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概要

  一款由三星電子替北歐TeliaSonera電信定制的LTE上網(wǎng)卡

LTE是無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。LTE的當(dāng)前目標(biāo)是借助新技術(shù)和調(diào)制方法提升無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力和數(shù)據(jù)傳輸速度，如新的數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)，這些技術(shù)大多于千禧年前后提出。LTE的遠(yuǎn)期目標(biāo)是簡(jiǎn)化和重新設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，使其成為IP化網(wǎng)絡(luò)，這有助于減少3G轉(zhuǎn)換中的潛在不良因素。因?yàn)長(zhǎng)TE的接口與2G和3G網(wǎng)絡(luò)互不兼容，所以LTE需同原有網(wǎng)絡(luò)分頻段運(yùn)營(yíng)。

LTE最早由NTT DoCoMo在2004年于日本提出，該標(biāo)準(zhǔn)在2005年開始正式進(jìn)行廣泛討論 在。2007年3月，LTE/系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)測(cè)試聯(lián)盟（the LTE/SAE Trial Initiative，LSTI）成立。作為供應(yīng)商和運(yùn)營(yíng)商全球性合作的產(chǎn)物，LSTI致力于檢驗(yàn)并促進(jìn)LTE這一新標(biāo)準(zhǔn)在全球范圍的快速普及 。該標(biāo)準(zhǔn)于2008年12月定案。世界第一張商用LTE網(wǎng)絡(luò)于2009年12月14日，由TeliaSonera在奧斯陸和瑞典斯德哥爾摩提供數(shù)據(jù)連接服務(wù)，該服務(wù)須使用上網(wǎng)卡。2011年，北美運(yùn)營(yíng)商開始LTE商用。MetroPCS在2011年2月10日推出的三星Galaxy Indulge，該手機(jī)成為全球首款商用LTE手機(jī) 。隨后Verizon于3月17日推出全球第二款LTE手機(jī)HTC ThunderBolt 。CDMA運(yùn)營(yíng)商本計(jì)劃升級(jí)網(wǎng)絡(luò)到CDMA的演進(jìn)版本UMB，但由于高通放棄UMB系統(tǒng)的研發(fā)，使得全球主要的CDMA運(yùn)營(yíng)商（如美國的Verizon無線、Sprint Nextel和MetroPCS，加拿大的Bell移動(dòng)和Telus移動(dòng)，日本的KDDI，韓國的SK電訊，中國的中國電信）均宣布將升級(jí)至LTE網(wǎng)絡(luò)，或是升級(jí)至WiMAX（俄羅斯與韓國）。LTE Advanced是LTE的下一代網(wǎng)絡(luò)，該標(biāo)準(zhǔn)于2011年3月定稿 并有希望于2013年開始推出提供服務(wù)。

LTE網(wǎng)絡(luò)有能力提供300Mbit/s的下載速率和75 Mbit/s的上傳速率。在E-UTRA環(huán)境下可借助QOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)低于5ms的延遲。LTE可提供高速移動(dòng)中的通信需求，支持多播和廣播流。LTE頻段擴(kuò)展度好，支持1.4MHz至20MHz的頻雙分工和時(shí)雙分工頻段。全I(xiàn)P基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也被稱作核心分組網(wǎng)演進(jìn)，將替代原先的GPRS核心分組網(wǎng)，可向原先較舊的網(wǎng)絡(luò)如GSM、UMTS和CDMA2000提供語音數(shù)據(jù)的無縫切換。 簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可為運(yùn)營(yíng)商節(jié)約網(wǎng)路運(yùn)營(yíng)開支。舉例來說，E-UTRA可以提供四倍于HSPA的網(wǎng)絡(luò)容量。

特性

LTE中的很多標(biāo)準(zhǔn)接手于3G UMTS的更新并最后成為4G移動(dòng)通信技術(shù)。其中簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成為其中的工作重點(diǎn)。需要將原有的UMTS下電路交換+分組交換結(jié)合網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化為全I(xiàn)P扁平化基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。E-UTRA是LTE的空中接口，他的主要特性有：

峰值下載速度可高達(dá)299.6Mbit/s，峰值上傳速度可高達(dá)75.4Mbit/s。該速度需配合E-UTRA技術(shù)，4x4天線和20MHz頻段實(shí)現(xiàn)。根據(jù)終端需求不同，從重點(diǎn)支持語音通信到支持達(dá)到網(wǎng)絡(luò)峰值的高速數(shù)據(jù)連接，終端共被分為五類。全部終端將擁有處理20MHz帶寬的能力。

低網(wǎng)絡(luò)延遲（在最優(yōu)狀況下小IP數(shù)據(jù)包可擁有低于5ms的延遲），相比原無線連接技術(shù)擁有較短的交接和建立連接準(zhǔn)備時(shí)間。

加強(qiáng)移動(dòng)狀態(tài)連接的支持，如可接受終端在不同的頻段下以高至350km/h或500km/h的移動(dòng)速度下使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

下載使用OFDMA, 上載使用SC-FDMA以節(jié)省電力。下行資源包括頻率資源、時(shí)間資源和空間資源，即既有頻分復(fù)用，又有時(shí)分復(fù)用，又有空分復(fù)用。ETSI TS 136 211規(guī)范定義了Resource Block資源塊（LTE下行鏈路）是下行鏈路上可以分配給一個(gè)用戶的最小資源單位。一個(gè)資源塊包括12個(gè)子載波且持續(xù)一個(gè)時(shí)隙的時(shí)間；一個(gè)時(shí)隙持續(xù)0.5毫秒，包含了7個(gè)OFDM符號(hào)（symbol）；而每個(gè)OFDM符號(hào)（symbol）占據(jù)了12個(gè)子載波的頻率資源。

支持頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）通信，并接受使用同樣無線連接技術(shù)的時(shí)分半雙工通信。

支持所有頻段所列出頻段。這些頻段已被被國際電信聯(lián)盟無線電通信組用于IMT-2000規(guī)范中。

增加頻寬靈活性，1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz頻點(diǎn)帶寬均可應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)。而W-CDMA對(duì)5MHz支持導(dǎo)致該技術(shù)在大面積鋪開時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題，因?yàn)榕f有標(biāo)準(zhǔn)如2G GSM和cdmaOne同樣使用該頻點(diǎn)帶寬。

支持從覆蓋數(shù)十米的毫微微級(jí)基站（如家庭基站和Picocell微型基站）至覆蓋100公里的Macrocell宏蜂窩基站。較低的頻段被用于提供郊區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，基站信號(hào)在5公里的覆蓋范圍內(nèi)可提供完美服務(wù)，在30公里內(nèi)可提供高質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并可提供100公里內(nèi)的可接受的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在城市地區(qū)，更高的頻段（如歐洲的2.6GHz）可被用于提供高速移動(dòng)寬。在該頻段下基站覆蓋面積將可能等于或低于1公里。

支持至少200個(gè)活躍連接同時(shí)連入單一5MHz頻點(diǎn)帶寬。

簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：E-UTRA網(wǎng)絡(luò)僅由eNodeB組成。

可以交互操作已有通信標(biāo)準(zhǔn)（如GSM/EDGE,UMTS和CDMA2000）并可與他們共存。用戶可以在擁有LTE信號(hào)的地區(qū)進(jìn)行通話和數(shù)據(jù)傳輸，在LTE未覆蓋區(qū)域可直接切換至GSM/EDGE或基于W-CDMA的UMTS甚至是3GPP2下的cdmaOne和CDMA2000網(wǎng)絡(luò)。

支持分組交換無線接口

支持群播/廣播單頻網(wǎng)絡(luò)（MBSFN: Multicast/Broadcast Single-frequency Network）。這一特性可以使用LTE網(wǎng)絡(luò)提供諸如移動(dòng)電視等服務(wù)，是DVB-H廣播的競(jìng)爭(zhēng)者。

語音通話

LTE標(biāo)準(zhǔn)不再支持用于支撐GSM，UMTS和CDMA2000網(wǎng)絡(luò)下語音傳輸?shù)碾娐方粨Q技術(shù)（Cirt Switched, CS），它只能進(jìn)行全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)下的分組交換（Packet Switching, PS）。隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的部署，運(yùn)營(yíng)商需使用以下三種方法之一解決LTE網(wǎng)絡(luò)中的語音傳輸問題。

VoLTE（Voice Over LTE，LTE網(wǎng)絡(luò)直傳）：該方案基于IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）網(wǎng)絡(luò)，配合GSMA在PRD IR.92中制定的在LTE控制和媒體層面的語音服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。使用該方案意味著語音將以數(shù)據(jù)流形式在LTE網(wǎng)絡(luò)中傳輸，所以無需調(diào)用傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)絡(luò)，舊網(wǎng)絡(luò)將無需保留。

CSFB（Cirt Switched Fallback，電路交換網(wǎng)絡(luò)支援）：該方案中的LTE網(wǎng)絡(luò)將只用于數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)有語音撥叫或呼入時(shí)，終端將使用原有電路交換網(wǎng)絡(luò)（例如3G UMTS），這種技術(shù)就叫CS Fallback。該方案只需運(yùn)營(yíng)商升級(jí)現(xiàn)有MSC核心網(wǎng)而無需建立IMS網(wǎng)絡(luò)，因此運(yùn)營(yíng)商可以較迅速地向市場(chǎng)推出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。也由于語音通話需要切換網(wǎng)絡(luò)才能使用的緣故，通話接通時(shí)間將被延長(zhǎng)。

SVLTE（Simultaneous Voice and LTE，LTE與語音網(wǎng)同步支持）：該方案使用可以同時(shí)支持LTE網(wǎng)絡(luò)和電路交換網(wǎng)絡(luò)的終端，使得運(yùn)營(yíng)商無需對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)作太多修改。但這同時(shí)意味著終端價(jià)格的昂貴和電力消耗的迅速。

運(yùn)營(yíng)商也可以直接在終端使用應(yīng)用程序去提供LTE語音服務(wù)。不過鑒于在當(dāng)前和可預(yù)見的未來中，語音服務(wù)收費(fèi)依然為運(yùn)營(yíng)商貢獻(xiàn)最多的利潤(rùn)，這種方案不太可能受到多數(shù)運(yùn)營(yíng)商的支持。  

大多主要的LTE支持者從一開始便首選和推廣VoLTE技術(shù)。但最初的LTE終端和核心網(wǎng)設(shè)備的相關(guān)軟件缺失導(dǎo)致部分運(yùn)營(yíng)商推廣VoLGA（Voice over LTE Generic Access，LTE網(wǎng)絡(luò)下的語音通用接入）以作為一種臨時(shí)解決方案。 該方案類似通用接入網(wǎng)絡(luò)（也被稱作非授權(quán)移動(dòng)接入），使用戶可使用個(gè)人網(wǎng)絡(luò)連接，如私人無線網(wǎng)，進(jìn)行語音通話。不過VoLGA未得到廣泛支持，因?yàn)楸M管VoLTE（IMS）需需要大量投資以升級(jí)全網(wǎng)語音基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，但他可提供更靈活的服務(wù)。 VoLTE將同樣需要單一無線語音呼叫連續(xù)性（Single Radio Voice Call Continuity，SRVCC）以確保在低網(wǎng)絡(luò)信號(hào)下可平滑轉(zhuǎn)換到3G網(wǎng)絡(luò)。

盡管全行業(yè)視VoLTE為未來的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前對(duì)語音通話的需求使得CSFB成為運(yùn)營(yíng)商的權(quán)宜之法。當(dāng)有通話呼入或呼出時(shí)，LTE手機(jī)將在整個(gè)通話期間使用原有的2G或3G網(wǎng)絡(luò)。

高清晰度語音

考慮到兼容性問題，3GPP要求至少支持AMR-NB編碼（窄帶）。不過VoLTE推薦使用AMR-WB語音編碼，也被稱作HD Voice。該編碼在3GPP標(biāo)準(zhǔn)族網(wǎng)絡(luò)下支持16KHz的采樣率。

全高清晰度語音

德國弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)集成電路研究所（Fraunhofer IIS）已經(jīng)提出并演示全高清晰度語音方案。該方案在手持終端采用AAC-ELD編碼（AAC加強(qiáng)低延遲規(guī)格：Advanced Audio Coding– Enhanced Low Delay，為AAC-LD的加強(qiáng)版本，并結(jié)合頻帶復(fù)制技術(shù)）。 以往的手持終端只能支持到3.5kHz的語音，即使是加入寬頻語音服務(wù)如“高清晰度語音”也只能支持到7kHz。而全高清晰度語音支持人耳可接受的全頻段音頻頻寬：20Hz到20kHz。不過在端到端通話時(shí)需要網(wǎng)絡(luò)及雙方通話終端均支持全高清晰度語音技術(shù)才可以啟用全高清晰度語音。

頻段

LTE網(wǎng)絡(luò)適用于相當(dāng)多的頻段，而不同地區(qū)選擇的頻段互不相同。北美網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃使用700/800和1700/1900MHz；歐洲網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃使用800，1800，2600MHz；亞洲網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃使用1800和2600MHz；澳洲網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃使用1800MHz。 所以在某國家使用正常的終端在另一國家的網(wǎng)絡(luò)中很可能無法使用，用戶需要使用支持多頻段的終端進(jìn)行國際漫游。

特別的是巴西政府正在同當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)商CPqD，正在測(cè)試一種特殊的LTE網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)因適應(yīng)當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)需求，需要建立在450MHz以下頻段。

專利

根據(jù)歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）知識(shí)產(chǎn)權(quán)庫，至2012年3月，有約50 家企業(yè)已宣布擁有LTE標(biāo)準(zhǔn)中的必要專利。 但是 ETSI 現(xiàn)階段并未確診這些聲明的正確性 ，導(dǎo)致“任何對(duì) LTE 的基礎(chǔ)專利性分析都應(yīng)該比 ETSI 的聲明更重要”。

全球各地已經(jīng)開始營(yíng)運(yùn)的 LTE

非洲

美洲

1700Mhz和2100Mhz的頻段已經(jīng)給予了 高級(jí)無線服務(wù) （ 英語 ： Advanced Wireless Services ） 所使用。

亞洲

歐洲

中東

大洋洲

參見

無線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比 （ 英語 ： Comparison of wireless data standards ）

多媒體廣播多播服務(wù) （ 英語 ： eMBMS ） – LTE增強(qiáng)型廣播多播服務(wù)。

E-UTRA– LTE無線連接網(wǎng)絡(luò)。

Flat IP （ 英語 ： Flat IP ） – 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)扁平IP架構(gòu)。

LTE Advanced– LTE的昇級(jí)版。

系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)– 是3GPP對(duì)于LTE無線通信標(biāo)準(zhǔn)的核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的升級(jí)計(jì)劃。

TD-LTE(LTE TDD) – 由上海貝爾、諾基亞西門子通信、大唐電信、華為技術(shù)、中興通訊、中國移動(dòng)、高通、ST-Ericsson等共同開發(fā)的一種可選的LTE標(biāo)準(zhǔn)。

超行動(dòng)寬頻– LTE曾經(jīng)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，從未進(jìn)行過商業(yè)化。

WiMAX– 同屬4G的規(guī)格。

HSPA+- 3GPP HSPA標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)版本。

Zadoff–Chu sequence （ 英語 ： Zadoff–Chu sequence ） （ Constant amplitude zero autocorrelation waveform （ 英語 ： Constant amplitude zero autocorrelation waveform ） ）

下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）

頻分多址（FDMA）

延伸閱讀

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白皮書及其他技術(shù)信息

LTE Technology Overview and Tutorial Series including Webinars and Video presentations

"The Long Term Evolution of 3G" on Ericsson Review, no. 2, 2005

LTE technology introduction

"3G Long-Term Evolution" by Dr. Erik Dahlman at Ericsson Research

"Long-Term 3G Evolution – Radio Access" by Dr. Stefan Parkvall at Ericsson Research

"3GPP Long-Term Evolution / System Architecture Evolution: Overview" by Ulrich Barth at Alcatel

The 3G Long-Term Evolution – Radio Interface Concepts and Performance Evaluation

LTE and the Evolution to 4G Wireless Design and Measurement Challenges – "LTE Security"

Role of Crypto in Mobile Communications "LTE Security"

LTE Uplink Interference Modeling

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