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LTE引领后3G时代 2015-12-29

LTE(Long Term Evolution,长期演进)是3GPP近两年来启动的最大的新技术研发项目,这种以OFDMFDMA为核心的技术,可以被看作“准4G”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。当前,全球的移动通信产业对LTE都寄予了厚望,引起普遍关注,期望这一技术能够增强移动通信产业持续发展的能力。在2008全球移动大会上,主流设备厂商不约而同地发布了LTE的研究成果和后续演进策略,LTE被进一步确立了向3G后续演进或者说向4G发展的核心地位。据专家预计,到2014年全球LTE用户数将达3900万,设备收入将达90亿美元。


LTE为3G后续发展注入动力

LTE是3G的下一代演进技术,被称为3.9G,具有100Mbits的数据下载能力,被视作从3G向4G演进的主流技术。3GPP 启动的LTE项目的主要性能目标包括:在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbits、上行50Mbits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350kmh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。


在网络结构方面,LTE采用由Node B构成的单层结构。这种结构有利于简化网络和减小延迟,实现了低时延、低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP接入网相比,LTE减少了RNC节点。名义上LTE是对3G的演进,但事实上它对3GPP的整个体系架构作了革命性的变革,逐步趋近于典型的IP宽带网结构。


3GPP初步确定LTE的架构为演进型UTRAN结构(E-UTRAN)。接入网主要由演进型 Node B(eNB)和接入网关(aGW)两部分构成。aGW是一个边界节点,若将其视为核心网的一部分,则接入网主要由eNB一层构成。eNB不仅具有原来的Node B功能,还能完成原来RNC的大部分功能,包括物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、接入移动性管理和Inter-cellRRM等。Node B之间将采用网格(Mesh)方式直接互连联,这也是对原有UTRAN结构的重大修改。在新的系统中还引入了一个RRM Server进行集中式管理,采用完全分散的管理结构来解决小区间干扰协调、负载控制等功能,目前还未确定。另外,在空中接入技术方面,LTE信道数量将比WCDMA系统有所减少,并取消了专用信道,不再保留广播媒体控制层和UTRAN的公共业务信道,减少了 MAC层的实体类型。


LTE成为未来发展方向


目前,全球移动无线技术的演进路径主要有三个:一是WCDMA和TD-SCDMA,均从HSPA演进至HSPA+,进而到LTE;二是CDMA2000沿着EV-DO Rev.0Rev.ARev.B,最终到UMB;三是802.16m的WiMAX路线。其中LTE拥有最多的支持者。3GPP对LTE发展时间表大致情况如下:2005年3月到2006年6月为SI阶段,完成可行性研究报告;2006年6月到2007年6月为WI阶段,完成核心技术的规范工作;在2007年中期完成LTE相关标准制定;在2008年或2009年推出商用产品。分析家指出,基于OFDM的LTE技术市场预计将在今后三年加速发展,从2008年到2014年这6年间,将是4G通信打基础的阶段,而以后4G市场的需求将会快速膨胀。作为首选的4G移动通信平台,LTE预计将在2014年获得规模部署。业内分析家称,LTE是目前欧洲3G系统UMTS向4G演进的首选技术,2008年全球GSM和UMTS用户数将达到了30亿,在2014年前,会有数百家移动运营商采用LTE技术,其设备收入将达到90亿美元。


按用户数量和市值计算,中国移动都是全球最大的移动运营商。此前,英国沃达丰、日本NTT DoCoMo、美国AT&T和Verizon等世界最主要的电信运营商已经决定采用LTE技术,中国移动加入LTE技术营运行列,将大力推动LTE技术的发展,LTE在后3G时代也将延续2G时期GSM的主流地位。与此同时,国际国内的设备制造商以及终端制造商,大多数将LTE的产品路标定为在2010年前后形成商用能力。华为表示,LTE产业价值链将在2010年基本成熟并开始商用,并在2011年形成一定的市场规模。爱立信则希望成为商用设备的领先者,预计其将在2009年推出LTE商用系统。在终端方面,三星电子计划于2010年最终推出小型化的LTE手机,外观与目前常见的手机相似。三星电子采取了逐步推进的LTE终端发展路线,将于今年推出体积较大的LTE原型样机以进行性能测试,明年将推出LTE的数据卡产品。NTT表示,其目标是在2009年推出LTE的商用服务。为了实现这一目标,NTT很早就开始了行动:2006年秋,建立了LTE的试验系统;2007年秋,进行了室内外测试;2007年8月,开始开发商用网络;2008年2月,实现了较好的试验结果,下行速率达到250Mbits、上行速率达到50Mbits。


在LTE标准化方面,2007年11月在3GPP工作组会议上,通过LTE TDD融合技术提案,有27家公司联署。基于TD的帧结构统一了延续已有标准的两种TDD模式,同时对LTE TDD的进一步优化领域的提案也被会议所接受。3GPP RAN38全会通过RAN1提交的融合帧结构方案,被正式写入3GPP标准。预计2008年6月可完成核心规范的第一个完整版本,2008年还将完成RAN4、RAN5和核心网的相关标准制订工作。目前LTE的主要规范已接近完成,2008年上半年能够完成核心规范的完整版本。


作为TD-SCDMA的长期演进,TD-LTE的发展同样值得我们关注。面对包括3GPP中LTE FDD阵营、3GPP2的UMB阵营和同样采用TDD方式的WiMAX阵营等方面的挑战,TD-LTE系统具有其自身的优势,这主要是来自于TD现有核心技术大部分得到了继承、扩展和增强,同时也有与MIMO、OFDM主流技术的有机结合,引入新型技术以显著提高系统性能,为未来4G标准中能够取得更多的专利提供了可能。国内企业和相关的高校研究院所很早就开始针对TD-LTE标准进行技术研究,包括运营商、部电信研究院、中国通信标准化协会、大唐、普天、中兴通讯、华为、展讯等。其中,大唐仍是最核心的企业。大唐在2005年6月的3GPP工作组会议上提交了针对TD-SCDMA后续演进的技术提案,2005年11月在3GPP工作组会议上通过了大唐提出的TDD LTE提案,奠定了TD-SCDMA后续演进技术标准的基础。目前,我国已经完成了关键技术的验证和物理层样机的研发工作,将于2008年6月完成核心规范的第一个完整版本,2008年底将完成核心网的标准规范,并推出系统样机。我国在LTE TDD规范方面,物理层完成了95%,高层完成了80%,接口完成了80%,2008年应能完成射频、终端一致性方面及核心网方面的规范制定。


通过前面的分析我们不难看出,LTE将为3G后续发展注入动力。从LTE制订的目标需求可以看出,100Mbits的传输能力已远不是3G所能比的,那么其使用的技术也必将有较大的提高。目前的主要技术有6种,按照双工方式可分为FDD和TDD两大类,按照无线链路的调制方式或多址方式主要可分为CDMA和OFDMA两大类。产业界一些巨头已经向3GPP提交了多项有关OFDM、增加小区边界吞吐量等的技术建议,正在积极准备未来3G的技术标准和系统的开发。保证技术和系统性能领先的同时,最大限度地利用并兼容现有的系统平台,保持系统的平滑演进,提供最优的3G解决方案。因此,在2014年前,将会有数百家移动运营商采用LTE技术,仅设备收入将达到100亿美元左右。


产业界积极推动LTE发展

在2008年2月的巴塞罗那全球移动大会上,从设备制造商到运营商,都以各种方式展示出在LTE方面的积极性。爱立信、诺基亚西门子、中兴、华为等均展示了其LTE的整体解决方案,运营商也纷纷表示要开始LTE的商用测试计划,推进LTE技术的快速发展,尤其是作为网络建设和运营主体的移动运营商在技术发展过程中将起到举足轻重的作用。


在运营商方面,美国Verizon Wireless对LTE极感兴趣,沃达丰表示将与中国移动和美国第二大移动运营商Verizon Wireless携手推进LTE技术的发展,NTT DoCoMo为实现“LTE大跃进”,与爱立信签订协议表示将在2009年在日本实现LTE商用版。据悉,沃达丰、Verizion等运营商巨头在发现TDD频率的优势后,已开始支持TDD LTE,中国卫通、广电决定将在3.4GHz~3.7GHz中划分出部分频段让给LTE发展。


越来越多的设备制造商也开始加入到LTE产业,为LTE带来了新的生命力和竞争力,使得LTE掀起了新一轮的发展浪潮。国内科研机构和厂商,一方面应加强基础研究能力,特别是软件和基础电路的研发能力;另一方面,国内创新环境还需完善,厂商必须克服信心不足的现状。大唐在TD发展初期起到非常关键的作用,今后华为、中兴的强大产业化能力在发展LTE的过程中将发挥更大的作用。


从目前来看,通信产业的发展趋势呈现两大特点:一是提供更多的互联网业务和增加带宽,二是转型和融合。2006年以前话音业务发展平稳,2007年全球数据业务市场的发展首次超过话音业务,从“听”转为“看”成为通信发展的必然趋势。同时,互联网业务开始抢占通信市场。互联网阵营提出“三网融合”,IT厂商希望把芯片植入终端;而通信阵营则提出“统一通信”,通信厂商希望将HSPA等新技术嵌入计算机。两大阵营正在争夺全球27亿的移动用户、15亿的电视用户和11亿的计算机用户,未来全球用户将如何划分,目前还难以预测。移动通信的天下正处于“战乱期”。竞争的关键集中到带宽,无论是LTE还是WiMAX,都以提供更高带宽为目标。在2008年巴塞罗那全球移动大会上,LTE略胜一筹成为热点,沃达丰、Verizion、NTT DoCoMo、中国移动等运营商纷纷力推LTE,特别是NTT DoCoMo与爱立信签订协议表示将于2009年在日本实现LTE商用版。运营商正在争夺LTE的话语权,为通信发展指出方向,这是巴塞罗那移动大会的成果之一。TDD LTE的优势明显,目前业内达成的共识是,各厂商生产的设备必须同时支持TD-LTE和FDD LTE,实现二者的融合。


LTE的提出意味着新目标的确立,为了有一个清晰的技术发展路线,3GPP制定了发展LTE的明确时间表。这给运营业带来了新的机遇,也提出了严峻的挑战。更新更快的业务可以在不远的将来得以实现,甚至完全可以和有线网络相媲美,为用户提供了崭新的服务与享受。

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