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長期演進技術
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長期演進技術（英語：Long Term Evolution，縮寫：LTE）是電信中用於手機及數據終端的高速無線通訊標準，為高速下行封包接入（HSDPA）過渡到4G的版本，俗稱為3.9G。該標準基於舊有的GSM/EDGE和UMTS/HSPA網路技術，並使用調變技術提升網路容量及速度[1][2]。 長期演進技術該標準由3GPP（第三代合作夥伴計劃）於2008年第四季度於Release 8版本中首次提出，並在Release 9版本中進行少許改良。
「LTE」重新導向至此。關於其他用法，請見「LTE (消歧義)」。 使用中
正在部署
正在規劃
無
世界第一張商用長期演進技術網路於2009年12月14日，由TeliaSonera電信在挪威奧斯陸和瑞典斯德哥爾摩提供服務[3]。長期演進技術是給予擁有GSM/UMTS網路的電信業者最平滑的升級路線，但因2008年美國高通公司宣佈放棄EVDO的平滑升級版本超行動寬頻（Ultra Mobile Broadband，UMB），使得擁有CDMA網路的電信業者如美國Verizon Wireless（於2010年鋪設完成美國第一張大面積覆蓋的長期演進技術網路）[4][5]、中國電信和日本KDDI遷移至長期演進技術網路。因此長期演進技術預計將成為第一個真正的全球通行的無線通訊標準，因為不同國家和地區的不同網路所使用的頻段不同，只有支援多個頻段的手機才可以實現「全球通行」。
雖然長期演進技術被電信公司誇大宣傳為「4G LTE」，實際上它不是真正的4G，因為它沒有符合國際電信聯盟無線電通訊部門要求的4G標準（也就是國際行動電信升級版）；LTE-A才符合國際電信聯盟無線電通訊部門要求的4G標準[6][7]。
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概要
LTE是無線資料通訊技術標準。LTE的當前目標是藉助新技術和調變方法提升無線網路的資料傳輸能力和資料傳輸速度，如新的數位訊號處理(DSP)技術，這些技術大多於千禧年前後提出。LTE的遠期目標是簡化和重新設計網路體系結構，使其成為IP化網路，這有助於減少3G轉換中的潛在不良因素。因為LTE的介面與2G和3G網路互不相容，所以LTE需同原有網路分頻段營運。
LTE最早由NTT DoCoMo在2004年於日本提出，該標準在2005年開始正式進行廣泛討論[8]在。2007年3月，LTE/系統架構演進測試聯盟（the LTE/SAE Trial Initiative，LSTI）成立。作為供應商和營運商全球性合作的產物，LSTI致力於檢驗並促進LTE這一新標準在全球範圍的快速普及[9][10]。該標準於2008年12月定案。世界第一張商用LTE網路於2009年12月14日，由TeliaSonera在奧斯陸和瑞典斯德哥爾摩提供資料連接服務，該服務須使用行動網卡。2011年，北美營運商開始LTE商用。MetroPCS在2011年2月10日推出的三星Galaxy Indulge，該手機成為全球首款商用LTE手機[11][12]。隨後Verizon於3月17日推出全球第二款LTE手機HTC ThunderBolt[13][14]。CDMA營運商本計劃升級網路到CDMA的演進版本UMB，但由於高通放棄UMB系統的研發，使得全球主要的CDMA營運商（如美國的威訊、Sprint Nextel和MetroPCS，加拿大的Bell移動和Telus移動，日本的KDDI，南韓的SK電訊，中國的中國電信，台灣的亞太電信）均宣布將升級至LTE網路，或是升級至WiMAX（俄羅斯與韓國）。LTE Advanced是LTE的下一代網路，該標準於2011年3月定稿[15]之後開始提供服務。[16]
LTE網路有能力提供300Mbit/s的下載速率和75 Mbit/s的上傳速率。在E-UTRA環境下可藉助QOS技術實現低於5ms的延遲。LTE可提供高速移動中的通訊需求，支援多播和廣播流。LTE頻段擴充度好，支援1.4MHz至20MHz的頻雙分工和時雙分工頻段。全IP基礎網路結構，也被稱作核心封包網演進，將替代原先的GPRS核心封包網，可向原先較舊的網路如GSM、UMTS和CDMA2000提供語音資料的無縫切換。[17]簡化的基礎網路結構可為電信業者節約網路營運開支。舉例來說，E-UTRA可以提供四倍於HSPA的網路容量。[18]
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特性
LTE中的很多標準接手於3G UMTS的更新並最後成為4G行動通訊技術。其中簡化網路結構成為其中的工作重點。需要將原有的UMTS下電路交換+封包交換結合網路簡化為全IP扁平化基礎網路架構。E-UTRA是LTE的空中介面，他的主要特性有：
- 峰值下載速度可高達299.6Mbit/s，峰值上傳速度可高達75.4Mbit/s。該速度需配合E-UTRA技術，4x4天線和20MHz頻段實現。根據終端需求不同，從重點支援語音通訊到支援達到網路峰值的高速資料連接，終端共被分為五類。全部終端將擁有處理20MHz頻寬的能力。
- 低網路延遲（在最佳狀況下小IP封包可擁有低於5ms的延遲），相比原無線連接技術擁有較短的交接和建立連接準備時間。
- 加強移動狀態連接的支援，如可接受終端在不同的頻段下以高至350km/h或500km/h的移動速度下使用網路服務。[19]
- 下載使用OFDMA, 上傳使用SC-FDMA以節省電力。下行資源包括頻率資源、時間資源和空間資源，即既有分頻多工，又有分時多工，又有空間多工。ETSI TS 136 211規格定義了Resource Block資源塊（LTE下行鏈路）是下行鏈路上可以分配給一個使用者的最小資源單位。一個資源塊包括12個子載波且持續一個時槽的時間；一個時槽持續0.5毫秒，包含了7個OFDM符號（symbol）；而每個OFDM符號（symbol）占據了12個子載波的頻率資源。
- 支援分頻雙工（FDD）和分時雙工（TDD）通訊，並接受使用同樣無線連接技術的分時半雙工通訊。
- 支援所有頻段所列出頻段。這些頻段已被被國際電信聯盟無線電通訊組用於IMT-2000規格中。
- 增加頻寬靈活性，1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz頻點頻寬均可應用於網路。而W-CDMA對5MHz支援導致該技術在大面積鋪開時會出現問題，因為舊有標準如2G GSM和cdmaOne同樣使用該頻點頻寬。
- 支援從覆蓋數十米的毫微微級基地台（如家庭基地台和Picocell微型基地台）至覆蓋100公里的Macrocell宏蜂窩基地台。較低的頻段被用於提供郊區網路覆蓋，基地台訊號在5公里的覆蓋範圍內可提供完美服務，在30公里內可提供高質的網路服務，並可提供100公里內的可接受的網路服務。在城市地區，更高的頻段（如歐洲的2.6GHz）可被用於提供高速移動寬頻服務。在該頻段下基地台覆蓋面積將可能等於或低於1公里。
- 支援至少200個活躍連接同時連入單一5MHz頻點頻寬。[20]
- 簡化的網路結構：E-UTRA網路僅由eNodeB組成。
- 可以互動操作已有通訊標準（如GSM/EDGE, UMTS和CDMA2000）並可與他們共存。使用者可以在擁有LTE訊號的地區進行通話和資料傳輸，在LTE未覆蓋區域可直接切換至GSM/EDGE或基於W-CDMA的UMTS甚至是3GPP2下的cdmaOne和CDMA2000網路。
- 支援封包交換無線介面
- 支援群播/廣播單頻網路（MBSFN: Multicast/Broadcast Single-frequency Network）。這一特性可以使用LTE網路提供諸如行動電視等服務，是DVB-H廣播的競爭者。
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LTE-TDD
分時長期演進（英語：Long Term Evolution，Time-Division Duplex，簡稱「LTE-TDD」）是基於3GPP長期演進技術（英語：LTE）的一種通訊技術與標準，屬於LTE的一個分支。該技術由上海貝爾、諾基亞西門子通訊、大唐電信、華為技術、中興通訊、中國移動、高通、ST-Ericsson等業者共同開發。
TD-LTE是LTE-TDD的商業名稱，它是由中國移動等主導創立的TD-LTE全球發展倡議組織（GTI, Global TD-LTE Initiative）推動支援的LTE-TDD標準化與商業化專案。[21][22]
TDD即指分時雙工（英語：Time-division duplex），LTE更加普遍使用的是FDD即分頻雙工（英語：Frequency-division duplex）。值得注意的是，中國媒體普遍將TD-LTE宣傳為中國國產標準，事實上其技術屬於LTE（長期演進技術）。[來源請求]正因為都是LTE的分支，LTE-TDD與LTE-FDD標準的重合度很高，差別不大，也各有優缺點。[來源請求]兩者分別跟3G的TD-SCDMA和WCDMA的繼承性不大，LTE-FDD跟WCDMA的繼承性甚至更小。中國政府和企業是TD-LTE的主要推動者。LTE-TDD技術主要吸引了三類電信業者，分別是：PHS電信業者、WiMAX電信業者、以及大量持有持零散頻譜的非對稱頻段的小規模電信業者。
LTE-FDD和LTE-TDD統稱為4G（第四代行動通訊技術），並受國際電信聯盟認可。LTE的升級版LTE-Advanced（LTE-A）的第一個標準化版本為3GPP R18， 於2022年開始制定。
TD-LTE的頻率分配因國家而異。美國一個在建的LTE-TDD系統使用了2496-2690MHz的Band 41頻率資源。中國也將Band 41分配給了LTE-TDD。另外，中國還將band 39（1880-1920MHz）分配給LTE-TDD使用。在英國，一個商用LTE-TDD網路使用了3.5/3.6GHz（Band 42,43）頻段。
對於WiMax電信業者來說，同樣使用單一頻段的LTE-TDD是很好的網路替代和升級技術，因為LTE-FDD都是上行下行分開頻段，現有的WiMax營運商都沒有這類型的頻段和執照。
LTE-TDD專案於2007年12月26日，LTE-TDD是LTE技術中的TDD模式，是採取分時雙頻的長期演進（Time Division Long Term Evolution），訊框結構參照了TD-SCDMA，但前者基於LTE技術，後者基於CDMA技術，沒有直接聯絡。[23] 2012年1月18日下午5時，國際電信聯盟在2012年無線電通訊全會全體會議上，正式審議通過將LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced（802.16m）技術規格確立為IMT-Advanced（俗稱「4G」）國際標準，中國主導制定的LTE-TDD-Advanced同時成為IMT-Advanced國際標準。
至2012年末，世界各地有十多家電信業者已經或計劃使用LTE-TDD，不過這在全球一百餘個LTE網路中所占的比例不大。[來源請求]另外由於WiMAX在4G標準的爭奪上已經落敗，WiMAX論壇於2012年將LTE-TDD納入WiMAX 2.1規格，WiMAX電信業者也開始將裝置升級為LTE，其中相當一部分會是技術較為接近的LTE-TDD。[來源請求]
- 日本：
日本軟銀的LTE-TDD網路已於2012年2月24日正式商用，已經發展使用者3萬多。[24]2012年10月9日日本軟銀發布了6款TD-LTE智慧型機。[25]
- 台灣：
台灣的4G LTE在不同頻段中的使用執照是中華電信、台灣大哥大、遠傳電信、亞太電信、台灣之星、國碁分別於2013年首次取得[26],其中，中華電信於2015年 12 月取得 FDD LTE 2600MHz 最大頻寬 2 x 30MHz 隔年三月正式上線，新增的一個頻段使其增加了 3CA 三頻聚合（三載波聚合）的服務，為首家提供此服務的電信業者[27]，台灣目前主要使用的頻率為1800 / 900 / 700MHz，分別表示 Band 3（B3）、Band 8（B8）、Band 28（B28）的頻段。 2015年12月7日，亞太電信、遠傳電信分別取得D5、D6各25Mhz的TD-LTE 2600Mhz頻段(Band38)。亞太電信已於2017年下半年開通台灣首個TD-LTE網路。
- 香港：
中國移動香港的LTE-TDD 2300Mhz網路於2012年12月18日正式商用。下載速度約為40Mbps上傳速度約為1.5Mbps。[28][29]
和記電訊3香港LTE-TDD 2300Mhz也在2013年正式啟用
- 美國：
美國電信業者Clearwire原為WiMax網路業者，計劃於2013年在2496-2690MHz頻段上提供LTE-TDD服務。[30]
- 印度：
Bharti Airtel的LTE-TDD網路於2012年4月開始使用。
- 歐盟：
歐洲郵政電信會議CEPT將2570～2620MHz頻段分配給LTE-TDD。[30]
- 俄羅斯：
俄羅斯MTS的LTE-TDD網路於2011年9月開始使用。
- 波蘭：
波蘭Aero2的LTE-TDD網路於2011年5月開始使用。
- 澳大利亞：
澳大利亞NBN的TD-LTE網路於2011年開始使用。而Optus的LTE-TDD網路於2013年開始使用。
- 中華人民共和國：
中國工業和信息化部在2012年10月16日表示「中國已經決定將2.6GHz頻段的2500-2690MHz，全部190MHz頻率資源規劃為TDD頻譜。」工信部部長苗圩表示將於一年左右時間發放LTE-TDD牌照。根據劃分的頻段資源，有報道認為除了中國移動可能還有不止一家電信業者會運營LTE-TDD。[31]
2013年12月4日，中國工業和信息化部給中國移動、中國電信和中國聯通發放LTE-TDD牌照。
2014年10月，諾基亞解決方案和網路公司與中移動簽署9.7億美元的採購協定[32]。
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作為TD-SCDMA的後續，中國政府首先努力推廣LTE-TDD，在FDD-LTE牌照發放前，要求電信業者封鎖手機終端上的FDD功能，並對沒有封鎖FDD的手機拒發入網許可證。[33][34][35]中國大陸的FDD-LTE牌照已於2015年2月27日正式發放給中國電信和中國聯通兩家電信業者。[36]由於在3G時代的落後，中國移動大力推廣發展4G（以LTE-TDD為主），至2016年中國移動4G覆蓋率已超過2G網路，中國廣大農村地區甚至偏遠山區都已基本實現移動4G全覆蓋，4G普及率大大領先於中國電信和中國聯通。
語音通話
LTE標準不再支援用於支撐GSM，UMTS和CDMA2000網路下語音傳輸的電路交換技術（Circuit Switched, CS），它只能進行全IP網路下的封包交換（Packet Switching, PS）。隨著LTE網路的部署，電信業者需使用以下三種方法之一解決LTE網路中的語音傳輸問題。[37]
- VoLTE（Voice Over LTE，LTE高音質語音）：該方案基於IP多媒體子系統（IMS）網路，配合GSMA在PRD IR.92中制定的在LTE控制和媒體層面的語音服務標準。使用該方案意味著語音將以資料流形式在LTE網路中傳輸，所以無需呼叫傳統電路交換網路，舊網路將無需保留。
- CSFB（Circuit Switched Fallback，電路交換網路支援）：該方案中的LTE網路將只用於資料傳輸，當有語音撥叫或呼入時，終端將使用原有電路交換網路（例如3G UMTS），這種技術就叫CS Fallback。該方案只需電信業者升級現有MSC核心網而無需建立IMS網路，因此電信業者可以較迅速地向市場推出網路服務。也由於語音通話需要切換網路才能使用的緣故，通話接通時間將被延長。
- SVLTE（Simultaneous Voice and LTE，LTE與語音網同步支援）：該方案使用可以同時支援LTE網路和電路交換網路的終端，使得電信業者無需對當前網路作太多修改。但這同時意味著終端價格的昂貴和電力消耗的迅速。
電信業者也可以直接在終端使用應用程式比如Skype和Google Talk去提供LTE語音服務。不過鑑於在當前和可預見的未來中，語音服務收費依然為電信業者貢獻最多的利潤，這種方案不太可能受到多數電信業者的支援。[38]
大多主要的LTE支持者從一開始便首選和推廣VoLTE技術。但最初的LTE終端和核心網裝置的相關軟體缺失導致部分電信業者推廣VoLGA（Voice over LTE Generic Access，LTE網路下的語音通用接入）以作為一種臨時解決方案。[39]該方案類似通用接入網路（也被稱作非授權移動接入），使使用者可使用個人區域網路絡連接，如私人無線網，進行語音通話。不過VoLGA未得到廣泛支援，因為儘管VoLTE（IMS）需要大量投資以升級全網語音基礎網路，但他可提供更靈活的服務。 VoLTE將同樣需要單一無線語音呼叫連續性（Single Radio Voice Call Continuity，SRVCC）以確保在低網路訊號下可平滑轉換到3G網路。[40]
儘管全行業視VoLTE為未來的標準，當前對語音通話的需求使得CSFB成為電信業者的權宜之法。當有通話呼入或呼出時，LTE手機將在整個通話期間使用原有的2G或3G網路。
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考慮到相容性問題，3GPP要求至少支援AMR-NB編碼（窄頻）。不過VoLTE推薦使用AMR-WB語音編碼，也被稱作HD Voice。該編碼在3GPP標準族網路下支援16KHz的取樣率。 [41]
德國弗勞恩霍夫協會積體電路研究所（Fraunhofer IIS）已經提出並演示全高解析度語音方案。該方案在手持終端採用AAC-ELD編碼（AAC加強低延遲規格：Advanced Audio Coding– Enhanced Low Delay，為AAC-LD的加強版本，並結合頻帶複製技術）。[42][43]以往的手持終端只能支援到3.5kHz的語音，即使是加入寬頻語音服務如「高解析度語音」也只能支援到7kHz。而全高解析度語音支援人耳可接受的全頻段音訊頻寬：20Hz到20kHz。不過在端到端通話時需要網路及雙方通話終端均支援全高解析度語音技術才可以啟用全高解析度語音。[44]
頻段
LTE網路適用於相當多的頻段，而不同地區選擇的頻段互不相同。北美網路計劃使用700/800和1700/1900MHz；歐洲網路計劃使用800，1800，2600MHz；亞洲網路計劃使用1800和2600MHz；澳洲網路計劃使用1800MHz。[45][46][47][48][49][50]所以在某國家使用正常的終端在另一國家的網路中很可能無法使用，使用者需要使用支援多頻段的終端進行國際漫遊。
特別的是巴西政府正在同當地電信業者CPqD，正在測試一種特殊的LTE網路。該網路因適應當地市場需求，需要建立在450MHz以下頻段。
專利
根據歐洲電信標準協會（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）智慧財產權庫，至2012年3月，有約50 家企業已宣布擁有LTE標準中的必要專利。[51]但是 ETSI 現階段並未確診這些聲明的正確性[51]，導致「任何對 LTE 的基礎專利性分析都應該比 ETSI 的聲明更重要」。[52]
全球各地已經開始營運的 LTE
1700Mhz和2100Mhz的頻段已經給予了進階無線服務所使用。
參見
- 無線資料標準的對比
- 多媒體廣播多播服務 – LTE增強型廣播多播服務。
- E-UTRA – LTE無線連接網路。
- Flat IP – 行動網路扁平IP架構。
- LTE Advanced – LTE的昇級版。
- 系統架構演進 – 是3GPP對於LTE無線通訊標準的核心網路架構的升級計畫。
- TD-LTE (LTE TDD) – 由上海貝爾、諾基亞西門子通訊、大唐電信、華為技術、中興通訊、中國移動、高通、ST-Ericsson等共同開發的一種可選的LTE標準。
- 分時多工（TDMA）
- 超行動寬頻 – LTE曾經的競爭對手，從未進行過商業化。
- WiMAX – 同屬4G的規格。
- HSPA+ - 3GPP HSPA標準的增強版本。
- Zadoff–Chu sequence（Constant amplitude zero autocorrelation waveform）
- 下一代網路（NGN）
- 分頻多重進接（FDMA）
註釋
延伸閱讀
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