改进型LTE网络加速智能移动终端数据发展

近日中兴通讯和中国移动宣布在做改进型LTELong Term Evolution)的网络技术试验时,下载速度达到223兆每秒

  LTE又叫是由爱立信、诺基亚、西门子、华为等世界主要设备生产商开发的介于3G和4G网络间,并从3G向4G演进的主流技术。它改进并增强了3G的空中接入技术,采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。在20MHz频谱带宽下能够提供下行326Mbit/s与上行86Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能,提高小区容量和降低系统延迟。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。LTE是GMS阵营目前最先进的网络,它的演进路线和传输速率如下:

GSM (9.6Kbps )—–>GPRS(171.2Kbps )—>EDGE(384Kbps)—->WCDMA(:384Kbps~2Mbps )——->HSPA(14.4Mbps)—–>HSPA+(22Mbps)——->LTE长期演进(300Mbps)

用户对于移动网络的带宽永远都是贪得无厌,每个人都想占有更多的带宽。思科公司曾作出评估,移动数据通信量在2016年将增长18倍,而著名的贝尔实验室的预测则是现在的25倍。阿尔卡特·朗讯高级产品战略主管米歇尔·佩鲁耶罗(Michel Peruyero)说,“数据流量在飞速增长”。朗讯正在发展一种微型基站,这种微型基站运用了改进型LTE的特性,实现了飞快的下载速度。如果你拘泥于现有的LTE,那么你只能为一部分人提供服务。而使用了改进型的LTE,你会看到数据传输速率显著增长,或者更多的用户能享受到同样优质的服务。目前朗讯已经冲掉CDMA相关的37亿美元的资金,将这些资金与日本NEC合资建立LTE公司。



改进型LTE网络已经经过了很多年的测试,并且将会在今年下半年在北美的部分地区开始试运营。本质上,这种技术将五种不同的频率的数据流缝合起来,这种技巧叫做“载波聚合”。此外,他可以发射和接受八种天线频率,被称为多输入多输出即MIMO实际的无线带宽不断变化取决于你的位置和在一定时间内连接到服务器的设备的数量。

这个新型技术将会带来带宽支撑型应用的爆炸式增长,例如流媒体、游戏、手机和平板电脑的视频会议。不过这些花费不小,因为设备需要不断地更新和维护,这些花费预计将在未来几年内激增,网络服务商需要更加强有力的处理器,以及更多的天线置入。现在的手机大多只用一根天线就能搞定基本计算需求。如果没有这些新型电池或者再生能源在技术和营销上的突破,随着对计算需求的提高,手机电池需求将会显著增加,很可能未来短时间内支持这种服务的手机会笨重得多。

运用新技术的设备终端给人感觉总不是那么可靠,不过芯片的发展可以有力地回应这种观点。在上个月的拉斯维加斯的CES大会上,芯片制造商高通宣布它将推出一个芯片组,为载波聚合并且将提供150 mbps的带宽。

与此同时,很多公司还没有推出新的标准,如LTE。所以比如AT&T,它今年下半年计划测试改进型的LTE,它补充说,主要集中在基层推出LTE2014年在北美覆盖3亿人。LTE的商业化一直在往后延迟,但一直受到标准和终端芯片的制约,在今年的CES大会上,LTE备受关注,除了高通推出的芯片组外,很多主流芯片厂商都争相进入适合LTE的芯片的研究开发。

改进型LTE也可以带来一种强有力的新方式提供无线宽带到户。理论上,最佳使用渠道和天线可能导致下载速度达到每秒1 Gb,与电路型的安装在堪萨斯城的谷歌光纤的入户速度相同。佩鲁耶罗说:“众所周知,没有人想所有设备上安装8根天线,尤其是像pad和笔记本这样的小型设备。不过固定设备在家里可以有一组八个天线,从而有一个更大的机会来实现宽带无线网络,而不是通过铜或纤维。 ”

由于更小、更便宜、更强大的芯片推出,使得很多无线网络服务商能够提供改进型LTE服务。领导LTE发展的爱立信公司的技术战略总监和首席顾问霍斯曼·何木密( Hossam Hmimy)说:“整个生态系统,从材料到芯片组,需要共同努力,使价格下降而计算复杂度上升。”

虽然基站发送信号可能来自八个天线,不过至少现在,手机和平板电脑将停在四个天线的范围内。不过对于将四个天线安到手机和平板中额外的刚性需求仍然对产品和外观的设计造成了一定的影响。因为改进型LTE融合了不同的频道,它构成了一个更为复杂和不断变化的使用频谱,一个好处是,它将使信号更强烈,并且能够承受干扰。

不过研究人员仍有担心,现在阻塞的几个小部分LTE信号与一个电池干扰机可以屏蔽整个城市弗吉尼亚理工大学无线研究实验室负责人杰夫•里德( Jeff Reed)说:“改进型LTE将有助于解决这个问题,因为它基本上是协调基站连接在一起,这将有助于减少干扰协调问题。” 

里德说:“改进型LTE肯定将提供更高的数据速率,给更多的频谱的灵活性,让所有的人都更有效地使用频谱。”

目前,TLE的中国国产4G移动通信技术标准叫做TD-TLE。TLE是由3GPP推动的,所以,它在很多方面继承了3GPP的优点。下面是TLE调度的主要算法:

1、分组调度算法 在3GPP中,对分组调度算法的研究作了如下说明:可以研究的分组调度算法有很多种,但是首先需要确定算法性能的边界。目前主要是通过以下两种算法来确定分组调度算法的性能边界:一种是基于载干比,在牺牲公平性的基础上提供最大的系统容量,因为在这种的安排策略下,所有的信道可能都分配给信道条件好的用户;另一种是循环策略,在牺牲系统容量的基础上给每个用户提供比较公平的资源共享。通过以上两种算法,可以确定当前系统所具有的吞吐量和用户公平性的性能分界。

在3GPP鼓励提出各种新的调度算法的同时,为了衡量各种调度算法的公平性而确定了一项公平性准则,该准则用用户吞吐量归一化分布函数CDF(Cumulative Distribution Function)曲线来表征,它使用用户的平均吐量进行归一化。设用户k的吞吐量为Tk,相对于所有用户的归一化吞吐量Tk为Tk=Tk/avg{Tj}(j=1.2L k),准则的曲线由以下三点确定,如表所示:

该准则实际上是限制了吞吐量较低的用户占用户数的比例,例如低于0.1倍平均吞吐量的用户数不能超过用户总数的10%。按照这个准则。所有符合公平性的调度算法其累计分布函数都处于这三点练成的直线的右侧,否则就违反了公平性原则。

2、轮循调度算法(Round Robin,RR) RR就是基站轮流地为扇区内的终端提供服务,它的优先级计算函数为:k=arg max{Tj(t)}(j=1..k)。RR算法保证以均等的机会为系统中的所有用户分配资源,使用户按照某种确定的顺序占用无线资源进行通信。其主要思想是,以牺牲吞吐量为代价,公平地为系统内的每个用户提供资源。从占用资源角度而言,RR调度算法是最公平的,不仅可保证用户的长期公平性,也可以保证用户的短 期公平性。每次调度时不考虑以前被调度的情况,因RR调度算法是记忆的。然而RR算法也存在致命的缺点,由于没有考虑用户信道状况的不同,因此传输的可靠性并不高,导致吞吐率极低。RR算法是公平性的上界以及吞吐量性能的下界,通常作为与其他算法进行比较的基础。

3、最大载干比调度算法(max C/I) max C/I的优先级计算为:k=arg max(j=1..k){(C/I)j (t)} 。  max C/I调度算法在调度用户时,只选择信道状况最好的用户,即让信道条件好的用户在一起传,因而能够适应无线信道的时变特性,充分利用了多用户分集的效果。max C/I算法的吞吐量是吞吐量的极限值,但完全没有考虑用户间公平性的要求, 对于信道条件差的用户得到服务的机会将很少,甚至出现所谓“饿死”现象。从占用资源角度而言,max C/I调度算法是最公平的。max C/I算法是吞吐量性能的上界以及公平性的下界。

4、比例公平调度算法(PF、Proportion Fair) PF调度算法的优先级函数为:k=arg max {rj(t)/Rj(t)} (j=1..K) 其中: Rj(t+1)=(1-1/Tc)Rj(t)+rj(t)/Tc

在PF算法中,rj(t)为当前时刻用户的瞬时速率,由用户的信道状态信息决定,Rj(t)为用户在时间窗Tc内的平均速率。随时用户获得传输机会的增多,平均传输速率提高,其优先级降低,就使原来低优先级的用户获得更多的传输机会,从而保证用户问的公平性。而本身也利用了多变的信道状况。达到了维持吞吐量较高的效果。PF算法的扇区吞吐率和服务公平性界于RR和max C/I之间。

上面RR、max C/I和PF的性能比较如下:

关于 “改进型LTE网络加速智能移动终端数据发展” 的 0 个意见

  1. 3G时代,华为席卷非美国市场,但无论思科还是华为都用的高通的芯片,真正CDMA的核心技术还在高通手里,还好中国移动直接在4G到来之前搞定了高通,能够让TD-LTE和FDD-LTE并行。希望华为继续给力,突破美国限制。如果放弃4G,未来直接开发5G,将非常困难。

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