<p>LTE（Long Term Evolution，長期演進）是3GPP主導制定的無線通訊技術，關注的核心是無線介面和無線組網架構的技術演進問題。</p>
<p></p>
<div>IEEE組織只是針對寬頻無線制式的物理層（PHY）和媒介接入控制層（MAC）層制定了標準，並沒有對高層進行規範。LTE由3GPP主導，執意將LTE打造成未來較長時間內領先的無線制式。LTE技術與其說是Evolution（演進），不如說是Revolution（革命），無論是在無線介面技術還是組網架構上，LTE相對於以往的無線制式都發生了革命性的變化。LTE取消了電路（CS）域，取消了無線網路控制（RNC）節點。</div>
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<h2><span style="color:#ff0000;">1.正交性</span></h2>
<div>無線傳輸技術和多址技術的基礎是通道資源的正交性。無線傳輸技術、多址技術、無線資源使用技術、無線組網技術是無線通訊技術的基礎。</div>
<div>從資源使用範圍看，無線資源分為共享資源和專用資源；從資源承載的資訊性質上看，可分為控制面和業務面；從獲取資源的方式來看，可分為基於競爭和基於排程；從物理資源的所在位置上看，可分為集中配置和分佈配置。</div>
<div><br /></div>
<div>正交，在數學上是相互垂直的意思，可以理解為互不依賴，相互獨立，互不相關，沒有重疊，互相區別，沒有疑似。</div>
<div>正交性就是把一個複雜的事情分解成相互獨立、互不相關、互不依賴的幾個因素，這樣有便於問題的分析和解決，稱之為解耦。</div>
<div>無線通訊中，相互正交的通道就是互不相關互不依賴相互區別的通道，可通過空間，時間，頻率，碼等途徑實現通道之間的“正交”。</div>
<div>無線空中介面資源是有限的。相互正交的通道可以傳送完全不同的資訊，在接收端同時接收不同通道的不同資訊，重複利用空中介面資源，起到提高空中介面利用效率的作用。同時由於無線環境的惡劣，相互正交的通道可以傳送完全相同的資訊，在接收端合併不同通道來的相同資訊，去偽存真，提高傳輸可靠性。</div>
<div><br /></div>
<h2><span style="color:#ff0000;">2.正交碼</span></h2>
<div>對於無線的空口資源來說，空間、頻率、時間都是硬資源。空間資源是指天線單元；頻率資源是指載波、頻點資源；時間資源是指每個時隙。這些資源都是有限不可再生的，屬於硬資源。</div>
<div>碼資源就不一樣了。理論上，相互正交的碼可以在同一個空間、頻率、時間資源上區分出不同的通道來。這樣，只要碼足夠長，同一空間、頻率、時間可以支援無窮多個相互正交的通道。碼資源是一種軟資源，但是碼不宜過長，否則計算複雜性增加對晶片計算能力要求就會苛刻。</div>
<div>CDMA就是採用了分碼多重進接。擴頻碼是用來擴充套件訊號的頻譜的，接收端用同樣的碼實現解擴，什麼樣的擴頻碼是正交的呢？滿足下面兩個條件的數字序列是互相正交的</div>
<div>（1）自己和自己按相位相乘之和大於0；</div>
<div>（2）自己和別人按相位相乘之和等於0；</div>
<div>例如a={1,-1,1,-1}和b={1,-1,-1,1}，a和b按相位相乘={1，1，-1，-1}，各位之和為0；a或b自己和自己按位相乘之和大於0，所以a和b是正交的。</div>
<div>這樣相互正交的碼擴頻後的訊號，可以在同一空間，頻率，時隙資源上傳送不同的資訊，接收端使用同樣的擴頻碼可以把原始資訊正確地解擴，並接收。</div>
<div><br /></div>
<h2><span style="color:#ff0000;">3.正交子載波</span></h2>
<div>傳統的分頻多重進接採用不相重疊的兩個頻帶以及頻帶之間有一定的保護頻寬來區分不同的資訊通道。</div>
<div>然而人們發現，即使頻帶有所重疊的載波，也是可以相互區分不同的通道的，從而引入了正交子載波的概念。</div>
<div>什麼樣的子載波是正交的呢？</div>
<div>正弦波和餘弦波就是正交的，因為他們滿足以下兩個條件：</div>
<div>（1）正弦波和餘弦波的乘積在一個週期T內的積分等於0；</div>
<div>（2）正弦波或餘弦波自身的平方在一個週期T內的積分大於0；</div>
<div>這樣在傳送端用一定頻率的正弦波調製的無線訊號，把要調製的資料（設為a，a=0或1）作為正弦波的係數。在接收端如果用餘弦波解調，得到的資料永遠為0，即</div>
<div><img src="https://img-blog.csdn.net/20180104190123327" alt="" /><br /></div>
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<div>而用正弦波解調，就能把真實的資料a解出來，</div>
<div><img src="" alt="" /><img src="https://img-blog.csdn.net/20180104190138368" alt="" /><br /></div>
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<div>同樣地，任意兩個不同頻率的正弦波、餘弦波（頻率為w0的整數倍），或者任意一個正弦波和餘弦波都是正交的，即</div>
<div><img src="" alt="" /><img src="https://img-blog.csdn.net/20180104190206272" alt="" /><br /></div>
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<div>只要兩個子載波是正交的，就可以用它們來攜帶一定的資訊。接收端只要分別用同樣的子載波進行運算，就可以解出原資料。</div>
<div>LTE的關鍵技術之一OFDM就是正交子載波的頻分複用技術。</div>
<div><br /></div>
<h2><span style="color:#ff0000;">4.複用、分集和多址</span></h2>
<div>複用：同一個傳輸路徑上傳送多路獨立訊號。不同的訊號，共同的通道，在傳送端將多個獨立的訊號合成為一個多路複用叫複用，在接收端將多路訊號分解為各個獨立訊號，叫作解複用。複用是在保證可靠的前提下為了提高某一傳送通路的利用效率。</div>
<div>分集：多路彼此獨立的傳輸路徑上傳送同一訊號。相同的訊號，獨立的通道。降低了通道利用率，但可提高資訊傳送的可靠性。通過分集技術將同一訊號在不同路徑上傳送，在接收端把不同路徑的訊號合併，可獲得分集增益，提高訊號接收的正確性。</div>
<div><img src="" alt="" /><img src="https://img-blog.csdn.net/20180104190237040" alt="" /><br /></div>
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<div>複用（DM）和多址（DMA）的共同特點是在某一共同資源上傳送多個數據流。</div>
<div>但複用並不管多個數據流是用於一個使用者還是多個使用者。複用只是區別不同的資料流，並不區別資料流是哪個使用者的。</div>
<div>多址技術則是不同使用者的多個數據流的複用，是要區分不同使用者的。</div>
<div>複用技術是為了提高無線通道的容量，分集技術是為了提高資訊傳送的可靠性，多址技術則是為了把資訊傳送給正確的使用者。</div>
<div><br /></div>
<h2><span style="color:#ff0000;">5.自適應</span></h2>
<div>通訊系統能夠根據自身環境、目標、資源供給等條件變化調節自己的狀態，無需人為參與稱為自適應。</div>
<div>無線傳播環境隨時變化，現代通訊系統如果沒有這種自適應能力，使用者通訊質量將無法保證。</div>
<div>無線鏈路自適應通常通過功率控制或者速率控制來實現，無論是功率控制還是速率控制，都是一種通道自適應技術。</div>
<div>還有一種動態通道分配（DAC）的技術，也屬於通道自適應技術，或者叫資源自適應。</div>
<div>智慧天線或自適應天線，也是一種鏈路自適應技術，屬於空間自適應或波束自適應。</div>
<div><br /></div>
<div>各種自適應技術不外呼空間、時域、碼域、頻域方面的自適應。在LTE中，一種全新的自適應技術——頻寬自適應技術被應用。</div>
<div><strong>（1）功率自適應</strong></div>
<div>發射端根據無線鏈路的接收電平、接受質量動態地調整發射功率。</div>
<div>功率控制分為開環功控和閉環功控。開環功控是終端或基站自己根據無線鏈路狀況判斷功率發射的大小，而不互動升高和降低功率。閉環功控是終端或基站根據根據對方升高或降低功率的命令，來決定發射功率的大小。</div>
<div><strong>（2）速率自適應</strong></div>
<div>系統通過調節業務速率的方式，來自適應無線環境的鏈路自適應技術。</div>
<div>速率的變化通常是通過調節資料塊大小、編碼方式和調製方式來實現的。</div>
<div>3G中語音業務速率控制技術是AMR（自適應多速率），AMR共定義了8種語音業務的資料塊大小模式，每種模式對應一種速率。3G中HSDPA速率控制技術是AMC（自適應調製編碼），AMC技術是傳送端通過改變資料傳輸的編碼和除錯方式來適應無線鏈路的變化。</div>
<div>2G，3G，4G都有速率控制的自適應技術，最基本的控制手段不外呼改變調製和編碼的方式。靠近基站的使用者鏈路質量高，採用高階調製方式（16QAM，8PSK等）和高效率通道編碼（如3/4編碼速率），以獲得較高資料吞吐量。離基站較遠的使用者則採用低階調製方式（如QPSK）和低效率的通道編碼（如1/4編碼速率）。</div>
<div><br /></div>
<h2><span style="color:#ff0000;">6.共享和專用</span></h2>
<div>在2G、3G中有電路交換域（CS域）和分組交換域（PS域）。</div>
<div>電路交換域在建立連線時核心網要分配專用的網路資源，釋放連線時釋放專用資源，保證了業務實時性，但資源利用效率不高；分組交換以分組為單位傳輸資料，無需在雙方間建立專用連線，提高了資源共享性，但犧牲了業務的實時性。</div>
<div>LTE的核心網取消了CS域，全部採用PS域。</div>
<div><br /></div>
<h2><span style="color:#ff0000;">7.競爭方式和排程方式</span></h2>
<div>社會經濟資源的配置方式主要有市場經濟和計劃經濟。市場經濟中生產資源的排程和配置由市場說了算，各生產企業根據自己對市場的理解來調製生產能力；計劃經濟中一切生產資源由計劃部門負責排程和配置，資源的配置權在某一個上級部門。市場經濟是基於競爭的資源分配方式，無需上下級頻繁的資訊互動，簡化了主管部門的職能，對市場需求的變化反應快，但容易產生過度競爭和經濟危機。計劃經濟是統一排程的資源分配方式，優點是資源排程有序，避免了過度競爭和經濟危機；缺點是上下級資訊互動頻繁，對主管排程部門的事務處理能力要求較高，對市場需求的變化反應慢，資源利用不充分。</div>
<div><strong>（1）基於競爭的無線資源分配方式</strong></div>
<div>類似於市場經濟，網路中無需專門的資源排程裝置，每個使用者在佔用網路資源傳送資料前，需自己瞭解網路資源。發現網路資源空閒就佔用該資源。</div>
<div>假如有多個使用者同時要傳送資料，且同時發現了網路資源有空閒，則需要通過競爭的方式獲取網路資源。這種資源排程方式無需裝置間頻繁信令互動，裝置管理功能簡單，資源利用充分，但資源利用率不高，容易產生過多衝突。</div>
<div>這種資源分配方式首先在乙太網中使用（CSMA/CD)，在無線區域網中也使用（CSMA/CA）。傳送前先偵聽，若通道空閒則傳送；若監聽到其他使用者正在傳送資訊，則等待一定時間再發送。</div>
<div><strong>（2）基於排程的無線資源分配方式</strong></div>
<div>類似於計劃經濟。網路中需要進行無線資源管理（RRM）和排程，每一個使用者對網路資源的佔用不能自作主張，需要由相關部門分配（RRM功能模組）。基於統一排程的資源分配可以有效分配網路資源，最大程度提高網路資源利用效率，避免由於競爭衝突造成的網路資源浪費；但需要頻繁的信令互動，對無線資源排程部門的處理能力要求較高。</div>
<div>在2G、3G無線制式中，無線資源管理模組在基站控制器（GSM的BSC（基站控制器），WCDMA和TD-SCDMA的RNC）中。在LTE中，無線資源管理模組下移到基站eNodeB中（原因與後面的扁平化組網相關）。</div>
<div>無線資源排程演算法決定共享資源應該給哪些使用者分配，有三種演算法：輪詢（Round Robin，RR）演算法，最大載幹比（Max C/I）演算法和部分公平演算法（Partional Fair，PF）演算法。</div>
<div>RR演算法：先到先分配，按照使用者申請資源的先後順序分配網路資源。公平對待每個使用者，但整體資源排程效率低，此演算法擁有公平性的上界，效能的下界。</div>
<div>最大載幹比演算法：把資源優先分配給那些訊號質量較好的使用者，此演算法整體資源排程效率較高，但訊號質量差的使用者可能始終得不到服務，此演算法具有效能的上界，公平性的下界。正所謂“強者恆強”，“近水樓臺先得月，向陽花木易為春”。</div>
<div>PF演算法：公平性與效率不可兼得，兩者折中處理得到部分公平演算法。這種演算法是在犧牲部分公平性的情況下，儘量追求較高的整網資源排程效率。</div>
<div><br /></div>
<h2><span style="color:#ff0000;">8.業務面和控制面</span></h2>
<div>業務面也叫使用者面，負責傳送和處理使用者業務資料的工作；控制面負責傳送和處理系統控制信令的工作。無線通道一般都分為業務通道（Traffic Channel，TCH）和控制通道（Control Channel，CCH）兩大類。</div>
<div>例如TD-SCDMA制式的HSDPA（3.5G），業務通道是HS-DSCH，真正負責傳輸資料包的通道；而HS-SCCH則為控制通道，負責協調資料包的傳輸工作，協調內容包括：資料包發給誰（使用者ID資訊）、資料包如何打包（傳輸塊格式）、採用的編碼和調製方法、是新傳包還是重傳包等。</div>
<div>為支援HSDPA技術，終端側也要給基站反饋通道質量和是否正確接收資料包的資訊，使用的是HS-SICH，也是負責協調工作的通道。</div>
<div>NodeB的排程模組根據不同使用者在HS-SICH通道上反饋的通道條件，確定給誰服務、資料傳輸格式，確定好的協調資訊通過控制通道HS-SCCH通知終端，隨後在業務通道HS-DSCH傳送資料。終端檢測控制通道HS-SCCH看是否有發給自己的資訊，若有，終端開始接收HS-DSCH。終端對接收到的資料進行解調、校驗，根據校驗是否正確，傳送ACK或NACK，若NodeB收到NACK，則重發至收到ACK或達到最大重傳次數。</div>
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<div><img src="https://img-blog.csdn.net/20180104190456770" alt="" /><br /></div>
<h2><span style="color:#ff0000;">9.集中和分佈</span></h2>
<div>資源佈置方式有兩種：集中和分散（無線通訊中，用“分佈”），如圖所示。</div>
<div><img src="https://img-blog.csdn.net/20180104190552185" alt="" /><br /></div>
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<div>集中資源的好處是排程簡單，管理方便；分散資源可以規避風險，但管理困難，溝通協調複雜。</div>
<div><br /></div>
<div>無線通訊物理資源的分配也有集中和分佈兩種，如圖</div>
<div><img src="" alt="" /><img src="https://img-blog.csdn.net/20180104190611529" alt="" /><br /></div>
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<div>集中式物理資源分配方式是指給某一使用者某一時間分配物理上連續的資源，或者是集中在一起的資源。排程簡單，但不靈活。</div>
<div>分散式物理資源分配方式，在某一時間內給使用者分配的物理資源分散在不同地方，不是連續的資源。可靈活分配資源，但排程信令複雜。</div>
<div>在LTE中，正交的子載波是一種無線的物理資源，系統在分配這個資源的時候可採用集中式或分散式，各有優缺點。</div>
<div><br /></div>
<h2><span style="color:#ff0000;">10.層級化、扁平化、網狀網</span></h2>
<div>俗話說：”人上一百，形形色色“，想要把這些人組織起來形成一個有效的工作團隊，有如圖所示的兩種方式：層級化和扁平化</div>
<div><img src="" alt="" /><img src="https://img-blog.csdn.net/20180104190642181" alt="" /><br /></div>
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<div><strong>（1）組織結構</strong></div>
<div>層級化塔頂是管理者，通過一級級指令到達底層員工。一個管理者精力有限，能夠管理的人數也有限，這個限制稱為管理幅度。管理幅度越窄，管理的層級就越多，對管理者的要求就會越簡單。管理幅度越寬，管理的層級就會越少，對底層人員和管理者的要求就會越複雜。</div>
<div>層級化的組織結構管理結構清晰，職責簡單，執行力強，但缺乏橫向溝通，溝通距離也較長，溝通時延較大，資訊傳遞過程中會失真、扭曲。隨著規模的增大，管理層次眾多的層級化結構對外界環境和市場需求的適應性減弱，響應能力降低。</div>
<div>解決層級化組織面臨問題的方法就是扁平化。即增加管理幅度，降低管理層次，將金字塔的組織形式壓成扁平狀的組織形式。</div>
<div>扁平化要求管理層級減少，溝通渠道縮短，管理幅度大大增加。底層成員之間建立有效的溝通渠道，要求管理者職能範圍增大，事務處理能力增加。扁平化組織結構帶來的好處是資訊傳遞時延減小，效率增加，便於組織適應客戶需求，便於組織自我修復和完善。缺點是對成員的事務處理能力要求較高。</div>
<div><strong>（2）無線組網架構</strong></div>
<div>無線接入網的組網結構也分層級化和扁平化。2G、3G無線接入網都有兩種網元：基站控制器和基站。各基站之間沒有介面，如圖所示。</div>
<div><img src="" alt="" /><img src="https://img-blog.csdn.net/20180104190721684" alt="" /><br /></div>
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<div>在層級化的無線組網結構中，基站之間沒有介面，基站之間的協調通過基站控制器協調完成，資訊傳送距離較長，時延較大，網路自適應能力較差。</div>
<div>為克服層級化組網的缺點，未來網路架構需要向扁平化方向演進。這就要求基站控制器的功能向基站轉移。網路中任何一個節點兼有基站控制器和基站的功能，基站之間需要建立資訊傳送介面。</div>
<div>扁平化以後的網路結構，資訊傳送距離短，時延小，網路自適應能力加強。扁平化的無線組網又稱為網狀網。LTE無線接入網的組網架構就是網狀網，它是扁平化的網路結構，如圖所示</div>
<div><img src="" alt="" /><img src="https://img-blog.csdn.net/20180104190803934" alt="" /><br /></div>
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<div>WLAN的無線組網發展方向也是扁平化、網狀網，如圖所示，WLAN的IEEE 802.11n版本的英文名稱為Mesh，其含義就是網孔。</div>
<div><img src="" alt="" /><img src="https://img-blog.csdn.net/20180104190839944" alt="" /><br /></div>
<div>和LTE不同的是，AP之間介面的物理形式可以是無線的，而LTE中的eNodeB之間的介面是有線的。</div>
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參考文章：LTE輕鬆進階.元泉<br /></div>