談LTE技術如何支撐智慧城市建設

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摘 要：目前，4G通信技術尚未成熟，LTE等后3G技術處于主導地位。文章以LTE技術為中心，介紹了該技術的概況和應用前景，同時深入探討了LTE的發展優勢和組網特點，凸顯出LTE技術在移動實時通信中的獨到優勢。

關鍵詞：LTE技術；移動通信；后3G技術

1 LTE技術的產生背景

LTE技術是3G技術的長期延伸項目，它的發展平臺基于成熟的3G技術。04年11月，3GPP魁北克會議上，通過了3G系統長期演進研究計劃，世界上各大運營商和制造廠商經過一系列討論，逐步開展對LTE技術的初步開發。LTE技術的發展也得益于通信技術變革期的良好發展機遇。在2009年，LTE技術取得了較大進步。目前，在LTE領域，中國處于領先地位，由此產生了大量專利和國際標準。部分國家地區發放了LTE拍照，運營商也加快了LTE部署，可以說，3G向LTE演進已成為大勢所趨。

2 LTE技術概述

LTE作為3G技術的升級版，需要著手提高頻譜利用率、峰值數據速率、小區邊緣速率等關鍵參數，還需要降低建網和運營成本，力求客戶獲得實時在線體驗，盡可能縮短用戶平面延時。同時為了不至于發生并網沖突，該系統還要和現有的2G、3G共存。LTE技術一般有兩個版本，也即TD-LTE和FD-LTE。這兩者的區別是，TDD采用不對稱頻率進行雙工，FDD采用一對頻率進行雙工。TD-SCDMA是CDMA技術，TD-LTE屬于OFDM技術，無法對接。TDD和FDD兩種制式具有高度協調性，它們在標準化方面同步性較好。以下主要論述TD-LTE技術。

2.1 TD-LTE技術的制定

TD-LTE的發展離不開TD-SCDMA。在RAN側，CDMA技術將升級為抗干擾效果更好的OFDM（正交頻分調制技術）。OFDM的問世要追溯到上世紀六十年代，經過幾十年的完善和發展，加之九十年代信號處理技術的進步，它在數字廣播、DSL和無線局域網方面得到了重要應用。OFDM技術有多項優點，例如抗多徑干擾、實現方式簡單、可支持不同帶寬、頻譜利用率高等，目前已經作為未來4G技術的儲備技術大力發展。

2.2 TD-LTE的必備技術

MIMO技術成為TD-LTE的必選技術，它能夠有效提高頻譜效率。借助多天線系統的空間信道優勢，MIMO能同時傳輸多條數據流，從而大大提高數據傳輸速率。為了盡可能縮短延時（控制面不大于100ms，用戶面不大于5ms），目前的RNC結構將被取代，NodeB將具備RNC的部分簡單功能，成為eNodeB，并通過X2接口進行網狀放射態互聯，接入CN。這種系統變化勢必引發網絡架構的改變，3GPP同時在為RAN/CN的演進做準備。

2.3 TD-LTE技術的核心技術

2.3.1 物理層傳輸技術

⑴LTE上行調制方式以位移BPSK，QPSK和16QAM為主，下行調制方式則由QPSK，16QAM和64QAM組成。

至于多址技術，LTE具有明文規定，下行采用OFD-MA，上行采用單載波頻分多址。OFD-MA之所以成為多載波，是因為一個傳輸符號包含M個正交子載波。SCFD-MA是另一種多載波方案，其特點是可以明顯降低峰平功率比，節省功率。

⑵無線通信技術的核心是傳輸技術和多址技術。LTE采用OFDM調制技術，也即將高速數據流進行串聯、并聯交換，把一條數據流分配到傳輸速率相對較小的若干個互為正交的子信道傳輸。這種傳輸方式的優點是，每個子信道的符號周期會相應增加，這減輕了因無線信道多徑時延所產生的時間彌散性對傳輸系統造成的影響。

LTE采用Turbo碼作為信道編碼。Turbo碼采用并行級聯結構，通過這種結構將卷積碼和隨機交織器結合在一起，也即隨機編碼。在譯碼器中，采用SISO迭代譯碼算法，每個分量譯碼器都插入交織器，形成迭代譯碼結構，這能夠使譯碼器的輸出比特無線趨近于最大似然值。

⑶LTE采用MIMO技術，其能夠很好地適應宏小區、微小區、熱點等各類環境。基本MIMO采用下行2X2，上行1X2的天線陣列，同時也在考慮諸如4X4的天線陣列。目前，有多種方法在考慮中，例如智能天線技術、開環分集、空間復用、空間多址、預編碼、自適應波束形成等。

2.3.2 網絡結構

LTE的基本網絡結構屬于單層建構，由ENodeB構成。這種結構成本低、構造簡單、延遲小。表面上，LTE是3G的升級版，實際上它對3GPP的整個體系架構都做出了較大改動，與典型IP寬帶網絡結構較為接近。LTE網絡結構需要研究如下功能：無線客戶端資源管理、實時定位、空閑和激活狀態的無縫對接管理、不同接入技術的互聯、安全加密技術、報頭壓縮、IP地址自動分配、漫游等。目前已經基本形成初步的協議棧結構和功能劃分。如圖1所示：

在上圖中，BS和AGW這兩個邏輯節點已經確定，由虛線表示的RRM服器是尚待確定。圖中上部框圖代表控制面功能，下部框圖是用戶面功能。邏輯點外部的功能框代表初步為確定部署位置的網絡功能。

目前，業內基本確認用戶面的報頭壓縮、用戶面、非接入層的安全功能集結在AGW，ARQ和RRC功能集結在NodeB。但是報頭壓縮和安全功能的掌控權尚未確定。

2.4 TD-LTE技術特性分析

⑴對于1，3，5，10，15，20MHZ貸款都能夠很好支持；

⑵在下行段使用OFDMA，很好地滿足高速數據傳輸要求；

⑶在上行段采用比OFDM更先進的SC-FDMA技術，在不影響系統功能的前提下有效降低峰均比，減小終端發射功率，延長壽命，上行的最大傳輸速率可達50Mbits/s；

⑷TDD具有信息對稱性，既能簡化系統設計又可以提高系統性能；

⑸結合MIMO技術和智能天線，大大拓展系統的應用領域；

⑹智能天線技術有效降低小區間干擾，提高小區邊緣用戶的網絡通信質量；

⑺對時間、空間、頻率進行三維快速天線資源調度，同時保證服務質量和系統吞吐量。

3 LTE技術應用前景

3.1 LTE的高速性

以2010年上海世博會為例，TD-LTE吸引了大量游客的目光，而且吸引了不少業內專家的關注。在通信信息官中，TD-LTE演示網設置14個室外宏基站和3個街道站。該演示網的覆蓋面積達到了5.5平方公里，涵蓋了位于浦東的7個場館和位于浦西的兩個場館。根據現場實測數據，該演示網的下行速率微70Mb/s，上行速率微25Mb/s，是現有3G網絡數據傳輸的10倍有余。TD-LTE的延時較小，且帶寬大，能夠在移動中流暢觀看實時畫面，這種用戶體驗是3G技術難以企及的。

3.2 基于LTE的移動高清會議

現代社會越來越講究工作效率，人們為了節省時間，自然對移動性提出了高要求，當公司里的人員同一時段分布在不同地方，而又需要召開重要會議時，TD-LTE就能派上用場。借助TD-LTE的實時性，不同地域的人員借助筆記本電腦、TD-LTE數據卡，可將實時畫面和語音傳到會議室。會議室的實時圖像信號也能及時傳輸到分處不同區域的終端。

3.3 移動視頻監控

TD-LTE能夠在公安交通系統中發揮重要作用，讓指揮中心和現場人員完成實時通信。手持LTE設備、車載終端、無線電通信設備可形成協作式設備組合，為公共安全提供先進的通信保障。

如果交警手持LTE數據設備，可實時地將執勤路段信息發回多媒體指揮中心，執勤交警將違法行為的具體情況傳回指揮中心，指揮中心將指示傳給交警的LTE數據設備中，進而快速處理交通事故。這樣，公安人員可以更清楚明了地掌握現場，提高決策準確性和工作效率，營造更加安全便捷的交通環境。

4 結語

縱觀近幾年LTE的發展歷程，終端是一個瓶頸，伴隨LTE終端技術的不斷成熟，LTE也將應用到更多領域。LTE技術作為一種全IP數據技術，能夠支撐起高寬帶業務，其商業價值不可估量。目前，LTE產業鏈日趨成熟，LTE-FI設備、CPE設備、上網卡等都能在市面上買到。各大手機生產商，諸如蘋果、三星等，也將推出支持LTE網絡的新型智能手機。可以預見，在未來幾年內，LTE將使更多人體會到LTE對于建造智慧城市的巨大作用。

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