4G-LTE优势.doc

1、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 为核心的技术已经被列为 4G 技术。与 3G 相比，LTE 更具技术优势，具体体现在：高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。 LTE 项目是 3G 的演进，它改进并增强了 3G 的空中接入技术，采用 OFDM 和MIMO 作为其无线网络演进的唯一标准。其主要性能目标包括：（1） 在 20MHz 频谱带宽能够提供下行 100Mbps、上行 50Mbps 的峰值速率；（2） 改善小区边缘用户的性能；（3） 提高小区容量；（4） 降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于 5m

2、s，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；（5） 支持 100Km 半径的小区覆盖；（6） 能够为 350Km/h 高速移动用户提供100kbps 的接入服务；（7） 支持成对或非成对频谱，并可灵活配 置 1.25 MHz 到 20MHz 多种带宽。与 3G 相比，LTE 具有如下技术特征： （1）通信速率有了提高，下行峰值速率为 100Mbps、上行为 50Mbps。 （2）提高了频谱效率，下行链路 5（bit/s）/Hz，（3-4 倍于R6 HSDPA）；上行链路 2.5（bit/s）/Hz，是 R6 HSU-PA2-3 倍。

3、（3）以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。 （4）QoS 保证，通过系统设计和严格的 QoS 机制，保证实时业务（如VoIP）的服务质量。 （5）系统部署灵活，能够支持 1.25MHz-20MHz 间的多种系统带宽，并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配。保证了将来在系统部署上的灵活性。 （6）降低无线网络时延：子帧长度 0.5ms 和 0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达 U-plan5ms，C-plan100ms。 （7）增加了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。如 MBMS（多媒体广播和组播业

4、务）在小区边界可提供1bit/s/Hz 的数据速率。LTE 可比 2G、3G 网络更好地改善小区边缘用户的性能LTE 支持 100Km 半径的小区覆盖，并增加了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。如 MBMS(多媒体广播和组播业务)在小区边界可提供 1bit/s/Hz 的数据速率。在小区边缘的用户，必将有更好地体验。所以，实现广域覆盖，改善小区边缘用户的性能，最好的方法还是尽早从 3G 演进到 LTE。在小区搜索技术方面，考虑到小区搜索的复杂性，LTE 倾向采用主同步信道进行小区同步，辅同步信道进行小区标志（ID）的检测。在主同步信道采用公共的导频序列，而在辅

5、同步信道上各小区采用不同的导频序列。其中，在小区导频序列的设计中，序列必须兼顾性能和复杂度要求。3.15 小区间干扰抑制LTE 提高小区边缘数据率的目标将通过小区间干扰抑制技术实现。目前正在考虑的方案包括干扰随机化、干扰协调、干扰消除和慢功控等。SI 主要的研究集中在干扰协调方法，即在小区中心采用频率复用 1，而在小区边缘采用小于 1 的频率复用，从而避免强干扰；因此又称为部分频率复用（FFR）或软频率复用（SFR）。目前首先考虑采用静态的 FFR 方法，这种方法不要求小区之间的信令交互。进而可以考虑半静态的 FFR 方法，这种方法可以更高效的利用频率资源，但是依赖于一定数量的小区间信令交互。

6、半静态 FFR 对小区间信令的需求很可能关系到接入网架构中是否需要RRM 服务器。干扰协调的缺点是可用于小区边缘的频率资源有限，限制了小区边缘的峰值速率和系统容量。干扰消除即在接收机采用多用户检测消除相邻小区的干扰，目前主要考虑基于 UE多天线接收的干扰抵制合并（IRC）技术。在难以使用干扰消除和干扰协调的时候，还可以采用干扰随机化技术。这种方法是将小区间的干扰随机化为白噪声，因此又称为干扰白化。目前主要考虑采用小区加扰来实现干扰随机化。这种方法可以取得最基本的小区间干扰抑制效果。LTE 的多媒体广播多播业务（MBMS）系统可以采用两种方法实现：多小区发送和单小区发送。对于单小区发送，MBMS

7、 业务信道（MTCH）映射到下行共享信道（DL-SCH）。对于多小区发送，MTCH 可能映射到另一个单独的传输信道。多小区发送 MBMS 系统的核心是基于单频网（SFN）的下行宏分集软合并，为了实现软合并，小区间要取得同步（同步精度远小于 CP），以使 UE 能合并多小区的信号。用于多小区发送 MBMS 的参考符号在小区间需要保持一致。如果某个子帧专门用来传送MBMS 信号，参考信号可以相对单播模式做适当精简。另外，为了简化操作，用于 MTCH 的控制信道的发送频率也可能小于 DL-SCH 控制信道的发送频率。对于多小区 MBMS，目前的假设是采用各小区共同的参考信号。但对单小区 MBMS，可

8、能要考虑对各小区采用不同的参考信号。MBMS 数据应在短时长内以高瞬时数据率集中发送，以降低每个频道的占空比（Dutycircle），从而实现低能耗。MBMS 系统可以部署在单独的载波，也可以和单播 LTE 系统共享一个载波。如果组播系统和单播系统共享一个载波，两种信号的复用方式是一个需要解决的问题，目前正在考虑 TDM（组播数据和单播数据占用不同子帧）和 FDM（组播数据和单播数据复用在一个子帧内）复用方式。当系统带宽小于或等于 UE 带宽能力时，需要考虑是否采用 TDM方式，以降低对 UE 的射频要求。当系统带宽大于 UE 带宽能力时，需要采用 FDM 方式。多个 MBMS 数据流之间的复

9、用主要采用 TDM 方式，以尽可能减小 MBMS 接收时间。控制信息的设计需要支持上述两种复用。无论系统采用哪种复用方式，MBMS 数据都需要和下行 L1/L2 信令（包括用于单播的信令）复用在一起，单播信号的参考信号和控制信息结构不应因此受到影响。如果 MBMS 采用单独载波发送，不同业务（频道）之间只采用 TDM 复用，而且目前假设只采用长 CP，而且只集中于 5MHz 和 10MHz 两种带宽。但 MBMS 的物理层调制编码方式将和单播基本一致。3.14 同步除了考虑基本的 UE 和 NodeB 之间的同步外，基于 OFDM/FDMA 的 LTE 系统还需要考虑另外两种同步操作。一是上行

10、同步（又称时间控制），即为了保证上行多用户之间的正交性，要求各用户的信号同时到达 NodeB，误差在 CP 以内。因此需要根据用户距 NodeB 的位置远近调整它们的发射时间。另一个问题是 NodeB 之间的同步。与异步的 WCDMA 系统不同，保持 NodeB 之间的正交性可以使基于 OFDM/FDMA 的 LTE 系统获得更好的性能（例如对于 MBMS 系统）。但 3GPP 系统传统上不像 3GPP2 系统那样依靠外部时钟（如 GPS）取得同步，因此除了考虑采用外部时钟提供系统同步外，还需要考虑采取别的方法。目前正在考虑的方法是：NodeB 借助小区内各 UE 的报告和相邻 NodeB 作

11、同步校准，以此类推，使全系统逐步和参考基站取得同步。4.6 网络同步 目前对 FDD E-UTRAN 的设计（如小区搜索）基于异步网络，但某些小区间干扰抑制的方法可能依赖于网络同步。另外，在提供多小区 MBMS 业务时，网络同步有明显的性能增益。在采用独立的 MBMS 载波时，可能只需要少数的基站保持同步，取得系统同步相对比较容易。 TDD 模式下，网络也需要取得同步，但同步精度没有对多小区 MBMS 的要求那么高。小区内的上行同步的性能依赖于物理层参数（主要是 CP 长度）的设置。E-UTRAN 的切换是硬切换，目前未看到会有额外的同步需求。但频率同步有助于防止时钟漂移，这种同步可能不需要额

12、外的操作，可以依赖于 NodeB 本身的频率稳定性。 LTE MBMS 的需求是达到频谱效率 1bps/Hz。目前的 LTE MBMS 系统设计能在 500-1000m 的站间距情况下可实现 1.1bps/Hz 频谱效率，在站间距 1732m 站间距情况下可实现0.5bps/Hz 频谱效率。由此看来，目前的设计在较小的小区情况下大致能够满足需求，但在较大小区半径下尚不能达到需求。 （8）强调向下兼容，支持已有的 3G 系统和非 3GPP 规范系统的协同运作。LTE 在上行和下行都没有采用宏分集合并技术。也就是说，LTE 将不采用软切换，而将采用快速小区选择（即快速硬切换）方法。除了系统内的切换

13、，LTE 也正在考虑不同频率之间和不同系统（如其他 3GPP 系统、WLAN 系统等）的切换LTE 核心技术 相对于 3G，LTE 不仅简化了结构，还采用了以下几个关键技术来实现其优异性能。 （1）传输技术与多址技术：3GPP 选择了大多数公司支持的方案，即下行 OFDM，上行SC-FDMA。大多数公司支持采用“频域”方法来生成上行 SC-FD- MA 信号。这种技术是在OFDM 的 IFFT 调制之前对信号进行 DFT 扩展，这样系统发射的是时域信号，从而可以避免OFDM 系统发送频域信号带来的 PAPR 问题4。 3.4.1 下行参考符号设计LTE 目前确定了下行参考符号（即导频）设计。下

14、行导频格式如图 3 所示，系统采用TDM（时分复用）的导频插入方式。每个子帧可以插入两个导频符号，第 1 和第 2 导频分别在第 1 和倒数第 3 个符号。导频的频域密度为 6 个子载波，第 1 和第 2 导频在频域上交错放置。采用 MIMO 时须支持至少 4 个正交导频（以支持 4 天线发送），但对智能天线例外。在一个小区内，多天线之间主要采用 FDM（频分复用）方式的正交导频。在不同的小区之间，正交导频在码域实现（CDM）。图 3 OFDM 导频结构对多小区 MBMS 系统，可以考虑采用两种参考符号结构：各小区相同的（cell-common）的参考符号和各小区不同的（cell-specif

15、ic）参考符号。目前假设 cell-common 结构为基本结构，是否支持 cell-specific 参考符号还有待于进一步研究。3.4.2 上行参考符号设计上行参考符号位于两个 SC-FDMA 短块中，用于 NodeB 的信道估计和信道质量（CQI）估计。参考符号的设计需要满足两种 SC-FDMA 传输集中式（Localized）SC-FDMA 和分布式（Distributed）SC-FDMA 的需要。由于 SC-FDMA 短块的长度仅为长块的一半，SC-FDMA 参考符号的子载波宽度为数据子载波宽度的 2 倍。与下行相似，上行参考符号也可能采用正交设计，以支持多个 MIMO 天线之间、多

16、个 UE 之间的参考符号区分。上行正交参考符号也可以用 FDM、TDM、CDM 或上述方法的混合方法实现。其中 CDM方法通过一个 CAZAC 序列的不同循环位移样本实现。针对用于信道估计的参考符号，首先考虑不同 UE 的参考符号之间将采用 FDM 方式区分。参考符号可能采用集中式发送（只对集中式 SC-FDMA 情况），也可能采用分散式发送。在采用分散式发送时，如果 SB1 和 SB2 都用于发送参考符号，SB1 和 SB2 中的参考符号将交错放置，以获得更佳的频域密度。对分布式 SC-FDMA 情况，也可以考虑采用 TDM 和 CDM 方式对不同 UE 的参考符号进行复用。特别对于一个 N

17、odeB 内的多个 UE，将采用分布式 FDM 和 CDM 的方式。多天线 UE 情况下的上行参考符号结构尚有待于进一步研究。为了满足频域调度的需要，可能需要对整个带宽进行信道质量估计，因此即使数据采用本集中式发送，用于信道质量估计的参考符号也需要在更宽的带宽内进行分布式发送。不同 UE 的参考符号可以采用分布式 FDM 或 CDM（也基于 CAZAC 序列）复用在一起。3.2 基本传输和多址技术的选择 基本传输技术和多址技术是无线通信技术的基础。3GPP 成员在讨论多址技术方案时，主要分成两个阵营：多数公司认为 OFDM/FDMA 技术与 CDMA 技术相比，可以取得更高的频谱效率；而少数公

18、司认为OFDM 系统和 CDMA 系统性能相当，出于后向兼容的考虑，应该沿用 CDMA 技术。持前一种看法的公司全部支持在下行采用 OFDM 技术，但在上行多址技术的选择上又分为两种观点。大部分厂商因为对OFDM 的上行峰平比 PAPR（将影响手持终端的功放成本和电池寿命）有顾虑，主张采用具有较低 PAPR的单载波技术。另一些公司（主要是积极参与 WiMAX 标准化的公司）建议在上行也采用 OFDM 技术，并用一些增强技术解决 PAPR 的问题。经过激烈的讨论和艰苦的融合，3GPP 最终选择了大多数公司支持的方案，即下行 OFDM，上行 SC（单载波）-FDMA。 上行 SC-FDMA 信号可

19、以用“频域”和“时域” 两种方法生成，频域生成方法又称为 DFT 扩展OFDM（DFT-S-OFDM）；时域生成方法又称为交织 FDMA（IFDMA）。采用哪种生成方法尚未确定，但大部分公司支持采用 DFT-S-OFDM 技术（如图 1 所示）。这种技术是在 OFDM 的 IFFT 调制之前对信号进行 DFT 扩展，这样系统发射的是时域信号，从而可以避免 OFDM 系统发送频域信号带来的 PAPR 问题。 图 1 DFT-S-OFDM 发射机结构 LTE 依靠产业链的支持最终成为了全球统一的 3G 演进标准，作为一项面向未来的技术，它同样拥有极为出色的性能。与 3G 相比，LTE 拥有高数据速

20、率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容的技术优势。LTE 按照双工方式（双向传输）定义了两种技术方向：LTE FDD 和 LTE TDD，前者为频分双工机制，即采用成对的频率来划分上行和下行通道，类似于收音机使用不同的频率来区分频道，和现在的 GSM 系统相同，是绝大多数传统 3G 运营商所支持的；LTE TDD 为时分双工机制，和计算机内部的总线工作方式类似，即通过时钟同步，通过将通道划分为不同的时隙来区分上行和下行，进行双向数据传输，支持者为中国移动，又名 TD-LTE。无线信号经多条路径到达接收终端，会造成严重的多径衰减。两种方式各有优缺点，如相比 FDD，TDD 能够灵活配置频率，

21、使用 FDD 系统不易使用的零散频段，并可通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，能够很好地支持非对称业务，此外还具备上下行信道一致性；基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低了设备复杂度和成本。但由于 TDD 方式的时间资源分别分给了上行和下行，TDD 方式的发射时间大约只有 FDD 的一半，如果 TDD 要发送和 FDD 同样多的数据，就要增大 TDD 的发送功率；另外，由于系统上行受限，TDD 基站的覆盖范围明显小于 FDD 基站，而同频收发需要精确的时间同步，也无法进行干扰隔离，抗干扰性不及 FDD；为了避免与其他无线系统之间的干扰，TDD 需要预留较大的保护带，影响了整体频谱的

22、利用效率。OFDM 技术不仅具备较高的频谱率，同时也拥有良好的抗干扰性能。与 3G 普遍使用的 CDMA 空中接入技术不同，LTE 的空中接入更改为 OFDM 和 MIMO 技术。由于无线信号在空中传输过程中会受到外界环境的反射和吸收，接受机接收到的无线信号是通过不同的直射、反射、折射等路径达到的，这会造成多路径衰减和干扰，对于高速移动过程中的通讯，还存在多普勒频移。目前的 3G 所采用的 CDMA 技术本身就是一种自干扰体系，随着用户的增多和环境的变化，干扰会增加，造成数据速率难以提高。OFDM 是解决这些问题的理想途径，它使用的正交窄带信道可以有效抵抗频率选择性衰减，降低码间干扰和提高频谱

23、利用率，也是未来 4G 技术的首选。而 MIMO 多天线阵列技术在 802.11n 无线路由器上已有采用，通过这种多输入多输出体系，可以极大提升数据的吞吐和传送能力，并增强恶劣环境下的信号覆盖率。OFDM 和 MIMO 是保证 LTE 无线接入可靠性的两大重要武器。网络结构上，LTE 接入网主要由演进型 Node B(eNB，可以理解为增强型基站)和接入网关（aGW，核心网的一部分）构成。新的 eNB 不仅具有原来 Node B（基站）的功能，还能完成原来 RNC（无线网络控制器）的大部分功能。eNB 和 eNB 之间采用无线 Mesh 方式（Mesh 组网除了具有传统的路由网关、中继功能外，

24、还可以通过无线多跳通信，以低得多的发射功率获得同样的无线覆盖范围）直接互联，比 3G 时代的层层节点和网关效率高得多。整体来看，与传统 3GPP 接入网相比，LTE 减少了 RNC（无线网络控制器）节点，名义上 LTE 是对 3G 的演进，事实上它可算是对 3GPP 的整个体系架构作了革命性的变革，逐步趋近于典型的 IP 宽带网结构。相比 3G 网络，LTE 大幅减少了节点数，节点间通过 Mesh 组网，延迟很小。基于这些技术上的革新，LTE 下行峰值速率可达 100Mbps，频谱利用率达到 5(bit/s)/Hz，34 倍于R6 HSDPA，上行速率为 50Mps，频谱利用率 2.5(bit

25、/s)/Hz，是 R6 HSUPA 的 23 倍。整个体系实现了基于IP 的分组交换技术，彻底丢弃了传统的电路交换，通过 QoS 机制实现不同服务的质量保证。不但如此，LTE 的系统部署更为灵活，能够支持 1.25MHz20MHz 间的多种系统带宽，并支持成对和非对称的频谱分配。网络结构的调整降低了无线网络时延，解决了向下兼容的问题，时延可达用户层面 固网转型论坛 技术探讨 3GPP LTE 标准化进展物理层3GPP LTE 标 准 化 进 展 物 理 层C 2006 年 12 月 26 日 11:55 C114 一、介绍正当人们惊讶于 WiMAX 技术的迅猛崛起时，3GPP 也开始了 UMT

26、S 技术的长期演进（LongTermEvolution，LTE）技术的研究。这项受人瞩目的技术被称为“演进型 3G”（Evolved3G，E3G）。但只要对这项技术稍作了解，就会发现，这种以 OFDM 为核心的技术，与其说是 3G 技术的“演进”（evolution），不如说是“革命”（revolution），它和 3GPP2AIE（空中接口演进）、WiMAX 以及最新出现的 IEEE802.20 MBFDD/MBTDD 等技术，由于已经具有某些“4G”特征，甚至可以被看作“准 4G”技术。 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，

27、仅半年就完成了需求的制定。2006 年 6 年，3GPPRAN（无线接入网）TSG 已经开始了 LTE 工作阶段（WI），但由于研究阶段（SI）上有个别遗留问题还没有解决，SI 将延长到 9 月结束。按目前的计划，将于 2007年 9 月完成 LTE 标准的制定（测试规范 2008 年 3 月完成），预计 2010 年左右可以商用。虽然工作进度略滞后于原计划，但经过艰苦的讨论和融合，终于确定了大部分基本技术框架，一个初步的 LTE系统已经逐渐展示在我们眼前。二、LTE 的需求指标LTE 项目首先从定义需求开始。主要需求指标包括：支持 1.25MHz-20MHz 带宽；峰值数据率：上行 50Mb

28、ps，下行 100Mbps。频谱效率达到 3GPPR6 的 2-4 倍；提高小区边缘的比特率；用户面延迟（单向）小于 5ms，控制面延迟小于 1OOms；支持与现有 3GPP 和非 3GPP 系统的互操作；支持增强型的广播多播业务；降低建网成本，实现从 R6 的低成本演进；实现合理的终端复杂度、成本和耗电；支持增强的 IMS（IP 多媒体子系统）和核心网；追求后向兼容，但应该仔细考虑性能改进和向后兼容之间的平衡；取消 CS（电路交换）域，CS 域业务在 PS（包交换）域实现，如采用 VoIP；对低速移动优化系统，同时支持高速移动；以尽可能相似的技术同时支持成对（paired）和非成对（unpa

29、ired）频段；尽可能支持简单的临频共存。3GPP 毫不讳言 LTE 项目的启动是为了应对“其他无线通信标准”的竞争。针对 WiMAX“低移动性宽带 IP 接入”的定位，LTE 提出了相对应的需求，如相似的带宽、数据率和频谱效率指标、对低移动性进行优化、只支持 PS 域，强调广播多播业务等。同时，出于对 VoIP 和在线游戏的重视，LTE对用户面延迟的要求近乎苛刻。关于向后兼容的要求似乎模棱两可，从目前的情况看，由于选择了大量的新技术，至少在物理层已难以保持从 UMTS 的平滑过渡。最近，运营商又提出加强广播业务的要求，建议增加在单独的下行载波部署移动电视（MobileTV）系统的需求。三、L

30、TE 物理层标准化进展LTE 的研究工作主要集中在物理层、空中接口协议和网络架构几个方面，其中网络架构方面的工作和 3GPP 系统架构演进（SAE）项目密切相关。本文将对 LTE 物理层方面的系统设计和研究进展做一简单的介绍。3.1 双工方式和帧结构目前的 LTE 物理层技术研究主要针对频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种双工方式。依据TR25.913 中对 FDD/TDD 共性的需求，TR25.814 中的内容基本都假设对 FDD 和 TDD 均适用。少数对TDD 进行的区别考虑的地方，都进行了特别注明。在 TDD 模式下，每个子帧要么作为上行子帧，要么作为下行子帧。上行或下行子帧可以

31、空出若干个 OFDM 符号作为空闲（Idle）符号，以留出必要的保护间隔。子帧的结构可能不断变化，因此可能需要通过信令通知系统当前的子帧结构。另外，由于 TR25.913 对系统的临频同址共存提出了需求，使 TDDEUTRA 系统面临和 TDDUTRA 系统之间的干扰问题。为了解决这个问题，目前 TR 25.814 考虑了两种 TDD EUTRA 帧结构：固定（Fixed）帧结构和通用（Generic）帧结构。 3.1.1 固定帧结构这种方法就是分别针对低码片速率（LCR）-TDDUTRA 和高码片速率（HCR）-TDDUTRA 系统采用与UTRA 系统相似的帧结构。也就是说，为了和 LCR-

32、TDDUTRA 系统兼容，需要采用和 LCR-TDD UTRA 几乎相同的帧结构，即一个 10ms 无线帧分为 2 个 5ms 的无线子帧，每个无线子帧分为 7 个时隙（TSOTS6），每个时隙（对应于 FDD 模式下的一个子帧）长度为 0.675ms。同步和保护周期插在TSO 和 TS1 之间，包括 DwPTS、GP 和 UpPTS。每个时隙包含一个小的空闲周期，可用作上下行切换的保护周期。 可以看到，这个帧结构基本和原有的 LCR-TDD 帧结构相同，只是在每个时隙中加入了空闲周期。这个改动主要是为了能够在一个无线子帧内实现多次的上下行切换，以满足 LTE 对传输时延的严格要求。这个帧结构

33、已经经过 RAN 全会通过，写入了 RAN 的 LTE 研究报告 TR25.912。RAN1 工作组的研究报告 TR25.814 中也包含了针对 HCR-TDD 的固定帧结构，由于篇幅所限，此处略去对这种帧结构的介绍。可以看到，固定帧结构的最大特点是采用了和 FDDLTE 不同的子帧（时隙）长度，由此导致了 LTE 的 FDD 和 TDD 模式在系统参数设计上有所不同。3.1.2 通用帧结构这种方法是在尽量保持和 FDDLTE 设计参数一致的基础上满足和 TDDUTRA 系统的临频同址共存。这种设计的最大特点是采用了和 FDDLTE 相同的子帧长度 0.5ms。但由于 0.5ms 与 LCR-

34、TDD UTRA（O.675ms）和 HCR-TDD UTRA（0.667）的子帧长度都不相同，要避免和 TDD UTRA 系统之间的干扰，相对比较困难。通常整数个 O.5ms 子帧的长度和与整数个 0.675ms（或 0.667ms）子帧的长度和都不相等，因此为了使 TDD EUTRA 系统和 TDD UTRA 系统的上下行切换点相互对齐，就需要留出额外的空闲（Idle）间隙，这样会损失一些频谱效率。同时，由于 TDD UTRA 系统的上下行切换点的位置可能变化，相对应的 TDD EUTRA 帧结构也需要随之变化。也就是说，对不同的上下行比例，通用帧结构中的每个子帧的起止位置都可能不同，这也

35、增加了系统的复杂度。 因此，通用帧结构比较适合那些同时部署了 FDDLTE 系统、但没有部署 TDDUTRA 系统的运营商，因为这种设计可以获得更高的与 FDDLTE 系统的共同性，从而获得较低的系统复杂度。但对于那些已经部署了 TDD UTRA 系统的运营商，固定帧结构是更好的选择，因为这种结构可以更容易的避免 TDD UTRA 和 TDD EUTRA 系统间的干扰。 3.2 基本传输和多址技术的选择基本传输技术和多址技术是无线通信技术的基础。3GPP 成员在讨论多址技术方案时，主要分成两个阵营：多数公司认为 OFDM/FDMA 技术与 CDMA 技术相比，可以取得更高的频谱效率；而少数公司

36、认为 OFDM 系统和 CDMA 系统性能相当，出于后向兼容的考虑，应该沿用 CDMA 技术。持前一种看法的公司全部支持在下行采用 OFDM 技术，但在上行多址技术的选择上又分为两种观点。大部分厂商因为对 OFDM 的上行峰平比 PAPR（将影响手持终端的功放成本和电池寿命）有顾虑，主张采用具有较低PAPR 的单载波技术。另一些公司（主要是积极参与 WiMAX 标准化的公司）建议在上行也采用 OFDM 技术，并用一些增强技术解决 PAPR 的问题。经过激烈的讨论和艰苦的融合，3GPP 最终选择了大多数公司支持的方案，即下行 OFDM，上行 SC（单载波）-FDMA。上行 SC-FDMA 信号可

37、以用“频域”和“时域”两种方法生成，频域生成方法又称为 DFT 扩展OFDM（DFT-S-OFDM）；时域生成方法又称为交织 FDMA（IFDMA）。采用哪种生成方法尚未确定，但大部分公司支持采用 DFT-S-OFDM 技术（如图 1 所示）。这种技术是在 OFDM 的 IFFT 调制之前对信号进行 DFT 扩展，这样系统发射的是时域信号，从而可以避免 OFDM 系统发送频域信号带来的 PAPR 问题。图 1 DFT-S-OFDM 发射机结构3.2“宏分集”的取舍是否采用宏分集技术，是 LTE 讨论中的又一个焦点。这个问题看似是物理层技术的取舍，实则影响到网络架构的选择，对 LTE/SAE 系

38、统的发展方向有深选的影响。3GPP 内部在下行宏分集问题上的看法比较一致。由于存在难以解决的“同步问题”，各公司很早就明确，对单播（uniCAst）业务不采用下行宏分集。只是在提供多小区广播（broadcast）业务时，由于放松了对频谱效率的要求，可以通过采用较大的循环前缀（CP），解决小区之间的同步问题，从而使下行宏分集成为可能。与下行相比，3GPP 对上行宏分集的取舍却迟迟不决。宏分集的基础是软切换，这种 CDMA 系统的典型技术，在 FDMA 系统中却可能“弊大于利”。更重要的是，软切换需要一个“中心节点”（如UTRAN 中的 RNC）来进行控制，这和大多数公司推崇的网络“扁平化”、“分

39、散化”网络结构背道而驰。经过仿真结果的比较、激烈的争论、甚至“示意性”的表决，3GPP 最终决定 LTE（至少在目前）不考虑宏分集技术。3.3 基本参数设计LTE 在数据传输延迟方面的要求很高（单向延迟小于 5ms），这一指标要求 LTE 系统必须采用很小的最小交织长度（TTI）。大多数公司主要出于对 FDD 系统的设计，建议采用 0.5ms 的子帧长度（1 帧包含 20 个子帧）。但是正如 3.1 节中提到的，这种子帧长度和 UMTS 中现有的两种 TDD 技术的时隙长度不匹配。例如 TD-SCDMA 的时隙长度为 0.675ms，如果 LTETDD 系统的子帧长度为 0.5ms，则新、老的

40、系统的时隙无法对齐，使得 TD-SCDMA 系统和 LTETDD 系统难以“临频共址”共存。因此3GPP 在这个问题上形成决议（体现在 TR25.912 中）：基本的子帧长度为 0.5ms，但在考虑和 LCR-TDD（即 TD-SCDMA）系统兼容时可以采用 0.675ms 子帧长度。 OFDM 和 SC-FDMA（以 DFT-S-OFDM 为例）的子载波宽度选定为 15kHz，这是一个相对适中的值，兼顾了系统效率和移动性，明显比 WiMAX 系统大。下行 OFDM 的 CP 长度有长短两种选择，分别为4.69ms（采用 O.675ms 子帧时为 7.29ms）和 16.67ms。短 CP 为

41、基本选项，长 CP 可用于大范围小区或多小区广播。短 CP 情况下一个子帧包含 7 个（采用 0.675ms 子帧时为 9 个）OFDM 符号；长 CP 情况下一个子帧包含 6 个（采用 0.675ms 子帧时为 8 个）OFDM 符号。上行由于采用单载波技术，子帧结构和下行不同。DFT-S-OFDM 的一个子帧包含 6 个（采用 0.675ms 子帧时为 8 个）“长块”和 2 个“短块”（SB，如图 2 所示），长块主要用于传送数据，短块主要用于传送导频信号。图 2 DFT-S-OFDM 子帧结构虽然为了支持实时业务，LTE 的最小 TTI 长度仅为 0.5ms，但系统可以动态的调整 TT

42、I，以在支持其他业务时避免由于不必要的 IP 包分割造成的额外的延迟和信令开销。上、下行系统分别将频率资源分为若干资源单元（RU）和物理资源块（PRB），RU 和 PRB 分别是上、下行资源的最小分配单位，大小同为 25 个子载波，即 375kHz。下行用户的数据以虚拟资源块（VRB）的形式发送，VRB 可以采用集中（localized）或分散（distributed）方式映射到 PRB 上。Localized 方式即占用若干相邻的 PRB，这种方式下，系统可以通过频域调度获得多用户增益。Distributed 方式即占用若干分散的 PRB，这种方式下，系统可以获得频率分集增益。上行 RU 可

43、以分为 LocalizedRU（LRU）和 DistributedRU（DRU），LRU 包含一组相邻的子载波，DRU 包含一组分散的子载波。为了保持单载波信号格式，如果一个 UE 占用多个 LRU，这些 LRU 必须相邻；如果占用多个 DRU，所有子载波必须等间隔。3.4 参考信号（导频）设计3.5 控制信令设计3.5.1 下行控制信令设计下行带外 L1/L2 控制信令包括：用于下行数据发送的调度信息；用于上行发送的调度赋予信息；对上行发送给出的 ACK/NACK 信息。下行调度信息用于 UE 对下行发送信号进行接收处理，又分为 3 类：资源分配信息、传输格式和HARQ 信令。资源分配信息包

44、括 UEID、分配的资源位置和分配时长，传输格式包括多天线信息、调制方式和负载大小。HARQ 信令的内容视 HARQ 的类型有所不同，异步 HARQ 信令包括 HARQ 流程编号、IR（增量冗余）HARQ 的冗余版本和新数据指示。同步 HARQ 信令包括重传序列号。在采用多天线的情况下，资源分配信息和传输格式可能需要对多个天线分别传送。上行调度信息用于确定 UE 上行发送信号格式，也包含资源分配信息和传输格式，结构与下行相似。其中传输格式的形式取决于 UE 是否有参与确定传输格式的能力。如果上行传输格式完全由NodeB 决定，则此信令中将给出完整的传输格式；如果 UE 也参与上行传输格式的确定

45、，则此信令可能只给出传输格式的上限。ACK/NACK 的格式有待于进一步研究。传送控制信令的时频资源可以进行调整，UE 通过 RRC 信令或盲检测方法获得相应的资源信息。控制信令的编码可以考虑两种方式：联合编码和分别编码。联合编码即多个 UE 的信令合在一起进行信道编码，分别编码即各用户采用分开的独立编码的控制信道，每个信道用来通知一个用户的 ID 及其资源分配情况。下行控制信令可采用 FDM 和 TDM 两种复用方式，FDM 方式的优势是可以以数据率为代价换取更好的覆盖，TDM 方式的优势是可以实现微睡眠（micro-sleep）。另外，下行控制信令本身可以考虑采用多天线技术（如赋形和预编码

46、）传送，以提高传送质量。3.5.2 上行控制信令设计上行控制信令包括：与数据相关的控制信令、信道质量指示（CQI）、ACK/NACK 信息和随机接入信息。其中随机接入信息又可以分为同步随机接入信息和异步随机接入信息，前一种信息还包含调度请求和资源请求。与数据相关的控制信令包括 HARQ 和传输格式（只当 UE 有能力选择传输格式时）。CQI 和 ACK/NACK 的格式有待于进一步研究。LTE 上行由于采用单载波技术，控制信道的复用不如 OFDM 灵活。经过反复的讨论，3GPP 决定只采用 TDM 方式复用控制信道，因为这种方式可以保持 SC-FDMA 的低 PAPR 特性。与数据相关的信令将

47、和 UE 的数据复用在一个时/频资源块中。3.5.3 调制和编码LTE 下行主要采用 OPSK、16QAM、64QAM 三种调制方式。上行主要采用位移 BPSK（p/2-shiftBPSK，用于进一步降低 DFT-S-OFDM 的 PAPR）、OPSK、8PSK 和 16QAM。另一个正在考虑的降PAPR 技术是频域滤波（spectrumshaping）。另外也已明确，“立方度量”（CubicMetric）是比PAPR 更准确的衡量对功放非线性影响的指标。在信道编码方面，LTE 主要考虑 Turbo 码，但如果能获得明显的增益，也将考虑其他编码方式，如 LDPC 码。为了实现更高的处理增益，还

48、可以考虑以重复编码作为 FEC（前向纠错）码的补充。 3.6 多天线技术3.6.1 下行 MIMO 和发射分集LTE 系统将设计可以适应宏小区、微小区、热点等各种环境的 MIMO 技术。基本 MIMO 模型是下行22、上行 12 个天线，但同时也正在考虑更多天线配置（最多 44）的必要性和可行性。具体的 MIMO 技术尚未确定，目前正在考虑的方法包括空分复用（SDM）、空分多址（SDMA）、预编码（Pre-coding）、秩自适应（Rankadaptation）、智能天线、以及开环发射分集（主要用于控制信令的传输，包括空时块码（STBC）和循环位移分集（CSD）等。根据 TR25.814 的定

49、义，如果所有 SDM 数据流都用于一个 UE，则称为单用户（SU）-MIMO，如果将多个 SDM 数据流用于多个 UE，则称为多用户（MU）-MIMO。下行 MIMO 将以闭环 SDM 为基础，SDM 可以分为多码字 SDM 和单码字 SDM（单码字可以看作多码字的特例）。在多码字 SDM 中，多个码流可以独立编码，并采用独立的 CRC，码流数量最大可达 4。对每个码流，可以采用独立的链路自适应技术（例如通过 PARC 技术实现）。下行 LTEMIMO 还可能支持 MU-MIMO（或称为空分多址 SDMA），出于 UE 对复杂度的考虑，目前主要考虑采用预编码技术，而不是干扰消除技术来实现 MU-MIMO。SU-MIMO 模式和 MU-MIMO 模式之间的切换，由 NodeB 控制（半静态或动态）。作为一种将天线域 MIMO 信号处理转化为束（beam）域信号处理的方法，预编码技术可以在 UE实现相对简单的线性接收机。3GPP 已经确定，线性预编码技术将被 LTE 标准支持。但采用归一化（Unitary）还是非归一化（Non-unitary），采用码本（Codebook）反馈还是非码本（Non-codebook）反馈，还有待于进一步研究。另外，码本的大小、具体的预编码方法、反馈信息的设计和是否对信令