隨著移動互聯網和移動通信的快速發展,智能終端(智能手機、個人電腦、平板電腦等)進入了爆發式增長階段,2014年全球智能終端規模達到25億,較2013年增長7.6%,預計到2020年,全球將有500億聯網終端,并涌現大量M2M(Machine-tto- Machine)應用。隨著智能終端的普及,用戶對移動寬帶需求越來越旺盛,特別是在線游戲、視頻通話、實時點播和直播、高速下載等應用對移動通信網絡的接入速率和質量的要求也越來越高。雖然第三代移動通信(the3 rd Generation Mobile Communications,3GMC)網絡的無線性能已經得到了很大的提高,但是隨著用戶的通信需求不斷增大,3G網絡越來越不能滿足用戶對高質量高性能通信的需求。
第三代合作伙伴計劃(3 rd Generation Partnership Project,3GPP)于2004年11月發起了通用移動通信系統(Universal Mobile Telecommunication Systen,UMTS)的長期演進(Long Term Evolution,LTE)項目。為了實現更高的數據傳輸速率、更高的頻譜效率等性能目標,同時出于對碼分多址技術(Code Division Multiple Access,CDMA)專利的考慮,LTE選擇使用正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技術作為空中接口的無線傳輸技術,通過對無線接口及網絡架構進行改進,達到降低時延、提高用戶數據速率、提高頻譜效率、增大系統容量和覆蓋范圍,以及降低運營成本的目的。
TD-LTE和FDD-LTE作為LTE的兩種工作模式,在標準化的過程中始終保持同步發展。2008年,3GPP完成了LTE第一個版本的Release 8技術規范(簡稱R8),其在20 MHz的帶寬上能提供下行300 Mbps和上行75 Mbps的峰值速率,保證網絡單向延時小于5 ms。2010年年底,3GPP發布了LTE Release10(簡稱R10),R10的目標是滿足高級國際移動通信(International Mobile Telecommunications- Advanced,IMT- Advanced)需求,這被國際電信聯盟(International Telecommunication Union,ITU)認定為4G技術的國際標準,R10和后續LTE版本都稱為LTE演進版本(LTE- Advanced,LTE-A),這標志著4G時代的真正來臨。
傳統的3 GPP UMTS陸地無線接入網(UMTS Terrestrial Radio Access Network,UTRAN)由 Node B和無線網絡控制器(Radio Network Controller,RNC)兩層節點構成。考慮到簡化網絡架構和降低延時,LTE系統接入網(Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network,E- UTRAN)將RNC的功能轉移到演進型Node B(Evolved Node B,eNB)和移動性管理實體(Mobility Management Entity,MME)中,采用由eNB構成的單層結構。E- UTRAN結構中包含了若干個eNB,eNB之間底層采用IP傳輸,在邏輯上通過X2接口互相連接,即網格(Mesh)狀網絡結構,以支持用戶設備(User Equipment,UE)在整個網絡內的移動性,保證用戶的無縫切換。LTE系統中采用這種扁平化的網絡架構,對3GPP系統的整個體系架構產生了深遠的影響,這就使得3GPP系統的整個體系架構逐步趨近于典型的IP寬帶網結構。
LTE基于頻譜效率高和IP化的網絡架構等特點,目前全球共有81個國家的218家運營商正在部署和商用LTE網絡。國內于2013年12月4日首先發放 TD-LTE牌照,2015年2月27日又頒發了FDD-LTE牌照,自此,我國全面進入4G規模商用時代。