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1、LTE技术综述目录1 LTE研究现状21.1什么是LTE？21.2全球首次LTE通话21.3 LTE的网络结构和核心技术32 LTE/LTE-A技术及标准进展32.1 LTE/LTE-A需求32.2 LTE/LTE-A研究进展42.3 LTE/LTE-A关键技术42.3.1 OFDM技术42.3.2 MIMO技术52.3.3 载波聚合52.3.4 无线中继52.3.5 多点协同62.3.6 自组织网络62.4 演进浅析73 LTE的技术创新与挑战73.1 LTE标准化进展73.2 LTE的技术创新83.2.1 LTE的技术创新领域83.2.2 LTE技术创新的实质93.3 LTE技术创新的背景
2、103.4 LTE面临的技术挑战123.4.1 OFDM/SC-FDMA技术带来的挑战123.4.2 MIMO技术带来的挑战133.4.3 LTE组网技术带来的挑战144 LTE新业务发展探讨144.1 未来移动互联网用户的业务需求分析154.2 LTE IP多媒体子系统（IMS）184.3 LTE典型业务205 LTE-A：未来通信的领跑者211 LTE研究现状1.1什么是LTE？LTE是英文Long Term Evolution的缩写。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
3、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/FDMA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
4、种带宽。1.2全球首次LTE通话北京时间2009年9月18日消息，据国外媒体报道，诺基亚西门子通信公司(以下简称“诺西”)今天表示，该公司已成功实现了全球首次LTE通话。 诺西称，这次通话是在其位于德国乌尔姆的研发机构进行的，使用了一个商业性基站和符合相关标准的软件。 诺西无线网络业务部门掌门马克鲁昂内(Marc Rouanne)说，“这证明我们的研发方向是正确的，我们的战略将专注于部署，成为首家推出LTE网络设备的公司。” 受价格战和运营商投资速度放慢的影响，移动网络设备市场出现萎缩，所有电信设备厂商竞相向运营商“推销”LTE网络。诺西表示，首个LTE网络将于今年晚些时候开通，大规模部署则要
5、等到2010年。 诺西没有在一些颇有影响的交易中中标，但鲁昂内指出，该公司正在向全球约80家移动运营商销售支持LTE的基站，这些基站可以通过软件升级。 1.3 LTE的网络结构和核心技术3GPP对LTE项目的工作大体分为两个时间段：2005年3月到2006年6月为SI(StudyItem)阶段，完成可行性研究报告;2006年6月到2007年6月为WI(WorkItem)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(3GPPR7)，在2008年或2009年推出商用产品。就目前的进展来看，发展比计划滞后了大概3个月1，但经过3GPP组织的努力，LTE的系统框架大部分已经完成
6、。2 LTE/LTE-A技术及标准进展随着无线数据业务的迅速增长和新空口技术的不断引入，传统的网络架构在对实时数据业务和大数据量业务的支持方面面临挑战，需要不断演进。无线接入网向两个可能的方向演进：一是空口能力不断增强，但网络构架不变，继续维持RNC和NodeB的二层架构；二是RNC和NodeB功能合并为增强型NodeB，即eNodeB，UTRAN向扁平化方向发展。而在核心网方面，正朝着扁平化和全IP的方向演进。作为下一代移动通信系统当前主流的候选技术方案，LTE给业界留下了巨大的想象空间，全新的理念、网络架构、技术指标和技术方案将应用于这一面向未来的移动宽带通信系统中。2.1 LTE/LTE
7、-A需求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100Mbit/s，上行50Mbit/s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100ms；支持100km半径的小区覆盖；能够为350km/h高速移动用户提供100kbit/s的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.2520MHz多种带宽。IMT-Advanced要求未来的4G通信在满足高的峰值速率和大带宽之外还要保证用户在各个区域的体验。有统计表明，未来80%90%
8、的系统吞吐量将发生在室内和热点游牧场景，室内、低速、热点将可能成为移动互联网时代更重要的应用场景。因此，需要通过新技术增强传统蜂窝在未来热点场景的用户体验。3GPP认为，LTE本身已经可以作为满足IMT-Advanced需求的技术基础和核心，只是纯粹从指标上来讲，LTE较IMT-Advanced的要求还有一定差距。因此当将LTE升级到4G时，并不需要改变LTE标准的核心，只需在LTE基础上进行扩充、增强、完善，就可以满足IMT-Advanced的要求。出于这种考虑，LTE-Advanced应该会作为在LTE基础上的平滑演进，并且后向兼容LTE标准。由于LTE的大规模技术革新已经大量使用了近20
9、年来学术界积累的先进信号处理技术，如OFDM，MIMO，自适应技术等，在继续完善技术应用的同时，LTE-Advanced的技术发展将更多地集中在RRM（无线资源管理）技术和网络层的优化方面。2.2 LTE/LTE-A研究进展2009年3月发布了LTE R8 版本的FDD-LTE 和TDD-LTE 标准，原则上完成了LTE标准草案，LTE进入实质研发阶段。从主流设备厂家提供的产品路标来看，几乎所有的主流厂家都会在2010年的第一或第二季度推出LTE产品，但是真正可以商用的版本要2010年以后才能推出。从终端厂家反馈情况来看，2010年会有早期的商用终端，大规模的推出要在2011年底前后。关于LT
10、E-A标准的制定在2008年3月的R9版本开始，并将在R10中完善，R10版本将成为LTE-A关键版本。可以预见的是，由于时间紧迫，R10也将是一个LTE-A的短版本。R10版本现在为Study阶段，整个版本制定预计持续一年时间，预计时间安排如下：2009年10月作为第一阶段评估并提交ITU；2010年9月提交全会讨论；2010年12月完成版本制定工作；2011年2月终结并提交。目前，全球有超过18家运营商公布了自己的LTE部署计划，包括NTT DoCoMo，Telstra，TeliaSonera，Verizon，Vodafone，AT&T等都明确表示将支持LTE，并且Verizon已经加速了
11、LTE计划表，使得时间从原定的2010年提前至2009年。作为日本最大的运营商NTT DoComo也加紧“Super 3G”网络商用部署推进LTE进程，并公布了3G过渡到LTE的路线图，2010年初完成了对LTE技术的开发。2.3 LTE/LTE-A关键技术2.3.1 OFDM技术OFDM由多载波调制(MCM)发展而来，OFDM技术是多载波传输方案的实现方式之一，它的调制和解调是分别基于快速傅立叶反变换（IFFT）和快速傅立叶变换（FFT）来实现的，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。在传统的频分复用系统中，各载波上的信号频谱是没有重叠的，以便接收端利用传统的滤波器分离和提取不同载
12、波上的信号。OFDM系统是将数据符号调制在传输速率相对较低的、相互之间具有正交性的多个并行子载波上进行传输。它允许子载波频谱部分重叠，接收端利用各子载波间的正交性恢复发送的数据。因此，OFDM系统具有更高的频谱利用率。同时，在OFDM符号之间插入循环前缀，可以消除由于多径效应而引起的符号间干扰，能避免在多径信道环境下因保护间隔的插入而影响子载波之间的正交性。这使得OFDM系统非常适用于多径无线信道环境。OFDM的优点在于抗多径衰落的能力强，频谱效率高，OFDM将信道划分为若干子信道，而每个子信道内部都可以认为是平坦衰落的，可采用基于IFFT/FFT的OFDM快速实现方法，在频率选择性信道中，O
13、FDM接收机的复杂度比带均衡器的单载波系统简单。与其它宽带接入技术不同，OFDM可运行在不连续的频带上，这将有利于多用户的分配和分集效果的应用等。但OFDM技术对频偏和相位噪声比较敏感，而且峰值平均功率比（PAPR）大。2.3.2 MIMO技术要达到LTE-A提出的目标数据传输速率，需要通过增加天线数量以提高峰值频谱效率，即多天线技术，包括Beam-forming和空间复用。多天线技术是一种有效的提高系统容量的方法。当前LTE应用基于码本预编码技术的下行4天线技术。峰值速率达到300Mbit/s。由于LTE-A的带宽高达100M，当前峰值速率可以达到下行1.5Gbit/s。2.3.3 载波聚合
14、当前LTE系统在频带利用率上已经接近Shannon极限。如果要提高系统吞吐量，就必须提高系统的带宽或者信噪比。LTE-A通过“载波聚合”（Spectrum Aggregation）的方式进行带宽增强，即把几个基于20MHz的LTE设计捆绑在一起，通过提高可用带宽，LTE-A将带宽扩展到100M。但是实际上很可能没有一整块的空闲带宽，所以LTE-A允许离散频带的聚合。在具体应用中还面临很多问题，如载波聚合时多个可选载波是否需要划分可用集合和各种集合的等级划分；在切换中载波变化的通信问题；载波变化时的信令传输问题；各个载波的激活和去激活过程。这些问题都在3GPP会议中提出并存在多种方案。当前载波聚
15、合作为LTE-A的重要组成部分和关注焦点，是R10制定中的重点。2.3.4 无线中继LTE系统容量要求很高，这样的容量需要较高的频段。为了满足下一代移动通信系统的高速率传输的要求，LTE-A技术引入了无线中继技术。用户终端可以通过中间接入点中继接入网络来获得带宽服务。减小无线链路的空间损耗，增大信噪比，进而提高边缘用户信道容量。无线中继技术包括Repeaters和Relay。Repeaters是在接到母基站的射频信号后，在射频上直接转发，在终端和基站都是不可见，而且并不关心目的终端是否在其覆盖范围，因此它的作用只是放大器而已。它的作用仅限于增加覆盖，并不能提高容量。Relay技术是在原有站点的
16、基础上，通过增加一些新的Relay站（或称中继节点、中继站），加大站点和天线的分布密度。这些新增Relay节点和原有基站（母基站）都通过无线连接，和传输网络之间没有有线的连接，下行数据先到达母基站，然后再传给Relay节点，Relay节点再传输至终端用户，上行则反之。这种方法拉近了天线和终端用户的距离，可以改善终端的链路质量，从而提高系统的频谱效率和用户数据率。2.3.5 多点协同协同多点传输，即CoMP（Coordinated Multi-point Transmission）技术通过对空域的扩充提高系统容量减小用户间干扰，是LTE-Advanced对空域扩充的核心技术之一。CoMP技术利用
17、光纤连接的天线站点协同在一起为用户服务，相邻的几个天线站或节点同时为一个用户服务，从而提高用户的数据率，提高小区边缘的通信质量。作为LTE-Advanced对空域扩充的两种核心技术，Relay和CoMP技术对LTE标准做出了很大的创新。根据终端是否知道信号从多个天线站点发射，CoMP可以分为3类：终端不知道接收到的信号来自多个分布的天线，终端按照单基站方式接收；终端将接收到的所有信道测量反馈，但接收方式按照单基站方式接收，效果相当于多径接收；终端将接收到的所有信号测量反馈，但是基站侧发送时，同时发送各个天线的发射信息，包括发射点和权重等。2.3.6 自组织网络为了通过有效的运维成本（OPEX）
18、和LTE网络参数和结构复杂化的压力，3GPP借用自组织网络的概念，在R8提出一种新运维策略。该策略将eNodeB作为自组织网络节点，在其中添加自组织功能模块，完成蜂窝无线网络的自配置（Self-configuration）、自优化(Self-optimization)和自操作(Self-operation)。作为LTE的特性，SON已经在R8引入需求，R9完成自愈性、自优化能力的讨论。LTE自组织网络与传统IP互联网自组织不同在于，LTE要求自组织节点可以互联之外，可以对网络进行自优化和自操作。2.4 演进浅析由于LTE重新定义了空中接口和核心网络，摒弃了CDMA技术而采用OFDM技术，只支持
19、分组域，使得LTE与已有3GPP各版本标准不兼容，现有3G网络很难平滑演进到LTE，如果要部署LTE需要大规模的网络升级，部署成本比较高。从历史规律来看，从标准成熟到规模商用，一般要34年时间，2009年3月LTE标准冻结并批准，因此可以预计在20122013年以后LTE才具备规模商用的条件。从产业链的角度来看，目前LTE网络侧设备和终端尚未成熟，特别是终端方面可能成为LTE发展的瓶颈，支持LTE，WCDMA双模的终端预计在2012年才能推出。考虑到运营商投资和回报的平衡，无线接入网将会是EUTRAN和GERAN/UTRAN并存的场景，GERAN/UTRAN仍然保持二级架构，EUTRAN采用扁
20、平化架构，随着多模基站的推出，LTE的eNodeB可以和NodeB，BTS采用共站址的方式。3 LTE的技术创新与挑战随着3GPP LTE（长期演进）技术的标准化接近完成，LTE的研发和产业化已经进入到关键阶段。我国和国际上的主要移动通信厂商均已开发出TD-LTE或FDD LTE研发样机，并基于这些样机进行了一系列概念验证测试。某些比较激进的欧美运营商也已经和一些开发进度较快的设备厂商签订了预商用网络的合同，准备部署城市级别的LTE试验网络。作为一个具备巨大潜力的创新技术，LTE无疑将在传统话音市场利润逐渐趋薄的今天，为无线通信产业向移动互联网市场扩展提供了宝贵的机遇。但同时，LTE作为一个全
21、面采用了革命性技术的新标准，也给通信产业提出了一系列挑战。因此，在LTE产业化早期，对LTE技术创新的实质和技术挑战有一个清醒的认识是多有裨益的。3.1 LTE标准化进展LTE名为“演进”（Evolution），实为“革命”（Revolution），3G系统采用的核心技术大部分没有被沿用，转而采用了大量的创新型技术和崭新的系统设计。3GPP自2004年11月启动LTE项目以来，3GPP以频繁的会议全力推进LTE的研究工作。仅半年就完成了需求的制定，在2006年9月完成了研究阶段（Study Item，SI）的工作，2008年底基本完成工作阶段（Work Item，WI）的标准制定工作，形成了L
22、TE标准的第一个完成版本R8版本。截至2009年3月，LTE的核心标准基本趋于稳定，虽然不断还有细节性的更新，但对设备开发已经影响不大。但射频和终端测试方面的规范尚没有完全完成，对LTE系统、终端的研发和测试还有一定影响。从2009年初开始，3GPP开始LTE R9的标准化工作。R9将是一个“较短”的版本，预计2009年底完成。除了对R8进行修订的同时，R9也将基于LTE核心标准进行一定的增强和应用性扩展，比较重要的工作包括：（1）双流波束赋形：即在R8 LTE采用的单流波束赋形（Beamforming）基础上和空间复用技术相结合，扩展到双流波束赋形，提高峰值速率。（2）基于LTE的定位技术：
23、即基于LTE标准的基站定位（Positioning）技术。（3）基于LTE的家庭基站技术：LTE核心标准对家庭基站（Home eNodeB）已经作了初步的考虑，但还有很大优化空间。R9将针对家庭基站对LTE标准进行进一步优化。LTE的长期演进LTE-Advanced技术的研究阶段工作也在紧锣密鼓地进行，基于这项研究，3GPP将在2010年10月向ITU提交IMT-Advanced候选技术提案。在LTE核心标准基础上，LTE-Advanced将在载波聚合（Carrier Aggregation）技术，协同多点（CoMP）技术，中继（Relay）技术，上行MIMO技术几个方面采用技术增强。3.2
24、LTE的技术创新3.2.1 LTE的技术创新领域创新一：采用频分多址系统代替码分系统LTE系统抛弃了3G系统长期采用的CDMA（码分多址）技术，采用了以OFDMA（正交频分多址）为核心的多支技术。OFDMA技术的关键是在小区内实现了正交传输，使系统可以为特定用户在特定时间内分配一段独享的“干净”带宽，从而为实现更高峰值速率提供了基础。相对而言，CDMA系统即使在小区内部也面临着“用户间干扰”问题，因此在实现高峰值速率时，可能比OFDMA系统难度更大一些。LTE系统的上行采用了SC-FDMA（单载波频分多址）技术，这是一种OFDMA的改进技术，可以在保持OFDMA正交传输特性的同时，兼顾单载波传
25、输的低峰平比（PAPR）特性，从而获得较好的终端功放效率和较低的功放成本。创新二：采用了MIMO（多天线技术）技术LTE系统是迄今为止最全面地采用了MIMO技术的无线通信系统，与IEEE 802.16e只采用空间分集技术相比，LTE采用了各种MIMO传输模式，包括：（1）下行MIMO模式发射分集：通过在多个天线上重复发送一个数据流的不同版本获得分集增益来改善小区的覆盖，适用于大间距的天线阵。空间复用：通过在多个天线上并行发送多个数据流获得复用增益来提高峰值速率和小区吞吐量。波束赋形：通过在多个天线阵元的波干涉，在指定的方向性能能量集中的波束获得赋形增益来改善小区覆盖，适用于小间距的天线阵。空间
26、多址：和空间复用机理相似，多个并行数据流用于多个用户来提高系统用户容量。（2）上行MIMO模式空间多址：上行由于受到终端发送天线和发送功放的数量限制只支持空分多址模式。创新三：扁平网络LTE系统取消了UMTS系统中的重要网元RNC（中央控制节点），只保留一层RAN节点eNodeB，eNodeB和核心网通过基于IP路由的S1-flex接口实现了更灵活的多重连接，相邻eNodeB之间通过X2接口实现了Mesh连接。3.2.2 LTE技术创新的实质LTE技术创新的实质是对无线信道资源的进一步深度挖掘和对网络结构的进一步简化。在无线信道资源挖掘方面，主要向2个维度扩展：（1）频域扩展LTE系统采用了O
27、FDMA/FDMA这个相对CDMA而言更自然的大带宽解决方案，可以通过增加子载波数量的方式直接向更大带宽扩展。采用这种扩展方式，原则上无论何种带宽，均可以通过统一的框架实现。相对双小区HSPA+（Duel-cell HSPA+）10MHz的系统带宽，LTE支持的带宽增大到了20MHz。（2）空域扩展LTE系统采用了同一框架的自适应MIMO传输，可以根据信道条件和需要自适应的在空间分集、空分复用、波束赋形、空间复用和单天线发送各种模式之间转换，从而可以最大限度地利用实际信道的容量。相对Duel-cell HSPA+的2天线MIMO，LTE的MIMO传输最大可以支持4天线发送（见图1）。图1 LT
28、E相对3G，在频域和空域进一步挖掘了信道资源在网络结构简化方面，LTE为了降低系统的传输延迟，满足用户永远在线（Always Online）的需要，最大限度地简化了纵向网络层次。直观来讲，这种设计相当于拉近了网络和用户的距离，使网络对用户来说更近、更快、更简单、更透明。纵向网络结构的简化会将很多网络功能（如切换）下放到eNodeB层面。LTE通过增强横向网络连接来解决，即通过新增的X2接口实现相邻小区之间的切换，优化移动性管理。另外，全网采用了全IP结构，网元之间通过路由器实现IP连接，可以更优化地实现IP数据业务。3.3 LTE技术创新的背景背景一：移动互联网业务发展的需要(1)从话音优化到
29、数据优化新一代宽带无线系统优化的重点从为话音业务优化转向为数据业务优化，因此系统除了注重窄带业务，更注重提高宽带业务的效率。(2)从覆盖优化到容量优化话音业务对系统的主要需求是保证基本业务连续覆盖，而数据业务更注重提高某些“热区”内的业务吞吐量。(3)从用户容量优化到数据率容量优化在移动互联网时代，数据业务主要采用流量计费或包月制，因此运营商的营收不仅依赖用户的数量，也更加依赖业务流量的提供能力，因此系统除了要提高用户容量，更注重提高系统的数据率和吞吐量。(4)从均匀容量分布到不均匀容量分布据预测，未来系统80%90%的数据业务容量需求将集中在室内和热区内，这种业务容量分布的不均匀为系统均匀覆
30、盖的要求提供了更大的灵活性，系统并不需要像话音蜂窝系统那样追求完全的均匀覆盖，允许在“热区”内和“热区”外有一定性能差异。上述诸多背景决定了LTE的技术创新方向，即选择OFDMA/MIMO这样的带宽大、峰值速率高、小区内吞吐量高的技术作为核心。背景二：宽带无线接入和宽带移动通信的融合近几年来，传统通信产业和传统的IT产业不约而同地认识到无处不在的移动因特网市场的重要性，由于宽带无线接入和宽带移动通信从不同方向向同一市场渗透，使两种技术的界线变得越来越模糊，呈现融合的趋势（见图2）。图2 移动通信和宽带无线接入的融合（1）宽带接入移动化：由大带宽向可变带宽（有效支持小带宽）演变；由固定接入向支持
31、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。（2）移动通信宽带化：由5 MHz以下带宽向20MHz带宽演变；由注重高速移动向为低速移动优化演变；由电路交换/分组交换并重向全分组域演变；由蜂窝网络向兼顾热点覆盖演变；终端形态由以移动终端为主向便携、移动终端并重演变。背景三：OFDMA和MIMO技术储备成熟到20世纪末，学术界在实现OFDM，MIMO的理论、算法、软硬件基础方面已经积累了丰富的技术储备。各种国际研究和标准化工作，有些为LTE设定了技术指标，有些为LTE提供了技术储
32、备，有些为LTE验证了设备可实现性，有些提供了可供LTE借鉴的经验和教训，有些对LTE施加了竞争压力，从各个方面促进了LTE项目的发展。3.4 LTE面临的技术挑战LTE标准已经接近完成，但LTE研发刚刚开始，设备实现是否能够发挥LTE标准的预期性能还是一个未知数。LTE标准定义了比3G标准更强的能力，但同时也对设备研发带来了更大挑战，主要包括：（1）OFDM/SC-FDMA技术带来的挑战。（2）MIMO技术带来的挑战。（3）LTE组网技术带来的挑战。OFDM和MIMO系统给LTE系统带来了空前充裕的四维空口资源频域、时域、码域和空域，在4个纬度上均可进行灵活的调度和自适应，使LTE系统蕴含了
33、更强大的技术潜力，但能不能用好这些资源，管好这个灵活的系统，是一个需要解决的问题。LTE标准巨大的灵活性，客观上造成了标准对设备开发质量的保证程度比3G低，LTE设备的优化更多地依赖于厂商的研发能力。LTE系统的灵活性更多地依赖MAC层的实现，因此在LTE标准中，单纯物理层技术对设备能力的保障程度较低，系统的性能更依赖于MAC层调度和资源分配算法的优化。3.4.1 OFDM/SC-FDMA技术带来的挑战(1)OFDMA系统比CDMA系统频谱效率更高这个说法在学术界和产业界并没有定论。如果OFDM可能获得更高的频谱效率，则必然来源于其正交传输的特性，但OFDM系统需要插入CP（循环前缀）来避免用
34、户间干扰，引入了一定的额外开销，因此并非可以无代价地解决多用户干扰问题。CDMA系统的多用户干扰问题解决起来相对麻烦（如采用联合检测技术）。即使OFDMA在小区内可以获得更高的频谱效率，但因其缺乏内在的小区间多址能力，可能造成其在多小区组网情况下取得高频谱效率的难度更大。(2)OFDMA系统比CDMA系统带宽扩展性强由于OFDMA系统采用增加子载波数量的方式扩大带宽，且在每个子载波上分别采用频域均衡接收，因此OFDMA系统的接收机复杂度随带宽呈线性增长，在较大系统带宽下复杂度的增加也可以承受。而CDMA系统只能通过提高码片速率来扩大带宽，造成接收机复杂度随带宽成指数增长。因此，OFDMA系统比
35、CDMA系统具有更好的大带宽实现能力。从带宽分配灵活性上说，OFDMA也并不如理论上灵活。虽然从原理上说，OFDMA系统支持子载波级的带宽分配，但实际上为了降低控制信令开销，系统只能支持子带级的分配。(3)OFDMA系统更有利于MIMO的实现OFDMA系统由于避免了多径干扰的麻烦，可以采用简单的均衡来纠正信道失真，因此可以避免符号间干扰和MIMO系统的天线间干扰混杂在一起，可以实现较简单的MIMO信号接收。相对而言，在CDMA系统中使用MIMO技术，符号间干扰、多用户干扰、天线间干扰可能混杂在一起，会增大干扰消除的难度。但是，上述结论和接收机的类型有很大关系，在采用简单接收机时，OFDM+MI
36、MO接收机的复杂度确实明显小于CDMA+MIMO接收机。(4)OFDMA系统具有更高的调度增益频分系统的效率极大地取决于调度算法的优化，LTE系统在时、频、空、码、用户、小区6个维度的资源分配对调度器复杂度提出了更高要求，另外，多QoS等级和公平性带来的跨层优化问题也会进一步提高复杂度。一个优化的调度器要能够为多个用户分别选择合适的时隙、合适的资源块、合适的调制编码格式、合适的MIMO格式，满足他们的QoS要求，并兼顾公平性，同时还要回避小区间干扰，进行空间配对（使用多用户MIMO时）。如果采用完全优化的算法则复杂度过高，如果采用次优的算法则会对调度的性能产生负面影响。3.4.2 MIMO技术
37、带来的挑战传统蜂窝系统的网络规划习惯于将基站站点选择在LOS（视距）信道较多的覆盖制高点，通常这种场景下的无线信道天线间相关性较高，不利于MIMO技术的应用（可以通过采用正交极化天线阵列缓解矛盾）。多流空间复用和空分多址通常需要在较高SINR（信干噪比）区域才能应用。在各种无线环境下，都需要在各种MIMO配置之间进行选择，如在空间复用和波束赋形之间选择；在大间距天线阵列和小间距天线阵列之间选择；选择各种具体的天线阵列配置，如阵元数量、是否采用双极化阵列、是否采用光纤拉远等。在基带复杂度方面，需要在MIMO干扰消除接收机的性能和复杂度之间进行折中，在发射信号优化程度和测量反馈量之间进行折中。在R
38、RU（远端射频单元）实现方面，则需要考虑MIMO系统的RRU实现复杂度，Ir接口（BBU（基带处理单元）和RRU之间的接口）的实现复杂度。3.4.3 LTE组网技术带来的挑战（1）OFDMA本身只是一个小区内多址技术，LTE系统潜在的也支持一定的码分多址操作，即采用低码率信道编码+重复编码+小区扰码来实现。（2）对于LTE系统来说，更有效的小区间多址依赖于小区间的智能化调度。（3）LTE系统将大量使用的宏、微小区、室内、家庭基站重叠覆盖，使干扰结构大为复杂，很难仅仅依赖干扰调度解决问题。（4）LTE系统的使用从观念上到方法上对网规网优技术提出新的挑战。LTE采用的新技术、新特性造成可调的参数成
39、倍增加，MIMO技术对站址的选择也和非MIMO系统有很大不同。LTE/2G/3G联合组网、联合网规网优将使这个问题进一步复杂化。LTE标准化接近完成，但LTE系统研发仍处于初期阶段，面临很多新的挑战，仍需艰巨努力才能充分发挥LTE技术的预期潜力，展现LTE的技术优势。4 LTE新业务发展探讨 数据业务作为增加用户收入的一种重要方式，其发展受到了移动运营商的热切关注，特别是某些业务能从更高的数据速率中获益（如铃声下载、音乐下载、视频电话和电视业务）。当然，目前的移动网络中，传统语音业务仍为主要业务，只有部分用户在使用除短信业务（SMS）外的其他数据业务（数据业务的“实际”使用率可能比统计结果更低
40、，因为大多数运营商都把SMS包含在数据业务统计之内）。究其原因，早期2G提供的数据业务传输速率太低，时延太长，无法提供舒适的使用体验，令人失望。手机数据业务系统在支持IP数据业务时频谱效率低，其面向连接固定带宽的结构不适应突发式IP数据业务的需求。因此，用户对手机数据业务抱有怀疑态度。为此，3GPP和3GPP2都认识到目前的系统在提供互联网接入业务上的局限性，试图在原来的体系框架内，在下行链路中采用分组接入技术，大幅度提高IP数据下载和流媒体速率。同时，核心网也在向全IP网演化。目前，以EGPRS和cdma2000 1x为代表的2.75G设备以及以HSPA和EV-DO为代表的3G设备已经投放中
41、国市场，目标是将用户下载速度提高到110Mbit/s。除了数据传输率的问题外，运营商还面临着如何使单位比特的网络建造和运营成本尽可能低，从而降低业务费用这一永恒课题。3GPP Release8中提出的长期演进方案（LTE）旨在利用当前的3G实施框架，在100M范围，将网元的数据容量提高至少5倍。LTE将支持更多用户，其更高的速率可以与目前应用于家庭的DSL（数字用户线）速率相媲美。简化的协议结构简化网络架构基站网络间的功能分离和功能重定义，作为LTE提高网络效率的手段，使运营商有机会将传统互联网业务移植到手机平台，向手机提供高数据率业务、融合语音业务（VoIP语音业务）。运营商从语音时代到数据
42、时代运营的演化如图3所示。图3 从语音时代到数据时代的运营演化4.1 未来移动互联网用户的业务需求分析在移动互联网需求方面，随着互联网的普及，用户已经习惯了“随时在线”这种保持与外界联系的感觉，用户注重的是在互联网上得到的体验。当这些互联网上的使用习惯迁移到移动互联网上，却不一定会给用户带来好的感受，这主要与网速、终端和使用场景这3方面因素有关： 网速目前普遍使用的GPRS平均速度只有6080k，即使是峰值能达到384k的EDGE平均使用速度也只能达到160k左右，对于习惯固定互联网业务的用户来说，远远无法满足大量频繁的数据业务需求。对现网2G用户调查显示，用户最看重的第一是速度，第二是覆盖，
43、第三才是价格。因此，网速对用户的体验起着至关重要的作用。 终端传统的手机从功能、界面到操作系统的设计都不是针对移动互联网的，这种状况随着iPhone，GPhone的推出才有所改变。虽然这些高端机离普通用户比较远，但随着移动互联网的普及以及大尺寸触摸屏技术的完善，相应的智能终端无线上网本必将逐渐普及，这其中蕴含着巨大的业务驱动力。 使用场景用户使用传统互联网时处于相对稳定、比较安逸的环境，但移动互联网的使用场景很多是像车站、餐馆、交通工具等地方，会受到很多干扰。因此，移动互联网用户需要在短小零碎的时间里快速获取自己想要的信息和服务，这种长时间在线和突发性请求的特点对上网的速率和带宽要求很高。可以
44、这样看，高速率和大带宽的移动互联网，是叠加在传统互联网之上的一层独立空间，基于家庭用户闲散舒适的追求、工作用户商机保障的追求和个人用户私密安全的追求，业务需求广泛且必要，亟待挖掘。在电信业务方面，3GPP定义了4种基本业务类型：会话类业务、流媒体业务、交互类业务和后台类业务。 会话类业务：在4种类型中对时延是最敏感的，因此对时延及丢包率等服务质量有严格的要求。 流媒体业务：最基本的特征是保护数据流中各信息实体传送的连续性，抖动是其重要的QoS指标，其典型例子是流媒体视频。 交互类：Web浏览是这类业务的典型例子。在浏览过程中，用户向远程实体（如服务器）请求数据，同时服务器进行回应。 后台类：短
45、消息、文件传送等属于后台类业务，另外几乎所有不在前3类的话务量都包含在后台类中，例如E-mail。3G业务的主要特征，应该是提供移动宽带多媒体业务，并保证可靠的高服务质量。3G应用的核心是实时性应用，这些应用包括视频电话（视频会议）、视频流、远程无线监视、多媒体实时游戏、视频点播等。这些“杀手级应用”将驱动3G的推广，并提高运营商“基于流量基于提供服务”的收入。然而，事实上3G很难真正做到这些。这主要是由于实时类业务（如可视电话）对QoS要求较高，尤其是时延IP通信对高比特误码率(BER)非常敏感，而在整个移动网络中这种高误码率很常见。对此，现有的3G网络架构还不能很好地适应处理，需要新的技术
46、突破，为各种对时延敏感的应用提供足够高的通信质量。另外还需要强调的是，未来多媒体业务对网络的速率和带宽要求较高，比如IPTV业务需要8M带宽才能开展，其他家庭业务也至少需要1M带宽。这样的需求如果在用户量很少的时候是可以承载的，但是当用户量达到一定规模的时候，网络就难以承载，因为无线网络的特点是大家共享频谱资源，而频谱资源是很有限的，大量数据业务并发的时候现有3G技术就难以承受。随着OFDM，MIMO，FLAT IP等技术的应用，LTE使得整个频谱利用率得到很大提高，按照20M频谱带宽能够实现峰值下行100M左右、上行50M左右的速率。当然，随着业务和用户的规模增长，LTE也将面临人均带宽下降
47、的问题，但是根据测算，应该能够达到人均2M带宽左右，基本跟现在的ADSL相当，这就能够为各种多媒体业务提供良好的支持了。理论上，目前没有比OFDMMIMO（同时综合了1码分多址，2空分多址，3频分多址接入技术）更有效的无线技术。图4展示了各类无线技术归结到LTE的演进。图4 各类无线技术归结到LTE的演进可以看出，上升的用户需求和运营商的赢利压力在不断推动技术进步，而快速进步的技术又反过来激发出更多的用户需求，阿尔卡特朗讯LTE技术和LTE业务优势正是这样发展起来的。4.2 LTE IP多媒体子系统（IMS）在2009巴塞罗那举行的世界移动大会上，Verizon公司执行副总裁兼首席技术官Dic
48、k Lynch宣布，由Verizon Communications与沃达丰公司共同组建的Verizon Wireless公司已选定阿尔卡特朗讯作为首要网络供应商之一，支持其在美国启动LTE网络部署。此前，Verizon已与沃达丰携手在美国及欧洲进行业界领先的LTE网络试验。这两家入选的设备厂商将为Verizon Wireless部署网络基础设施，使其能够自2010年起率先在美国推出商用LTE服务。此外，Verizon还宣布选定阿尔卡特朗讯作为其IP多媒体子系统（IMS）网络的核心供应商。无论采用何种接入技术，该系统均可实现丰富的多媒体应用。IMS将在Verizon服务架构的演进过程中扮演核心技术的角色。Verizon计划在其无线和固定宽带网络上提供基于IMS的IP融合应用和服务。LTE将成为采用IMS技术的重要无线接入网之一。阿尔卡特朗讯提供的LTE-IMS系统