置是下行2×2秦躯、上行1×2，但也在考慮4×4的高階天線配置裆装。另外踱承，LTE也采用小區(qū)干擾抑制技術(shù)來改善小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)容量。下行方向MIMO方案相對較多哨免，根據(jù)2006年3月雅典會議報告茎活，LTE-MIMO下行方案可分為兩大類：發(fā)射分集和空間復(fù)用兩大類。目前琢唾，考慮采用的發(fā)射分集方案包括塊狀編碼傳送分集(STBC,SFBC)载荔，時間(頻率)轉(zhuǎn)換發(fā)射分集(TSTD，F(xiàn)STD)慧耍，包括循環(huán)延遲分集(CDD)在內(nèi)的延遲分集(作為廣播信道的基本方案)身辨，基于預(yù)編碼向量選擇的預(yù)編碼技術(shù)丐谋。其中預(yù)編碼技術(shù)已被確定為多用戶MIMO場景的傳送方案。

四煌珊、LTE演進(jìn)過程

LTE的第一個版本（Release 8）在2007年12月完成号俐，第一個商用網(wǎng)絡(luò)于2009年在北歐部署。目前為止定庵，3GPP共發(fā)布了6個版本吏饿，分別為Release 8到Release 13，

Release 8 - LTE 初出茅廬

LTE最初為3GPP R8蔬浙，R8主要定義了以下內(nèi)容：

1）高峰值數(shù)據(jù)速率：下行100 Mbps猪落，上行50 Mbps；
2）高頻譜效率畴博；
3）靈活帶寬：1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz and 20 MHz笨忌；
4）IP數(shù)據(jù)包在理想無線條件下時延為5毫秒；
5）簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)俱病；
6）OFDMA下行和SC-FDMA上行官疲；
7）全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)；
8）MIMO多天線方案亮隙；
9）成對（FDD）和非成對頻譜（TDD）途凫。

Release 9 - 增強型LTE

R9是最初的LTE增強版，只是對R8做了一些補充溢吻，以及基于R8做了一些小小的改進(jìn)维费。主要內(nèi)容包括：

1）PWS（Public Warning System，公共預(yù)警系統(tǒng)）： 在自然災(zāi)害或其它危急情況下促王，公眾應(yīng)該能及時收到準(zhǔn)確的警報犀盟。加上R8引入的EWTS（地震海嘯預(yù)警系統(tǒng)），R9引入了CMAS（商用手機預(yù)警系統(tǒng)）蝇狼，以便在災(zāi)后電視且蓬、廣播信號和電力等中斷的情況，該預(yù)警系統(tǒng)仍能夠以短信的方式及時向居民通報情況题翰。

2）Femto Cell： Femto Cell基本上用于辦公室或家中，并通過固話寬帶連接連接到運營商網(wǎng)絡(luò)诈胜。3G Femto Cell被部署于世界各地豹障，為了讓LTE用戶也能用上Femto Cell，R9引入了Femto Cell焦匈。

3）MIMO波束賦型：在eNB估算位置血公，直接將波束指向UE，波束賦形可以提升小區(qū)邊緣吞吐率缓熟，在R8累魔，LTE只支持單層波束賦形摔笤，R9將之?dāng)U展至多層波束賦形。

4）自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）： 為了減少人力成本垦写，SON的意思是吕世，網(wǎng)絡(luò)自安裝、自優(yōu)化梯投、自修復(fù)命辖。SON的概念在R8就引入，不過分蓖，當(dāng)時主要是針對eNB自配置尔艇，到了R9，根據(jù)需求增加了自優(yōu)化部分么鹤。

5）EMBMS：有了多媒體廣播多播業(yè)務(wù)（MBMS）终娃，運營商可以通過LTE網(wǎng)絡(luò)提供廣播服務(wù)。雖然這一想法并不新穎蒸甜，廣播服務(wù)早已運用于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)棠耕，但LTE中的MBMS信道是從數(shù)據(jù)速率和容量的角度發(fā)展而來。R8完成了在物理層對MBMS的定義迅皇，R9完成了更高層的定義昧辽。

6）LTE定位： R9定義了三種LTE定位方法，即A-GPS（輔助GPS）登颓、OTDOA（到達(dá)時間差定位法）和E-CID（增強型小區(qū)ID）搅荞。主要目的是為了在緊急情況下，且用戶無法確定自己位置的情況下框咙，提升用戶位置信息的準(zhǔn)確性咕痛。

Release 10 - LTE Advanced

R10屬于LTE-A標(biāo)準(zhǔn)。由于ITU IMT-Advanced提出了R8無法實現(xiàn)的更高速率要求喇嘱，為此茉贡，R10提出了很多重要的功能和提升。

ITU IMT-Advanced提出的主要需求包括：

• 1 Gbps DL / 500 Mbps UL 吞吐率
• 高頻譜效率
• 全球漫游

R10主要新增內(nèi)容包括：

1）增強型上行鏈路多址（Enhanced Uplink multiple access）： R10引入了分簇單載波頻分多址（clustered SC-FDMA）者铜。R8的SC-FDMA只允許頻譜連續(xù)塊腔丧，而R10允許頻率選擇性調(diào)度。

2）MIMO增強： LTE_A允許下行高達(dá)8×8 MIMO作烟，在UE側(cè)愉粤，它允許上行4X4MIMO。

3）中繼節(jié)點（Relay Nodes）： 在弱覆蓋環(huán)境下拿撩，Relay Nodes或低功率enb擴展了主eNB的覆蓋范圍衣厘，Relay Nodes通過Un接口連接到Donor eNB (DeNB)。

4）增強型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)（eICIC）：eICIC主要應(yīng)付異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（HetNet）下的干擾問題， eICIC使用功率影暴、頻率或時域來減小HetNet下的頻率干擾错邦。

5）載波聚合（CA）：對于運營商來說，載波聚合是最低成本的辦法去利用他們手上的碎片頻譜資源來提升終端用戶速率型宙。通過合并5個20MHz載波撬呢，LTE-A支持最高100MHz載波聚合。

6）支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（HetNet）： 宏蜂窩小區(qū)和small cell結(jié)合而組成異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)早歇。

7）增強型SON： 針對網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)流程倾芝，R10提出了增強型SON。

Release 11 - 增強型 LTE Advanced

R11主要內(nèi)容包括：

1）增強型載波聚合：

• 多時間提前量（TAS）用于上行鏈路載波聚合
• 非連續(xù)的帶內(nèi)載波聚合
• 為支持TDD LTE載波聚合箭跳，物理層的變化

2）協(xié)作多點傳輸（COMP）：是指地理位置上分離的多個傳輸點晨另，協(xié)同參與為一個終端的數(shù)據(jù)(PDSCH)傳輸或者聯(lián)合接收一個終端發(fā)送的數(shù)據(jù)(PUSCH)。

3）ePDCCH： 為了提升控制信道容量谱姓，R11引入了ePDCCH借尿。ePDCCH使用PDSCH資源傳送控制信息，而不像R8的PDCCH只能使用子幀的控制區(qū)屉来。

4）基于網(wǎng)絡(luò)的定位： 這是一種上行定位技術(shù)路翻，其原理是基于eNB測量的參考信號的時間差來實現(xiàn)。

5）最小化路測（MDT）： 路測費用是昂貴的茄靠。為了減少對路測的依賴茂契，R11推出了新的解決方案，它是獨立于SON慨绳，MDT基本上依賴于UE提供的信息掉冶。

6）機對機通信的Ran過載控制（Ran overload control for Machine type communication）：當(dāng)過多設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)絡(luò)可以禁止一些設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送連接請求脐雪。

7）In Device Co Existence：移動終端設(shè)備通常有多個射頻通路厌小，比如LTE，3G战秋，藍(lán)牙璧亚，WLAN等， 為了減輕多路并存帶來的干擾脂信，R11提出了如下解決方案：

• 基于DRX時域解決方案
• 頻域解決方案
• UE自主否認(rèn)

8）智能手機電池節(jié)能技術(shù)： UE可以通知網(wǎng)絡(luò)是否需要進(jìn)入省電模式或普通模式癣蟋，根據(jù)UE的請求，網(wǎng)絡(luò)可以修改DRX參數(shù)狰闪。

Release 12 - 更強的增強型 LTE Advanced

1）增強型small cell： 主要內(nèi)容包括密集區(qū)域部署small cell梢薪，宏小區(qū)和small cell之間的載波聚合等。

2）增強型載波聚合： R12允許TDD和FDD之間載波聚合尝哆，還允許3載波聚合。

3）機器對機器通信（MTC）：未來幾年內(nèi)甜攀，機器對機器通信可能會爆發(fā)性增長秋泄，很可能會引起網(wǎng)絡(luò)信令琐馆、容量不足的問題。為了應(yīng)付這種情況恒序，新的UE category被定義瘦麸，作為對MTC的進(jìn)一步優(yōu)化。

4）WiFi和LTE融合： LTE和WiFi之間融合歧胁，運營商可以更好管理WiFi滋饲。在R12中，提出了LTE和WIFI之間的流量轉(zhuǎn)移和網(wǎng)絡(luò)選擇機制喊巍。

5）LTE未授權(quán)頻譜（LTE-U）： 豐富的未授權(quán)頻譜資源屠缭，可以增加運營商網(wǎng)絡(luò)容量和性能。

Release 13 - 滿足不斷增長的流量需求

1）增強型載波聚合： R13的目標(biāo)是支持32 CC 載波聚合崭参，而在R10中呵曹，僅支持5 CC。

2）增強型機對機通信（MTC）： 更低的UE category何暮，進(jìn)一步減少物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用帶寬奄喂、能耗，延長設(shè)備電池使用時間海洼。

3）增強型LTE-U： 為了面向高增長的流量需求跨新，R13的目標(biāo)是，主小區(qū)使用授權(quán)頻譜坏逢，從小區(qū)使用未授權(quán)頻譜域帐。

4）室內(nèi)定位： R13將致力于提升現(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)，也探索新的定位方法词疼，提高室內(nèi)定位的準(zhǔn)確性

5）增強的多用戶傳輸技術(shù)： R13將采用疊加編碼來提升下行多用戶傳輸技術(shù)俯树。

6）增強型MIMO： R13將致力于多達(dá)64天線端口的更高階MIMO系統(tǒng)。