滿(mǎn)足交互視頻等新型多媒體應(yīng)用要求的LTE技術(shù)的研究

作者：Arnon Friedmann，Sandeep Kumar

全球移動(dòng)通信系統(tǒng) （GSM） 與通用移動(dòng)電信系統(tǒng) （UMTS） 手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期演進(jìn) （LTE） 要求無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)重大模式轉(zhuǎn)型 —— 從電路交換語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)向全數(shù)據(jù)包 （IP） 網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡。隨著所有服務(wù)都能通過(guò)包化數(shù)據(jù)得到支持，網(wǎng)絡(luò)電話(huà) （VoIP） 也將用于支持語(yǔ)音流量。LTE 的目標(biāo)，即 4G 標(biāo)準(zhǔn)，是通過(guò)蜂窩式網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)寬帶級(jí)的數(shù)據(jù)速率，使消費(fèi)者能夠?qū)⒁苿?dòng)電話(huà)作為首選的網(wǎng)絡(luò)接入方式。

由于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程還未全部完成， LTE 標(biāo)準(zhǔn)的某些具體細(xì)節(jié)還有待最終敲定。對(duì)設(shè)備制造商和服務(wù)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，許多問(wèn)題只有在 LTE 標(biāo)準(zhǔn)最終確定時(shí)才能得到解答。不過(guò)，TI等技術(shù)供應(yīng)商推出了功能強(qiáng)大的可編程處理器，從而能夠方便地適應(yīng)不斷發(fā)展變化的 LTE 標(biāo)準(zhǔn)要求，從而能夠幫助廠(chǎng)商及早開(kāi)發(fā)解決方案。

何為長(zhǎng)期演進(jìn) （LTE）？

LTE 是第三代合作伙伴計(jì)劃 （3GPP） 項(xiàng)目。3GPP 是致力于發(fā)展 GSM 核心網(wǎng)絡(luò)相關(guān)規(guī)范以及這些網(wǎng)絡(luò)支持的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的協(xié)作組織。LTE 以無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的未來(lái)要求為著眼點(diǎn)，旨在提高無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容量與數(shù)據(jù)速率，不斷提高服務(wù)質(zhì)量，從而滿(mǎn)足交互視頻等新型多媒體應(yīng)用的要求。

當(dāng)前的 3G 無(wú)線(xiàn)技術(shù)，如寬頻帶 CDMA （WCDMA），都是針對(duì)同一無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的語(yǔ)音與數(shù)據(jù)混合通信開(kāi)發(fā)而成的。通過(guò)采用高速數(shù)據(jù)包訪(fǎng)問(wèn) （HSPA） 技術(shù)，WCDMA 的數(shù)據(jù)處理能力得到了顯著提高，使 3G 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信速率達(dá)到了 14.4 Mbps 的下行峰值速度與 5.76 Mbps 的上行速度。

由于 HSPA 的傳輸速度更快，LTE 的目標(biāo)速率將顯著提高，達(dá)到 100 Mbps 的下行峰值速度與 50 Mbps 的上行速度。推動(dòng)速度不斷提高的技術(shù)變革之一在于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在向采用 VoIP 語(yǔ)音傳輸?shù)娜珨?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡。

如以下時(shí)間表所示，原型系統(tǒng)已于 2007 年晚些時(shí)候推出。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試將于 2008 年底開(kāi)始進(jìn)行，最早將于 2010 年開(kāi)始實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署工作（圖）。

LTE 的主要概念

與許多先進(jìn)的后因特網(wǎng)時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，LTE 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也將從傳統(tǒng)的分級(jí)縱向結(jié)構(gòu)向橫向比較平級(jí)配置過(guò)渡。這種無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò) （RAN） 的“平坦化”發(fā)展是通過(guò)將無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制器 （RNC） 的功能分配到網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)的，而此前這些節(jié)點(diǎn)（如基站、媒體網(wǎng)關(guān)、交換局等）都不具備這種功能。這種架構(gòu)的變動(dòng)還將有助于縮短媒體接入控制 （MAC）處理與物理層 （PHY） 處理之間的時(shí)延，這對(duì)采用混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ） 等重傳技術(shù)的糾錯(cuò)方案而言至關(guān)重要。LTE 網(wǎng)絡(luò)的另一大變革在于調(diào)制技術(shù)的變革，即正交頻分多址接入 （OFDMA） 技術(shù)替代了碼分多址 （CDMA） 技術(shù)。更具體地來(lái)說(shuō)，上行傳輸將采用 OFDMA，而下行傳輸將采用單載波頻分多址 （SC-FDMA） 技術(shù)。這兩種頻分技術(shù)都采用快速傅立葉變換 （FFT） 技術(shù)，將分配的帶寬劃分為較小的單位，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)間的共享。SC-FDMA 可用于降低手機(jī)功耗，SC-FDMA 調(diào)制技術(shù)的峰值平均功耗比 （peak to average power ratio） 要低于 OFDMA。從計(jì)算角度來(lái)說(shuō)，頻分技術(shù)相對(duì)于碼分系統(tǒng)而言，更容易隨帶寬要求而擴(kuò)展，如更高帶寬的CDMA系統(tǒng)比OFDMA系統(tǒng)需要更高的計(jì)算能力。此外，通過(guò)使用不同大小的 FFT，我們還能支持 1.25 MHz、1.6MHz、2.5 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz 以及 20 MHz 等多種帶寬分配的實(shí)施要求。此外，我們還能采用配對(duì)或未配對(duì)頻譜分配，這樣做的一個(gè)好處是可以幫助運(yùn)營(yíng)商更為靈活地開(kāi)展 LTE 系統(tǒng)的部署工作，根據(jù)可用頻譜情況部署不同尺寸的頻帶。最新調(diào)制技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于能通過(guò)多種天線(xiàn)信號(hào)處理技術(shù)（通常稱(chēng)作MIMO 或波形技術(shù)）提高頻譜效率，這些技術(shù)在 OFDMA 系統(tǒng)中的實(shí)施工作比在 CDMA 系統(tǒng)中更簡(jiǎn)單（其中噪聲分布更平均）。結(jié)合其它物理層方面的改進(jìn)，從 CDMA 向 OFDMA 過(guò)渡將有助于顯著提高系統(tǒng)的頻譜效率。

同類(lèi)相比

要想過(guò)渡到新技術(shù)上來(lái)，那么首先要問(wèn)這樣一個(gè)問(wèn)題：為什么現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)不適應(yīng)部署要求了？就 LTE 而言，我們通常要將 LTE 與WiMAX 進(jìn)行對(duì)比。WiMAX 是一種不斷發(fā)展的、基于 IEEE802.16e 標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng) （WAN） 技術(shù)。但是，如果我們僅在數(shù)據(jù)傳輸速率等基礎(chǔ)上比較 LTE 與 WiMAX，那么往往會(huì)忽略最重要的問(wèn)題。盡管 LTE 和 WiMAX 在原始數(shù)據(jù)速率方面基本相當(dāng)，但除了規(guī)模更大外，WiMAX 作為一種固定 WAN 技術(shù)更像 Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。因此，更多的開(kāi)發(fā)工作都是在 WiMAX 標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，以支持移動(dòng)功能，如在不同 WiMAX 網(wǎng)絡(luò)間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫轉(zhuǎn)移。與 WiMAX 一開(kāi)始作為固定無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不同，LTE 一開(kāi)始就來(lái)自 GSM/ UMTS 等移動(dòng)無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域。移動(dòng)性是 LTE 標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的起點(diǎn)，而不是后續(xù)添加特性。因此，LTE 的移動(dòng)特性與 WiMAX 不同，更加統(tǒng)一于技術(shù)本身，是技術(shù)自身的有機(jī)組成部分。LTE 的移動(dòng)能力顯著高于 WiMAX。LTE 開(kāi)發(fā)人員可充分利用其在 GSM 和 WCDMA 技術(shù)領(lǐng)域所積累起來(lái)的豐富移動(dòng)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。

將風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化為收益

當(dāng)然，開(kāi)發(fā)任何一種新一代技術(shù)都會(huì)面臨一定風(fēng)險(xiǎn)，但是，推動(dòng) LTE 發(fā)展的原動(dòng)力在于該技術(shù)可提供全新的差異化移動(dòng)高速數(shù)據(jù)服務(wù)。TI 等技術(shù)提供商將努力降低任何潛在的不利影響，為 LTE 早期開(kāi)發(fā)與部署鋪平道路。以下我們將舉例說(shuō)明，介紹如何利用 TI 解決方案避免向新技術(shù)過(guò)渡過(guò)程中的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。

TI 標(biāo)準(zhǔn)化工作與 DSP

TI 正積極參與并密切關(guān)注 LTE 標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)工作進(jìn)展，以確保基于這些標(biāo)準(zhǔn)的原型設(shè)備的實(shí)際吞吐性能達(dá)到預(yù)期性能級(jí)別。此外，TI 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)非常熟悉，完全可作為客戶(hù)在初期開(kāi)發(fā)階段的有力合作伙伴，共同開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足特定 LTE 發(fā)展需求的新技術(shù)。TI 對(duì)包括高性能多內(nèi)核優(yōu)化 DSP 平臺(tái)與運(yùn)營(yíng)商級(jí)軟件在內(nèi)的創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行了全面整合，從而提供了高效部署 LTE 架構(gòu)所需的解決方案。例如，TI 的三內(nèi)核 3 GHz TMS320TCI6488 處理器能夠以單芯片形式支持完整的10MHz OFDMA 技術(shù)。

加速產(chǎn)品上市進(jìn)程

設(shè)備制造商如果進(jìn)入 LTE 系統(tǒng)市場(chǎng)的時(shí)間較晚，就會(huì)處于劣勢(shì)地位。由于TI 技術(shù)具有高靈活性、可擴(kuò)展性以及所運(yùn)行軟件與固件的可移植性等優(yōu)勢(shì)，因此許多設(shè)備供應(yīng)商都可將現(xiàn)有平臺(tái)快速升級(jí)為 LTE 產(chǎn)品。事實(shí)上，TI 一直在向制造商演示不同代技術(shù)節(jié)點(diǎn)之間代碼可移植性的優(yōu)勢(shì)，這種代碼可移植性在無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)局端設(shè)備向 LTE 技術(shù)轉(zhuǎn)型過(guò)程中同樣將發(fā)揮重要作用。

TI 技術(shù)的適應(yīng)性還使服務(wù)供應(yīng)商能夠在早期采用階段就部署 LTE 系統(tǒng)，并確保在 LTE 標(biāo)準(zhǔn)最終確定時(shí)可為已安裝的設(shè)備跟進(jìn)推出相關(guān)增強(qiáng)技術(shù)。例如，通過(guò)早期積極部署 LTE 試驗(yàn)，有助于運(yùn)營(yíng)商全面測(cè)試設(shè)備的互操作性，并了解消費(fèi)者對(duì) LTE 應(yīng)用的需求情況。利用 TI 技術(shù)，早期試驗(yàn)階段部署的設(shè)備可輕松進(jìn)行重新編程或升級(jí)，從而滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)最終版本的要求，此外也可實(shí)施后續(xù)增強(qiáng)技術(shù)。

一流的 VolP 服務(wù)質(zhì)量

由于語(yǔ)音在 LTE 網(wǎng)絡(luò)上會(huì)成為另一種封包應(yīng)用，因此電信運(yùn)營(yíng)商必須確保 LTE 系統(tǒng)具備極高可信度、高質(zhì)量的 VoIP 功能。如果不能達(dá)到運(yùn)營(yíng)商級(jí)或者更高語(yǔ)音質(zhì)量，用戶(hù)很快就會(huì)對(duì)服務(wù)失去信心，從而造成用戶(hù)流失。TI 具備卓越的 VoIP 處理能力。從 VoIP 電話(huà)到貫穿整個(gè)基礎(chǔ)局端，TI 基于高級(jí)硬件的處理技術(shù)包括功能強(qiáng)大的低功耗 DSP 及其先進(jìn)的 Telogy VoIP 軟件都已開(kāi)始支持范圍最廣泛、質(zhì)量最高的 VoIP 應(yīng)用。此外，TI 的 PIQUA軟件質(zhì)量管理技術(shù)還能實(shí)時(shí)收集相關(guān)工作數(shù)據(jù)，提供運(yùn)營(yíng)商確保高質(zhì)量 VoIP 服務(wù)所需的信息。

新服務(wù)、新收入

LTE 具備極高的數(shù)據(jù)速率以及其它高級(jí)功能，為眾多極具吸引力的、令人激動(dòng)的應(yīng)用提供了重要的機(jī)遇，并將幫助服務(wù)供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)更多創(chuàng)收。例如，LTE 非常適用于交互式視頻應(yīng)用。憑借更低成本的單位 GB 數(shù)據(jù)傳輸與更高性能，LTE 將有助于筆記本型/臺(tái)式電腦常用的簡(jiǎn)單應(yīng)用（如瀏覽或下載音樂(lè)等）在移動(dòng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)顯著的性能提升。與有限的單向無(wú)線(xiàn)廣播與多播服務(wù)（如 DVB-H 與 Media-FLO）不同，LTE 數(shù)據(jù)吞吐率極高，可在統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)支持視頻服務(wù)與用戶(hù)互動(dòng)活動(dòng)，這使單向廣播視頻服務(wù)的視頻內(nèi)容更大限度地使用戶(hù)參與成為了可能。視頻會(huì)議與高質(zhì)量多用戶(hù)游戲平臺(tái)也將受益于該技術(shù)。人們很快就會(huì)迎來(lái) LTE 標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)工作成功的曙光。設(shè)備制造商與服務(wù)供應(yīng)商將明確地看到這種多方面技術(shù)所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)與商機(jī)。在 TI 創(chuàng)新技術(shù)的支持下，LTE 技術(shù)轉(zhuǎn)型有望快速高效的實(shí)現(xiàn)。最終，用戶(hù)將被多種精彩應(yīng)用所吸引，充分享受到 LTE 更高帶寬優(yōu)勢(shì)以及其它各種高級(jí)功能。

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