二、 LTE 簡介
2.1 LTE 介紹
Long Term Evolution (LTE)是第三代合作夥伴計畫(3rd Generation Partners hip Project，簡稱 3GPP)標準組織所訂定出來的新一代通訊網路標準，這項標準 是由 Universal Mobile Telecommunications System (UMTS)演化而來，最早是制 定於 3GPP Release 8，其主要目標如下[2]：
1. 提高尖峰資料傳輸率(Peak Data Rate)：為了滿足未來大量高需求的服務應 用，例如：視訊通話、行動電視等，期望能在 20MHz 的頻寬中能夠達到下 載 100Mbps、上傳 50Mbps 的尖峰傳輸速率。
2. 降低延遲：可分為控制層面(C-plane)的延遲和使用者層面(U-plane)的延遲[3]。
控制層面的延遲是指 UE 從 idle 或 dormant 狀態切換到 active 狀態所花費的 時間，其具體目標是將 idle 狀態切換到 active 狀態所花費的時間降至 100ms 以下，將 dormant 狀態切換到 active 狀態所花費的時間降至 50ms 以下；使 用者層面的延遲是指資料封包從 UE 傳輸到核心網路中的服務閘道(serving gateway)或是從服務閘道傳輸到 UE 所花費的時間，這段時間主要由服務品 質(QoS)參數所決定。
UMTS，以及 non-3GPP 的網路，例如：WiFi、WiMAX，LTE 期望將 3GPP 網路和 non-3GPP 網路做整合互通，期望提供 UE 更佳的移動性。
隨著技術的演進，3GPP 從 Release 10 開始制定符合 ITU IMT-Advanced 規 格的 LTE-Advanced (LTE-A)。到目前為止，LTE-A 已經超越了 ITU IMT-Advan ced 而達到 ITU-R 的規格需求。相對於 LTE 的 4x4 通道技術，LTE-A 以 MIMO 多重天線收發技術，提供了最多 8x8 MIMO DL，也就是 8 個下載通道，以及 4 x4 MIMO UL，也就是 4 個上傳通道的能力，下載傳輸速率可達到 1Gbps，上傳
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傳輸速率可達到 500Mbps，並導入將來納入 Release 11 的協同多點傳輸機制(Co -ordinated Multi-point Transmission，即 CoMP)與 3GPP Release 8 規範的中繼傳 輸(Relays)功能。
2.2 LTE 系統架構
LTE 可大致分為兩個部分：Evolved Universal Terrestrial Radio Access Net work (E-UTRAN)以及 Evolved Packet Core (EPC)。EPC 是以 IP 為基礎的多重 存取核心網路，使得營運商可以在單一核心網路中整合運作 3GPP 網路以及 non -3GPP 網路[5]，主要是由移動管理實體(mobility management entity，MME、服 務閘道(serving gateway，S-GW)、數據封包閘道(packet data network gateway，
PDN-GW)以及家庭用戶伺服器(home subscriber server，HSS)所組成，負責移動 性管理(mobility management)、策略管理(policy management)、安全性(security) 等功能；E-UTRAN 中只有 evolved NodeB (eNodeB)一個元件[5]，將原本在 UT RAN 中 NodeB 和無線電網路控制器(radio network controller，RNC)整合在一起，
負責無線電資源配置(radio resource allocation)、新連線的存取控制、資料封包的 轉送等功能。
Internet (Operator's IP Services)
eNodeB
3GPP E-UTRAN 3GPP EPC
SGi
圖 4 LTE 基本架構圖
2.3 LTE 傳輸技術
LTE 在下行鏈路中採用 Orthogonal Frequency-Division Multiple Access
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(OFDMA)傳輸技術，與過往的 Time-Division Multiple Access (TDMA)[6]和 Code-Division Multiple Access (CDMA)[7]傳輸技術相比，最大的差異就是資源配 置的方式。CDMA 可讓多位使用者同時間利用不同編碼進行傳輸；TDMA 在同 個時間點只能讓一位使用者在該頻段進行傳輸；而 OFDMA 允許多位使用者同 時間使用不同的子載波進行傳輸[8]。在 LTE 中，資源區塊(physical resource block) 被認為是最小的資料傳輸單位，並且一個資源區塊只能給一位使用者使用。以 FDD-LTE[9]為例，它是由一個時間槽(time slot)與連續的 12 個子載波所組成，而 一個子載波固定為 15kHz，表一為在不同的頻寬下系統擁有的資源區塊數量[10]。
圖 6 是在 OFDMA 傳輸技術下配置資源區塊給 4 位使用者的例子。
圖 5 單一資源區塊結構
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表 1 各頻寬所擁有的資源區塊數量
圖 6 OFDMA 資源區塊配置
在上行鏈路方面，LTE 採用 Single-Carrier Frequency-Division Multiple Acce ss (SC-FDMA)傳輸技術，主要原因是在 OFDMA 傳輸技術中具有 Peak-to-Avera ge Power ratio (PAPR)問題[8]，較高的 PAPR 會使得 UE 在進行傳輸資料時有較 差的功率效益，而 SC-FDMA 結合了 OFDMA 許多彈性的部分，同時具有較低的 PAPR，進而延長 UE 的電池使用時間。但由於單載波的特性，使用者只能在連 續頻率的資源區塊(resource block)上進行傳輸[11]，如圖 7 所示。
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圖 7 SC-FDMA 資源區塊配置
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