LTE-SAE体系结构及性能剖析(2)

　　LTE接入技术

　　在仔细研究了各种不同的接入技术之后，3GPP选择了OFDM(正交频分复用)技术作为下行方向的接入技术，并选择了SC-FDMA(单载波频分多址)技术作为上行方向的接入技术。这两项技术不仅能够实现频谱灵活性，同时也能满足有关吞吐量和频谱效率的苛刻指标。

　　本质而言，LTE物理层只为其上的网络层提供共享信道，使用的是一个1毫秒的传输时间间隔(TTI)。与HSPA中所采用的方法类似，LTE必须采用速率自适应和具有软合并功能的混合自动重传请求(HARQ)迅速适应各种信道变化，而采用OFDM和SC-FDMA技术可以探测到频率和时间域内的变化。LTE物理层中的子载波间距为15kHz。

　　无线接口协议的体系结构基于HSPA的体系结构。协议的名称相同，而且功能也相似。不同之处在于LTE和HSPA所采用的多址技术不同，还有就是LTE是一个全分组系统(也就是说，没有必要支持传统的电路交换域)。图2显示了无线接口协议的体系结构。请注意：除了非接入层(NAS)协议之外，所有无线接口协议都终接于网络侧的eNodeB。

　　PDCP(分组数据融合协议)负责处理无线接口的报头压缩和安全功能。RLC(无线链路控制)协议主要负责确保数据的无损耗传输。MAC(媒体接入控制)协议负责处理上下行调度和HARQ信令。

　　与此类似，RRC(无线资源控制)协议负责处理无线承载的建立、激活模式的移动性管理以及系统信息的广播，而NAS协议负责处理空闲模式的移动性管理和业务建立。

　　图2 无线接口协议的体系结构 – 控制平面和用户平面

　　User plane:用户平面

　　Control：控制平面

　　LTE-SAE network：LTE-SAE网络

　　LTE性能评估

　　在对LTE的接入性能进行全面评估后，3GPP得出的结论是：LTE接入技术不仅能够满足所规定的要求，而且能实现所期望的频谱灵活性。目前已经进行了很多系统级和链路级的性能模拟试验。下面列出了模拟试验所达到的频谱效率和用户吞吐量。

　　频谱效率为：当站间距离(ISD)为500米时，下行方向1.7-2.7bps/Hz/小区，上行方向0.7bps/Hz/小区。

　　小区边缘用户吞吐量为：当使用10个用户进行模拟而且每个小区的缓存都满载时，下行方向0.18-0.28bps/Hz/小区，上行方向0.022-0.05bps/Hz/小区。

　　我们从图3所示的峰值速率可以看出，LTE满足并超过了下行100Mbps和上行50Mbps的目标。实际上，如果分配20MHz的频谱，LTE的下行速率可超过325Mbps，上行速率可超过80Mbps。

　　往返时间(RTT)约为7毫秒，单向时延为3.5毫秒，HARQ RTT为5毫秒。

　　图3 不同频谱分配情况下的LTE峰值比特率

　　Peak data rate:峰值数据速率

　　Uplink：上行

　　Downlink：下行

　　Bandwidth：带宽

　　操作与维护

　　对LTE-SAE的一个重要要求是能够降低运营支出。自我管理在实现这一目标方面扮演了一个关键角色。例如，自我配置功能有助于方便快速地安装、集成和部署基站(包括无线接入网的初期建设)，减少准备工作量以及与运营商的交流工作量，从而降低成本，提升LTE-SAE网络的初期部署速度。同样，自我优化功能可减少调整和维护LTE-SAE网络的工作量，这些功能包括：自动优化相邻小区和自动调整用于控制切换以及其它无线资源管理算法的参数。

　　终端与设备

　　LTE从一开始就被设计用于支持小型、高性能、高能效的最终用户设备。除了手机和笔记本电脑之外，LTE还将支持多种设备：

　　对上下行速率有着极高要求的设备，如电视机和摄像机

　　对时延有着极高要求的设备，如网络游戏机。

　　LTE-SAE的产品实现

　　目前全球主流厂家正在正在加紧开发LTE-SAE产品。

　　无线接入产品

　　领先的厂家通常把LTE和HSPA产品将基于相同的软硬件体系结构，首批产品将支持多个频段以及FDD和TDD。

　　通过使用插件，运营商可以将LTE添加到现有的基站中，使它们支持双模式和双频段。在这个场景中，运营支撑系统(OSS)将支持网络迁移和无缝管理。易用特性包括：即插即用型基站、自动调试、关键性能指标(KPI)的自动报告功能。

　　此外还将开发独立、高性能的宏基站和微型基站产品。“主用单元-远程单元”的理念将有助于在空间有限和很难获得合适空间的站点部署新设备。

　　例如，在今年的巴塞罗那“2008全球移动大会”上，爱立信公布了其下一代无线基站RBS 6000系列产品。该节能型的站点解决方案提供了市场上最小的宏基站，而且同时支持GSM/EDGE、WCDMA/HSPA和LTE等多种技术。该产品实现了开发一个真正多标准的解决方案的长远目标，而且为客户提供一个无缝、集成和环保的解决方案。

　　核心网产品

　　先进的所有适用核心网产品未来都应该支持SAE功能。基于演进后的核心网产品的网关功能将支持LTE业务，为GSM和WCDMA/HSPA系统提供GGSN功能，并提供对移动IP的支持。MME功能即可以用作一个独立的LTE移动服务器节点，也可以与GSM和WCDMA/HSPA系统的SGSN功能结合使用。此外， HSS和策略控制器(Policy Controller)也将支持SAE功能。结果就是一个支持所有接入技术的通用核心网。

　　移动平台、宽带模块和固定无线终端产品

　　LTE移动平台再次采用了被实践证明非常成功的WCDMA移动平台的体系结构，因此可确保稳定性、缩短产品的上市时间、并降低成本。例如，终端设备厂商将会看到，EMP的LTE移动平台使用了与WCDMA移动平台相同的软件界面。

　　对首款商用芯片组针对数据业务进行了优化，设计用于紧凑型的移动电子设备，如手机、笔记本电脑的宽带模块、电视机、摄像机和固定无线终端设备等。

　　LTE芯片组的关键特性包括：上下行速率分别为100Mbps和50Mbps、多种带宽、支持4个频段。

　　将LTE、GSM和WCDMA/HSPA集成到LTE移动平台上将可确保LTE受益于WCDMA的规模经济。因此，LTE从诞生之日起就能实现全国覆盖和全球漫游。