《LTE的技術(shù)發(fā)展分析綜述》4200字

LTE的技術(shù)發(fā)展分析綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u25676LTE的技術(shù)發(fā)展分析綜述 1174371.1LTE技術(shù)發(fā)展史 1279461.2無線局域網(wǎng)絡(luò) 2196361.3超高速無線通信技術(shù) 2167521.4LTE長(zhǎng)期演變通信技術(shù) 3324791.3.1MIMO技術(shù) 4129551.3.2OFDM技術(shù) 5221461.4LTE技術(shù)的優(yōu)勢(shì) 61.1LTE技術(shù)發(fā)展史第一代移動(dòng)通信技術(shù)被美國(guó)于1896年研發(fā)出來，在信息傳輸?shù)倪^程中運(yùn)用的是模擬信號(hào)輸入的方式。后來隨著1G技術(shù)的逐漸發(fā)展也成熟起來，1G移動(dòng)通信技術(shù)也被運(yùn)用在了手機(jī)上，在當(dāng)時(shí)被人們稱作為“大哥大”。從此，人們便可以不受電話線的限制而隨意給遠(yuǎn)隔千里的親人朋友打電話聊天。但是也由于當(dāng)時(shí)的第一代移動(dòng)通信技術(shù)采用的是模擬信號(hào)傳輸方式，所以只能發(fā)送語音信息，而且其傳輸通道的容量特別有限，一般信號(hào)不太穩(wěn)定，傳輸效果不太好，安全性也不高，特別容易受到其他信號(hào)的干擾，所以用戶體驗(yàn)感其實(shí)不太好。第二代移動(dòng)通信技術(shù)在系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)容納量上有明顯的提高，也是其最大的亮點(diǎn)之處。隨著技術(shù)的不斷研發(fā)改進(jìn)，第二代移動(dòng)通信技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)語音發(fā)送信息功能還突破了文字信息的傳輸并且還可以上網(wǎng)。較之2G通信技術(shù)，3G技術(shù)最大的不同在于運(yùn)用的是新的電磁波頻譜，制定了新的通信標(biāo)準(zhǔn)。所以3G網(wǎng)絡(luò)在速度方面提升了很多，最好的記錄可以實(shí)現(xiàn)2MB每秒的網(wǎng)速，這個(gè)速度相當(dāng)于第二代移動(dòng)通信技術(shù)的傳輸速度的一百四十倍。LTE技術(shù)是由3GPP組織以及全球各大企業(yè)2004年11月牽頭開始啟動(dòng)推進(jìn)發(fā)展，于2009年起，LTE技術(shù)發(fā)展十分迅猛，一下子在全球各個(gè)地方都開始搭建起LTE網(wǎng)絡(luò)。通信技術(shù)的發(fā)展給當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展帶來了很大的便利，特別是LTE技術(shù)的不斷成熟也在城軌系統(tǒng)中被越來越多的運(yùn)用在了城軌的車地?zé)o線通信系統(tǒng)中。所以下面對(duì)無線局域網(wǎng)絡(luò)、超高速無線通信技術(shù)、LTE技術(shù)這三種使用比較頻繁的三項(xiàng)的通信技術(shù)做出詳細(xì)的介紹。1.2無線局域網(wǎng)絡(luò)無線局域網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)寫為WLAN，主要是采用電磁波的工作原理，并且利用無線電波對(duì)信號(hào)通道傳輸?shù)南嚓P(guān)信息進(jìn)行讀寫然后發(fā)送至用戶端，從而實(shí)現(xiàn)信息的隨身化。無線局域網(wǎng)絡(luò)解決了原有城軌交通系統(tǒng)中存在的復(fù)雜繁瑣的網(wǎng)絡(luò)線路和大筆的維修管理設(shè)備的預(yù)算開銷。如此以來，我們就可以把節(jié)約出來的預(yù)算投入在一些新技術(shù)的研發(fā)上面來，抱以更加長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光來研發(fā)相關(guān)核心技術(shù)。無線局域網(wǎng)絡(luò)是有限局域網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展與延伸，其主要是將通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相融合在一起應(yīng)用。無線局域網(wǎng)的不斷發(fā)展也使得我們的生活越來越便利，網(wǎng)絡(luò)世界越來越流行，而且可以滿足用戶吃喝玩樂各方面的應(yīng)用需求。在當(dāng)前，大多數(shù)車地雙向無線寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)都采取了無線局域網(wǎng)技術(shù)。無線局域網(wǎng)絡(luò)在城軌系統(tǒng)通信系統(tǒng)中一般是利用無線的連接方式將城軌各個(gè)系統(tǒng)連接在一起，有利于更系統(tǒng)之間信號(hào)的雙向傳輸，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)城軌系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)督和控制，為旅客提供更加高質(zhì)量的服務(wù)體系。無線局域網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)秀性能在于他的使用一般不會(huì)受到地理位置的影響，他可以在沒有基站點(diǎn)的地方也可以進(jìn)行工作，工作范圍包容度很大；其次他的傳輸速率以及抗干擾能力也很強(qiáng)，出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率很小。1.3超高速無線通信技術(shù)超高速無線通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱為EUHT,是由中國(guó)獨(dú)自研發(fā)成功的一個(gè)通信技術(shù)。即使在很高速度的情形之下，超高速無線通信技術(shù)仍然可以具有很好的傳輸速率而且傳輸內(nèi)容的質(zhì)量效果也很高。超高速超高速無線通信系統(tǒng)在變化寬帶集成方面突破了以往的通信技術(shù)的局限。它能夠?qū)崿F(xiàn)在運(yùn)行速度達(dá)到250-360km/h這樣子高速運(yùn)行速度的時(shí)候仍然做到信號(hào)的傳輸是十分穩(wěn)定且傳輸效果是十分好的這樣令人滿意的效果，完全能夠滿足用戶端的使用標(biāo)準(zhǔn)。它的主要亮點(diǎn)在于，其一它可以實(shí)現(xiàn)很快的傳輸速率，因?yàn)?×4天線結(jié)構(gòu)使得當(dāng)他在頻率為160MHz的時(shí)候,該通信技術(shù)的網(wǎng)速可以達(dá)到560Mbps；其二它具有高移動(dòng)特性，當(dāng)城軌交通列車系統(tǒng)在高速移動(dòng)的情況下還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地高清地視頻影像的傳輸和顯示;其三它具有很好的穩(wěn)定性，即使在城軌列車系統(tǒng)高速運(yùn)行的情況下，仍然可以保證城軌交通系統(tǒng)車地?zé)o線通信設(shè)備保持高穩(wěn)定性，抗干擾能力強(qiáng);其四，它還具有低延時(shí)的特性，能保證城市軌道交通系統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)在信息傳輸?shù)倪^程中將延時(shí)保持在保持在毫秒級(jí)的等級(jí)之上。1.4LTE長(zhǎng)期演變通信技術(shù)LTE的核心技術(shù)在于OFDM和MIMO，在3G基礎(chǔ)之上發(fā)展起來但又不完全具備4G的各種特性所以又被稱作為3.99G,通俗來講就是準(zhǔn)4G技術(shù)[7]。在城市軌道交通系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)中主要用于提高車地之間信息的傳輸速率和抗干擾性能。最重要的是他具有高速移動(dòng)性的特性，可以保證在高速運(yùn)行的情況之下仍然可以保持信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，保障其核心業(yè)務(wù)和相關(guān)信息能夠穩(wěn)定、高效、實(shí)時(shí)的進(jìn)行傳輸，具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)特性。所以LTE技術(shù)能夠在一定程度上擴(kuò)大運(yùn)輸?shù)念l率帶寬、擴(kuò)大運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸量、提高信號(hào)傳輸?shù)男?、以及可以保障信?hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量效果，降低出現(xiàn)卡頓、掉幀失幀的情況。目前，3GPP標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于LTE系統(tǒng)大致可以分為頻分雙工(FDD)和時(shí)分雙工(TDD)兩種方式。如圖1.1所示就是FDD、TDD雙工方式工作原理圖，F(xiàn)DD—LTE是歐洲標(biāo)準(zhǔn)，一般在國(guó)際上比較盛行，使用比較廣泛。FDD-LTE技術(shù)是通過使用上下行兩個(gè)成對(duì)的信號(hào)通道來完成傳輸數(shù)據(jù)的工作，上下行信號(hào)通道可以同時(shí)間而進(jìn)行發(fā)送和接收動(dòng)作，這樣可以減少上下行傳輸過程中出現(xiàn)的延時(shí)情況。而且在上行通道與下行通道中間的間距可以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整，更有利于信號(hào)的有效傳輸，保證信號(hào)的準(zhǔn)確清晰度和抗干擾能力。而TD-LTE[8]是由我國(guó)自主研發(fā)的核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，在我國(guó)也被廣泛使用，并且技術(shù)也都很成熟，有十完善的產(chǎn)業(yè)鏈和技術(shù)的支撐。而TD-LTE雙工方式信號(hào)的工作方式不分為上下行成對(duì)頻段的兩個(gè)信號(hào)通道，他是在一條信號(hào)通道里面上下行間歇式的相互穿插式的傳遞通信信號(hào)，這樣子也就會(huì)導(dǎo)致TD-LTE雙工方式信號(hào)傳輸工作方式會(huì)更加的靈活多變，來應(yīng)對(duì)更多情況下復(fù)雜情況下的信號(hào)傳輸方式，很大程度的降低了設(shè)備安裝成本，是整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔明了，維護(hù)檢修也變得容易了很多。而且它還可以更好地保障信號(hào)準(zhǔn)確無誤且高效高質(zhì)量的進(jìn)行傳輸，大大的提高無線通信的工作效率。圖1.1FDD、TDD雙工方式原理圖1.3.1MIMO技術(shù)MIMO技術(shù)可以有若干個(gè)輸入端口以及若干個(gè)輸出端口。它不是只有一個(gè)輸入端和輸出端口來進(jìn)行信息的傳輸，這樣子多個(gè)輸入輸出端口就可以大大提高其運(yùn)輸?shù)男屎腿萘?。MIMO技術(shù)是當(dāng)前在不再繼續(xù)增加帶寬的基礎(chǔ)上而提升對(duì)信道容量改造的一個(gè)很有效的方法，也能夠大大的提高頻譜的利用率。MIMO技術(shù)在研發(fā)設(shè)計(jì)階段不尊崇網(wǎng)上的消除信號(hào)受到來自多路徑的干擾和影響反而利用了其可以接受到來自各個(gè)途徑信號(hào)的這個(gè)角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出了多輸入和多輸出的理念從而來提高通信的質(zhì)量和運(yùn)輸效率。MIMO系統(tǒng)框圖如圖1.2所示：圖1.2MIMO系統(tǒng)框圖在LTE系統(tǒng)中MIMO技術(shù)又可以分為發(fā)射分集技術(shù)和空間復(fù)用技術(shù)。發(fā)射分集技術(shù)主要分為時(shí)間分集、頻率分集、空間分集、極化分集等。相比較于其他分集方式，空間分集是在城軌交通系統(tǒng)中LTE技術(shù)中的使用最多的分集方式，在它的輸入和輸出站點(diǎn)連接多條天線設(shè)備。即使出現(xiàn)了因天線距離很遠(yuǎn)的問題而導(dǎo)致信號(hào)衰弱時(shí)，他們各個(gè)天線的信號(hào)衰落特性也是相互獨(dú)立的，互不干擾。這樣子的話他們就不需要占用另外的頻率和時(shí)間的資源，提高了無線通信系統(tǒng)的可靠性。1.3.2OFDM技術(shù)OFDM技術(shù)也叫做正交頻分復(fù)用，它是多載波調(diào)制技術(shù)中的一種。OFDM技術(shù)是LTE最具有突破性的技術(shù)之一。正交頻分復(fù)用技術(shù)旨在是把一些高速運(yùn)行的數(shù)據(jù)通過在接口的串并轉(zhuǎn)化方式將其轉(zhuǎn)化成低速運(yùn)行的數(shù)據(jù)，其中在分別對(duì)每個(gè)進(jìn)行正交分解的信號(hào)仔細(xì)每個(gè)進(jìn)行調(diào)制，最后將這些正交分解后的信號(hào)按照相關(guān)法則進(jìn)行矢量疊加，形成所需要傳輸?shù)男盘?hào)，將其傳輸。正交頻分復(fù)用技術(shù)主要是可以提高無線通信系統(tǒng)的頻帶利用率，有效干擾源的干擾，并且有很好的抵抗延遲和衰落的性能特點(diǎn)。正交頻分復(fù)用技術(shù)就是把接收到的信號(hào)整體分解成很多小的信號(hào)，每個(gè)信號(hào)都有專門對(duì)他們進(jìn)行傳輸?shù)拿總€(gè)分割之后的信號(hào)的專屬的信號(hào)通道（后面簡(jiǎn)稱信號(hào)道）。這樣子每個(gè)小段的信號(hào)都有足夠被容納的空間，也保證了信號(hào)在到達(dá)接收端的時(shí)候可以更完整的復(fù)原整個(gè)原信號(hào)。而且在每個(gè)信號(hào)道之間還會(huì)采用一定的技術(shù)將信號(hào)道與信號(hào)道之間進(jìn)行隔離，避免信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中受到干擾，影響信號(hào)的高效傳輸。保證了他們?cè)趥鬏斝畔⒌臅r(shí)候可以速率更快，傳輸效果更好。一般在實(shí)際應(yīng)用中，總是會(huì)或多或少的發(fā)生一些信號(hào)接收機(jī)不能正常接收到頻率信息亦或者不能接收到完整的信號(hào)的時(shí)候，但是在很多個(gè)信號(hào)機(jī)之中又不知道是哪一個(gè)信號(hào)機(jī)出現(xiàn)了問題，這個(gè)時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)使用OFDM技術(shù)是一個(gè)可以很好的解決此類問題的技術(shù)。因?yàn)樗男盘?hào)的傳輸是有各自信號(hào)道的，最后在疊加所有子信號(hào)道的信號(hào)時(shí)，可以很快的發(fā)現(xiàn)缺失的是哪一塊信號(hào)，然后將其補(bǔ)充上即可。而不采用OFDM技術(shù)在傳輸最后只能知道信號(hào)不完整，并不知道哪兒不完整。由此可以看出OFDM技術(shù)和MIMO技術(shù)對(duì)于LTE整個(gè)技術(shù)的提升有多大幫助，不僅可以提升信號(hào)傳輸?shù)男?、增大傳輸信?hào)的容量問題還可以有效的增強(qiáng)信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量，保證信號(hào)在傳輸過程中不受到其他干擾源的干擾。1.4LTE技術(shù)的優(yōu)勢(shì)LTE技術(shù)在應(yīng)用中具有諸多優(yōu)勢(shì)，包括如下：(1)可以將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分組管理，分成幾個(gè)領(lǐng)域來進(jìn)行單獨(dú)運(yùn)行然后各個(gè)板塊之間再進(jìn)行資源互換，這樣子就可以是一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化。無論是運(yùn)營(yíng)速度還是維護(hù)成本都會(huì)有很大的改善效果。(2)傳輸速率變得更快。在頻譜帶寬為20MHz的情況下，使用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)下行峰值速率可達(dá)100Mb/s，上行值速率可達(dá)50Mb/s，在信息的傳輸速率方面十分之快。(3)LTE技術(shù)在信號(hào)傳輸過程中對(duì)于頻譜的上下行傳輸形式包容度很大，并且能夠適用于規(guī)定頻段范圍內(nèi)的各種頻段，傳輸效果很智能化，也能夠及時(shí)的對(duì)偏差的信號(hào)做出調(diào)整[9]，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有很大的優(yōu)化作用。(4)LTE技術(shù)的整個(gè)組成結(jié)構(gòu)不十分復(fù)雜，他可以確保城軌交通系統(tǒng)能夠在很高的運(yùn)行速度、高頻率的更換運(yùn)行場(chǎng)景的情況之下仍然可以保證信號(hào)傳輸?shù)膬?nèi)容是高清而且可靠的[10]；(5)LTE擁有很嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體系，他可以很好的保護(hù)傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。(6)MIMO和OFDM技術(shù)的融入使得LTE技術(shù)顯著的提升了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率，并且及時(shí)的對(duì)頻率的偏移進(jìn)行糾正。(7)LTE技術(shù)完全能夠滿足城軌交通系統(tǒng)中通信系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用帶寬需求，能夠協(xié)助城軌系統(tǒng)一起共