LTE无线网络

1.1.1 全球 LTE 发展

截至 2015 年 4 月，全球 LTE 商用网络已经达 393 张，覆盖 138 个国家。大部分运营商采用 FDD 模式，但 TDD 模式也在各地区持续发展，尤其是在中国。目前，54 家运营商在 34 个国家部署了 TD-LTE 网络，占比超 1/8，其中 16 家运营商同时部署了 TDD 和 FDD 网络。

全球 LTE 网络部署如图 1-1 所示。

图 1-1 全球 LTE 网络部署

LTE 网络的数量在快速增长，技术升级也在快速展开，以载波聚合为代表的 LTE-A 和以 HD 语音为代表的 VoLTE 正在蓬勃发展。116 家运营商（接近 30%）正在进行 LTE-A 的技术试验，重点投资于载波聚合（CA）技术。全球共有 64 家运营商在 39 个国家商用了 LTE-A 技术，占比 1/6。16 家运营商在 7 个国家推出了基于 VoLTE 的 HD 语音服务，这比 2014 年同期翻了一番。

在频谱方面，1800MHz（频段 3）是全球 LTE 部署最主要的频段。86 个国家的 176 张 LTE 网络部署于 1800MHz，约占总网络数的 45%，较 2014 年增加了 50%。同时，1 800MHz 的生态系统建设也最完善，43% 的 LTE 终端支持 1800MHz。排在第二位的频谱是 2.6GHz（频段 7），约 25% 的 LTE 网络部署于 2.6GHz。除了以上的高频段，在低于 1GHz 的低频段方面，800MHz（频段 20）是LTE 网络最青睐的频谱，约 20% 的网络部署于 800MHz。TDD 网络应用最广的频谱是 2.3GHz（频段 40）。

另外，已经有 10 家运营商在 700MHz（ATP700）频谱部署 LTE 网络。700MHz 频谱对于 LTE 来说至关重要，它在全球范围内都具有部署潜力。目前，42 个国家已分配、承诺或推荐在 700MHz 部署 LTE 网络。

1.1.2LTE 混合组网

2013 年年底，中国政府主管部门向三大运营商发放 TD-LTE 制式的 4G 网络运营牌照，由此揭开了中国 LTE/4G 产业快速发展的大幕。2014 年 6 月，中国电信及中国联通开展 TD-LTE/LTEFDD 混合组网试验的申请获批，在内地部分城市开展 LTE-FDD 与 TD-LTE 标准的融合组网试验，并提供相应的 4G 网络服务。2015 年 2 月 27 日，工业和信息化部向中国电信与中国联通发放了「LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务（LTEFDD）」经营许可，中国电信和中国联通获得了 TD-LTE 和 FDD-LTE 两张 4G 牌照，具备混合组网的商用条件。

LTE 混合组网包含 1 张共用的核心网和 TD-LTE、FDD-LTE 两种无线网络接入方式，可结合各区域覆盖、容量和质量的实际需求，以及频率情况灵活选择基站制式，两者相互补充和配合，共同实现网络深度和广度覆盖，并提升网络速率和容量。混合组网能够统筹发挥 TD-LTE 和 FDD-LTE 的技术优势，充分利用两者频率资源，两种制式间可以实现互操作及流量负载均衡等功能，共同为用户提供 4G 网络服务。

从企业发展来看，网络基础、频率资源和产业支撑能力等条件是决定 4G 网络发展的关键因素。中国电信、中国联通采取 LTE 混合组网模式，既可有效利用其现有网络资源，节约建设投资，又可充分发挥 TDD 频率资源的优势，提升 4G 网络服务水平。

1.2.1 3GPP 标准演进

在 3GPP（3rd Generation Partership Project，第三代合作伙伴计划）标准的演进过程中，GSM 网络是最早出现的数字移动通信技术，它基于 FDD 和 TDMA 技术来实现。由于 TDMA 的局限性，GSM 网络发展受到容量和服务质量方面的严峻挑战；从业务支持种类来看，虽然采用 GPRS/EDGE 引入了数据业务，但是由于采用的是 GSM 原有的空中接口，因此其带宽受到限制，无法满足数据业务多样性和实时性的需求。

随着技术标准发展，基于 CDMA 接入方式的 3G 网络标准进入人们的视线。CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）采用码分复用方式，它具有抗干扰能力强、频谱效率高等技术优势，所以 3G 网络标准中的 WCDMA、TD-SCDMA 和 CDMA2000都普遍采用了码分多址技术。

WCDMA 和 TD-SCDMA 早期标准为 R99，后来在 R4 版本中引入 IMS，R5 版本中引入 HSDPA，R6 版本中引入 HSUPA，R7 版本中引入 HSPA+，R8 版本则面向 LTE， CDMA 系列的演进经由 CDMA2000 到 CDMA1x 再到 UMB 的方向发展。

2004 年底，LTE 技术的标准化工作正式启动，并于 2007 年 11 月 27 家公司联署通过了 TDD-LTE 融合技术提案，同时，对 FDD-LTE 的进一步优化领域的提案也被会议所接受。2009 年 3 月 R8 版本发布，标志着 LTE 标准草案研究完成，进入实质研发阶段。R9 版本进一步提出了 LTE-advanced（LTE-A）的概念，于 2010 年 10 月正式成为 IMT-A 的主要技术之一，它是在 R8 版本基础上的演进和增强。R10 版本对其加以完善，是 LTE-A 的关键版本。移动通信协议的演进路径如图 1-2 所示。

在关键技术方面，LTE 采用 OFDM、MIMO 等物理层关键技术以及网络结构的调整获得性能提升。LTE-A 则引入了一些新的候选技术，如载波聚合技术、增强型多天线技术、无线网络编码技术和无线网络 MIMO 增强技术等，使性能指标获得更大改善。

在 LTE 自主产权研发上，TD-LTE 继承、扩展和增强了 TD-SCDMA 现有核心技术，同时也与 MIMO、OFDM 主流技术有机结合，奠定了 TD-SCDMA 后续演进技术标准的基础。目前我国主导的 TD-LTE-Advanced 技术已成为国际上二个 4G 主流标准之一，实现了移动通信技术从追赶到引领的跨越发展，成为世界上移动通信领域有重要话语权的国家。

1.2.2LTE 技术实现

LTE 作为 3G 网络的下一代演进技术，采用 OFDM 和 MIMO 作为其无线网络演进的唯一标准，改进并增强了 3G 网络的空中接入能力，被视作从 3G 网络向 4G 网络演进的主流技术。

3GPP 启动的 LTE 计划主要是满足低时延、低复杂度、低成本的要求，从而实现更高的用户容量、系统吞吐量和端到端的服务质量保证。其主要性能目标包括：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小于 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 1.25MHz 到 20MHz 多种带宽等。

因此在 LTE 的设计目标方面，3GPP 从「系统性能要求」「网络的部署场景」「网络架构」「业务支持能力」等方面对 LTE 进行了详细的描述，如表 1- 1 所示。

目前 LTE 继续向提升网络容量、增强业务能力、更灵活使用频谱等方向发展。已通过的议题包括 LTE 许可频谱辅助接入（LAA）、3D-MIMO 传输技术、低成本低功耗广覆盖物联网优化、LTE 和 UTRAN 室内定位等技术的研究和标准化工作。