無(wú)線通信LTE技術(shù)及應(yīng)用探討

趙亮

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，電子設(shè)備已廣泛應(yīng)用于人們生活的各個(gè)方面、各行各業(yè)。隨著社會(huì)發(fā)展的需要，網(wǎng)絡(luò)也從2G網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到3G網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在無(wú)線通信LTE技術(shù)（4G網(wǎng)絡(luò)）已成為發(fā)展的主流。本文從中國(guó)LTE無(wú)線通信技術(shù)的現(xiàn)狀出發(fā)，主要從其創(chuàng)新應(yīng)用的實(shí)際應(yīng)用、LTE無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用前景和應(yīng)用研究三個(gè)方面進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信；LTE技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）20-0291-02

前 言

21世紀(jì)初以來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)、電腦等現(xiàn)代化設(shè)備逐漸興起，個(gè)人通信技術(shù)也越來(lái)越成熟。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，世界上移動(dòng)語(yǔ)音用戶的數(shù)量已經(jīng)超過(guò)18億，而且越來(lái)越多的用戶對(duì)通信技術(shù)的有了更高的要求。雖然3g網(wǎng)絡(luò)在無(wú)線性能上有了明顯的改善，但由于知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)的局限，使得它仍然不能滿足用戶的要求，再加上簡(jiǎn)單的技術(shù)，WIFI信號(hào)差，價(jià)格低等限制，必然會(huì)被市場(chǎng)淘汰。LTE技術(shù)是一種新興的無(wú)線通信技術(shù)。它不僅能提高技術(shù)的缺點(diǎn)，滿足人們對(duì)技術(shù)的高要求，還能給信息傳輸領(lǐng)域帶來(lái)更多的好處。為了推廣這種技術(shù)，我們必須了解它的特點(diǎn)，在應(yīng)用研究方面做得很好，并使其進(jìn)入更高的階段。

1 無(wú)線通信LTE技術(shù)的概述

一般來(lái)說(shuō)，LTE技術(shù)通常被稱為“4G”技術(shù)。它是一種基于2G和3G網(wǎng)絡(luò)通信的新技術(shù)。與以往的通信技術(shù)相比，LTE技術(shù)最具有優(yōu)勢(shì)的特點(diǎn)是傳輸速度高、聲音質(zhì)量高、頻率利用率高等，這使得信息的自由傳遞。具體來(lái)說(shuō)，無(wú)線LTE技術(shù)的峰值下行速度為100Mhps，下行速度為每秒5比特，是R6HSDPA的3～4倍。其關(guān)鍵技術(shù)如下：

（1）sc-fdma技：該技術(shù)是一種單載波多用戶接入技術(shù)，其應(yīng)用比OFDM技術(shù)簡(jiǎn)單，PAPR數(shù)據(jù)較低。它最大的優(yōu)點(diǎn)是可以降低傳輸終端的平均功率比，降低終端的成本。同時(shí)，它的技術(shù)特點(diǎn)包括靈活的頻譜帶寬分配、多徑衰落和固定子載波序列的循環(huán)前綴。SC FDMA技術(shù)包括集中式和離散型。集中式用戶可以在頻域中進(jìn)行傳輸，帶寬也可以改變。離散模式采用IFDMA模式，最大的特點(diǎn)是可以改變子載波的數(shù)量。

（2）OFDM技術(shù)：LTE技術(shù)的主要特點(diǎn)是OFDM技術(shù)的應(yīng)用，可以降低子載波的編碼速率，延長(zhǎng)符號(hào)的持續(xù)時(shí)間，從而更有效地抵抗延遲擴(kuò)展。無(wú)線通信的LTE性能主要受OFDM參數(shù)設(shè)置的影響，主要用于消除符號(hào)間的干擾。為了滿足半徑100km的覆蓋要求，需要有效地選擇前綴和使用CP。

LTE比3G快得多，通信速度對(duì)客戶來(lái)說(shuō)是最重要的。隨著LTE技術(shù)的通信速度解決了3G網(wǎng)絡(luò)速度慢的問(wèn)題，用戶對(duì)速度的需求將會(huì)得到很大的滿足。如果我們把3G描述成“高速公路”，我們可以用“磁懸浮”來(lái)描述LTE。其主要特點(diǎn)是在20MHz的頻譜帶寬下可以提供下行鏈路的300Mb/s和上行鏈路7Mb/s的峰值速率。LTE技術(shù)大大縮短了網(wǎng)絡(luò)延遲，內(nèi)部單向傳輸延遲低于5ms，控制平面從睡眠到激活狀態(tài)的遷移時(shí)間小于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時(shí)間小于100。

2 LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及LTE核心技術(shù)

2.1 LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議結(jié)構(gòu)

LTE采用了由B節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，有利于簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)，減少時(shí)延，實(shí)現(xiàn)低延時(shí)，低復(fù)雜度和低成本。與傳統(tǒng)的3GPP接入網(wǎng)絡(luò)相比，LTE降低了RNC節(jié)點(diǎn)，名義上，LTE是3G演進(jìn)，但事實(shí)上它完全改變了3GPP的整個(gè)架構(gòu)，逐漸接近典型的IP寬帶結(jié)構(gòu)。

如果將其視為核心網(wǎng)絡(luò)的一部分，則接入網(wǎng)絡(luò)主要由eNB層組成。ENB不僅具有原始節(jié)點(diǎn)B的能量，而且還執(zhí)行原始RNC功能的大部分，包括物理層、MAC層、RRC、調(diào)度、訪問(wèn)控制、負(fù)載控制和內(nèi)部控制。NodeB和節(jié)點(diǎn)B是通過(guò)網(wǎng)格直接連接的，這也是對(duì)原始UTRAN結(jié)構(gòu)的一個(gè)主要修改。

2.2 LTE核心技術(shù)

LTE不僅可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，而且還可以通過(guò)以下關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)卓越的性能。①傳輸技術(shù)和多地址技術(shù)：3GPP選擇了大多數(shù)公司支持的方案，即即下行OFDM，上行SC-FDMA，大多數(shù)公司支持使用“頻域”方法生成uplinkSCFD-MA數(shù)字。該技術(shù)在OFDM的IFFT調(diào)制前擴(kuò)展信號(hào)DFT，使系統(tǒng)發(fā)送時(shí)域信號(hào)，從而避免OFDM系統(tǒng)發(fā)送頻率域信號(hào)引起的PAPR問(wèn)題。②宏觀多樣性：由于“同步問(wèn)題”困難，LTE不采用單播服務(wù)的下行宏多樣性。對(duì)于頻率要求較低的組播廣播服務(wù)，可以使用大的循環(huán)前綴（CP）來(lái)解決單元間的同步問(wèn)題。考慮到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的“扁平化”和“分散”，LTE不采用上行宏分集技術(shù)。③調(diào)制與編碼：LTE下行鏈路主要采用OPSK、I6QAM、64QAM。位移BPSK、OPSK、BPSK和16QAM主要用于上行。Turbo碼主要考慮在信道編碼的LTE中，但是其他編碼方法，如LDPC碼，也會(huì)考慮是否能獲得顯著的增益。④多天線技術(shù)：MIMO技術(shù)是LTE技術(shù)的核心，是提高傳輸速率的主要手段，LTE系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以適應(yīng)宏觀社區(qū)、小區(qū)域、MIMO技術(shù)的熱環(huán)境。LTE已經(jīng)確定MIMO天線數(shù)量的基本配置下降了2。

3 無(wú)線通信LTE技術(shù)及應(yīng)用研究

3.1 LTE技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用

基于4G的無(wú)線通信LTE技術(shù)不再使用3G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，采用新的設(shè)計(jì)理念、創(chuàng)新的技術(shù)和應(yīng)用創(chuàng)新。LTE技術(shù)的結(jié)構(gòu)主要由NoDEB組成，它有助于減少等待時(shí)間，簡(jiǎn)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低成本和降低復(fù)雜性。此外，RNC節(jié)點(diǎn)較少，對(duì)3GPP技術(shù)的貢獻(xiàn)也非常大。一般來(lái)說(shuō)，LTE無(wú)線通信技術(shù)采用頻分多址系統(tǒng)，屬于OFDMA技術(shù)的改進(jìn)，它可以傳輸正交，且兩種單載波傳輸資源的價(jià)值，降低成本。在此基礎(chǔ)上，其內(nèi)部也使用平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了使用多個(gè)天線技術(shù)，取消了共和黨全國(guó)委員會(huì)節(jié)點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)了多樣性，數(shù)組，空分多路復(fù)用增益，可以允許多個(gè)用戶從不同的方向在同一時(shí)間段的服務(wù)，增加的速度峰值數(shù)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取?/p>

總體而言，LTE的一些最重要的技術(shù)創(chuàng)新如下：①采用LTE頻分多址接入系統(tǒng)。該技術(shù)利用改進(jìn)的OFDMA實(shí)現(xiàn)了正交傳輸和單載波傳輸資源的統(tǒng)一，降低了功率放大器的成本。②采用平面網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。LTE采用了“扁平”無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，取消了RNC節(jié)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。③多天線技術(shù)的應(yīng)用。應(yīng)用于LTE的多天線技術(shù)有三種增益形式：分集增益、陣列增益和空間復(fù)用增益。分集增益是利用多天線提供的空間多樣性來(lái)提高多徑衰落信道的傳輸可靠性的一種方法。通過(guò)預(yù)測(cè)編碼或波束形成，監(jiān)視器將能量集中到一個(gè)或多個(gè)指定的方向，允許多個(gè)用戶同時(shí)接受不同方向的服務(wù)。WDM增益利用空間信道的強(qiáng)相關(guān)性和弱相關(guān)性，在多個(gè)獨(dú)立的空間信道上傳輸不同的數(shù)據(jù)流，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾省?/p>

3.2 LTE技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的逐步完善，無(wú)線通信的LTE技術(shù)已逐漸應(yīng)用于各行各業(yè)，其技術(shù)特點(diǎn)也越來(lái)越成熟。例如，在中國(guó)的上海世博會(huì)上，高清視頻監(jiān)控的初步演示應(yīng)用了LTE技術(shù)，并在系統(tǒng)中使用了網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)生產(chǎn)和廣播設(shè)備。該技術(shù)的有效利用可以實(shí)現(xiàn)視頻、音頻等材料的快速傳輸，提高新聞的時(shí)效性，滿足新聞傳播的需要。在傳輸速度方面，用戶在使用LTE無(wú)線通信技術(shù)后不到2h即可下載40G 3D電影，速度提高10倍以上。

3.3 LTE技術(shù)的應(yīng)用展望

一方面，LTE技術(shù)是從3G技術(shù)向4G技術(shù)發(fā)展的必由之路。在應(yīng)用過(guò)程中，最新的B3G或4G技術(shù)，如OFDM和MIMO，可以在一定程度上用于4G技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用。基于LTE技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，它與4G系統(tǒng)技術(shù)有著更為密切的聯(lián)系。

另一方面，LTE技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用不是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程。它主要是在與WiMAX的競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)展起來(lái)的。目前，WiMAX的802.16e標(biāo)準(zhǔn)正在應(yīng)用到3G系統(tǒng)中。802.16e技術(shù)是IMT-Advanced的候選之一，堅(jiān)持保持其原有的兼容性特征。在未來(lái)的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，WiMAX技術(shù)和LTE技術(shù)將不可避免地出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，將在高技術(shù)領(lǐng)域中得到良好的應(yīng)用，促進(jìn)其更好的發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，由于社會(huì)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)，升級(jí)的LTE無(wú)線通信以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)著非常重要的作用在網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序進(jìn)一步完善，實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展。LTE技術(shù)在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用也有很大的優(yōu)勢(shì)。它可以實(shí)現(xiàn)傳輸速度的加快，滿足人們使用的新要求。在這方面，我們必須做好技術(shù)研究和應(yīng)用，逐步完善網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展。

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收稿日期：2018-6-12