LTE系统主要采用两种双工方式,区别在于频率和帧结构的不同:
| 特性 | LTE FDD(频分双工) | LTE TDD(时分双工) |
|---|---|---|
| 频率使用 | 使用成对频率分别进行下行和上行传输 | 使用单一频率,通过分配不同时隙进行上下行传输 |
| 帧结构 | 1ms子帧,0.5ms时隙 | 1ms子帧,0.5ms时隙 |
| 适用场景 | 对称频谱资源 | 非对称频谱资源 |
两种制式的帧结构均采用1ms的子帧持续时间和0.5ms的时隙持续时间。
在LTE中,资源块(Resource Block, RB)是无线资源分配的最小单位。其结构如下:
时域:0.5ms时隙
频域:12个子载波
符号数:常规循环前缀(Normal CP)下包含7个OFDM符号;扩展循环前缀(Extended CP)下包含6个OFDM符号
资源元素(RE):一个资源块总共包含84个(12×7)时频单元
资源元素是LTE中最小的物理资源单位,每个RE对应一个子载波在一个OFDM符号周期内的资源。
LTE系统通过三类信道来支撑用户设备与基站之间的连接建立、维护和终止:
| 信道类型 | 功能 | 分类 |
|---|---|---|
| 逻辑信道 | 根据传输信息的类型进行分类 | 控制信道、业务信道(流量信道) |
| 传输信道 | 根据数据在无线接口上的传输方式分类 | — |
| 物理信道 | 对应物理层使用的一组资源元素 | — |
这三类信道分别从“传输什么内容”、“如何传输”和“在物理资源上如何映射”三个维度定义了LTE的通信机制。
| 信号类型 | 功能 | 分类 |
|---|---|---|
| 参考信号(RS) | 充当导频子载波,用于信道估计和跟踪 | 解调RS(DRS):用于上下行同步及信道估计;探测RS(SRS):用于信道质量估计(仅上行) |
| 同步信号(SS) | 充当前导序列,用于同步 | 主同步信号(P-SS):用于初始同步;辅同步信号(S-SS):用于确定帧边界 |
小区搜索:终端(UE)通过小区搜索过程找到并驻留到一个LTE小区(eNodeB)。这是UE接入网络的第一步。
物理广播信道(PBCH):在完成初始小区同步后,UE读取PBCH上的主信息块(MIB)。MIB包含:
下行链路信道带宽(以RB为单位)
PHICH持续时间
PHICH资源
系统帧号(SFN)
在传输层,该广播信道称为BCH;在逻辑层,它称为BCCH。
LTE上行链路采用SC-FDMA(单载波频分多址),其核心优势是与下行链路使用的OFDMA相比,具有更低的PAPR(峰均功率比)。这使得终端设备的功率放大器效率更高,从而延长电池寿命,对移动终端尤为重要。
RSSI(接收信号强度指示)用于测量终端从小区接收到的信号功率,几乎适用于所有无线接入技术。其核心作用包括:
帮助UE始终保持与最佳小区的连接
当信号强度下降时,UE或网络会发起切换或执行小区重选
在LTE中,RSRP(参考信号接收功率)和RSRQ(参考信号接收质量)也是衡量信号质量的关键参数。
CSFB(电路域回落)是一种过渡技术,允许UE在LTE网络下利用现有的GSM电路域基础设施提供语音服务。当需要发起或接收语音通话时,系统会触发从LTE到GSM的RAT(无线接入技术)切换,从而实现语音通话。
LTE网络架构由终端(UE)、基站(eNB)和核心网(EPC)组成,关键接口包括:
| 接口 | 连接对象 | 功能 |
|---|---|---|
| Uu | UE与eNB之间 | 终端与基站的无线接口 |
| X2 | eNB之间 | 基站间的互联,支持切换和负载均衡 |
| S1 | eNB与EPC之间 | 基站与核心网的连接接口 |
SRVCC(单射频语音呼叫连续性):支持从E-UTRAN(LTE)到UTRAN/GERAN(WCDMA/GSM)的切换,将LTE中正在进行的基于IMS的PS(分组交换)语音呼叫转移到传统网络的CS(电路交换)语音呼叫,保证语音通话的连续性。
LTE与LTE Advanced的区别:
| 特性 | LTE | LTE Advanced |
|---|---|---|
| 3GPP版本 | Release 8/9 | Release 10 |
| 核心新技术 | 基础OFDMA/SC-FDMA | 引入载波聚合(CA) |
| MIMO支持 | 基础多天线 | 支持最多8根天线 |
| 峰值速率 | 下行100Mbps(20MHz) | 最高1Gbps(载波聚合) |
载波聚合(CA)是将多个分散的LTE频段(成员载波)聚合起来形成更宽的有效带宽(可达100MHz),从而大幅提升峰值速率。此外,LTE Advanced还引入了增强的MIMO技术,支持多达8根天线,进一步提升频谱效率和系统容量。
4G(LTE)技术作为移动通信从电路交换向分组交换转型的关键一代,其频段划分、资源分配、信道结构和网络架构等基础原理,至今仍是5G和未来通信技术的重要基石。工业物联网设备(如工业路由器、CPE等)的选型与部署,也常需考虑对LTE FDD/TDD频段的支持、载波聚合能力、信号质量测量等底层技术指标,这些直接影响设备在不同运营商网络下的适用性和稳定性。