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什么是4G和LTE？與以往的技術有什么區(qū)別
2013-06-04


認識4G


要學習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，其網(wǎng)絡結(jié)構將是一個采用全IP的網(wǎng)絡結(jié)構。4G網(wǎng)絡采用許多關鍵技術來支撐，包括：正交頻率復用技術（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM），多載波調(diào)制技術，自適應調(diào)制和編碼（Adaptive Modulation and Coding，AMC）技術，MIMO和智能天線技術，基于IP的核心網(wǎng)，軟件無線電技術以及網(wǎng)絡優(yōu)化和安全性等。另外，為了與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡互聯(lián)需要用網(wǎng)關建立網(wǎng)絡的互聯(lián)，所以4G將是一個復雜的多協(xié)議網(wǎng)絡。

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，無線頻譜的利用比第二代和第三代系統(tǒng)有效得多，而且速度相當快，下載速率可達到5Mbps~10Mbps；

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

◆容量更大：4G將采用新的網(wǎng)絡技術（如空分多址技術等）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，可自適應地進行資源分配，采用智能信號處理技術對信道條件不同的各種復雜環(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)絡的無線多媒體通信服務將包括語音、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)應具備全球漫游，接口開放，能跟多種網(wǎng)絡互聯(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研發(fā)項目，這種以OFDM/FDMA為核心的技術可以被看作“準4G”技術或3.9G。3GPP LTE項目的主要性能目標包括：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；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。與3G采用的CDMA技術不同，LTE以OFDM（正交頻分多址）和MIMO（多輸入多輸出天線）技術為基礎，頻譜效率是3G增強技術的2～3倍。LTE包括FDD和TDD兩種制式。LTE的增強技術（LTE-Advanced）是國際電聯(lián)認可的第四代移動通信標準。
正因為LTE技術的整體設計都非常適合承載移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，因此運營商都非常關注LTE，并已成為全球運營商網(wǎng)絡演進的主流技術。


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，在移動通信技術使用的雙工技術之一，與FDD相對應。

　　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）是該技術支援的兩種雙工模式之一，應用FDD（頻分雙工）式的LTE即為FDD-LTE。由于無線技術的差異、使用頻段的不同以及各個廠家的利益等因素，FDD-LTE的標準化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領先于TDD-LTE。FDD-LTE已成為當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標準。


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)務時，能充分利用上下行的頻譜，但在支持非對稱業(yè)務時，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；
（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，只需要一個開關即可，降低了設備的復雜度；
（5）具有上下行信道互惠性，能夠更好的采用傳輸預處理技術，如預RAKE 技術、聯(lián)合傳輸(JT)技術、智能天線技術等, 能有效地降低移動終端的處理復雜性。

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技術在LTE應用上的優(yōu)劣


（1）使用TDD技術時，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，一般的上下行頻率間隔遠遠大于信道相干帶寬，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技術可以靈活的設置上行和下行轉(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。但是，這種轉(zhuǎn)換時刻的設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技術不需要收發(fā)隔離器，只需要一個開關即可。
（5）移動臺移動速度受限制。在高速移動時，多普勒效應會導致快衰落，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上，當數(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。當然同時也需要更加復雜的網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化技術。

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，標準化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領先于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LTE網(wǎng)絡。67個國家的156個電信運營商已商用LTE網(wǎng)絡。其中商用的TDD網(wǎng)絡共有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。
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。