为了应对宽带接入技术的挑战，同时为满足新型业务需求，国际标准化组织3 GPP在2004年底启动了其长期演进(LTE)技术的标准化工作。希望达到以下几个主要目标：

  3GPP LTE的标准化进程安排如下：2004年12月份到2006年6月为研究阶段；2006年6月到2007年6月为工作阶段，完成3GPP LTE的标准化工作。但由于一些问题没解决，研究阶段推迟到2006年9月才结束。从3GPP LTE的标准化进程来看，其初衷为第3代移动通信系统的演进，但由于其他技术的竞争，业务的需求和运营商的压力，其标准化进程实质为一场技术革命过程。与第3

  代移动通信系统相比，3GPP LTE物理层(层1)在传输技术[1]、空中接口协议结构层(层2)和网络结构[2]等方面都发生了革命性的变化。

  3GPP LTE是一个高数据率、低时延和基于全分组的移动通信系统，具体目标[3]主要包括：

  提高小区边缘传输速率，改善用户在小区边缘的体验，增强3GPP LTE系统的覆盖性能，主要是通过频分多址和小区间干扰抑制技术实现。

  在数据率和频谱利用率方面，实现下行峰值速率100 Mb/s，上行峰值速率5 0 Mb/s；频谱利用率为HSPA的2～4倍，用户平均吞吐量为HSPA的2～4倍。为保证3GPP LTE系统在频谱利用率方面的技术优势，主要是通过多天线技术、自适应调制与编码和基于信道质量的频率选择性调度实现。

  提供低时延，使用户平面内部单向传输时延低于5 ms，控制平面从睡眠状态到激活状态的迁移时间低于50 ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于1 00 ms，以增强对实时业务的支持。

  进一步增强对多媒体广播和多播业务的支持，满足广播业务、多播业务和单播业务融合的需求，主要是通过物理层帧结构、层2的信道结构和高层的无线)全分组的包交换

  取消电路交换，采用基于全分组的包交换，来提升系统频谱利用率。对I P语音(VoIP)业务的支持与低时延目标的实现导致调度和层1、层2间信令设计的困难。

  本文将分别从物理层的传输技术、层2协议结构和网络结构，阐述3GPP LT E怎么来实现以上目标。

  下行的多址方式为正交频分多址(OFDMA)，上行为基于正交频分复用(OFDM)传输技术的单载波频分多址(SC-FDMA)，SC-FDMA为单载波传输技术，其特点为低峰均比，子载波间隔为15 kHz。这两种技术都能较好地支持频率选择性调度。

  上下行帧长都为10 ms，分成20个时隙，10个子帧，最小物理资源块为18 0 kHz。下行为了同时支持广播业务和单播业务，设计长循环前缀(CP)和短CP

  两种类型。短CP时每子帧由7个OFDM符号组成，短CP的子帧主要支持单播业务。长CP时每子帧由6个OFDM符号组成，长CP的维持的时间为16.67 ms，长C P的子帧结构支持多播业务，实现单频组网，获得多小区传输合并增益。上行每个子帧由8个OFDM符号组成，其中2个短OFDM符号，6个长OFDM符号。短OF DM符号大多数都用在导频信号传输，长OFDM符号大多数都用在数据传输。同时为了与时分双工(TDD)系统共存，又分别为低码速率时分双工(LCR-TDD)和高码速率时分双工(HCR-TDD)设计了相应的帧结构。

  采用小区间干扰控制技术的目的为提高用户在小区边缘的信息传输速率。主要的多小区干扰补偿技术有：干扰随机化技术、干扰抵消技术和多小区干扰协调技术。3GPP LTE标准化的前期研究重点为下行频分双工(FDD)系统中的多小区干扰协调技术，多小区干扰协调技术对频谱资源和发射功率进行限制。中心用户都能够使用全部资源块，但只能以低功率使用部分资源块；边界用户以全功率使用部分资源块，来提升用户在小区边缘的信干噪比，增加小区覆盖率。而FDD上行的多小区干扰控制主要是通过功率控制技术实现，频率复用因子为1。

  目前下行单用户多天线倾向于无层间打乱，主要采取基于酉矩阵的预编码技术，终端的反馈为酉矩阵的指数，其他一些技术还要进一步研究；下行多用户多天线倾向于终端的反馈基于酉矩阵，但基站的预编码矩阵不一定为酉矩阵；上行发射分集主要是依据功放的要求做评估和选择。

  小区搜索的设计大多分布在在同步信道的设计和小区序列的设计上。考虑到小区搜索的复杂性，LTE倾向采用主同步信道进行小区同步，辅同步信道进行小区标识(ID)的检测。在主同步信道采用公共的导频序列，而在辅同步信道上各小区采用不一样的导频序列。其中在小区导频序列的设计中，序列必须兼顾性能和复杂度要求。目前可供参考的码类型有PN、ZadeOff-chu、Frank等。

  随机接入中大致上可以分为非同步的随机接入和同步的随机接入。在非同步的随机接入中，为了更好的提高基站对用户接入的控制效率，倾向于在用户的签名序列中隐含用户的消息比特，比如用户的接入目的，用户的信道质量指示(CQI)等。用户的签名序列采用Zadoff-Chu码经过循环移位的扩展的Zadoff-Chu序列的零相关区域(ZC-ZCZ)码。在小区覆盖大小的考虑上，对于大区的覆盖讨论集中在采用更长的码还是简单的短码重复。最后从复杂度和对频偏的抵抗性考虑，LTE倾向采用后者的方案。

  对于同步的随机接入，目前的讨论还不是很多。从功能上而言，许多公司都提议要取消同步随机接入的信道。因为用户的资源请求能够最终靠很多的传输方式递交给基站，所以没有必要单独设计一个同步的随机接入信道供同步的用户发送资源请求。

  3G的网络由基站(NB)、无线网络控制器(RNC)、服务通用分组无线业务支持节点(SGSN)和网关通用分组无线业务支持节点(GGSN)4个网络节点组成。RNC的基本功能为无线资源管理，网络相关功能、无线资源控制(RRC)的维护和运行，网管系统的接口等。RNC的主要

  缺点为与空中接口相关的许多功能都在RNC中，导致资源分配和业务不能适配信道，协议结构过于复杂，不利于系统优化。在2006年3月的全会上，决定3GPP LTE网络由E-UTRAN 基站(eNB)和接入网关(AGW)组成，网络结构扁平化。eNB的基本功能为：在附着状态选择AGW；寻呼信息和广播信息的发送；无线资源的动态分配，包括多小区无线资源管理；设置和提供eNB的测量；无线承载的控制；无线接纳控制；在激活状态的连接移动性控制。网络结构和功能划分如图1所示，其中eNB与AGW之间的接口为S1接口，eNB与eNB 之间的接口为X2接口。与空中接口相关的功能都被集中在eNB，无线链路控制(RLC)和媒体访问控制(MAC)都处于同一个网络节点，从而能够进行联合优化和设计。

  随着宽带无线接入概念的出现，WiFi和WiMAX等无线接入方案迅猛发展。相比之下WCDMA/HSDPA/HSUPA虽然在支持移动性和QoS方面有较大优势，但空中接口和网络结构过于复杂，无线频谱利用率和传输时延等能力方面明显落后。另一方面OFDM技术为核心的新一代技术逐渐成熟，接入速率提升到了100 Mbit/ s的范畴，相形之下2 Mbit/s的WCDMA R99传输速率、14.4 Mbit/s R5 HSDPA 的峰值速率已经没办法满足需求。为此，3GPP在2004年底经过认真的讨论决定采用过去为B3G或4G发展的技术来使用3G频段，以便于占有宽带无线接入市场，并制定了长期演化计划LTE（Long Term Evolution）。

  除了对无线GPP还要进行系统架构方面的演进工作，并将其定义为SAE（System Architecture Evolution）。因此整个计划按照结构划分也可以分为两个部分：无线侧（即我们一般所指的LTE）和网络侧（系统架构演进SAE）。无线侧工作目标主要包括以下几个方面：频谱利用率，用户吞吐量，时延上的性能提高；无线网络简化；对基于分组业务MBMS，IMS的有效支持。网络侧工作目标主要包括以下几个方面：时延，容量，吞吐量的性能；核心网简化；基于IP业务和服务的优化；对非3GPP接入技术的支持和切换的简化。

  3GPP为此规划了清晰的技术发展路线，还根据工作进程制定了明确的时间表。3GPP组织的工作，基本可以分为两个阶段：2005年3月到2006年6月为S I（Study Item）阶段，主要完成目标需求的定义，明确LTE的概念，完成可行性研究报告；2006年6月到2007年6月为WI（Work Item）阶段，完成核心技术的规范工作，同时LTE相配合的SAE项目SI也开始进行。在2007年中期完成相关标准制定（3GPP R7），在2008年或2009年推出商用产品。目前，对LTE 的物理层技术已有了较多文献（鉴于于文件较多，参考文献中未全部列出）的介绍，因此下面主要介绍的是关于LTE项目部分的网络结构和与之相关的接口高层

  第一阶段（SI阶段）延长到2006年9月份才结束，截止到9月已完成包括物理层接入方案、信道结构的研究、RAN-CN功能调整和优化、无线接口协议的体系结构、信令的流程与终端移动性、演进的MIMO机制、宏分集与射频部分、状态与状态转移问题等方面的研究，形成3GPP LTE的可行性研究报告。

  第二阶段（WI阶段）从2006年9月开始，预计到2007年6月，完成核心的技术规范撰写工作。在2007年年中完成相关标准制定工作后，预计在2008

  3GPP LTE在接入网体系结构方面，设计的主要目标是满足低时延、低复杂度、低成本的要求，从而提供更高的用户容量、系统吞吐量和端到端的服务质量保证。考虑到最终将要实现所有业务通过分组域传输，如何保证各种分组业务、特别是实时性要求较高的分组业务的服务质量，原有的网络结构显然已不足以满足要求，需要进行调整与演进。

  在R6版本中。基站为终端进行空中接口L1层处理（如信道编解码、速率匹配，扩频等），同时负责网络流量的控制与管理和无线资源管理（如功率控制）。无线网络控制器（RNC）则负责对拥有和控制他辖域内的无线资源，包括管理所属小区的负荷控制和拥塞控制，这些小区中待建的新的无线连接进行接纳控制和码字分配，执行系统信息广播与系统接入控制功能，以及切换等移动性管理，宏分集合并等无线资源管理和控制功能。SGSN（GPRS服务支持节点）负责管理分组交换数据流量的控制和管理。SGSN通过Iu_PS接口与UTRAN相连，通过Gn/G p接口与GGSN相连，主要提供PS域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密功能。GGSN（GPRS网关支持节点）负责与核心网的连接，是PS域的功能结点，通过Gn/Gp接口与SGSN相连，通过Gi接口与外部网络相连，提供数据包在移动网和外部数据网络之间的路由和封装。主要功能能是同外部IP分组网络的功能接口，GGSN需要提供UE接入网外部分组网络的关口功能，从外部网的观点来看，GGSN就好像是可寻址移动网络中所有用户的IP的路由器，需要同外部网络交换路由信息，也可以说GGSN是移动网与外部网之间的网关。

  要网元演进而来，eNodeB之间通过X2接口采用网格（mesh）方式互连，同时还建议当eNodeB需要同其它eNodeB通信时这个接口总是存在的，例如对支持对处于LTE_ACTIVE状态下手机的切换。同时E-Node B与AGW之间的接口称为S1接口。eNodeB通过S1接口与EPC（Evolved Packet Core）连接。S1接口支持多对多的AGWs和eNodeB连接关系。

  这种结构类似于典型的IP宽带网络结构，采用两层扁平网络架构，支持IM S、VoIP、SIP、Mobile IP等各种先进技术。通过与R6版本的直观比较可以看出LTE网络结构极大降低了系统复杂性，系统内部相应的交互操作随之减少，系统时延可以明显降低。

  E-UTRAN与UTRAN相比，去掉了RNC，而只是由若干个eNodeB组成。eNode B提供E-UTRA的用户平面（RLC/MAC/PHY）和用户平面（RRC）协议。RNC功能被分散到了演进的Node B（E-Node B）和接入网关（AGW）中。而AGW因为包含了原SGSN功能，还是归属为SAE的边界节点，只不过与E-UTRA相关的部分用户面和控制面的功能在LTE中定义。

  E-UTRAN结构中，eNodeB是在NodeB原有功能基础上，增加了RNC的物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、移动性管理和相邻小区无线资源管理等功能，提供相当于原来的RLC/MAC/PHY以及RRC层的功能。具体包括：UE 附着时的AGW选择，调度和传输寻呼信息，调度和传输BCCH信息，上下行资源动态分配，RB控制、无线资源准入控制，LTE_ACTIVE时的移动性管理。

  AGW承担的功能则包括：发起寻呼，LTE_IDLE态UE信息管理，移动性管理，用户面加密处理，PDCP（分组数据的包头压缩），SAE承载控制，NAS信令的加密和完整性保护。

  （1）使用共享信道用于承载用户的控制信令和业，取代了R6中的专用信道，减少传输信道个数，使多个用户共享空中接口的资源；

  （6）简化无线资源控制（RRC）状态，删除了CELL_FACH态，将UTMS中的RRC状态和PMM状态合并为一个状态集；

  用户平面用于执行无线接入承载业务，主要负责用户发送和接收得所有信息的处理。由MAC，RLC，PDCP 3个子层构成。LTE采用AGW和eNodeB直联的方式以实现用户面的快速接入。这种接入方式下，各功能体的功能也有了变化。其中MAC层主要用于，逻辑信道和传输信道的映射，复用和解复用；数据量测量；HA RQ功能；UE内的优先级调度和UE间的优先级调度；TF（传输格式）选择；R LC PDU（协议数据单元）的按序提交。RLC层功能主要是支持AM（确认模式）、UM（非确认模式）、TM（透明模式）数据传输；ARQ；数据切分（重切分）和重组（级联）；SDU的按序投递；数据的重复检测；协议错误检测和恢复；AGW和eNodeB间的流量控制；SDU（业务数据单元）丢弃。PDCP（分组数据的包头压缩层）位于UPE，主要任务是头压缩，只支持ROHC算法；用户面数据加密；下层R LC按序投递时，PDCP分组数据的包头压缩的重排缓冲（主要用于跨eNodeB切换）。

  控制平面负责用户无线资源的管理，无线连接的建立，业务的QoS保证和最终的资源释放，主要有上层的RRC层和非接入子层（NAS）实现。这种结构简化了控制平面从睡眠状态到激活状态的过程，使得迁移时间相应减少。其中NAS

  功能是SAE承载管理；鉴权；AGW和UE间信令加密控制；用户面信令加密控制；移动性管理；LTE_IDLE时的寻呼发起。NAS层最重要的包含3个协议状态：

  （1）LTE_DETACHED：网络和UE侧都没有RRC实体，此时UE通常处于关机、去附着等状态。

  （2）LTE_IDLE：对应RRC的IDLE状态，UE和网络侧存储的信息包括：给U E分配的IP地址，安全相关的参数（密钥等），UE的能力信息，无线承载。此时UE的状态转移由基站或AGW决定。

  （3）LTE_ACTIVE：对应RRC连接状态，状态转移由基站或AGW决定。

  至于RRC层则主要用于系统消息广播和寻呼建立、管理、释放RRC连接；R RC信令的加密和完整性保护；RB管理；广播/多播服务支持；NAS直传信令传递。控制面RRC功能移入E-Node B中并且只包含RRC_IDLE和RRC_DETACHED两种状态：

  除了对无线GPP目前也开始做系统架构方面的演进工作，并将其定义为SAE。SAE的工作目标与LTE一致：一是性能提高：减少时延，提供更高的用户数据速率，提高系统容量和覆盖率，减少运营成本；二是可以实现一个基于IP网络的现有或者新的接入技术的移动性的灵活配置和实施；三是优化IP传输网络，实现预定增长从根本上说，就是在未来10年或者更长一段时间确保3GPP系统的竞争力。

  3GPP对SAE这一阶段的工作也制定了详细的计划表。预计到2007年底/200 8年初完成大部分的规范，2009年开始部署计划。

  目前，一些发起并参与LTE/SAE标准制定和技术研究工作的3GPP成员，已超过30多家，正在积极研究和开发符合3G LTE/SAE技术标准的系统和设备，目标是在保证技术和系统性能领先的同时，最大程度地利用并兼容现有的系统平台，保持系统的平滑演进，以提供最优的无线GPP给出了Packet Core简化的SAE架构，鉴于整个架构接口还在定义中，我们这里只对几个关键实体进行介绍。

  MME（Mobility Management Entity）功能体主要处理移动性管理，包括：存储UE控制面上下文，包括UEID、状态、跟踪区（treaking area，TA）等；移动性管理；鉴权和密钥管理；信令的加密、完整性保护；管理和分配用户临时ID。

  UPE（User Plane Entity）功能体负责用户面处理，包括：数据的路由和转发；用户面加密终结点；头压缩；存储UE用户面上下文，包括基本IP承载信息、路由信息等；eNodeB间切换（3GPP AS间切换）用户面支持；LTE_IDLE时下行数据触发/发起寻呼。

  IASA（Inter-Access System Anchor）功能体处理系统间用户面支持：处理不同接入系统间的用户面切换；数据的路由和转发；计费数据收集；到PDN的网关功能；部分功能可能和UPE合作。

  一是MME-UPE合并还是独立，尽管目前的草案中还是将其分开，但是也已经有建议，将其进一步合并来简化系统；

  统所带来的影响，同时演进后的不同系统间移动性问题的解决，例如手机开机后的搜索和连接过程；漫游中接口的确认，对于不同的接入系统的无缝覆盖问题。这些都需要增加对非3GPP接入系统的支持。

  三是策略控制和计费（Policy Control and Charging）：由于承载网采用了分组技术，特别是IP技术，使服务的品质方面的问题尤其突出。基本目标是Qo S控制机制的实现，暂时不考虑具体接入技术和承载技术。在最新的3GPP R7草案中，把R6版中的策略控制功能（PDF）和基于流的计费功能（FBC）合并，在业务控制层和接入/承载层之间增加资源接纳控制相关的功能实体称为——PCC （Policy Control and Charging，策略控制和计费），完成资源接纳控制功能，实现对接入/承载相关节点的功能和资源进行一定程度上的控制。这样做主要针对移动接入网的特性，主要提供的功能有：基于用户的定制信息实现策略控制、基于业务数据流的计费控制。目前PCC支持Pull方式，借助于Diffserv技术实现业务。同时接口的融合不仅提高通信效率，降低业务建立时延，还可以保证控制的一致性。

  3GPP LTE/SAE项目作为3GPP目前的最大的新技术研发项目，在移动通信领域带来了新一轮的技术发展机遇，给我国企业参与国际标准的制定提供了机会。针对TD-SCDMA系统国内单位利用近年来国内企业在相关方面的技术积累，已经在3GPP LTE中就物理层、协议功能设计、网络架构和系统需求等提出了市场需求以及相应的系统设计，并积极展开工作，尤其是在时隙长度上，正是在中国公司的坚持下才使得3GPP在这个问题上达成一致，避免了TD-SCDMA系统和LTETD D系统在演进中的冲突。

  LTE/SAE项目的进展总体上说比较顺利。虽然前期项目的进度有了一定程度的延后，影响项目的总进度，但是整个系统已经确定了大部分基本技术框架。因此可以确信随着项目的进展以及若干系统设计基础问题的解决，具体技术细节的设计的不断完善，LTE/SAE系统将逐步明确。2007年中该演进系统第一版本规范的发布应该能轻松实现。同时从目前各方面来看，2010年前后，我们将有可能看到一个商用的LTE/SAE系统。

  LTE：Long term evolution 意即长期演进。3GPP的无线接入技术，如HSDPA和增强上行等技术将在几年内具有非常高的竞争力；但为了在更长的一个时间，比如10年甚至更长的时间，保持这种竞争力，需要考虑无线接入技术的一个长期

  LTE项目是近两年来3GPP启动的最大的新研发技术项目，这种以OFDM/FDMA 为核心的技术可以被看作“准4G”技术。3GPP LTE项目的主要性能目标包括：在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps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>

  100kbps的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25 MHz到20MHz多种带宽。

  2.5M、5M、10M、15M、20M的可变带宽，以满足运营商多样化需求。

  考虑不同带宽能力的UE和不同带宽的eNB，如最大带宽20M的UE必须能够于一个可变带宽从1.25M到20M的eNB进行无线连接；反之，也是；

  LTE在上行链路采用SC-FDMA，可以降低发射终端的峰均功率比，减小终端的体积和成本；由于OFDM有比较大的PARP问题,上行一般都是SC-FDMA,减小用户端的RF复杂度,只进行单载波频域均衡.下图是采用SC-FDMA的发射图。

  OFDM是一种多载波调制技术，QAM/QPSK等调制方案是针对它的每一路载波的调制方法

  有多径衰落的短波无线电信道上，即使传输低速（1200波特）的数字信号，也

  载波调制。假设有10个子信道，则每个载波的调制码元速率将降低至1/10，每

  个子信道的带宽也随之减小为1/10。若子信道的带宽足够小，则可以认为信道

  调制和多载波调制特性的比较。在单载波体制的情况下，码元持续时间T s短，

  但占用带宽B大；由于信道特性C(f)不理想，产生码间串扰。采用多载波后，

  将得到改善。早在1957年出现的Kineplex系统就是著名的这样一种系统[8.5]，

  它采用了20个正弦子载波并行传输低速率（150 波特）的码元，使系统总信息

  传输速率达到 3 kb/s ，从而克服了短波信道上严重多径效应的影响。随着要求传输的码元速率不断提高，传输带宽也越来越宽。今日多媒体通信的信息传输速率要求已经达到若干Mb/s 。并且移动通信的传输信道可能是在大城市中多径衰落严重的无线信道。为了解决这样的一个问题，并行调制的体制再次受到重视。

  OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，是一类多载波并行调制的体制。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据 流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号能够最终靠在接收端采用有关技术来分开，这样做才能够减少子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而能够消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带 宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。 OFDM 和以前的多载波并行调制相比有如下不同：

  2) 各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离各路信号； 3) 每路子载波的调制是多进制调制； 4)每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信道特性的优劣不同采用不一样的体制。例如，将2DPSK 和256QAM 用于不同的子信道，从而得到不同的信息传输速率。并能自适应地改变调制体制以适应信道特性的变化。

  (1) 对信道产生的频率偏移和相位噪声很敏感；频率偏差影响正交性，丧失正交性导致ICI(码间干扰

  (2) 峰均功率比(PAPR)较大，这将会降低射频功率放大器的效率,同时高的PAPR

  (1)OFDM系统把高速的数据流分成多个平行的低速数据流，把每个低速的数据流

  (2) FDM高速数据流进行串并转换，每个子载波上的符号长度相对增加，能减少