LTE网络的部署与发展

姚美菱，李 明

（1.石家庄邮电职业技术学院，河北石家庄 050031；2.河北城市设计研究院，河北石家庄 050021）

LTE(Long Term Evolution，3GPP启动的3G长期演进项目)是3G与4G之间的一个过渡技术，也被俗称为3.9G或准4G，它采用了MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出技术）、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术）等技术改进并增强了3G的空中接入能力。

2009年底北欧电信运营商TeliaSonera在斯德哥尔摩与奥斯陆两地率先提供商用LTE移动宽带服务，紧接着2010年日本NTT DoCoMo与美国Verizon、MetroPCS等电信运营商也跟着提供LTE服务。2010年4月，中国移动在上海世博园开通了LTE示范网，2011年初中国移动在上海、杭州、南京、广州、深圳、厦门、北京7个城市筹建LTE试验网。根据全球移动供应商协会的统计，目前LTE几乎得到所有主流电信运营商的支持，全球已有75个国家的196个电信运营商不同程度的投资LTE，其中56个国家140个电信运营商承诺部署商用LTE网络。

LTE为什么能得到全球运营商的青睐，如何在节约资源和保护3G投资的基础上快速进行LTE部署，以及作为3.9G的LTE网络与4G网络的关系，将是本文研究的重点。

1 LTE部署的必要性

随着3G在全球的规模商用，特别是3G增强型技术HSPA/EV-DO的普及和推广，大大推动了移动多媒体业务和移动互联网的发展，用户对于数据业务需求呈爆发趋势。移动娱乐、移动支付、移动导航、移动办公、移动视频会议越来越普及，互联网在人们生活和工作中深入渗透，随时随地通过无线宽带接入互联网的需求呈现出井喷的趋势。

而3G的HSPA峰值速率仅可以达到14.4Mbps，实际网络的单载波平均吞吐量是2.5Mbps。而这2.5Mbps也不是一个用户独享的，是由本小区的所有用户共享。因此，再按照典型的网络配置和用户规模计算，每用户能够使用的带宽平均为200kbps~300kbps。许多高带宽业务，如移动视频类、大容量文件传输和无线上网等业务，随着用户数量的快速增加，直接导致对带宽的占用激增，3G网络容量和业务承载的压力陡增，用户业务体验开始下降。人们越来越期望使用移动互联网获得与固定互联网同样的速率和体验。

可见，3G对于移动数据业务的发展起了很好的推动作用，但是受限于网络承载能力的局限性，难以承载大量的移动多媒体业务和移动互联网业务。根据预测，未来5年，无线宽带上网将会占据全部移动网络总流量的56%，成为占用网络带宽和容量最大的业务。特别是最近兴起的物联网，会将人与人通信扩充到人与物、物与物通信。人与物、物与物之间的通信和信息联络给3G网络提出更高的带宽需求。目前4G标准还没有最终确定，运营商只能部署LTE以缓解带宽压力。

LTE第一阶段版本的下行峰值速率能达到100Mps，平均的小区吞吐量一般在30Mbps左右，是HSPA的12倍，平均每用户能够使用的带宽为2400kbps~3600kbps，跟现在的ADSL速率水平相当。

2 LTE部署方案

在3G网络基础上引入LTE，可以分为重点引入和全网引入两种方案。重点引入是在高速数据业务需求密集区部署LTE网络，其他区域暂用现有3G网络，这样可以节约资源和投资，但LTE网络的覆盖不连续。全网引入是在整个区域都部署LTE网络，全网提供LTE服务，但对偏远地区引入LTE会浪费资源，增加运营成本。因此，可以先有针对性地选择在一些数据业务热点区域部署LTE站点，提供高速数据业务；后续根据发展情况再进行全网引入，进行城区的连续覆盖。

为了以低廉的成本快速完成LTE网络部署，可以采用多标准射频基站。所谓多标准射频基站，指有别于以往的GSM、WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000网络中基站各自独立，而以同一个基站硬件平台，利用软件控制方式，同时提供GSM/WCDMA/LTE的射频涵盖，即通过软件无线电的方式来构建多模基站。其实通过软件无线电也可以用在多模手机的设计中。

3 LTE与4G的关系

LTE是3G长期演进项目，但其相对于3G技术，名为“演进”，实为“革命”，3G的技术基础已大部分被替换，所以LTE已经具备相当明显的4G特征。下面从移动通信网的两大组成部分：核心网和无线接入网分别加以分析。

以数据业务提供为主要目标，LTE核心网摆脱了3G核心网并存两个子域的结构：电路交换域提供语音业务，分组交换域提供数据业务。LTE核心网采用了演进分组核心 (EPC，Evolved Packet Core)，EPC以IP为中心，既承载语音也承载数据，在QoS保证方面，LTE通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务的服务质量，符合4G核心网结构的要求。

为了降低系统的传输延迟，满足用户永远在线的需要，LTE的无线接入网设计时最大限度地简化了纵向网络层次。LTE系统取消了3G系统中的重要网元RNC（无线网络控制器），只保留一层RAN节点——eNodeB。eNodeB和核心网通过基于IP路由的接口实现更灵活的多重连接，相邻eNodeB之间通过X2接口实现Mesh连接。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，也符合4G扁平网络架构的要求。

LTE虽然网络架构上和4G高度一致，可以满足4G的技术基础，但是LTE的无线传输能力较4G的要求还有一定差距，4G支持更大带宽，有更高的频谱效率和更高的峰值速率。LTE的最大带宽是20MHz，还不足以达到4G的要求，需要扩充到更高带宽，比如40MHz、60MHz，甚至更高。所以要想LTE升级到4G，需要提高带宽和峰值速率。

提高带宽和峰值速率的方法之一是对频域进行扩充，通过频谱聚合的方式进行带宽增强，即把几个LTE的20MHz的频道捆绑在一起使用。

提高峰值速率的第二种方法是通过增加天线数量以提高峰值频谱效率，即利用空间维度进行扩充。最直接的方法是在基站站点上增加天线——即采用更高阶的MIMO技术，在LTE阶段可以做到在基站侧设置4个天线，终端侧设置4个接收天线和1个发射天线，这样只能做到下行4发4收、上行1发4收；为了进一步提高峰值频谱效率，基站侧可以增加到8个天线、终端侧增加到8个接收天线和4个发射天线，这样就做到了下行8发8收、上行4发8收。

此外，还可以采用多点协同、无线中继等技术提高小区边缘用户速率。多点协同技术是利用相邻的几个基站同时为一个用户服务，从而提高用户的数据速率。无线中继技术是在原有基站站点的基础上，通过增加一些新的中继节点，下行数据先到达基站，然后再传给中继节点，中继节点再传输至终端用户，上行则反之，这种方法拉近了基站和终端用户的距离，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速率。

4 结束语

LTE网络部署可以缓解3G对移动多媒体、移动互联网及物联网支撑乏力的局面，让用户有良好的上网体验。可以在3G网络基础上采用多射频基站进行LTE快速低成本网络部署，先在分组业务热点地方进行重点引入，后续随着数据业务的增长再进行全面引入。LTE已经具备4G的网络架构和无线技术基础，可以通过引入一些关键技术提高带宽和峰值速率，从而方便地升级到4G。

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