满足交互视频等新型多媒体应用要求的LTE技术的研究

作者：Arnon Friedmann，Sandeep Kumar

全球移动通信系统 （GSM） 与通用移动电信系统 （UMTS） 手机网络的长期演进 （LTE） 要求无线通信网络实现重大模式转型 —— 从电路交换语音网络向全数据包 （IP） 网络过渡。随着所有服务都能通过包化数据得到支持，网络电话 （VoIP） 也将用于支持语音流量。LTE 的目标，即 4G 标准，是通过蜂窝式网络实现宽带级的数据速率，使消费者能够将移动电话作为首选的网络接入方式。

由于技术标准化过程还未全部完成， LTE 标准的某些具体细节还有待最终敲定。对设备制造商和服务供应商来说，许多问题只有在 LTE 标准最终确定时才能得到解答。不过，TI等技术供应商推出了功能强大的可编程处理器，从而能够方便地适应不断发展变化的 LTE 标准要求，从而能够帮助厂商及早开发解决方案。

何为长期演进 （LTE）？

LTE 是第三代合作伙伴计划 （3GPP） 项目。3GPP 是致力于发展 GSM 核心网络相关规范以及这些网络支持的无线接入技术的协作组织。LTE 以无线通信系统的未来要求为着眼点，旨在提高无线网络容量与数据速率，不断提高服务质量，从而满足交互视频等新型多媒体应用的要求。

当前的 3G 无线技术，如宽频带 CDMA （WCDMA），都是针对同一无线网络上的语音与数据混合通信开发而成的。通过采用高速数据包访问 （HSPA） 技术，WCDMA 的数据处理能力得到了显著提高，使 3G 网络的数据通信速率达到了 14.4 Mbps 的下行峰值速度与 5.76 Mbps 的上行速度。

由于 HSPA 的传输速度更快，LTE 的目标速率将显著提高，达到 100 Mbps 的下行峰值速度与 50 Mbps 的上行速度。推动速度不断提高的技术变革之一在于网络技术正在向采用 VoIP 语音传输的全数据网络过渡。

如以下时间表所示，原型系统已于 2007 年晚些时候推出。现场测试将于 2008 年底开始进行，最早将于 2010 年开始实际网络部署工作（图）。

LTE 的主要概念

与许多先进的后因特网时代的网络技术一样，LTE 网络架构也将从传统的分级纵向结构向横向比较平级配置过渡。这种无线接入网络 （RAN） 的“平坦化”发展是通过将无线网络控制器 （RNC） 的功能分配到网络中的多个节点而实现的，而此前这些节点（如基站、媒体网关、交换局等）都不具备这种功能。这种架构的变动还将有助于缩短媒体接入控制 （MAC）处理与物理层 （PHY） 处理之间的时延，这对采用混合自动重传请求（HARQ） 等重传技术的纠错方案而言至关重要。LTE 网络的另一大变革在于调制技术的变革，即正交频分多址接入 （OFDMA） 技术替代了码分多址 （CDMA） 技术。更具体地来说，上行传输将采用 OFDMA，而下行传输将采用单载波频分多址 （SC-FDMA） 技术。这两种频分技术都采用快速傅立叶变换 （FFT） 技术，将分配的带宽划分为较小的单位，实现用户间的共享。SC-FDMA 可用于降低手机功耗，SC-FDMA 调制技术的峰值平均功耗比 （peak to average power ratio） 要低于 OFDMA。从计算角度来说，频分技术相对于码分系统而言，更容易随带宽要求而扩展，如更高带宽的CDMA系统比OFDMA系统需要更高的计算能力。此外，通过使用不同大小的 FFT，我们还能支持 1.25 MHz、1.6MHz、2.5 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz 以及 20 MHz 等多种带宽分配的实施要求。此外，我们还能采用配对或未配对频谱分配，这样做的一个好处是可以帮助运营商更为灵活地开展 LTE 系统的部署工作，根据可用频谱情况部署不同尺寸的频带。最新调制技术的另一个优势在于能通过多种天线信号处理技术（通常称作MIMO 或波形技术）提高频谱效率，这些技术在 OFDMA 系统中的实施工作比在 CDMA 系统中更简单（其中噪声分布更平均）。结合其它物理层方面的改进，从 CDMA 向 OFDMA 过渡将有助于显著提高系统的频谱效率。

同类相比

要想过渡到新技术上来，那么首先要问这样一个问题：为什么现有技术已经不适应部署要求了？就 LTE 而言，我们通常要将 LTE 与WiMAX 进行对比。WiMAX 是一种不断发展的、基于 IEEE802.16e 标准的无线广域网 （WAN） 技术。但是，如果我们仅在数据传输速率等基础上比较 LTE 与 WiMAX，那么往往会忽略最重要的问题。尽管 LTE 和 WiMAX 在原始数据速率方面基本相当，但除了规模更大外，WiMAX 作为一种固定 WAN 技术更像 Wi-Fi网络。因此，更多的开发工作都是在 WiMAX 标准的基础上进行，以支持移动功能，如在不同 WiMAX 网络间实现无缝转移。与 WiMAX 一开始作为固定无线联网技术不同，LTE 一开始就来自 GSM/ UMTS 等移动无线领域。移动性是 LTE 标准开发的起点，而不是后续添加特性。因此，LTE 的移动特性与 WiMAX 不同，更加统一于技术本身，是技术自身的有机组成部分。LTE 的移动能力显著高于 WiMAX。LTE 开发人员可充分利用其在 GSM 和 WCDMA 技术领域所积累起来的丰富移动经验和知识。

将风险转化为收益

当然，开发任何一种新一代技术都会面临一定风险，但是，推动 LTE 发展的原动力在于该技术可提供全新的差异化移动高速数据服务。TI 等技术提供商将努力降低任何潜在的不利影响，为 LTE 早期开发与部署铺平道路。以下我们将举例说明，介绍如何利用 TI 解决方案避免向新技术过渡过程中的相关风险。

TI 标准化工作与 DSP

TI 正积极参与并密切关注 LTE 标准的开发工作进展，以确保基于这些标准的原型设备的实际吞吐性能达到预期性能级别。此外，TI 对标准非常熟悉，完全可作为客户在初期开发阶段的有力合作伙伴，共同开发满足特定 LTE 发展需求的新技术。TI 对包括高性能多内核优化 DSP 平台与运营商级软件在内的创新技术进行了全面整合，从而提供了高效部署 LTE 架构所需的解决方案。例如，TI 的三内核 3 GHz TMS320TCI6488 处理器能够以单芯片形式支持完整的10MHz OFDMA 技术。

加速产品上市进程

设备制造商如果进入 LTE 系统市场的时间较晚，就会处于劣势地位。由于TI 技术具有高灵活性、可扩展性以及所运行软件与固件的可移植性等优势，因此许多设备供应商都可将现有平台快速升级为 LTE 产品。事实上，TI 一直在向制造商演示不同代技术节点之间代码可移植性的优势，这种代码可移植性在无线基础局端设备向 LTE 技术转型过程中同样将发挥重要作用。

TI 技术的适应性还使服务供应商能够在早期采用阶段就部署 LTE 系统，并确保在 LTE 标准最终确定时可为已安装的设备跟进推出相关增强技术。例如，通过早期积极部署 LTE 试验，有助于运营商全面测试设备的互操作性，并了解消费者对 LTE 应用的需求情况。利用 TI 技术，早期试验阶段部署的设备可轻松进行重新编程或升级，从而满足标准最终版本的要求，此外也可实施后续增强技术。

一流的 VolP 服务质量

由于语音在 LTE 网络上会成为另一种封包应用，因此电信运营商必须确保 LTE 系统具备极高可信度、高质量的 VoIP 功能。如果不能达到运营商级或者更高语音质量，用户很快就会对服务失去信心，从而造成用户流失。TI 具备卓越的 VoIP 处理能力。从 VoIP 电话到贯穿整个基础局端，TI 基于高级硬件的处理技术包括功能强大的低功耗 DSP 及其先进的 Telogy VoIP 软件都已开始支持范围最广泛、质量最高的 VoIP 应用。此外，TI 的 PIQUA软件质量管理技术还能实时收集相关工作数据，提供运营商确保高质量 VoIP 服务所需的信息。

新服务、新收入

LTE 具备极高的数据速率以及其它高级功能，为众多极具吸引力的、令人激动的应用提供了重要的机遇，并将帮助服务供应商实现更多创收。例如，LTE 非常适用于交互式视频应用。凭借更低成本的单位 GB 数据传输与更高性能，LTE 将有助于笔记本型/台式电脑常用的简单应用（如浏览或下载音乐等）在移动设备上实现显著的性能提升。与有限的单向无线广播与多播服务（如 DVB-H 与 Media-FLO）不同，LTE 数据吞吐率极高，可在统一网络上同时支持视频服务与用户互动活动，这使单向广播视频服务的视频内容更大限度地使用户参与成为了可能。视频会议与高质量多用户游戏平台也将受益于该技术。人们很快就会迎来 LTE 标准开发工作成功的曙光。设备制造商与服务供应商将明确地看到这种多方面技术所带来的优势与商机。在 TI 创新技术的支持下，LTE 技术转型有望快速高效的实现。最终，用户将被多种精彩应用所吸引，充分享受到 LTE 更高带宽优势以及其它各种高级功能。

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