1.1.5　第四代LTE移动通信系统

第四代移动通信技术的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2 Mbit/s的数据传输能力，包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准有更多的功能，可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），提供定位定时、数据采集和远程控制等综合功能。此外，第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统。4G的下载速率能够达到100 Mbit/s以上，能够满足几乎所有用户对无线服务的要求。

长期演进（LTE，Long Term Evolution）是由第三代合作伙伴计划（3GPP，The 3rd Generation Partnership Project）组织制定的通用移动通信系统（UMTS，Universal Mobile Telecommunications System）技术标准的长期演进，于2004年12月在3GPP多伦多TSG RAN#26会议上正式立项并启动。LTE系统引入了正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）和多输入多输出（MIMO，Multiple-Input Multiple-Output）等关键技术，显著提高了频谱效率和数据传输速率（20 MHz带宽，2×2 MIMO，在64QAM情况下，理论下行最大传输速率为201 Mbit/s，除去信令开销后大概为140 Mbit/s，但根据实际组网情况以及终端能力限制，一般认为下行峰值速率为100 Mbit/s，上行峰值速率为50 Mbit/s），并支持多种带宽分配：1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz和20 MHz等，且支持全球主流2G/3G频段和一些新增频段，因而频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖也显著增加。LTE系统网络架构更加扁平化、简单化，减少了网络节点，降低了系统复杂度，从而降低了系统时延以及网络部署和维护成本。LTE系统支持与其他3GPP系统互操作。LTE系统有两种制式：FDD-LTE和TD-LTE，即频分双工LTE系统和时分双工LTE系统，两者的主要区别是空中接口的物理层（如帧结构、时分设计、同步等）：FDD-LTE系统空中接口上下行传输采用一对对称的频段接收和发送数据；而TD-LTE系统上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输，相对于FDD方式，TDD有着较高的频谱利用率。

LTE的演进可分为LTE、LTE-A、LTE-A Pro这3个阶段，分别对应3GPP标准的R8～R14，如图1.1所示。LTE阶段实际上并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通信标准IMT-Advanced，因此，在严格意义上其还未达到4G的标准，准确来说应该称为3.9G，只有升级版的LTE-Advanced（LTE-A）才满足国际电信联盟对4G的要求，是真正的4G阶段，也是后4G网络演进阶段。

图1.1　LTE的版本演进

R10是LTE-A首个版本，于2011年3月完成标准化，R10最大支持100 MHz的带宽，8×8天线配置，峰值吞吐量达到1 Gbit/s。R10引入了载波聚合、中继（Relay）、异构网干扰消除等新技术，增强了多天线技术，相比LTE进一步提升了系统性能。

R11增强了载波聚合技术，采用了协作多点传输（CoMP）技术，并设计了新的控制信道ePDCCH。其中，CoMP通过同小区不同扇区间协调调度或多个扇区协同传输来提高系统吞吐量，尤其对提升小区边缘用户的吞吐量效果明显；ePDCCH实现了更高的多天线传输增益，并降低了异构网络中控制信道间的干扰。R11通过增强载波聚合技术，支持时隙配置不同的多个TDD载波间的聚合。

R12称为SmallCell，采用的关键技术包括256QAM、小区快速开关和小区发现、基于空中接口的基站间同步增强、宏微融合的双连接、业务自适应的TDD动态时隙配置、D2D等。

R13主要关注垂直赋形和全维MIMO传输技术、LTE许可频谱辅助接入（LAA）以及物联网优化等内容。

C-RAN是4G网络中的热点技术，其主要原理是将传统的BBU信号处理资源转化为可动态共享的信号处理资源池，在更大的范围内实现蜂窝网络小区处理能力的即取即用和虚拟化管理，从而提高网络协同能力，大幅降低网络设备成本，提高频谱利用率，增加网络容量。

当前，C-RAN还面临一些技术挑战，包括基带池集中处理性能、集中基带池与射频远端的信号传输问题；通用处理器性能功耗比，软基带处理时延等问题。

LTE系统采用全IP的EPC网络，相比于3G网络更加扁平化，简化了网络协议，降低了业务时延，由分组域和IMS网络给用户提供话音业务；支持3GPP系统接入，也支持CDMA、WLAN等非3GPP网络接入。

面对OTT（Over The Top）的挑战，灵活开放的网络架构、低成本建网和海量业务的提供能力，以及快速业务部署能力成为4G核心网发展的重要趋势。

现有的EPC核心网架构主要面向传统的语音和数据业务模型，对新的OTT业务、物联网业务等难以适配。另外，EPC网元没有全局的网络和用户信息，无法对网络进行动态的智能调整或快速业务部署。未来的新型网络技术——软件定义网络（SDN，Software Defined Network）和网络功能虚拟化（NFV）等与4G核心网融合，将满足移动核心网络发展的新需求。

LTE的核心技术主要包括OFDM、MIMO、调制与编码、高性能接收机、智能天线、软件无线电、基于IP的核心网和多用户检测等。

表1.1详细描述了移动通信技术发展的关键特征。

表1.1　移动通信技术发展的关键特征