概要

  一款由三星电子替北欧TeliaSonera电信定制的LTE上网卡

LTE是无线数据通信技术标准。LTE的当前目标是借助新技术和调制方法提升无线网络的数据传输能力和数据传输速度，如新的数字信号处理（DSP）技术，这些技术大多于千禧年前后提出。LTE的远期目标是简化和重新设计网络体系结构，使其成为IP化网络，这有助于减少3G转换中的潜在不良因素。因为LTE的接口与2G和3G网络互不兼容，所以LTE需同原有网络分频段运营。

LTE最早由NTT DoCoMo在2004年于日本提出，该标准在2005年开始正式进行广泛讨论 在。2007年3月，LTE/系统架构演进测试联盟（the LTE/SAE Trial Initiative，LSTI）成立。作为供应商和运营商全球性合作的产物，LSTI致力于检验并促进LTE这一新标准在全球范围的快速普及 。该标准于2008年12月定案。世界第一张商用LTE网络于2009年12月14日，由TeliaSonera在奥斯陆和瑞典斯德哥尔摩提供数据连接服务，该服务须使用上网卡。2011年，北美运营商开始LTE商用。MetroPCS在2011年2月10日推出的三星Galaxy Indulge，该手机成为全球首款商用LTE手机 。随后Verizon于3月17日推出全球第二款LTE手机HTC ThunderBolt 。CDMA运营商本计划升级网络到CDMA的演进版本UMB，但由于高通放弃UMB系统的研发，使得全球主要的CDMA运营商（如美国的Verizon无线、Sprint Nextel和MetroPCS，加拿大的Bell移动和Telus移动，日本的KDDI，韩国的SK电讯，中国的中国电信）均宣布将升级至LTE网络，或是升级至WiMAX（俄罗斯与韩国）。LTE Advanced是LTE的下一代网络，该标准于2011年3月定稿 并有希望于2013年开始推出提供服务。

LTE网络有能力提供300Mbit/s的下载速率和75 Mbit/s的上传速率。在E-UTRA环境下可借助QOS技术实现低于5ms的延迟。LTE可提供高速移动中的通信需求，支持多播和广播流。LTE频段扩展度好，支持1.4MHz至20MHz的频双分工和时双分工频段。全IP基础网络结构，也被称作核心分组网演进，将替代原先的GPRS核心分组网，可向原先较旧的网络如GSM、UMTS和CDMA2000提供语音数据的无缝切换。 简化的基础网络结构可为运营商节约网路运营开支。举例来说，E-UTRA可以提供四倍于HSPA的网络容量。

特性

LTE中的很多标准接手于3G UMTS的更新并最后成为4G移动通信技术。其中简化网络结构成为其中的工作重点。需要将原有的UMTS下电路交换+分组交换结合网络简化为全IP扁平化基础网络架构。E-UTRA是LTE的空中接口，他的主要特性有：

峰值下载速度可高达299.6Mbit/s，峰值上传速度可高达75.4Mbit/s。该速度需配合E-UTRA技术，4x4天线和20MHz频段实现。根据终端需求不同，从重点支持语音通信到支持达到网络峰值的高速数据连接，终端共被分为五类。全部终端将拥有处理20MHz带宽的能力。

低网络延迟（在最优状况下小IP数据包可拥有低于5ms的延迟），相比原无线连接技术拥有较短的交接和建立连接准备时间。

加强移动状态连接的支持，如可接受终端在不同的频段下以高至350km/h或500km/h的移动速度下使用网络服务。

下载使用OFDMA, 上载使用SC-FDMA以节省电力。下行资源包括频率资源、时间资源和空间资源，即既有频分复用，又有时分复用，又有空分复用。ETSI TS 136 211规范定义了Resource Block资源块（LTE下行链路）是下行链路上可以分配给一个用户的最小资源单位。一个资源块包括12个子载波且持续一个时隙的时间；一个时隙持续0.5毫秒，包含了7个OFDM符号（symbol）；而每个OFDM符号（symbol）占据了12个子载波的频率资源。

支持频分双工（FDD）和时分双工（TDD）通信，并接受使用同样无线连接技术的时分半双工通信。

支持所有频段所列出频段。这些频段已被被国际电信联盟无线电通信组用于IMT-2000规范中。

增加频宽灵活性，1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz频点带宽均可应用于网络。而W-CDMA对5MHz支持导致该技术在大面积铺开时会出现问题，因为旧有标准如2G GSM和cdmaOne同样使用该频点带宽。

支持从覆盖数十米的毫微微级基站（如家庭基站和Picocell微型基站）至覆盖100公里的Macrocell宏蜂窝基站。较低的频段被用于提供郊区网络覆盖，基站信号在5公里的覆盖范围内可提供完美服务，在30公里内可提供高质的网络服务，并可提供100公里内的可接受的网络服务。在城市地区，更高的频段（如欧洲的2.6GHz）可被用于提供高速移动宽。在该频段下基站覆盖面积将可能等于或低于1公里。

支持至少200个活跃连接同时连入单一5MHz频点带宽。

简化的网络结构：E-UTRA网络仅由eNodeB组成。

可以交互操作已有通信标准（如GSM/EDGE,UMTS和CDMA2000）并可与他们共存。用户可以在拥有LTE信号的地区进行通话和数据传输，在LTE未覆盖区域可直接切换至GSM/EDGE或基于W-CDMA的UMTS甚至是3GPP2下的cdmaOne和CDMA2000网络。

支持分组交换无线接口

支持群播/广播单频网络（MBSFN: Multicast/Broadcast Single-frequency Network）。这一特性可以使用LTE网络提供诸如移动电视等服务，是DVB-H广播的竞争者。

语音通话

LTE标准不再支持用于支撑GSM，UMTS和CDMA2000网络下语音传输的电路交换技术（Cirt Switched, CS），它只能进行全IP网络下的分组交换（Packet Switching, PS）。随着LTE网络的部署，运营商需使用以下三种方法之一解决LTE网络中的语音传输问题。

VoLTE（Voice Over LTE，LTE网络直传）：该方案基于IP多媒体子系统（IMS）网络，配合GSMA在PRD IR.92中制定的在LTE控制和媒体层面的语音服务标准。使用该方案意味着语音将以数据流形式在LTE网络中传输，所以无需调用传统电路交换网络，旧网络将无需保留。

CSFB（Cirt Switched Fallback，电路交换网络支援）：该方案中的LTE网络将只用于数据传输，当有语音拨叫或呼入时，终端将使用原有电路交换网络（例如3G UMTS），这种技术就叫CS Fallback。该方案只需运营商升级现有MSC核心网而无需建立IMS网络，因此运营商可以较迅速地向市场推出网络服务。也由于语音通话需要切换网络才能使用的缘故，通话接通时间将被延长。

SVLTE（Simultaneous Voice and LTE，LTE与语音网同步支持）：该方案使用可以同时支持LTE网络和电路交换网络的终端，使得运营商无需对当前网络作太多修改。但这同时意味着终端价格的昂贵和电力消耗的迅速。

运营商也可以直接在终端使用应用程序去提供LTE语音服务。不过鉴于在当前和可预见的未来中，语音服务收费依然为运营商贡献最多的利润，这种方案不太可能受到多数运营商的支持。  

大多主要的LTE支持者从一开始便首选和推广VoLTE技术。但最初的LTE终端和核心网设备的相关软件缺失导致部分运营商推广VoLGA（Voice over LTE Generic Access，LTE网络下的语音通用接入）以作为一种临时解决方案。 该方案类似通用接入网络（也被称作非授权移动接入），使用户可使用个人网络连接，如私人无线网，进行语音通话。不过VoLGA未得到广泛支持，因为尽管VoLTE（IMS）需需要大量投资以升级全网语音基础网络，但他可提供更灵活的服务。 VoLTE将同样需要单一无线语音呼叫连续性（Single Radio Voice Call Continuity，SRVCC）以确保在低网络信号下可平滑转换到3G网络。

尽管全行业视VoLTE为未来的标准，当前对语音通话的需求使得CSFB成为运营商的权宜之法。当有通话呼入或呼出时，LTE手机将在整个通话期间使用原有的2G或3G网络。

高清晰度语音

考虑到兼容性问题，3GPP要求至少支持AMR-NB编码（窄带）。不过VoLTE推荐使用AMR-WB语音编码，也被称作HD Voice。该编码在3GPP标准族网络下支持16KHz的采样率。

全高清晰度语音

德国弗劳恩霍夫协会集成电路研究所（Fraunhofer IIS）已经提出并演示全高清晰度语音方案。该方案在手持终端采用AAC-ELD编码（AAC加强低延迟规格：Advanced Audio Coding– Enhanced Low Delay，为AAC-LD的加强版本，并结合频带复制技术）。 以往的手持终端只能支持到3.5kHz的语音，即使是加入宽频语音服务如“高清晰度语音”也只能支持到7kHz。而全高清晰度语音支持人耳可接受的全频段音频频宽：20Hz到20kHz。不过在端到端通话时需要网络及双方通话终端均支持全高清晰度语音技术才可以启用全高清晰度语音。

频段

LTE网络适用于相当多的频段，而不同地区选择的频段互不相同。北美网络计划使用700/800和1700/1900MHz；欧洲网络计划使用800，1800，2600MHz；亚洲网络计划使用1800和2600MHz；澳洲网络计划使用1800MHz。 所以在某国家使用正常的终端在另一国家的网络中很可能无法使用，用户需要使用支持多频段的终端进行国际漫游。

特别的是巴西政府正在同当地运营商CPqD，正在测试一种特殊的LTE网络。该网络因适应当地市场需求，需要建立在450MHz以下频段。

专利

根据欧洲电信标准协会（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）知识产权库，至2012年3月，有约50 家企业已宣布拥有LTE标准中的必要专利。 但是 ETSI 现阶段并未确诊这些声明的正确性 ，导致“任何对 LTE 的基础专利性分析都应该比 ETSI 的声明更重要”。

全球各地已经开始营运的 LTE

非洲

美洲

1700Mhz和2100Mhz的频段已经给予了 高级无线服务 （ 英语 ： Advanced Wireless Services ） 所使用。

亚洲

欧洲

中东

大洋洲

参见

无线数据标准的对比 （ 英语 ： Comparison of wireless data standards ）

多媒体广播多播服务 （ 英语 ： eMBMS ） – LTE增强型广播多播服务。

E-UTRA– LTE无线连接网络。

Flat IP （ 英语 ： Flat IP ） – 移动网络扁平IP架构。

LTE Advanced– LTE的昇级版。

系统架构演进– 是3GPP对于LTE无线通信标准的核心网络架构的升级计划。

TD-LTE(LTE TDD) – 由上海贝尔、诺基亚西门子通信、大唐电信、华为技术、中兴通讯、中国移动、高通、ST-Ericsson等共同开发的一种可选的LTE标准。

超行动宽频– LTE曾经的竞争对手，从未进行过商业化。

WiMAX– 同属4G的规格。

HSPA+- 3GPP HSPA标准的增强版本。

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

下一代网络（NGN）

频分多址（FDMA）

延伸阅读

Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Sköld "4G – LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband", Academic Press, 2011, ISBN 978-0-12-385489-6

Stefania Sesia, Issam Toufik, and Matthew Baker, "LTE – The UMTS Long Term Evolution – From Theory to Practice", Second Edition including Release 10 for LTE-Advanced, John Wiley & Sons, 2011, ISBN 978-0-470-66025-6

Chris Johnson, "LTE in BULLETS", CreateSpace, 2010, ISBN 978-1-4528-3464-1

Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Sköld, Per Beming, "3G Evolution – HSPA and LTE for Mobile Broadband", 2nd edition, Academic Press, 2008, ISBN 978-0-12-374538-5

Borko Furht, Syed A. Ahson, "Long Term Evolution: 3GPP LTE Radio And Cellular Technology", Crc Press, 2009, ISBN 978-1-4200-7210-5

F. Khan, "LTE for 4G Mobile Broadband – Air Interface Technologies and Performance", Cambridge University Press, 2009

Mustafa Ergen, "Mobile Broadband – Including WiMAX and LTE", Springer, NY, 2009

H. Ekström, A. Furuskär, J. Karlsson, M. Meyer, S. Parkvall, J. Torsner, and M. Wahlqvist, "Technical Solutions for the 3G Long-Term Evolution," IEEE Commun. Mag. , vol. 44, no. 3, March 2006, pp. 38–45

E. Dahlman, H. Ekström, A. Furuskär, Y. Jading, J. Karlsson, M. Lundevall, and S. Parkvall, "The 3G Long-Term Evolution – Radio Interface Concepts and Performance Evaluation," IEEE Vehicular Technology Conference (VTC) 2006 Spring , Melbourne, Australia, May 2006

K. Fazel and S. Kaiser, Multi-Carrier and Spread Spectrum Systems: From OFDM and MC-CDMA to LTE and WiMAX , 2nd Edition, John Wiley & Sons, 2008, ISBN 978-0-470-99821-2

Agilent Technologies, "LTE and the Evolution to 4G Wireless: Design and Measurement Challenges", John Wiley & Sons, 2009 ISBN 978-0-470-68261-6

Sajal Kumar Das, John Wiley & Sons (April 2010): "Mobile Handset Design", ISBN 978-0-470-82467-2 .

Beaver, Paul, "What is TD-LTE?", RF&Microwave Designline, September 2011.

Samuel C. Yang, "OFDMA System Analysis and Design", Artech House, 2010, ISBN 978-1-60807-076-3

白皮书及其他技术信息

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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