长期演进技术

LTE（Long Term Evolution，长期演进)是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）组织制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）技术标准的长期演进，于2004年12月在3GPP多伦多会议上正式立项并启动。LTE系统引入了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）和MIMO（Multi-Input & Multi-Output，多输入多输出）等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率（20M带宽2X2MIMO在64QAM情况下，理论下行最大传输速率为201Mbps，除去信令开销后大概为150Mbps，但根据实际组网以及终端能力限制，一般认为下行峰值速率为100Mbps，上行为50Mbps），并支持多种带宽分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等，且支持全球主流2G/3G频段和一些新增频段，因而频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖也显著提升。

目前，全球信息化时代已经到来，数据总量呈现爆炸式增长，人们对数据信息的需求日益增多。LTE的诞生是为不断优化无线通信技术以满足客户对无线通信的更高要求。

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。

LTE技术主要存在TDD和FDD两种主流模式，两种模式各具特色。其中，FDD-LTE在国际中应用广泛，而TD-LTE在我国较为常见。^[1]

LTE（Long Term Evolution，长期演进）项目是3G的演进，是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准。它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。在20MHz频谱带宽下提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。

长期演进技术(Long Term Evolution LTE)是一种无线通讯标准(俗称3.5G)由HSDPA向4G过度的一个版本.LTE曾经也被俗称为3.9G.直至2010年12月6日国际电信联盟把LTE正式称为4G。LTE是应用于手机及数据卡终端的高速无线通讯标准。但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced,因此在严格意义上其还未达到4G的标准.

提升传输能力

LTE基于旧有的GSM/EDGE和UMTS/HSPA网络技术，是GSM/UMTS标准的升级。

LTE网络有能力提供300Mbit/s的下载速率和75Mbit/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的时分多址和码分多址频段。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

IP化网络

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，这样不会出现3G网络存在的在转换中的所产生的不良引述。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。

未来全球通行的标准

LTE是给予拥有GSM/UMTS网络的运营商最平滑的升级路线,但因2008年美国高通（Qualcomm）宣布放弃EVDO的平滑升级版本超行动宽带（Ultra Mobile Broadband，UMB），使得拥有CDMA网络的运营商如美国Verizon Wireless（于2010年铺设完成美国第一张大面积覆盖的LTE网络）和日本au电信也已经宣布将迁移至LTE网络.因此LTE预计将成为第一个真正的全球通行的无线通讯标准,尽管因为不同国家和地区的不同网络所使用的频段不同，只有支持多个频段的手机才可以实现“全球通行”。

并非真正的4G

LTE尽管被宣传为4G无线标准，但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced。只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求

SC-FDMA技术

SC-FDMA技术是一种单载波多用户接入技术，它的实现比OFDM/OFDMA简单，但性能逊于OFDM/OFDMA。相对于OFDM/OFDMA，SC-FDMA具有较低的PAPR。发射机效率较高，能提高小区边缘的网络性能。最大的好处是降低了发射终端的峰均功率比、减小了终端的体积和成本，这是选择SC-FDMA作为LTE上行信号接入方式的一个主要原因。其特点还包括频谱带宽分配灵活、子载波序列固定、采用循环前缀对抗多径衰落和可变的传输时间间隔等。

OFDM技术

OFDM技术LTE系统的主要特点，它的基本思想是把高速数据流分散到多个正交的子载波上传输，从而使子载波上的符号速率大大降低，符号持续时间大大加长，因而对时延扩展有较强的抵抗力，减小了符号间干扰的影响。通常在OFDM符号前加入保护间隔，只要保护间隔大于信道的时延扩展则可以完全消除符号间干扰ISI。

MIMO技术

MIMO作为提高系统传输率的最主要手段，也受到了广泛关注。由于OFDM的子载波衰落情况相对平坦，十分适合与MIMO技术相结合，提高系统性能。MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线或（阵判天线）和多通道。多天线接收机利用空时编码处理能够分开并解码数据子流，从而实现最佳的处理。若各发射接收天线间的通道响应独立，则多入多出系统可以创造多个并行空间信道。通过这些并行空间信道独立地传输信息。数据速率必然可以提高。MIMO将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化，从而实现高的通信容量和频谱利用率。这是一种近于最优的空域时域联合的分集和干扰对消处理。当功率和带宽固定时，多入多出系统的最大容量或容量上限随最小天线数的增加而线性增加。而在同样条件下，在接收端或发射端采用多天线或天线阵列的普通智能天线系统，其容量仅随天线数的对数增加而增加。

高阶调制技术

LTE在下行方向采用QPSK、16QAM和64QAM，在上行方向采用QPSK和16QAM。高峰值传送速率是LTE下行链路需要解决的主要问题。为了实现系统下行100Mb/s峰值速率的目标，在3G原有的QPSK、16QAM基础上，LTE系统增加了64QAM高阶调制。

LTE（Long Term Evolution，长期演进）是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）组织制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）技术标准的长期演进，于2004年12月在3GPP多伦多会议上正式立项并启动。

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。

LTE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在奥斯陆和挪威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无线于3月17日推出全球第二款LTE手机HTCThunderBolt。

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、SprintNextel和MetroPCS，加拿大的Bell移动和Telus移动，日本的au电信，韩国的SK电讯，中国的中国电信或中国联通）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(真正4G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。

2004年底，在3GPP中开始进行LTE的标准化工作，与3G以CDMA技术为基础不同，根据无线通信向宽带化方向发展的趋势，LTE采用了OFDM技术为基础，结合多天线和快速分组调度等设计理念，形成了新的面向下一代移动通信系统的空中接口技术，又称为3G演进型系统（LTE，LongTermEvolution）。

2008年初，完成了LTE第一个版本的系统技术规范，即Release8。在3GPP中进行LTE技术研究的同时，国际电信联盟（ITU）一直在开展关于下一代移动通信系统的市场需求和频率规划等方面的调研工作，为制定4G技术的国际标准建议做准备。2008年3月，ITU开始了候选技术的征集和标准化进程，称为IMT-Advanced。响应ITU关于4GIMT-Advanced技术的征集，3GPP中将正在研究的LTERelease10以及之后的技术版本称为LTE-Advanced，并且向ITU进行了候选技术的提交。 

语音通话LTE支持FDD和TDD两种双工方式，在LTERelease8版本中，采用20MHz的通信带宽，空中接口的下行峰值速率超过300Mbit/s上行方向的峰值速率也超过了80Mbit/s。而LTERelease10版本（LTE-Advanced）将支持100MHz的通信带宽，空中接口的峰值速率超过1Gbit/s。值得一提的是，作为TD-SCDMA技术的后续演进，LTE的TDD模式又称为TD-LTE/TD-LTE-Advanced。出于对TD-SCDMA技术演进路线的关注，中国的成员单位在3GPP中深度参与了相关的系统设计过程，2009年10月，中国政府正式向ITU提交了TD-LTE-Advanced建议作为4G国际标准候选技术。^[2]

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：

1、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。

2、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。

3、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。

4、下载使用OFDMA,上载使用SC-FDMA以节省电力。

5、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。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。

6、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。

7、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带服务。在该频段下基站覆盖面积将可能等于或低于1公里。

8、支持至少200个活跃连接同时连入单一5MHz频点带宽。

9、E-UTRA网络仅由eNodeB组成。

10、支持分组交换无线接口

11、使用ip化管理网络，有效防止现有3G技术的切换问题.

12、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。^[3]

LTE的技术目标可以概括为：

容量提升：在20MHz带宽下，下行峰值速率达到100Mbit/s，上行峰值速率达到50Mbit/s。频谱利用率达到3GPP R6规划值的2～4倍；

覆盖增强：提高“小区边缘比特率”，在5km区域满足最优容量，30km区域轻微下降，并支持100km的覆盖半径；

移动性提高：0～15km/h性能最优，15～120km/h高性能，支持120～350km/h。甚至在某些频段支持500km/h；

质量优化：在RAN用户面的时延小于10ms，控制面的时延小于100ms：

服务内容综合多样化：提供高性能的广播业务MBMS，提高实时业务支持能力，并使VoIP达到UTRAN电路域性能。

运维成本降低：采用扁平化架构，可以降低CAPEX和0PEX，并降低从R6 UTRA空口和网络架构演进的成本。^[4]

随着技术的演进与发展，3GPP相继提出了TD-LTE，FDD-LTE等技术。^[5]

TD-LTE

TD-LTE是一种新一代宽带移动通信技术，是我国拥有自主知识产权的TD-SCDMA的后续演进技术，在继承了TDD优点的同时又引入了多天线MIMO与频分复用OFDM技术。相比于3G，TD-LTE在系统性能上有了跨越式提高，能够为用户提供更加丰富多彩的移动互联网业务。

FDD-LTE

FDD（频分双工）是该技术支援的两种双工模式之一，应用FDD式的LTE即为FDD-LTE。由于无线技术的差异使用频段的不同以及各 个厂家的利益等因素，FDD-LTE的标准化与产业发展都领先于TDD-LTE。FDD模式的特点是在分离（上下行频率间隔190MHz）的两个对称频率信道上，系统进行接收和传送，用保证频段来分离接收和传送信道。 

FDD模式的优点是采用包交换等技术，可突破二代发展的瓶颈，实现高速数据业务，并可提高频谱利用率，增加系统容量。但FDD必须采用成对的频率，即在每2 x 5MHz的带宽内提供第三代业务。该方式在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在非对称的分组交换（互联网）工作时，频谱利用率则大大降低（由于低上行负载，造成频谱利用率降低约40%）。 在这点上，TDD模式有着FDD无法比拟的优势。

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，它只能进行全IP网络下的包交换。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（Circuit 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。该方案只需运营商升级现有MSC核心网而无需建立IMS网，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比如Skype和Google Talk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成为运营商的权益之法。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 CodingEnhanced 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“高清语音”也只能支持到7kHz。而全高清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语音技术才可以启用全高清语音。

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，需要创建在450MHz以下频段。

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”。

未来的知识产权新战场

长期演进技术的数据传输速度要比常规第三代网络更快。三星电子的最新款智能手机Galaxy S III，以及苹果周三在旧金山推出的智能手机iPhone 5，均支持长期演进技术。长期演进技术预计将成为下一代的无线网络标准，掌握大量长期演进技术专利，能够帮助企业不受到潜在的专利侵权诉讼的威胁。这一问题对苹果和三星电子变得尤为重要，因为它们两家公司正在争夺快速增长的智能手机市场的龙头。

苹果去年通过加入一个财团，联合收购北电网络的专利资产获得了部分的4G专利。这些专利也成为了苹果和三星电子未来争斗的潜在武器。

韩国知识产权办公室对欧洲电信标准协会的文件统计显示，截至2012年6月底，三星电子已经持有819项长期演进技术专利，较上年同期增长21%，数量居全球企业之首。苹果则持有318项长期演进技术管理，与上年同期持平。诺基亚持有的长期演进技术专利为389项。

LTE技术在3G技术向超三代移动通信系统（Beyond Third Generation in mobile communication system, B3G）和第四代移动通信技术（4G）的过渡过程中发挥了非常重要的作用。

在B3G和4G技术没有完全取代3G技术之前，LTE技术无疑将继续发挥其自身的重要职责，进一步提升3G通信网络的传输速率和降低数据的传输延迟。LTE技术作为提升3G通信网络数据传输速率的工具之一，已经取得了显著效果，据调查显示，目前LTE的上行数据传输速率最高可以达到500MB/s，下行数据传输速率已经可以达到1Gbit/s。

然而，LTE在提升信息传输速率方面仍然表现出巨大的操作空间。将MIMO技术应用与LTE技术中将会使得LTE技术更加优秀，LTE的数据传输速率和对外在信号的抗干扰能力将得到进一步的提升。随着全球信息化时代的到来和数据爆炸性增长趋势的蔓延，通信网络数据传输速率的提升将不会止步。因此，即便B3G和4G技术取得一定成果之后，LTE技术对于优化整个网络的传输性能仍将发挥重要的指导作用。