LTE 無線網路系統概述

無線網路發展是從以前就開始進行了，第一代行動通訊的技術(First Generation, 1G) 是 第 一 代 移 動 通 信 的 簡 稱 ， 是 類 比 式 的 行 動 電 話 系 統

（Advanced Mobile Phone System，AMPS）。類比式的行動通訊是一種蜂 巢式的系統，這種系統方式的通訊保密性很差，也容易受到電波的干擾。

再來是第二代行動通訊的技術簡稱 2G（Second Generation, 2G）使用的系 統為全球行動通訊的系統（Global System for Mobile Communications）是目 前所使用語音通話的主要的技術，然而 2G 的系統是數位化的，它提供了 數位語音和低速率數據的服務方式，而且改善了頻率的效應、去提高通話 品質及降低造成的干擾。而隨著網路的快速發展，推出了 2.5G 的技術，

2.5G 的技術是加入了通用封包無線服務 GPRS(General Packet Radio Service) 系統，可以傳遞封包數據的訊息以及語音的訊息。後來又發展到了 2.75G 系統，2.75G 的系統中是增強了數據速率傳輸(Enhanced Data rates for GSM Evolution, EDGE)提高了傳輸速率，作為 2G 以及 2.5G 的延伸與原本的 GSM 系統相比較之下傳輸的速率高出了三倍。後來在人們需要在行動裝置上各 種功能的需求，例如:網頁的瀏覽，電話的會議，影音的多媒體的應用，然 而出現了第三代行動通訊的技術（Third Generation, 3G），3G 行動通訊提 供支援了高速率的資料傳輸蜂窩移動式的通訊技術，3G 的通訊協定在個 國的使用標準是不同的，像是中國所使用的協定 TD-SCDMA(Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access)、美國所使用的協定是採用 CDMA2000(Code-Division Multiple Access 2000)、歐洲以及台灣和日本和 韓 國 都 是 使 用 了 寬 頻 分 碼 多 工 技 術 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)這些都是 3G 協定的國家，而這些標準的屬於 CDMA 的技

術，但這些在設定上面來說都是有不同之處，因此大家彼此都是互相不相 容的。最近幾年來，寬頻無線網路技術快速的發展下，WCDMA 的陣營是 從 1998 年年底開始，它結合了歐洲 ETSI，韓國 TTA，美國 ATIS，日本 ARIB 等發起並且成立了第三代行動通訊夥伴計畫組織(third generation partnership project,3GPP)來優化 WCDMA 標準。像是有 WiMAX 與 LTE 兩 大網路技術進行研究，後來因為由 3GPP 提出的 LTE 系統，而成為了目前 主流的技術之一。LTE 的基本功能於 2008 年的第四季於 Release8 的版本 中提出，並且在 Realease9 的版本中進行了少許的改良，例如:支持定位功 能以及毫微微蜂窩的概念的完整整合，而 LTE Release8 和 Release9 的版本 沒有達到 IMT-Advanced 的標準，所以稱為 3.9G，而在 LTE Release 10 的 版本中因為符合了標準所以稱為 LTE-Advanced，被稱為 4G。而近年來又 多增加了 LTE Release 11 到 LTE Release 15。

在 LTE-Advanced Standad 的重點發展核心技術

1.載波聚合(Carrier Aggregation,CA): 定義了 LTE 在射頻的介面上採用了最 多五個載波，可使用分別不同的頻率以及頻寬，載波聚合技術應用在分頻 以及分時多工上面，但是其中的限制就是在於上行載波的數量不能超過下 行載波的數量，單獨個別的載波稱為多個成員載波(Component Carrier, CC)，

當最多使用了五個多個成員載波時，其最大頻寬可達到 100MHz，在 3GPP 裡 定 義 了 三 種 不 一 樣 的 載 波 使 用 方 式 ， 分 別 有 同 頻 連 續(Intra-Band

Continuous)、同頻非連續(Intra-Band Non-Continuous)、及跨頻非連續

(Inter-Band Non-Continuous)。如圖 2-1 所示。

Band2 1=Intra-Band

Contiguous

2=Intra-Band Non-Contiguous

3=Inter-Band Non-Contiguous

CC1 CC2 CC3 CC4 CC5

CC1 CC2 CC3 CC4 CC5

CC1 CC2 CC3 CC4 CC5

CC1 CC2 CC3

CC1 CC2 CC3

CC1 CC2 CC3

Band1

圖 2-1、LTE-A 系統的載波聚合(Carrier Aggregation)[22]

2.中繼站(Relay):中繼站目的是為了改善 eNodeB 的服務範圍以及對邊緣的 使用者的範圍內架設一個中繼站來加強並且重新發射上行鏈路和下行鏈 路的訊號以改善接收訊號的狀況，圖 2-2 所示。

eNodeB

RelayNode(RN)

RelayNode(RN)

圖 2-2、LTE-A 系統之 Relay 中繼站圖[18]

3.CoMP 協調式多點傳輸

CoMP 技術能讓終端用戶裝置同時與多處無線電端點通訊。這使得數 站基地台能藉此合作，在上行鏈路、下行鏈路共同分配網路資源並且傳送 資料；該技術還能夠在終端用戶裝置與不同基地台通訊時，去改善邊緣地 區的效能，讓不同的基地台訊號帶來干擾並且削弱網路效能，CoMP 能讓 基地台去共同合作並且改善邊緣地區效能，如圖 2-3 所式。

Cell 3

Cell 1

Cell 2

4.多天線通訊傳輸(Multi-Input Multi-Output)

通用的 MIMO 的系統包括了 a 個發射天線和 b 個接收天線。根據了無 線訊號通訊特性，每個接收的天線都會接收不同的發射天線內容。假如發 射天線 1 與接收天線 1 之間為 h11，發射天線 1 和接收天線 2 之間為 h21。

這樣可以得到 a×b 的傳輸矩陣(H)，H = [

𝒉𝟏𝟏 𝒉𝟏𝟐 𝒉𝟏𝟑 𝒉𝟐𝟏 𝒉𝟐𝟐 𝒉𝟐𝟑 𝒉𝟑𝟏 𝒉𝟑𝟐 𝒉𝟑𝟑

]，圖 2-4 為多

天線通訊系統傳輸圖。

圖 2-4、多天線通訊系統傳輸圖[6]

表 1 列出了 LTE 和 LTE-A 之不同的地方，使用者於下載傳輸速率從 過去的 300Mbit/s 提升到了 1Gbit/s，上傳的傳輸速率從 75Mbits/s 提高到了 500Mbits/s，下傳傳輸頻寬從 20MHz 提升到了 100MHz，而上傳傳輸頻寬 從 20MHz 提升到了 40MHz。

表 1、LTE 和 LTE-A 系統比較