谈LTE技术如何支撑智慧城市建设

侯站

摘 要：目前，4G通信技术尚未成熟，LTE等后3G技术处于主导地位。文章以LTE技术为中心，介绍了该技术的概况和应用前景，同时深入探讨了LTE的发展优势和组网特点，凸显出LTE技术在移动实时通信中的独到优势。

关键词：LTE技术；移动通信；后3G技术

1 LTE技术的产生背景

LTE技术是3G技术的长期延伸项目，它的发展平台基于成熟的3G技术。04年11月，3GPP魁北克会议上，通过了3G系统长期演进研究计划，世界上各大运营商和制造厂商经过一系列讨论，逐步开展对LTE技术的初步开发。LTE技术的发展也得益于通信技术变革期的良好发展机遇。在2009年，LTE技术取得了较大进步。目前，在LTE领域，中国处于领先地位，由此产生了大量专利和国际标准。部分国家地区发放了LTE拍照，运营商也加快了LTE部署，可以说，3G向LTE演进已成为大势所趋。

2 LTE技术概述

LTE作为3G技术的升级版，需要着手提高频谱利用率、峰值数据速率、小区边缘速率等关键参数，还需要降低建网和运营成本，力求客户获得实时在线体验，尽可能缩短用户平面延时。同时为了不至于发生并网冲突，该系统还要和现有的2G、3G共存。LTE技术一般有两个版本，也即TD-LTE和FD-LTE。这两者的区别是，TDD采用不对称频率进行双工，FDD采用一对频率进行双工。TD-SCDMA是CDMA技术，TD-LTE属于OFDM技术，无法对接。TDD和FDD两种制式具有高度协调性，它们在标准化方面同步性较好。以下主要论述TD-LTE技术。

2.1 TD-LTE技术的制定

TD-LTE的发展离不开TD-SCDMA。在RAN侧，CDMA技术将升级为抗干扰效果更好的OFDM（正交频分调制技术）。OFDM的问世要追溯到上世纪六十年代，经过几十年的完善和发展，加之九十年代信号处理技术的进步，它在数字广播、DSL和无线局域网方面得到了重要应用。OFDM技术有多项优点，例如抗多径干扰、实现方式简单、可支持不同带宽、频谱利用率高等，目前已经作为未来4G技术的储备技术大力发展。

2.2 TD-LTE的必备技术

MIMO技术成为TD-LTE的必选技术，它能够有效提高频谱效率。借助多天线系统的空间信道优势，MIMO能同时传输多条数据流，从而大大提高数据传输速率。为了尽可能缩短延时（控制面不大于100ms，用户面不大于5ms），目前的RNC结构将被取代，NodeB将具备RNC的部分简单功能，成为eNodeB，并通过X2接口进行网状放射态互联，接入CN。这种系统变化势必引发网络架构的改变，3GPP同时在为RAN/CN的演进做准备。

2.3 TD-LTE技术的核心技术

2.3.1 物理层传输技术

⑴LTE上行调制方式以位移BPSK，QPSK和16QAM为主，下行调制方式则由QPSK，16QAM和64QAM组成。

至于多址技术，LTE具有明文规定，下行采用OFD-MA，上行采用单载波频分多址。OFD-MA之所以成为多载波，是因为一个传输符号包含M个正交子载波。SCFD-MA是另一种多载波方案，其特点是可以明显降低峰平功率比，节省功率。

⑵无线通信技术的核心是传输技术和多址技术。LTE采用OFDM调制技术，也即将高速数据流进行串联、并联交换，把一条数据流分配到传输速率相对较小的若干个互为正交的子信道传输。这种传输方式的优点是，每个子信道的符号周期会相应增加，这减轻了因无线信道多径时延所产生的时间弥散性对传输系统造成的影响。

LTE采用Turbo码作为信道编码。Turbo码采用并行级联结构，通过这种结构将卷积码和随机交织器结合在一起，也即随机编码。在译码器中，采用SISO迭代译码算法，每个分量译码器都插入交织器，形成迭代译码结构，这能够使译码器的输出比特无线趋近于最大似然值。

⑶LTE采用MIMO技术，其能够很好地适应宏小区、微小区、热点等各类环境。基本MIMO采用下行2X2，上行1X2的天线阵列，同时也在考虑诸如4X4的天线阵列。目前，有多种方法在考虑中，例如智能天线技术、开环分集、空间复用、空间多址、预编码、自适应波束形成等。

2.3.2 网络结构

LTE的基本网络结构属于单层建构，由ENodeB构成。这种结构成本低、构造简单、延迟小。表面上，LTE是3G的升级版，实际上它对3GPP的整个体系架构都做出了较大改动，与典型IP宽带网络结构较为接近。LTE网络结构需要研究如下功能：无线客户端资源管理、实时定位、空闲和激活状态的无缝对接管理、不同接入技术的互联、安全加密技术、报头压缩、IP地址自动分配、漫游等。目前已经基本形成初步的协议栈结构和功能划分。如图1所示：

在上图中，BS和AGW这两个逻辑节点已经确定，由虚线表示的RRM服器是尚待确定。图中上部框图代表控制面功能，下部框图是用户面功能。逻辑点外部的功能框代表初步为确定部署位置的网络功能。

目前，业内基本确认用户面的报头压缩、用户面、非接入层的安全功能集结在AGW，ARQ和RRC功能集结在NodeB。但是报头压缩和安全功能的掌控权尚未确定。

2.4 TD-LTE技术特性分析

⑴对于1，3，5，10，15，20MHZ貸款都能够很好支持；

⑵在下行段使用OFDMA，很好地满足高速数据传输要求；

⑶在上行段采用比OFDM更先进的SC-FDMA技术，在不影响系统功能的前提下有效降低峰均比，减小终端发射功率，延长寿命，上行的最大传输速率可达50Mbits/s；

⑷TDD具有信息对称性，既能简化系统设计又可以提高系统性能；

⑸结合MIMO技术和智能天线，大大拓展系统的应用领域；

⑹智能天线技术有效降低小区间干扰，提高小区边缘用户的网络通信质量；

⑺对时间、空间、频率进行三维快速天线资源调度，同时保证服务质量和系统吞吐量。

3 LTE技术应用前景

3.1 LTE的高速性

以2010年上海世博会为例，TD-LTE吸引了大量游客的目光，而且吸引了不少业内专家的关注。在通信信息官中，TD-LTE演示网设置14个室外宏基站和3个街道站。该演示网的覆盖面积达到了5.5平方公里，涵盖了位于浦东的7个场馆和位于浦西的两个场馆。根据现场实测数据，该演示网的下行速率微70Mb/s，上行速率微25Mb/s，是现有3G网络数据传输的10倍有余。TD-LTE的延时较小，且带宽大，能够在移动中流畅观看实时画面，这种用户体验是3G技术难以企及的。

3.2 基于LTE的移动高清会议

现代社会越来越讲究工作效率，人们为了节省时间，自然对移动性提出了高要求，当公司里的人员同一时段分布在不同地方，而又需要召开重要会议时，TD-LTE就能派上用场。借助TD-LTE的实时性，不同地域的人员借助笔记本电脑、TD-LTE数据卡，可将实时画面和语音传到会议室。会议室的实时图像信号也能及时传输到分处不同区域的终端。

3.3 移动视频监控

TD-LTE能够在公安交通系统中发挥重要作用，让指挥中心和现场人员完成实时通信。手持LTE设备、车载终端、无线电通信设备可形成协作式设备组合，为公共安全提供先进的通信保障。

如果交警手持LTE数据设备，可实时地将执勤路段信息发回多媒体指挥中心，执勤交警将违法行为的具体情况传回指挥中心，指挥中心将指示传给交警的LTE数据设备中，进而快速处理交通事故。这样，公安人员可以更清楚明了地掌握现场，提高决策准确性和工作效率，营造更加安全便捷的交通环境。

4 结语

纵观近几年LTE的发展历程，终端是一个瓶颈，伴随LTE终端技术的不断成熟，LTE也将应用到更多領域。LTE技术作为一种全IP数据技术，能够支撑起高宽带业务，其商业价值不可估量。目前，LTE产业链日趋成熟，LTE-FI设备、CPE设备、上网卡等都能在市面上买到。各大手机生产商，诸如苹果、三星等，也将推出支持LTE网络的新型智能手机。可以预见，在未来几年内，LTE将使更多人体会到LTE对于建造智慧城市的巨大作用。

[参考文献]

[1]万彭，杜志敏.LTE和LTE-Advanced关键技术综述[J].现代电信科技. 2009（09）.

[2]杨鹏，李波.LTE的关键技术及其标准演进[J].电信网技术.2009（01）.

[3]王竞，王启星，韩璐，崔春风.LTE无线链路关键技术探讨[J].电信科学.2009（01）.