作者：于佳亮,程华,于天泽（编著）
出版社：人民邮电出版社
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无线接入网同步性能测试技术试读：
前言
在本书出版之时，我要向读者说明三点：一是编写本书的背景；二是书中的主要内容；三是感言及期待。
1.编写本书的背景
目前的无线接入网可以包括GSM、CDMA、TD-CDMA、WCDMA、cdma2000、LTE、WLAN等多种技术制式，涵盖2G、3G和4G无线系统。在无线接入系统内，大量采用了各种复杂的复用技术（时分、码分、频分及其组合等）和先进的调制解调技术等，使无线接入网的同步技术及其影响日益凸显。但是，业内目前对无线接入网同步的技术标准、网络规划设计、同步质量验收以及运行维护等方面，相对有些滞后和薄弱，有必要进行专项研究和改进提高。
例如，无线基站收发系统 BTS 的系统时钟精度直接决定其空口的射频频率偏差，3GPP（TS45.010-5.1）规定必须“使用单一的绝-6对精度优于±0.05×10的频率源，对于射频产生和时钟基准都适-6用”。据此，要求BTS的时钟参考源也要绝对精度优于±0.05 ×10。然而，实际在用的设备和网络却难以保证该指标，频繁出现同步时钟性能劣化现象。对于现行标准是否需要修改以及如何修改、设备实际运用质量如何等问题，目前业内的认识并不完全一致。特别是以下6个问题争议较大或不够明确：（1）我国通信行业标准将基站和基站控制器的时钟等级确定为3级，是否合理、能否保证网络可靠运用；（2）利用SDH的E1传送同步定时，是否能满足无线基站的要求，如何经济有效地解决目前无线接入网的同步定时传送方式问题；（3）外时钟参考中断以后，基站可以保持稳定工作的时间值如何确定；（4）时钟质量对于无线接入网运用质量影响的定量分析，基站参考时钟输入与空口指标是否存在函数关系，可否建立数学模型分析研究；（5）基站可以忍受线路参考时钟性能降低的指标，如何确定牵引范围的标准以及锁定和解锁时间的统一标准等；（6）不同通信设备厂商设备网管的同步性能监测及异常告警功能是否需要统一标准。
为了能客观地定量分析或回答这些问题，同时也为了考核验证设备的实际技术指标和功能，我们用了数年的时间，针对如何考核评价无线接入网的同步性能进行了专题研究，策划并进行了系统的测试和多项实验。其中包括对5个国际主流设备制造商提供的GSM/LTE双模基站设备和BSC设备进行测试。测试项目设计为功能测试、性能测试、耐受异常测试和现网运用测试四大类。在有关厂商和中国移动研究院的配合下，分别在实验室和现网内进行了大量的测试及深入研究，不仅初步完成了预定的课题研究目标，同时也积累了较多的资料，为编写本书奠定了基础。
在以上研究过程中，我们深切地感受到：现有的国际和国内有关技术标准，虽然规范了无线接入系统较多的技术指标和相应的测试方法，并可以利用通用的仪表（如无线综合分析仪等）进行有关的测试，但是，对于无线子系统的同步技术性能，目前还缺少全面系统的测试标准，业内一般比较重视无线射频的频率偏差等测试，而对于无线接入系统的基带传输侧，无论是时钟输入还是时钟输出，以及基带输入参考时钟与无线接入系统的业务指标和技术性能指标的关系，均未引起足够的重视，甚至在时钟精度标准值方面存在较大的差异。而大量的运用实践证明，这方面对于无线系统的运用质量会产生较大的影响。
例如，对于基站（包括一体化基站BTS和BBU、RRU分布系统）基带传输侧接口需要的参考时钟质量，虽然国际标准规定了其频率准-6确度指标（电路仿真业务0.05×10），但是在实际运用中，对于参考时钟与系统时钟和网络质量性能之间的关系，该指标定为多少才合适（有的标准与国际标准相差近100倍），各主流设备制造商的内控标准之间差距也达数十倍，是否还需要测试其他指标，采用何种方法来考核评价无线接入系统的同步质量性能，目前缺少系统的测试规范，无论通信设备制造厂商和运营单位均缺少全面有效的做法，也缺少设备同步质量和网络实际运用质量的测试验证手段。
ITU-T曾将同步网时钟划分为4类：基准主时钟，由建议G.811规范；转接局从时钟，由建议G.812规范；端局从时钟，也由建议G.812规范；SDH网元时钟；由建议G.813规范。ITU-T已先后修订了G.811、G.812和G.813建议；这些建议有关同步接口的漂移指标部分都已被引用到G.823 建议中。新的G .823 建议特别指出；规定的所有指标普遍适用于传送网的各种接口；与传送技术（如 PDH、SDH 或 ATM）无关。另外，G.783对STM-N和G.703（PDH）两种接口处的SDH设备的抖动和漂移也作了规定。而这些规范并不完全适用于无线接入系统。
ITU-T Rec.O.172 对于漂移进行了具体规范，如果仅采用光传输专业的SDH/PDH 综合分析仪（如 HP37718、ANT-20 等）， 参照 ITU 标准进行无线接入系统时钟接口的测试，则问题主要有5点：一是测试精度为E-7不能满足E-9的精度要求；二是测试模板不全部适应；三是不能完成射频指标的分析；四是不能提供高精度的瞬断等信号；五是不具备同步以太网的测试能力。
如果仅采用射频综合分析仪（如CMU300、FRS007 等），目前难以满足基带传输侧的时钟分析和测试，如E1 和FE 接口的抖动、漂移等。
目前通常可以分别单独进行上述的测试，但是由于时钟同步系统具有高精度、连续性、多点相关等特点，现有的测试方法不能全面、有效地评价该系统的同步技术性能。
在上述问题的研究过程中，我们逐渐找到了初步的答案，也基本形成了本书的基础资料。尤其是深切体会到，有必要编写一本无线接入网同步性能测试的专著，以填补业内目前的空缺，满足科研设计、出厂检验、工程验收、运行维护和故障处理等需求。
2.本书主要内容简介
本书正文共设了9章，主要内容可以划分为四大部分：一是基础部分；二是相关技术标准部分；三是测试仪表介绍部分；四是测试方法部分。
第1章简要介绍目前主流的无线通信接入技术制式、组网特点、同步方式和技术性能要求，重点介绍了LTE技术，以便于读者更系统地理解本书后续章节内容。
第2章首先介绍同步的基础知识和基本概念，然后介绍与同步技术密切相关的重要指标及其计算方法，其中包括误码、抖动、漂移、时间间隔误差、时间偏差、频率偏移和多普勒效应等。
第3章针对通信网频率同步和时间同步，具体介绍国际和国内的有关标准，特别是在本章的后半部分，以国际电信联盟发布的同步技术标准为重点，介绍了时间同步标准研究的进展情况。
第4章重点介绍常规测试所需的经典仪表及其测试方法，强调进行无线接入网同步性能测试，必须依靠高精度的测试仪表，并正确掌握有效的测试方法。
第5章针对如何考核评价无线接入网的频率同步性能，提出具体的测试项目、介绍了依据标准、测试方法和主要步骤，并分别列出在实验室和现网实际测试 LTE/GSM 双模基站系统、GSM基站子系统的测试用例。通过相关的测试方案设计，可以获得客观可信的测试数据，便于进一步分析数据，为修改完善有关技术标准，提高设备质量和网络运用质量，提供必要的依据和结论。
第 6 章系统地介绍了无线接入网频率同步性能的测试技术和方法，并重点以GSM/LTE 双模基站、BSC 系统为具体测试对象，详细介绍了与频率同步相关的技术性能和基本功能的测试方法，并提供了部分实际测试结果。
第7章介绍SDH链路(E1)传送时钟的同步性能测试方法。ITU-T不建议从SDH网络2Mbit/s支路信号中传送或提取时钟，而目前2G无线接入网络的设计和运用现实是：几乎全部采用这种时钟传送方式。业内对此已经习以为常，普遍接受。于是，自然会出现这样的疑问：在SDH网络2Mbit/s支路信号中传送时钟，同步质量能否达到无线接入网的同步定时标准？能否保证基站定时性能的要求？本章以测试实例介绍的形式提供了部分测试结果及分析结论。
第8章介绍适用于同步以太网测试的仪表及其使用方法。随着IP技术的广泛运用， IP RAN、PTN、OTN 等网络成为无线接入网的主流承载网络，催生了利用以太网实现无线接入网同步定时传送这门新兴技术。本章重点介绍相关的测试仪表和测试方法。
第9章介绍网络时间同步测试仪表及其测试方法。时间同步测试既是传统技术，又是现代网络条件下的新问题。本章介绍了几款目前实用（满足电信网络测试）的时间测试仪表，并具体列出测试用例和使用方法。
通过以上章节设计和内容呈现，试图将本书的主题从多个维度展现给读者。
3.感言和期待
在这本书即将出版之时，在此感谢为此做出努力和贡献的各方领导、专家和朋友。
首先要感谢中国移动集团、中国移动研究院各位领导和专家。特别是要感谢阎江总经理、王晓云总经理、程卫东总经理、魏晨光处长，王军、程广辉、李晗、韩柳燕、徐荣等5位博士，以及张俪、禹利萌等。在大家的支持、帮助或共同多次讨论下，使我们的研究工作得以逐步深入。特别感谢黄晓庆院长审核了本书稿，并提出修改意见。
其次，要感谢华为、诺西、中兴等多家设备制造企业的领导和专家们。这些厂商不仅提供了测试设备和配合人员，而且有多位顶级的同步和无线系统设计师与我们共同研究讨论、分析问题，使得研究成果的技术层次能够达到业内领先的水准。
更要感谢为本书问世做出直接贡献的测试仪表厂商。特别是JDSU、Calnex、深圳夏光电子等公司的王玉明、梁晓波、艾凤明、蒯宏丽、白岩等多位专家和朋友，在实验室和现场协助我们完成大量的有关测试，还提出很好的建议和意见，使得本书能够在较短时间内成形。
在最后，我们有3点“期待”：一是期待各位读者对本书内容提出批评和建议（电子邮箱：yujial@139.com），以便于我们改进提高；二是期待对本书研究内容感兴趣的同行们能深入进行研究，并欢迎以各种方式进行合作，我们也愿意奉献更多的研究成果；三是期待大家共同努力，不断提高无线接入网的同步技术性能，更好地为亿万用户服务。
感谢读者，请批评斧正，再次感谢各位！
作者
2012年10月 于北京 第1章无线通信接入网及同步技术要求
随着主流公众移动通信技术从第一代（1G）模拟蜂窝移动通信、第二代（2G）数字蜂窝移动通信、第三代（3G）支持高速数据传送的蜂窝移动通信逐步发展，以及各种技术向第四代（4G）LTE演进的过程中，移动通信运营商和专网无线通信的业务逐渐由传统的语音或语音加短信为主，转向无线宽带等数据业务为主，2G 无线通信接入网络的Abis和Iub接口也从传统的TDM接口向分组接口变化，分组业务的高效传输已成为未来影响网络竞争力的关键因素，同时对同步定时性能提出了更高的要求。
第一代移动通信系统采用频分多址（FDMA）的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰语音业务。由于该技术在电信运营网络内已经基本被淘汰，故本章不予介绍。1.1 2G无线接入网技术
第二代移动通信系统的主流技术有两种：TDMA 和 CDMA。GSM 采用时分多址（TDMA）的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大大改善，在2G系统具有市场份额优势。但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善；CDMA（CDMA IS95）系统以频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出明显的技术优势。1.1.1 GSM 技术简介
全球移动通信系统（Global System for Mobile communications，简称GSM），是典型的2G无线接入系统。GSM是由欧洲电信标准组织ETSI制定的一个数字移动通信技术标准，自20世纪90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用。GSM设备占据当前2G全球蜂窝移动通信设备市场份额80%以上。
GSM较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，它的空中接口采用时分多址技术。GSM作为开放标准提供了更容易的互操作性，允许网络运营商提供漫游服务，用户可以在全球各地使用他们的移动电话。
GSM 问世后逐步改进发展，例如报文交换能力在Release '97 版本标准中确定，也就是通用分组数据传送（GPRS）；高速数据交换在Release '99 版标准中确定，主要是EDGE和UMTS标准。1.1.2 GSM 技术发展历史
GSM属于第2代蜂窝移动通信技术。
GSM小组（“Groupe Spécial Mobile”（法语）1，2，3 and 4）创立于1982年，由CEPT负责管理。GSM的名字也是源于这个小组的名字（后来决定用缩写代替它原有的含义）。GSM系统的原始技术在1987年定义；1989年，ETSI从CEPT接手管理标准开发；1990年第一个GSM规范说明完成；商业运营开始于1991年，地点是芬兰的Radiolinja。
1998年，3G 合作项目（3GPP）启动。3GPP 的主要目标是制定下一代移动通信网（3G）规范，同时，也接受了维护和开发GSM规范的工作。ETSI是3GPP的一个成员。1.1.3 GSM 移动通信技术
1.1.3.1蜂窝单元
GSM 是一个蜂窝网络，根据无线信号场强覆盖区域的大小，共有巨蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝和伞蜂窝4种不同的蜂窝单元：巨蜂窝一般将基站天线安装在天线杆或者建筑物高端；微蜂窝的基站天线高度相对较低一些；微微蜂窝则只覆盖几十米的范围，主要用于室内；伞蜂窝则是用于覆盖更小的蜂窝网的盲区，填补蜂窝之间的信号空白区域。
蜂窝半径范围根据天线高度、增益和传播条件可以从几十米至数十公里。GSM规范支持最长距离到35km。还有个扩展蜂窝的概念，蜂窝半径可以增加一倍甚至更多。
GSM也支持室内覆盖，通过功率分配器可以把室外天线的功率分配到室内天线分布系统上。这是一种典型的配置方案，用于满足室内高密度通话要求，在居民楼、购物中心和机场十分常见。
1.1.3.2 GSM 频率配置
1.GSM 900MHz 频段
GSM 900MHz 频段双工间隔为 45MHz，有效带宽为 25MHz，124 个载频，每个载频8个信道。
GSM900（GSM基本频段）：上行频段为890～915MHz；下行频段为935～960MHz；
GSM900E（900MHz扩展频段）：上行880～915MHz；下行880-915、925～960MHz。
2.中国GSM900使用频率（1）中国移动
● 上行频段：890～909MHz
● 下行频段：935～954MHz（2）中国联通
● 上行频段：909～915MHz
● 下行频段：954～960MHz
3.GSM 1800MHz 频段
GSM 1800MHz 频段双工间隔为95MHz，有效带宽为75MHz，374 个载频，每个载频8个信道。上行1710～1785MHz；下行1805～1880MHz。
4.中国GSM1800使用频率（1）中国移动
● 上行频段：1710～1720MHz
● 下行频段：1805～1815MHz（2）中国联通
● 上行频段：1745～1755MHz
● 下行频段：1840～1850MHz
1.1.3.3 GSM 系统结构
GSM系统主要由移动台（MS）、移动网子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和操作支持子系统（OSS）4部分组成。
1.移动台（MS）
移动台是GSM移动通信网中用户使用的终端，也是用户能够直接接触的整个GSM系统中的设备。移动台的类型不仅包括手持台，还包括车载台和便携式台。
2.基站子系统（BSS）
基站子系统（BSS）是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，也是无线接入网的部分。它通过无线接口直接与移动台相接，负责无线发送、接收和无线资源管理。另一方面，基站子系统与网络子系统（NSS）中的移动业务交换中心（MSC）相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。当然，要对 BSS 部分进行操作维护管理，还要建立 BSS 与操作支持子系统（OSS）之间的通信连接。
3.移动网子系统（NSS）
移动网子系统（NSS）主要包含 GSM 系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其他通信网用户之间通信起着管理作用。NSS由一系列功能实体构成，整个GSM系统内部，即NSS的各功能实体之间和NSS与BSS之间都通过符合ITU-T信令系统No.7协议和GSM规范的No.7信令网络互相通信。
4.操作支持子系统（OSS）
操作支持子系统（OSS）需完成许多任务，包括移动用户管理、移动设备管理以及网路操作和维护。
1.1.3.4 GSM 技术特点
GSM系统有防盗拷能力强、网络容量大、通话死角少和机卡分离的特点。
1.频谱效率
采用了较高效的调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码等技术，系统具有一定的频谱效率（相对于模拟系统）。
2.容量
由于每个信道传输带宽增加，使同频复用载干比要求降低至 9dB，故 GSM 系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9，甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率语音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使 GSM 系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比TACS系统高3～5倍。
3.语音质量
鉴于数字传输技术的特点以及 GSM 规范中有关空中接口和语音编码的定义，在门限值以上时，语音质量达到较好水平而与无线传输质量无关。
4.开放的接口
GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且包括网络之间以及网络中各设备实体之间，例如A接口和Abis接口。
5.安全性
通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的：鉴权用来验证用户的入网权利；加密用于空中接口，由SIM 卡和网络AUC 的密钥决定；TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。
6.与ISDN、PSTN等的互连
与其他网络的互连通常利用现有的接口，如ISUP或TUP等。
7.在SIM卡基础上实现漫游
漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。GSM系统可以提供全球漫游，当然也需要网络运营者之间的某些协议，例如计费。
2G业务以语音为主，例如，GSM基站主要提供n×E1接口，需要提供时钟透明传送。1.2 3G无线接入网技术
目前，国际电信标准组织认定的第三代移动通信技术制式主要有 WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA 和Wimax。国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA 三大主流无线接口标准，并发布了 3G 技术指导性文件《2000年国际移动通信计划》（简称IMT-2000）；2007年，WiMAX亦被接受为3G标准之一。1.2.1 WCDMA
CDMA是Code Division Multiple Access （码分多址）的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。宽频码分多重存取（WCDMA），也称为CDMA Direct Spread。这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，由欧洲提出的宽带CDMA技术。WCDMA的支持者主要是以 GSM 系统为主的欧洲厂商，包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯等公司，以及日本的 NTT、富士通、夏普等厂商。该标准提出了 GSM （ 2G ）-GPRS-EDGE-WCDMA（3G）的演进策略，这套系统能够架构在现有的GSM网络上。因此，WCDMA具有先天的市场优势，已是当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种3G标准，占据全球较大的市场份额。
WCDMA的基本技术参数:（1）ARTT FDD；（2）异步CDMA系统：需要频率同步，不要求时间同步；（3）带宽：5MHz；（4）码片速率：3.84Mcps；（5）中国频段：1940～1955MHz（上行）、2130～2145MHz（下行）。1.2.2 cdma2000
cdma2000 是由窄带CDMA（CDMA IS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMA Multi-Carrier，它由高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent 和后来加入的韩国三星都参与其中，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频 CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的 CDMAOne 结构直接升级到 3G，建设成本较低。但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美，所以cdma2000的支持者不如WCDMA多。不过 cdma2000 的研发技术却是目前各标准中进度较快的。该标准提出了从 CDMA IS95 （2G）-cdma20001x-cdma20003x（3G）的演进策略。cdma20001x被称为2.5代移动通信技术。cdma20003x与cdma20001x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。目前中国电信正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMAIS95网络。
cdma2000基本技术参数：（1）RTT FDD；（2）同步CDMA系统：需GPS或地面时间及频率同步参考源；（3）带宽：1.25MHz；（4）码片速率：1.2288Mcps；（5）中国频段：1920～1935MHz（上行）、2110～2125MHz（下行）。1.2.3 TD-SCDMA
时分同步CDMA（Time Division-Synchronous CDMA）是由中国制定的3G标准。1999年6月29日，中国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向ITU提出。TD-SCDMA具有辐射低的特点，被誉为绿色3G。该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、业务支持灵活性、频率灵活性及成本等方面具有优势。另外，由于中国有庞大的市场需求，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD-SCDMA标准。该标准提出不经过2.5G的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级。TD-SCDMA的不足是，相对于另两个主要3G标准cdma2000和WCDMA，它的起步较晚，技术不够成熟。
TD-SCDMA基本技术参数：（1）RTT TDD；（2）同步CDMA系统：需GPS或地面时间及频率同步参考源；（2）带宽：1.6MHz；（3）码片速率：1.28Mcps；（4）中国频段：1880～1920MHz、2010～2025MHz 、2300～2400MHz。1.2.4 WiMax
微波存取全球互通WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access），亦称为802·16无线城域网，是一种提供“最后一千米”的宽带无线接入的方案。将此技术与微波设备相结合之后，成本较低，可以便捷地扩大宽带无线应用。2007年10月19日，国际电信联盟在日内瓦举行的无线通信全体会议上，经过多数国家投票通过，WiMAX 正式被批准成为继WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA之后的第4个全球3G标准。
WiMax基本技术参数：（1）带宽：1.5MHz～20MHz；（2）最高接入速率：70Mbit/s；（3）最高传输距离：50km；（4）中国频段：（暂无）。1.3 4G无线接入网技术
3GPP长期演进技术（Long Term Evolution，LTE），使用“正交频分复用”（OFDM）的射频接收技术，以及2×2和4×4 MIMO等分集天线技术。同时支持FDD（频分双工）和TDD （时分双工）。在每一个 5MHz 的蜂窝（cell）内，至少能容纳200个动态使用者。用户层单向传输时延低于5ms，控制层从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms。过去曾把LTE称为准4G移动通信技术，2010年12月6日，国际电信联盟把LTE正式称为4G。
LTE、WiMAX以及3GPP2的UMB（Ultra Mobile Broadban）技术一起被称为4G，区别在于WiMAX是来自IP的技术，而LTE是从GSM/UMTS的移动无线通信技术衍生而来，二者都采用了正交频分复用（OFDM）的信号传输，也都采用了Viterbi和Turbo加速器。2008年开始，高通（Qualcomm）和多个主流运营商先后宣布放弃UMB，一致向LTE和LTE-Advanced发展。4G网络是全数据网络，LTE最高下载速率100Mbit/s与上传50Mbit/s以上。1.3.1 LTE 性能概述
3GPP LTE 以OFDM/FDMA 为核心技术，主要性能目标包括：在20MHz 频谱带宽能够提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于 5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；支持100km半径的小区覆盖；能够为350km/h高速移动用户提供>100kbps的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25～20MHz多种带宽。
3GPP从“系统性能要求”、“网络的部署场景”、“网络架构”、“业务支持能力”等方面对LTE进行了详细的描述。与3G相比，LTE更具技术优势，具体体现在高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。例如：（1）通信速率更高，下行峰值速率为100Mbit/s、上行为50Mbit/s。（2）频谱效率更高，下行链路5（bit/s）/Hz，（3～4倍于R6版本的HSDPA）；上行链路2.5（bit/s）/Hz，是R6版本HSU-PA的2～3倍。（3）以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上基于分组交换。（4）通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务（如VoIP）的服务质量。（5）系统部署灵活，能够支持1.25～20MHz间的多种系统带宽，并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配。保证了将来在系统部署上的灵活性。（6）无线网络时延降低：子帧长度 0.5ms 和 0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达：U-plan<5ms，C-plan<100ms。（7）增加了小区边界比特速率。在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率，如MBMS（多媒体广播和组播业务）在小区边界可提供1（bit/s）Hz的数据速率。（8）强调向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。1.3.2 LTE 传输及调制方案
LTE 下行传输方案采用传统的带循环前缀（CP）的 OFDM 技术，每一个子载波占用 15kHz，循环前缀的持续时间为 4.7/16.7μs，分别对应短 CP 和长 CP。为了满足数据传输延迟的要求（在轻负载情况下，用户平面延迟小于5ms），LTE系统必须采用很短的交织长度（TTI）和自动重传请求（ARQ）周期，因此，在3G中的10ms无线帧被分成20个同等大小的子帧，长度为0.5ms。
下行数据的调制主要采用QPSK、16QAM和64QAM这3种方式。针对广播业务，一种独特的分层调制（hierarchical modulation）方式也被采用。分层调制的思想是，在应用层将一个逻辑业务分成两个数据流，一个是高优先级的基本层，另一个是低优先级的增强层。在物理层，这两个数据流分别映射到信号星座图的不同层。由于基本层数据映射后的符号距离比增强层的符号距离大，因此，基本层的数据流可以被包括远离基站和靠近基站的用户接收，而增强层的数据流只能被靠近基站的用户接收。
目前，主要还是沿用R6的Turbo编码作为LTE信道编码，例如在系统性能评估中。但是，很多公司也在研究其他编码方式，如低密度奇偶校验（LDPC）码。在大数据量情况下，LDPC码可获得比Turbo码高的编码增益，在解码复杂度上也略有减小。
MIMO技术在R7中已经被引入，是WCDMA增强的一个重要特性。而在LTE中， MIMO被认为是达到用户平均吞吐量和频谱效率要求的最佳技术。下行MIMO天线的基本配置是，在基站设两个发射天线，在UE设两个接收天线，即2×2的天线配置。更高的下行配置，如4×4的MIMO也可以考虑。开环发射分集和开环MIMO在无反馈的传输中可以被应用，如下行控制信道和增强的广播多播业务。
虽然宏分集技术在3G时代扮演了相当重要的角色，但在HSDPA/HSUPA中已基本被摒弃。即便是在最初讨论过的快速小区选择（FCS）的宏分集，在实际规范中也没有定义。LTE沿用了HSDPA/HSUPA思想，即只通过链路自适应和快速重传来获得增益，而放弃了宏分集这种需要网络架构支持的技术。在2006年3月的RAN总会上，确认了E-UTRAN中不再包含RNC节点，因而，除广播业务外，需要“中心节点”（如RNC）进行控制的宏分集技术在LTE中不再考虑。但是对于多小区的广播业务，需要通过无线链路的软合并获得高信噪比。在OFDM系统中，软合并可以通过信号到达UE天线的时刻都处于CP窗之内的RF合并来实现，这种合并不需要UE有任何操作。
上行传输方案采用带循环前缀的SC-FDMA，使用DFT获得频域信号，然后插入零符号进行扩频，扩频信号再通过IFFT，这个过程简写为DFT-SOFDM。这样做的目的是，上行用户间能在频域相互正交，以及在接收机一侧得到有效的频域均衡。
子载波映射决定了哪一部分频谱资源被用来传输上行数据，而其他部分则被插入若干个零值。频谱资源的分配有两种方式：一是局部式传输，即DFT的输出映射到连续的子载波上；另一个是分布式传输，即DFT的输出映射到离散的子载波上。相对于前者，分布式传输可以获得额外的频率分集。上行调制主要采用π/2位移BPSK、QPSK、8PSK和16QAM。同下行一样，上行信道编码还是沿用R6的Turbo编码。其他方式的前向纠错编码正在研究之中。
上行单用户MIMO天线的基本配置，也是在UE有两个发射天线，在基站有两个接收天线。在上行传输中，一种特殊的被称为虚拟（Virtual）MIMO的技术在LTE中被采纳。通常是2×2的虚拟MIMO，两个UE各自有一个发射天线，并共享相同的时—频域资源。这些UE采用相互正交的参考信号图谱，以简化基站的处理。从UE的角度看，2×2虚拟MIMO与单天线传输的不同之处，仅仅在于参考信号图谱的使用必须与其他UE配对。但从基站的角度看，确实是一个2×2的MIMO系统，接收机可以对这两个UE发送的信号进行联合检测。1.3.3 LTE 物理层技术
在基本的物理层技术中，E-Node B调度、链路自适应和混合ARQ（HARQ）继承了HSDPA的策略，以适应基于数据包的快速数据传输。
对于下行的非MBMS业务，E-Node B 调度器在特定时刻给特定UE 动态地分配特定的时—频域资源。下行控制信令通知分配给UE何种资源及其对应的传输格式。调度器可以即时地从多个可选方案中选择最好的复用策略，例如子载波资源的分配和复用。这种选择资源块和确定如何复用UE的灵活性，可以极大地影响可获得的调度性能。调度和链路自适应以及 HARQ 的关系非常密切，因为这 3 者的操作是在一起进行的。决定如何分配和复用方式的依据包括以下一些：QoS 参数、在 E-Node B 中准备调度的数据量、UE报告的信道质量指示（CQI）、UE能力、系统参数如带宽和干扰水平等。
链路自适应即自适应调制编码，可以在共享信道上应用不同的调制编码方式适应不同的信道变化，获得最大的传输效率。将编码和调制方式变化组合成一个列表，E-Node B根据UE的反馈和其他一些参考数据，在列表中选择一个调制速率和编码方式，应用于层2的协议数据单元，并映射到调度分配的资源块上。上行链路自适应用于保证每个UE 的最小传输性能，如数据速率、误包率和响应时间，而获得最大化的系统吞吐量。上行链路自适应可以结合自适应传输带宽、功率控制和自适应调制编码的应用，分别对频率资源、干扰水平和频谱效率这3个性能指标做出最佳调整。
为了获得正确无误的数据传输，LTE 仍采用前向纠错编码（FEC）和自动重复请求（ARQ）结合的差错控制，即混合ARQ（HARQ）。HARQ应用增量冗余（IR）的重传策略，而 chase 合并（CC）实际上是 IR 的一种特例。为了易于实现和避免浪费等待反馈消息的时间，LTE仍然选择N进程并行的停等协议（SAW），在接收端通过重排序功能对多个进程接收的数据进行整理。HARQ 在重传时刻上可以分为同步 HARQ 和异步HARQ。同步HARQ意味着重传数据必须在UE确知的时间即刻发送，这样就不需要附带HARQ处理序列号，比如子帧号。而异步HARQ则可以在任何时刻重传数据块。从是否改变传输特征来分，HARQ又可以分为自适应和非自适应两种。目前来看，LTE倾向于采用自适应的、异步HARQ方案。
与CDMA不同，OFDMA无法通过扩频方式消除小区间的干扰。为了提高频谱效率，也不能简单地采用如GSM中复用因子为3或7的频率复用方式。因此，在LTE中，非常关注小区间干扰消减技术。小区间干扰消减途径有3种，即干扰随机化、干扰消除和干扰协调/避免。另外，在基站采用波束成形天线的解决方案也可以看成是下行小区间干扰消减的通用方法。干扰随机化可以采用如小区专属的加扰和小区专属的交织，后者即为大家所知的交织多址（IDMA）。此外，还可采用跳频方式。干扰消除则讨论了采取如依靠UE多天线接收的空间抑制和基于检测/相减的消除方法。而干扰协调/避免则普遍采取一种在小区间以相互协调来限制下行资源的分配方法，如通过对相邻小区的时—频域资源和发射功率分配的限制，获得在信噪比、小区边界数据速率和覆盖方面的性能提升。1.3.4 LTE 的网络结构和核心技术
3GPP 对 LTE 项目的工作大体分为两个时间段：2005年3月到 2006年6月为 SI （StudyItem）阶段，完成可行性研究报告；2006年6月到2007年6月为WI（WorkItem）阶段，完成核心技术的规范工作。在2007年中期完成LTE相关标准制定（3GPPR7），在2008年或2009年推出商用产品。
LTE采用由ENodeB构成的单层结构，这种结构有利于简化网络和减小延迟，实现了低时延、低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP接入网相比，LTE网络RNC节点和NodeB节点合并，成为EnodeB，在基站侧可以完成电路的交换。名义上LTE是对3G的演进，但事实上它对3GPP的整个体系架构作了革命性的变革，逐步趋近于典型的IP宽带网结构。
3GPP确定LTE的架构也叫演进型UTRAN结构（E-UTRAN）。接入网主要由演进型NodeB（eNB）和接入网关（aGW）两部分构成。aGW是一个边界节点，若将其视为核心网的一部分，则接入网主要由eNB一层构成。eNB不仅具有原来NodeB的功能，还能完成原来RNC的大部分功能，包括物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、接入移动性管理和Inter-cellRRM 等。Node B 和Node B 之间采用网格结构。1.3.5 TD-LTE的技术特点
在无线移动通信标准的发展演进上，TD-SCDMA的一些特点越来越受到重视，LTE等后续各项标准也采纳了这些技术，并且吸收了一些TD-SCDMA的设计思想。TD的双工技术、基于OFDM的多址接入技术、基于MIMO/SA的多天线技术是TD-LTE标准的3个关键技术。
第一个就是基于TDD的双工技术。在TDD方式里面，TDD时间切换的双工方式是在一个帧结构中定义了它的双工过程。通过国内各家企业的共同合作与努力，在 2007年10月份，形成了一个单独完整的双工帧结构的LTE-TDD规范。在讨论TDD系统的同时要考虑FDD（频分双工）系统，在TDD/FDD双模中，LTE规范提供了技术和标准的共同性。
第二个关键技术是 OFDM（正交频分复用技术）。其中有两个关键点，一是 OFDM技术和MIMO（多输入多输出）技术如何结合，使移动通信系统性能进一步提升；二是OFDM技术在蜂窝移动通信组网的条件下，如何克服同频组网带来的问题。
第三个是基于MIMO/SA的多天线技术。智能天线技术是通过赋形提供覆盖和干扰协调能力的技术。
MIMO技术通过多天线提供不同的传输能力，提供空间复用的增益，这两种技术在LTE以及LTE的后续演进系统中是非常重要的技术。我们同时也很关注MIMO技术和智能天线技术在后续演进上的结合。
在LTE里面多天线应用的标准化过程中，经过多方努力，3GPP标准组织接受智能天线的应用作为TDD模式的特征之一。1.3.6 GSM 向FDD LTE的演进
在频谱资源异常紧张的今天，科学利用频谱越来越重要。未来，随着 GSM 用户数减少或通过其他方法转网，将 2G 频率划归给新的制式使用是必然趋势。可以采用GSM900/1800 的频段来演进到LTE，如图1-1 所示。图1-1 GSM演进到LTE示意
很多地区，如欧洲3G发展比较成熟，很多用户已经由2G迁移到3G。我国绝大部分用户仍然停留在2G网络，中国移动的GSM900的频谱复用已经接近极限，在一些热点区域，每隔150m就会部署一个基站。受频率资源的限制，在GSM900频段演进LTE还需要较长时间。GSM1800频段资源相对富裕，目前也是国外很多国家作为从GSM向LTE Refarming 演进的频段。
一旦频率资源环境成熟、LTE网络/终端产品成熟后，运营商可以在城市区域利用现有GSM基站，逐步升级部署LTE网络，支持GSM/LTE双模，提高中心区域无线宽带数据性能和容量。
RRU/RRH 支持GSM/LTE 双模工作，未来向LTE 演进不需更换RRU/RRH。
3G可提供的业务更加丰富，可提供语音、数据、图像等多媒体业务，数据速率高达3～42Mbit/s，各种3G制式的数据速率如图1-2所示。图1-2 3G、4G业务数据速率
在 3G 业务中，除了传统的语音业务外，还有数据类业务，如多媒体流、上网、消息类服务、定位服务以及基于商务和个人的特有服务等。数据类业务的突发性很强，对3G传输网络提出了新要求，不但要求高带宽，而且还要求高的带宽利用率和强大的多业务处理能力。也就是说，在 3G 传输网络的承载业务中，既有严格保证业务质量要求，也有充分利用带宽和提高传输效率的需求。
基站归属调整是一个普遍需求，需要根据基站控制器的容量和话务水平，以及避免因地理位置原因导致频繁产生切换，所以基站调整作为无线网络优化一种手段将普遍应用。
3G 基站传输链路主要有ATM 和IP 两种类型，ATM 基站提供IMA E1 接口，IP 基站主要提供FE等以太网接口。1.3.7 LTE/LTEA 业务
LTE（Long Term Evolution）是由3GPP 制定的移动通信体系最新标准，LTE 本身也在不断发展演进中，其所对应的R8标准已正式冻结。LTE以OFDM（正交频分复用）、MIMO（多进多出）等先进的物理层技术为核心，改进并增强了3G空中接口技术，在2×2MIMO、20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的理论峰值速率（在采用4×4MIMO时，下行峰值速率甚至可达326Mbit/s）；支持FDD（频分复用技术）和TDD（时分复用技术）两种工作方式，并支持高达500km/h的高速移动。R10是R8的增强版本，其理论峰值速率分别达到了下行1Gbit/s、上行500Mbit/s的水平，因此被称为LTE Advanced/LTEA，也就是所谓4G 技术。目前，R10 正在制定中。LTE 将是今后全球最主要的广域宽带移动通信系统，未来所有的2G/3G/3.5G技术都将殊途同归，统一演进到LTE/LTEA。
中国主导的TD-LTE正处于试点阶段，2012年有一定数量的试商用网络部署，其规模商用指日可待。
与2G/3G网络相比，LTE网络最显著的新变化主要有：（1）传输带宽显著提高，具体需求见表1-1。表1-1 TD-LTE无线业务（S1/X2）的带宽需求（2）无线架构扁平化，引入S1-flex和X2新接口。
传统的3GPP 接入网由Node B 和RNC 两层节点构成，而LTE 中省去了RNC 这一层，eNB（演进型NodeB）直接接入EPC设备，因此EUTRAN主要由eNB构成，采用这种扁平化结构的目的在于简化网络结构，减小网络延迟。
此外，LTE引入了两种新接口——S1-flex和X2接口。S1-flex功能可支持S1接口的灵活组网方式，允许一个eNB 连接到多个MME/SGW POOL（池），实现负载均衡、冗灾等；X2 接口，即基站之间互联接口，提供相邻基站之间信令面的横向转发功能。S1flex和X2接口的引入打破了原有2G/3G汇聚型组网架构，这就要求承载网在原有的基础上，具有灵活的业务调度能力。（3）区分QoS和严格的端到端时延要求。
LTE将提供比3G更多种类的数据业务（多媒体、视频、交互类等），3GPP详细规范了各类业务的端到端时延和丢包率要求，具体见表1-2。表1-2 TD-LTE业务QoS、时延、丢包要求1.3.8 分布式基站和BBU集中化需求
对于2G、3G 和LTE，可采用分布式基站架构，主要由集中式基带单元（Base band Unit，BBU）池、远端射频单元（Remote Radio Unit，RRU）与连接基带处理单元和远端射频单元的光传输网络（含光纤）3部分组成。BBU和RRU之间的接口即为CPRI （Common Public Radio Interface，通用公共无线接口），传输BBU 与RRU 之间的基带信号。
1.对分布式基站的CPRI接口的需求（1）BBU（基带部分）集中布放，并与RRU（射频拉远单元）分离成两个独立的单元。（2）BBU和RRU之间一般采用光纤连接，未来若BBU进一步集中化，也可考虑采用传输网连接，主流接口标准为CPRI。（3）CPRI是3G/LTE网络中的主流接口。世界TOP3无线供应商选择CPRI接口标准。发起成立CPRI联盟组织的公司包括爱立信、华为、诺基亚—西门子、NEC、阿朗等。（4）CPRI规定的接口带宽为614.4Mbit/s、1228.8Mbit/s、2457.6Mbit/s、3072.0Mbit/s、4915.2Mbit/s、6144.0Mbit/s 和9830.4Mbit/s，其中GSM 主要采用1228.8Mbit/s 接口，3G主要采用2457.6/6144.0Mbit/s接口，LTE主要采用4915.2/9830.4Mbit/s接口。（5）CPRI规定BBU与RRU之间信号传输频率抖动为0.002×-610，GSM/3G/LTE的传输时延要求分别约为380μs（78km）、190μs（40km）和95μs（20km），部分3G/LTE制式的时间同步要求为±150ns，GSM 没有时间同步要求。
2.分布式基站的BBU集中化可以带来的优点（1）节省无线机房和能耗。远端只需为 RRU 提供电源，无需依赖机房资源提供空调散热。（2）提高运维便利。在一个 BBU 基带池覆盖的地区，运维人员不需要逐个机房排查，只需到一个集中的机房。（3）有效解决“潮汐效应”导致基站利用率低的问题，将每个基站的资源整合起来动态地按需进行分配。1.3.9 移动承载网功能需求
移动承载网络用以提供基站和基站控制器或者业务网关（MME/S-GW）之间的业务回传，同时支持时钟传送，部分无线系统还需要提供时间同步传送。该网络通过网管系统NMS，提供E2E的OAM和可视化管理功能，保障网络运维。
移动承载网络由基站到基站控制器或业务网关，可分为接入、汇聚和核心层。接入层设备与基站连接，核心层设备与基站控制器或业务网关连接。通过网络分层，可以简化组网和运维复杂度，同时可以针对不同层次设备定义相适应的接口、容量等需求，优化整网配置。移动网络需要支持时钟和时间同步，具体指标要求见表1-3。表1-3 时钟同步要求
一种同步传送可以依赖GPS实现，无需承载网络支持时钟传送；或者通过移动设备之间的同步协议，此时承载网络需要配合移动客户设备，满足时钟同步传送要求，包括频率或时间同步。
移动承载具备差异化 QoS 服务能力，并且承载网络的 QoS 指标可以满足各种移动承载业务的性能要求。
相比2G网络，3G/LTE回传网络的QoS要求不同：从用户终端角度来看，链路连接质量通常与丢包率和链路时延相关。因此，时延和丢包率是承载网络QoS指标的主要属性。3GPP 建议 S1/X2 接口单向时延为 2～15ms，NGMA（下一代移动联盟）则要求传输端到端最大时延小于10ms，特殊区域应满足时延不超过5ms的要求。根据3GPP相关标准（3GPP 23203-b10，3GPP 22925 等），对承载网性能指标的总结见表1-4/5/6。表1-4 GSM Abis接口承载网业务性能要求表1-5 UMTS lub 接口业务性能要求表1-6 LTE业务性能要求
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