4G网络发展TD-LTE技术

1、 4G网络发展：TD-LTE技术Anu Rathi, Pulkit Narang, Sachin Kumar Rai, Mohita Aggarwal, Meghna Kalra 计算机科学与工程系助理教授 得洛纳查雅工程，大诺伊达区大学、北方邦 计算机科学与工程系 得洛纳查雅工程，大诺伊达区大学、北方邦摘要 可以想象的应用包括修改的移动网络接入，网络电话，游戏服务，高清晰度的移动电视，视频会议，三维电视和云计算。4G系统提供移动宽带互联网接入，例如USB无线调制解调器，笔记本电脑，智能手机和其他移动设备。网络系统采用的关键技术信息采集、处理和分发。这些系统应该由服务器控制。为了提高这些网络的

2、好处，我们引入了4G系统。本文提出了TD-LTE技术在4G系统对提高2G和3G系统的安全。本文中的两个4G候选系统的商业化部署：移动PKM加密密钥并首次发布的长期演进（LTE）标准与TD-LTE技术探讨。关键词：3G、4G、TD-LTE、WiMAX、UMTS、CDMA、MIMO、OFDMA。1. 简介 2008年3月，国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）指定的一组4G标准的要求，命名为国际移动电信先进（IMT-Advanced）规范，设置4G服务的峰值速度要求在100兆位每秒（兆位/秒）的高速移动通信（如从火车和汽车）和每秒1千兆（Gbit/s）低移动通信（如行人和固定用户）。 由于移动W

3、iMAX和LTE的第一个发布版本多支持小于1 Gbit/s峰值比特率，他们也不完全兼容IMT-Advanced标准，但往往是品牌的4G服务供应商。2010年12月6日，ITU-R承认这两种技术，以及不满足IMT-Advanced要求的然而被视为“4G”的其他超3G技术，可以提供他们所代表的前身为IMT-Advanced兼容版本”以及在性能和尊重初始第三代系统部署能力实质性水平的提高。 移动WiMAX 2版（也被称为无线城域网晚期或IEEE 802.16m LTE-Advanced（LTE-A），是IMT-Advanced标准向后兼容的版本。上述2个系统，在2011年春季标准中，承诺在订单中达到

4、1 Gbit/s的速度。预计在2013年可实现此服务。 相对于前几代，4G系统不支持传统的电路交换电话服务，但支持所有以网际协议（网际协议）为基础的通信，如知识产权电话。如下所示，用于3G系统的扩频无线电技术抛弃所有的4G候选系统，采用OFDMA多载体系统和更换传输和其他频域均衡（FDE）计划，使它可以传输非常高的比特率，尽管广泛的多路径无线电传播（回声）。这个智能天线阵列的峰值比特率进一步提高了多输入多输出（MIMO）通信。 在一般的无线网络中，“一代”一词的使用是任意的。它有几种不同的解释，尽管在ITU-R标签巨大共识的条件下，但并没有给出官方的定义。从ITU-R的角度来看，4G相当于IM

5、T-Advanced具有特殊性能要求的解释如下。但根据运营商，一代网络指的是一种新的非向后兼容技术的部署。这通常相当于一个有它自己折旧期、营销策略（如果有的话）和部署阶段的巨大投资。它甚至可以是不同的运营商。从最终用户的角度来看，只有性能和成本是有意义的。很难说下一代网络能够比上一代表现出更好和价格更便宜。事实上，在新一代网络到来的同时，上一代可以将其发展到一个比新一代的第一个版本更好的程度。在许多国家，GSM，UMTS和LTE网络并存。因此，使用该技术/标准的名称，可能遵循其版本号，而不是一个主观武断的代号，这是注定要受到无休止的挑战的。2. LTE技术 LTE，长期演进的一个缩略词，推广的

6、4G LTE，是一个用于高速数据移动手机和数据终端的无线通信标准。它基于GSM / EDGE和UMTS / HSPA网络技术，增加容量和使用不同的无线接口与核心网的改进速度。该标准是由3GPP（第三代合作伙伴项目）开发的，在其发布的8号文件系列规定，轻微的增强版本9中也有介绍。 2009年12月14日，TeliaSonera公司在奥斯陆和斯德哥尔摩推出世界上第一个公开提供LTE服务。LTE是运营商与GSM / UMTS网络的自然升级路径和CDMA反对如Verizon无线。2010年，他在北美推出了第一次大规模的LTE网络。金的日本KDDI已经宣布他们将迁移到LTE。因此，预计LTE将成为第一个

7、真正的全球移动电话标准。尽管不同国家的不同频段的使用将意味着只有在支持多频段手机的所有国家才能够使用LTE。 虽然作为一个4G无线服务来销售，但是LTE在3GPP Release 8和9系列文件并不满足3GPP财团已采用的新标准产生的技术要求，这原本是由ITU-R组织在IMT-Advanced标准中规定的。然而，由于市场压力和WiMAX、HSPA+和LTE以及原有的3G技术的显著进步，ITU后来决定，LTE与上述技术可称为4G技术。LTE-Advanced标准正式符合ITU-R要求，从而加以考虑IMTAdvanced。为了分化从目前的4G技术中分化出LTE-Advanced和WiMAXAdva

8、nced，ITU将它们定义为“真正的4G”。2.1 概述LTE LTE是一种无线数据通信技术的标准和GSM / UMTS标准的演进。LTE的目标是在世纪之交的发展中，使用新的DSP（数字信号处理）技术和调制，增加无线数据网络的容量和速度。更进一步的目标是重新设计和简化的网络架构，相比3G架构，显著降低基于IP的系统传输延迟。LTE无线接口不兼容2G和3G网络，所以它必须在一个单独的无线频谱操作。 LTE最早是由日本NTT DoCoMo公司在2004年提出的，并在2005年新标准正式开始研究。2007年5月，LTE/SAE测试联盟（LSTI）联盟的成立，是为厂商和运营商的验证和推动新的标准以保证

9、技术尽可能快的全球化目标之间的全球合作。LTE标准在2008年12月完成。2009年12月14日，TeliaSonera在奥斯陆和斯德哥尔摩推出第一个公开提供作为一个USB调制解调器的数据连接的LTE服务。2011年，和北美主要运营商推出的LTE服务一样，三星Galaxy大肆提供MetroPCS开始于2011年2月10日的第一个商用LTE智能手机。从3月17日开始，第二个LTE智能手机，由Verizon提供的HTC Thunderbolt在市场上销售。在加拿大，2011年7月7日罗杰斯无线第一个发行的LTE网络提供Sierra Wireless AirCard313U USB移动宽带调制解调器

10、，被誉为“LTE火箭棒”。然后紧接着的是来自HTC和三星的移动设备。最初，CDMA运营商计划升级到称为UMB和WiMAX的竞争对手标准，但毕竟所有主要的CDMA运营商（如美国的Verizon公司、Sprint公司和 MetroPCS公司，加拿大的贝尔和Telus，日本的KDDI，韩国的SK电讯，中国的中国电信和中国联通）已经宣布他们打算迁移到LTE。2011年3月标准化的LTE的演进是LTE-Advanced。预计将在2013年开始服务。LTE规范提供300 Mbit/s的下行峰值速率，75 Mbit / s的上行峰值速率，QoS规定允许小于5毫秒的无线接入网络传输延迟。LTE具有管理快速移动

11、的手机和支持多播和广播流的功能。LTE支持可扩展的载波带宽，从1.4兆赫到20兆赫以及支持频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。称为演进分组核心（EPC）和设计来代替GPRS核心网络的基于IP网络架构，支持语音和数据信号塔与旧的网络技术，如GSM的无缝切换，UMTS和CDMA2000。简单的结构导致运营成本降低（例如，每一个E-UTRAN 单元都支持HSPA提供的高达四倍的数据和语音能力）。3. 4G技术的特点以下主要特点可以在所有建议的4G技术观察： 物理层传输技术如下： MIMO：达到超高的频谱效率，通过空间处理包括多天线和多用户MIMO 频域均衡，例如多载波调制（OFDM）的下行链路或

12、单载波频域均衡（SC-FDE）的上行链路：利用频率选择性信道性能而无需复杂的均衡。 频域的统计复用，例如（OFDMA）或（单载波频分多址）（SCFDMA，又名线性预编码的OFDMA，LPOFDMA）上行链路：可变比特率给基于信道条件的不同用户分配不同的子信道。 涡轮增压原理的纠错码：在接收端的信噪比降到最低。 信道相关的调度：使用时变信道。 链路自适应：自适应调制和纠错码。 用于移动性的移动知识。基于IP的毫微微蜂窝基站（与固定互联网宽带基础设施的主节点）4. LTE技术特点 大部分的LTE标准地址的3G升级，最终将是4G移动通信技术。大量的工作是针对简化系统结构，它由现有的UMTS电路+分组

13、交换相结合的网络，一个全IP架构扁平化系统。E-UTRA是LTE空中接口。其主要特点是： 峰值下载速率达到299.6 Mbit/s，上传速率达到75.4 Mbit/s取决于用户设备类（用4x4天线20兆赫的频谱）。五个不同的终端类已经被定义为从一个以语音为中心的支持峰值数据速率的高端终端。所有的终端将能够处理20兆赫带宽。 低数据传输延迟（分5毫秒的延迟在最佳条件下小的IP数据包），比以前的无线接入技术的切换和更低延迟的连接建立时间。 改进的流动性支持，例如根据频率波段通过支持终端移动速度达到350公里/小时（220英里）或500公里/小时（310英里）。 对于下行OFDMA，上行SC-FDM

14、A省电。 支持FDD和TDD通信系统以及相同的无线接入技术，也支持半双工FDD。 目前由ITU-R IMT系统全频段的支持 提高频谱灵活性：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz宽的细胞是标准化。（W-CDMA需要5 MHz的片，导致一些问题的出现，轧辊技术通常分配的频谱在5 MHz，经常使用旧标准如2G GSM和cdmaOne。） 支持从几十米半径大小的细胞（Femto微微蜂窝）到长达100公里（62英里）半径的宏单元。在较低的频段，在农村地区，5公里（3.1英里）是最佳的细胞大小，30公里（19英里）具有合理的性能，直到可接受性能的支持100公里的细胞大小。在

15、城市和城市地区，更高的频段（如2.6GHz的欧盟）是用来支持高速移动宽带。在这种情况下，细胞大小可能是1公里（0.62英里），甚至更少。 在每5MHz的细胞支持至少200个活跃的数据客户端。 简化的架构：E-UTRAN网络侧仅由eNodeB组成。 互操作和共存与传统标准的支持（如GSM、EDGE、UMTS和CDMA2000）。用户可以启动一个电话或使用LTE标准，一个地区的数据传输应覆盖无法继续运行的范围，没有任何行动使用的GSM / GPRS或UMTS甚至基于W-CDMA 3GPP2网络如cdmaOne和CDMA2000的部分） 分组交换无线接口。 支持MBSFN（组播广播单频网）。这个功能

16、可以提供服务，如手机电视使用的LTE基础设施，是一个针对DVB-H-based电视广播的竞争对手。5. 在LTE技术实现语音通话 LTE标准的全IP网络只支持分组交换。在GSM语音通话，UMTS和CDMA2000是电路交换，所以与LTE的采用，运营商将不得不重新设计他们的电话语音网络。三种不同的方法兴起： VoLTE（Voice over LTE）：这种方法是基于IP多媒体子系统（IMS）网络，提供语音服务的控制和媒体的具体分布对LTE的飞机在珠三角ir.92 GSMA定义。这种做法的结果在语音服务（控制和媒体平面）作为数据流在LTE数据承载交付。这意味着没有依赖于（或最终，要求）的传统电路交

17、换语音网络保持。 CSFB（电路交换回退）：在这种方法中，LTE只提供数据服务和语音呼叫时，可以发起或接受，它会回落到CS域。使用这种解决方案时，运营商只需要升级MSC而不是部署IMS，因此，可以快速提供服务。然而，缺点是较长的呼叫建立延迟。 SVLTE（同步的声音和LTE）：在这种方法中，手机同时工作在LTE和CS模式，同时LTE模式提供数据服务和CS模式提供语音服务。这是一个完全基于手机的解决方案，这不会对网络有特殊要求，不需要任何IMS部署。这种解决方案的缺点是，手机可以成为昂贵的高功耗。 另外一个不是由运营商发起的方法是使用顶端的内容服务，使用的应用程序如Skype和谷歌Talk提供L

18、TE语音服务。然而，现在和在可预见的将来，语音呼叫服务仍然是移动运营商的主要收入来源。所以把完全的LTE语音服务送给OTT参与者。因此这将不在电信行业得到太多的支持。 最主要的LTE从一开始优先推动VoLTE的支持者。软件支持在初始LTE设备的缺乏以及核心网络设备作为一个临时的解决方案，而导致一些载体促进伏尔加（Voice over LTE通用接入）。这个想法是使用相同的原则作为GaN（通用接入网络，也被称为UMA或非授权移动接入）。通常在无线局域网，它定义了通过手机进行语音通话客户的私人网络连接的协议。 然而伏尔加从来没有获得多少支持，因为VoLTE（IMS）承诺了更灵活的服务，但在升级整个

19、语音电话基础设施的成本。为了在3G网络质量差的情况下，能够顺利执行切换到LTE，VoLTE还需要单一无线语音呼叫连续性（SRVCC）。 虽然这个行业看似规范的VoLTE的未来，作为权宜之计，今天的电话语音的需求导致了LTE运营商引入CSFB。当放置或接收语音呼叫，LTE手机将退回到旧的2G或3G网络的通话时间。5.1 提出了提高语音质量的工作 为了确保兼容性，3GPP要求至少AMR编解码器（窄带），但对于VoLTE的推荐是自适应多速率宽带语音编解码器，也被称为高清语音。该编解码器在3GPP网络中支持16 kHz的采样要求。 弗劳恩霍夫IIS已经证明全高清语音的AAC-ELD实现（高级音频编码增

20、强低延迟）的LTE手机编解码器。以前的手机的语音编解码器只支持频率高达3.5 kHz，而即将到来的宽带音频服务品牌的高清语音的高达7kHz，全高清语音支持从20Hz到20kHz的整个带宽范围。然而端到端的全高清语音通话成功，无论是调用者和接收者的手机和网络一定支持这种功能。图1：LTE CSFB GSM / UMTS网络互连5.2 频带 LTE标准可用于许多不同的频段。在北美，使用700 / 800MHz和1700 / 1900MHz；在南美，使用2500MHz；在欧洲，使用800，900，1800，2600MHz；在亚洲，使用1800和2600MHz；在澳大利亚，使用1800MHz。因此，一个国家的手机可能无法在其他国家工作。用户将需要国际漫游的多频带手机。在LTE，TDD和FDD之间的差异仅仅是一个物理层的表现，所以更高层次的差异看不见。其结果是，在系统架构中，这两种模式之间没有操作上的差异。表1提供了可用的频段频谱。 在物理层，基本的设计目标是尽可能实现尽可能多的共性之间的双模式。关键的设计差异在于两干之间需要支持各种TDD UL/DL分配和提供与其他TDD系统共存。在这方面，一些额外的功能只有TD-LTE独家。带宽标识符频率（MHz）33,34TDD 20001900-19202010-202535,36TDD 19001850-19101930-19