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什么是4G和LTE？與以往的技術(shù)有什么區(qū)別
2013-06-04


認(rèn)識4G


要學(xué)習(xí)4G，就要知道什么是4G，4G就是第四代移動通信系統(tǒng)。第四代移動通信系統(tǒng)可稱為廣帶接入和分布式網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將是一個采用全IP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。4G網(wǎng)絡(luò)采用許多關(guān)鍵技術(shù)來支撐，包括：正交頻率復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM），多載波調(diào)制技術(shù)，自適應(yīng)調(diào)制和編碼（Adaptive Modulation and Coding，AMC）技術(shù)，MIMO和智能天線技術(shù)，基于IP的核心網(wǎng)，軟件無線電技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和安全性等。另外，為了與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)需要用網(wǎng)關(guān)建立網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，所以4G將是一個復(fù)雜的多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)。

第四代移動通信系統(tǒng)具有如下特征：


◆傳輸速率更快：對于大范圍高速移動用戶（250km/h）數(shù)據(jù)速率為2Mbps；對于中速移動用戶（60km/h）數(shù)據(jù)速率為20Mbps；對于低速移動用戶（室內(nèi)或步行者），數(shù)據(jù)速率為100Mbps；

◆頻譜利用效率更高：4G在開發(fā)和研制過程中使用和引入許多功能強大的突破性技術(shù)，無線頻譜的利用比第二代和第三代系統(tǒng)有效得多，而且速度相當(dāng)快，下載速率可達到5Mbps~10Mbps；

◆網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬：每個4G信道將會占用100MHz或是更多的帶寬，而3G網(wǎng)絡(luò)的帶寬則在5~20MHz之間；

◆容量更大：4G將采用新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（如空分多址技術(shù)等）來極大地提高系統(tǒng)容量，以滿足未來大信息量的需求；

◆靈活性更強：4G系統(tǒng)采用智能技術(shù)，可自適應(yīng)地進行資源分配，采用智能信號處理技術(shù)對信道條件不同的各種復(fù)雜環(huán)境進行信號的正常收發(fā)。另外，用戶將使用各式各樣的設(shè)備接入到4G系統(tǒng)；

◆實現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信：4G網(wǎng)絡(luò)的無線多媒體通信服務(wù)將包括語音、數(shù)據(jù)、影像等，大量信息透過寬頻信道傳送出去，讓用戶可以在任何時間、任何地點接入到系統(tǒng)中，因此4G也是一種實時的寬帶的以及無縫覆蓋的多媒體移動通信；

◆兼容性更平滑：4G系統(tǒng)應(yīng)具備全球漫游，接口開放，能跟多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，終端多樣化以及能從第二代平穩(wěn)過渡等特點；


LTE：Long Term Evolution -- 3GPP長期演進

3GPP長期演進(LTE: Long Term Evolution)項目是近兩年來3GPP啟動的最大的新技術(shù)研發(fā)項目，這種以OFDM/FDMA為核心的技術(shù)可以被看作“準(zhǔn)4G”技術(shù)或3.9G。3GPP LTE項目的主要性能目標(biāo)包括：在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小區(qū)邊緣用戶的性能；提高小區(qū)容量；降低系統(tǒng)延遲，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100ms；支持100Km半徑的小區(qū)覆蓋；能夠為350Km/h高速移動用戶提供>100kbps的接入服務(wù)；支持成對或非成對頻譜，并可靈活配置1.25 MHz到20MHz多種帶寬。


LTE（Long Term Evolution）是新一代寬帶無線移動通信技術(shù)。與3G采用的CDMA技術(shù)不同，LTE以OFDM（正交頻分多址）和MIMO（多輸入多輸出天線）技術(shù)為基礎(chǔ)，頻譜效率是3G增強技術(shù)的2～3倍。LTE包括FDD和TDD兩種制式。LTE的增強技術(shù)（LTE-Advanced）是國際電聯(lián)認(rèn)可的第四代移動通信標(biāo)準(zhǔn)。
正因為LTE技術(shù)的整體設(shè)計都非常適合承載移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，因此運營商都非常關(guān)注LTE，并已成為全球運營商網(wǎng)絡(luò)演進的主流技術(shù)。


LTE的頻段


FDD-LTE主流頻段為1.8G/2.6G/及低頻段700MHz、800MHz。


TD-LTE主流頻段為2.6G/2.3GHz。


中國政府宣布將2500-2690Mhz共190Mhz的頻譜資源全部劃分給TDD，極大地提振全球產(chǎn)業(yè)和市場對TD-LTE發(fā)展的信心，但700Mhz頻段在廣播電視模擬信號中使用，廣電已明確表示不可能出讓。




LTE與以往移動通信系統(tǒng)的速率對比

無線蜂窩制式	GSM (EDGE)	CDMA 2000（1x）
下行速率	236kbps	153kbps
上行速率	118kbps	153kbps

無線蜂窩制式	CDMA 2000 (EVDO RA)	TD-SCDMA (HSPA)	WCDMA (HSPA)
下行速率	3.1Mbps	2.8Mbps	14.4Mbps
上行速率	1.8Mbps	2.2Mbps	5.76Mbps

無線蜂窩制式	TD-LTE	FDD-LTE
下行速率	100Mbps	150Mbps
上行速率	50Mbps	40Mbps

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TD-LTE和FDD-LTE技術(shù)簡介，全球發(fā)展概況
2013-06-04



TDD-LTE與FDD-LTE的介紹與區(qū)別

分別是4G兩種不同的制式，一個是時分一個是頻分，簡單來說，TDD-LTE上下行在同一個頻點的時隙分配；FDD-LTE上下行通過不同的頻點區(qū)分。

TDD(Time Division Duplexing)時分雙工技術(shù)，在移動通信技術(shù)使用的雙工技術(shù)之一，與FDD相對應(yīng)。

　　在TDD模式的移動通信系統(tǒng)中，基站到移動臺之間的上行和下行通信使用同一頻率信道(即載波)的不同時隙，用時間來分離接收和傳送信道，某個時間段由基站發(fā)送信號給移動臺，另外的時間由移動臺發(fā)送信號給基站�；�站和移動臺之間必須協(xié)同一致才能順利工作。

TD-LTE上行理論速率為50Mbps，下行理論速率為100Mbps.

FDD模式的特點是在分離的兩個對稱頻率信道上，進行接收和傳送，用保證頻段來分離接收和傳送信道。LTE系統(tǒng)中上下行頻率間隔可以達到190MHz。

FDD（頻分雙工）是該技術(shù)支援的兩種雙工模式之一，應(yīng)用FDD（頻分雙工）式的LTE即為FDD-LTE。由于無線技術(shù)的差異、使用頻段的不同以及各個廠家的利益等因素，FDD-LTE的標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于TDD-LTE。FDD-LTE已成為當(dāng)前世界上采用的國家及地區(qū)最廣泛的，終端種類最豐富的一種4G標(biāo)準(zhǔn)。


FDD-LTE上行理論速率為40Mbps，下行理論速率為150Mbps.



FDD與TDD工作原理


頻分雙工(FDD) 和時分雙工(TDD) 是兩種不同的雙工方式。如圖1所示，F(xiàn)DD是在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收和發(fā)送，用保護頻段來分離接收和發(fā)送信道。FDD必須采用成對的頻率，依靠頻率來區(qū)分上下行鏈路，其單方向的資源在時間上是連續(xù)的。FDD在支持對稱業(yè)務(wù)時，能充分利用上下行的頻譜，但在支持非對稱業(yè)務(wù)時，頻譜利用率將大大降低。

TDD用時間來分離接收和發(fā)送信道。在TDD 方式的移動通信系統(tǒng)中, 接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載, 其單方向的資源在時間上是不連續(xù)的，時間資源在兩個方向上進行了分配。某個時間段由基站發(fā)送信號給移動臺，另外的時間由移動臺發(fā)送信號給基站，基站和移動臺之間必須協(xié)同一致才能順利工作。
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圖：FDD和TDD的工作原理

TDD雙工方式的工作特點使TDD具有如下優(yōu)勢：
（1）能夠靈活配置頻率，使用FDD 系統(tǒng)不易使用的零散頻段；
（2）可以通過調(diào)整上下行時隙轉(zhuǎn)換點，提高下行時隙比例，能夠很好的支持非對稱業(yè)務(wù)；
（3）具有上下行信道一致性，基站的接收和發(fā)送可以共用部分射頻單元，降低了設(shè)備成本；
（4）接收上下行數(shù)據(jù)時，不需要收發(fā)隔離器，只需要一個開關(guān)即可，降低了設(shè)備的復(fù)雜度；
（5）具有上下行信道互惠性，能夠更好的采用傳輸預(yù)處理技術(shù)，如預(yù)RAKE 技術(shù)、聯(lián)合傳輸(JT)技術(shù)、智能天線技術(shù)等, 能有效地降低移動終端的處理復(fù)雜性。

但是，TDD雙工方式相較于FDD，也存在明顯的不足：
（1）由于TDD方式的時間資源分別分給了上行和下行，因此TDD方式的發(fā)射時間大約只有FDD的一半，如果TDD要發(fā)送和FDD同樣多的數(shù)據(jù)，就要增大TDD的發(fā)送功率；
（2）TDD系統(tǒng)上行受限，因此TDD基站的覆蓋范圍明顯小于FDD基站；
（3）TDD系統(tǒng)收發(fā)信道同頻，無法進行干擾隔離，系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間存在干擾；
（4）為了避免與其他無線系統(tǒng)之間的干擾，TDD需要預(yù)留較大的保護帶，影響了整體頻譜利用效率。


使用TDD和FDD技術(shù)在LTE應(yīng)用上的優(yōu)劣


（1）使用TDD技術(shù)時，只要基站和移動臺之間的上下行時間間隔不大，小于信道相干時間，就可以比較簡單的根據(jù)對方的信號估計信道特征。而對于一般的FDD技術(shù)，一般的上下行頻率間隔遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道相干帶寬，幾乎無法利用上行信號估計下行，也無法用下行信號估計上行；這一特點使得TDD方式的移動通信體制在功率控制以及智能天線技術(shù)的使用方面有明顯的優(yōu)勢。但也是因為這一點，TDD系統(tǒng)的覆蓋范圍半徑要小，由于上下行時間間隔的緣故，基站覆蓋半徑明顯小于FDD基站。否則，小區(qū)邊緣的用戶信號到達基站時會不能同步。
（2）TDD技術(shù)可以靈活的設(shè)置上行和下行轉(zhuǎn)換時刻，用于實現(xiàn)不對稱的上行和下行業(yè)務(wù)帶寬，有利于實現(xiàn)明顯上下行不對稱的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。但是，這種轉(zhuǎn)換時刻的設(shè)置必須與相鄰基站協(xié)同進行。
（3）與FDD相比，TDD可以使用零碎的頻段，因為上下行由時間區(qū)別，不必要求帶寬對稱的頻段。
（4）TDD技術(shù)不需要收發(fā)隔離器，只需要一個開關(guān)即可。
（5）移動臺移動速度受限制。在高速移動時，多普勒效應(yīng)會導(dǎo)致快衰落，速度越高，衰落變換頻率越高，衰落深度越深，因此必須要求移動速度不能太高。例如在使用了TDD的TD-SCDMA系統(tǒng)中，在目前芯片處理速度和算法的基礎(chǔ)上，當(dāng)數(shù)據(jù)率為144kb/s時，TDD的最大移動速度可達250km/h，與FDD系統(tǒng)相比，還有一定差距。一般TDD移動臺的移動速度只能達到FDD移動臺的一半甚至更低。
（6）發(fā)射功率受限。如果TDD要發(fā)送和FDD同樣多的數(shù)據(jù)，但是發(fā)射時間只有FDD的大約一半，這要求TDD的發(fā)送功率要大。當(dāng)然同時也需要更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化技術(shù)。

TD-LTE和FDD-LTE在全球的發(fā)展概況


頻分雙工(Frequency Division Duplexing, FDD)和時分雙工(Time Division Duplexing, TDD)兩種方式，但由于無線技術(shù)的差異、使用頻段的不同以及各個廠家的利益等因素，LTE FDD支持陣營更加強大，標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于LTE TDD。

截至2013年3月份，全球125個國家共計412個運營商投資建設(shè)LTE網(wǎng)絡(luò)。67個國家的156個電信運營商已商用LTE網(wǎng)絡(luò)。其中商用的TDD網(wǎng)絡(luò)共有14個。

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截至2013年3月份，全球已商用的FDDLTE網(wǎng)絡(luò)為149個。
其中主流頻段為1.8G/2.6G/及低頻段700MHz、800MHz。
到2013年3月，全球共有14個TD-LTE商用網(wǎng)絡(luò)。
其中主流頻段為2.6G/2.3GHz。

截至2013年3月份，全球97個廠家共發(fā)布了821款LTE終端產(chǎn)品，比去年同期增長54%，其中智能手機增長速率最快，是去年同期的4倍，現(xiàn)已有261款。TDD模式的終端共166款。

目前，LTE用戶發(fā)展較好的主要為美日韓運營商，其初期組網(wǎng)帶寬基本為20MHz或10MHz。

課件已上傳，需要可以下載。