摘要
随着无线数据业务的迅速增长，新空口技术的不断引入，无线扁平化技术的出现与兴起，无线网络架构会发生什么样的变化成为业界关注的焦点。本文对LTE/LTE-A的需求、研究进展、关键技术进行了介绍，浅析了EUTRAN演进方式。
1 引言
随着无线数据业务的迅速增长和新空口技术的不断引入，传统的网络架构在对实时数据业务和大数据量业务的支持方面面临挑战，需要不断演进。无线接入网向两个可能的方向演进：一是空口能力不断增强，但网络构架不变，继续维持RNC和NodeB的二层架构；二是RNC和NodeB功能合并为增强型NodeB，即eNodeB，UTRAN向扁平化方向发展。而在核心网方面，正朝着扁平化和全IP的方向演进。作为下一代移动通信系统当前主流的候选技术方案，LTE给业界留下了巨大的想象空间，全新的理念、网络架构、技术指标和技术方案将应用于这一面向未来的移动宽带通信系统中。
2 LTE/LTE-A需求
3GPP LTE项目的主要性能目标包括：在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbit/s，上行50Mbit/s的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，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＜100ms；支持100km半径的小区覆盖；能够为350km/h高速移动用户提供＞100kbit/s的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25~20MHz多种带宽。
IMT-Advanced要求未来的4G通信在满足高的峰值速率和大带宽之外还要保证用户在各个区域的体验。有统计表明，未来80%~90%的系统吞吐量将发生在室内和热点游牧场景，室内、低速、热点将可能成为移动互联网时代更重要的应用场景。因此，需要通过新技术增强传统蜂窝在未来热点场景的用户体验。3GPP认为，LTE本身已经可以作为满足IMT-Advanced需求的技术基础和核心，只是纯粹从指标上来讲，LTE较IMT-Advanced的要求还有一定差距。因此当将LTE升级到4G时，并不需要改变LTE标准的核心，只需在LTE基础上进行扩充、增强、完善，就可以满足IMT-Advanced的要求。出于这种考虑，LTE-Advanced应该会作为在LTE基础上的平滑演进，并且后向兼容LTE标准。由于LTE的大规模技术革新已经大量使用了近20年来学术界积累的先进信号处理技术，如OFDM，MIMO，自适应技术等，在继续完善技术应用的同时，LTE-Advanced的技术发展将更多地集中在RRM（无线资源管理）技术和网络层的优化方面。
3 LTE/LTE-A研究进展
2009年3月发布了LTE R8 版本的FDD-LTE 和TDD-LTE 标准，原则上完成了LTE标准草案，LTE进入实质研发阶段。从主流设备厂家提供的产品路标来看，几乎所有的主流厂家都会在2010年的第一或第二季度推出LTE产品，但是真正可以商用的版本要2010年以后才能推出。从终端厂家反馈情况来看，2010年会有早期的商用终端，大规模的推出要在2011年底前后。
关于LTE-A标准的制定在2008年3月的R9版本开始，并将在R10中完善，R10版本将成为LTE-A关键版本。可以预见的是，由于时间紧迫，R10也将是一个LTE-A的短版本。R10版本现在为Study阶段，整个版本制定预计持续一年时间，预计时间安排如下：2009年10月作为第一阶段评估并提交ITU；2010年9月提交全会讨论；2010年12月完成版本制定工作；2011年2月终结并提交。
目前，全球有超过18家运营商公布了自己的LTE部署计划，包括NTT DoCoMo，Telstra，TeliaSonera，Verizon，Vodafone，AT&T等都明确表示将支持LTE，并且Verizon已经加速了LTE计划表，使得时间从原定的2010年提前至2009年。作为日本最大的运营商NTT DoComo也加紧“Super 3G”网络商用部署推进LTE进程，并公布了3G过渡到LTE的路线图，2010年初完成了对LTE技术的开发。
4 LTE/LTE-A关键技术
4.1 OFDM技术
OFDM由多载波调制(MCM)发展而来，OFDM技术是多载波传输方案的实现方式之一，它的调制和解调是分别基于快速傅立叶反变换（IFFT）和快速傅立叶变换（FFT）来实现的，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。在传统的频分复用系统中，各载波上的信号频谱是没有重叠的，以便接收端利用传统的滤波器分离和提取不同载波上的信号。OFDM系统是将数据符号调制在传输速率相对较低的、相互之间具有正交性的多个并行子载波上进行传输。它允许子载波频谱部分重叠，接收端利用各子载波间的正交性恢复发送的数据。因此，OFDM系统具有更高的频谱利用率。同时，在OFDM符号之间插入循环前缀，可以消除由于多径效应而引起的符号间干扰，能避免在多径信道环境下因保护间隔的插入而影响子载波之间的正交性。这使得OFDM系统非常适用于多径无线信道环境。
OFDM的优点在于抗多径衰落的能力强，频谱效率高，OFDM将信道划分为若干子信道，而每个子信道内部都可以认为是平坦衰落的，可采用基于IFFT/FFT的OFDM快速实现方法，在频率选择性信道中，OFDM接收机的复杂度比带均衡器的单载波系统简单。与其它宽带接入技术不同，OFDM可运行在不连续的频带上，这将有利于多用户的分配和分集效果的应用等。但OFDM技术对频偏和相位噪声比较敏感，而且峰值平均功率比（PAPR）大。
4.2 MIMO技术
要达到LTE-A提出的目标数据传输速率，需要通过增加天线数量以提高峰值频谱效率，即多天线技术，包括Beam-forming和空间复用。多天线技术是一种有效的提高系统容量的方法。当前LTE应用基于码本预编码技术的下行4天线技术。峰值速率达到300Mbit/s。由于LTE-A的带宽高达100M，当前峰值速率可以达到下行1.5Gbit/s。
4.3 载波聚合
当前LTE系统在频带利用率上已经接近Shannon极限。如果要提高系统吞吐量，就必须提高系统的带宽或者信噪比。
LTE-A通过“载波聚合”（Spectrum Aggregation）的方式进行带宽增强，即把几个基于20MHz的LTE设计捆绑在一起，通过提高可用带宽，LTE-A将带宽扩展到100M。但是实际上很可能没有一整块的空闲带宽，所以LTE-A允许离散频带的聚合。在具体应用中还面临很多问题，如载波聚合时多个可选载波是否需要划分可用集合和各种集合的等级划分；在切换中载波变化的通信问题；载波变化时的信令传输问题；各个载波的激活和去激活过程。这些问题都在3GPP会议中提出并存在多种方案。当前载波聚合作为LTE-A的重要组成部分和关注焦点，是R10制定中的重点。