什么是LTE(详解LTE原理)

我们都听说过蜂窝网络技术中的4G和5G。但你可能已经看到了“4G LTE”这个词,并想知道,LTE代表什么?简短的回答是,LTE代表“长期演进”,它最常用于4G,这是2008年首次定义的第四代全球无线通信标准。

随着5G在全球范围内的推广,关于网络技术和术语存在许多问题。例如,4G会消失吗?4G LTE会消失吗?在这篇博客中,我们将简要回顾一下LTE的背景。我们将研究其在蜂窝通信中的作用,它与5G(下一代蜂窝网络技术)的关系,以及4G LTE和5G共存多长时间。

什么是LTE长期演进技术

4GLTE概念
LTE的概念引发了许多问题。什么是LTE?什么是LTE数据?而且,LTE和4G一样吗?简而言之,虽然LTE在技术上与4G不同,但其发展已经发生在4G网络上。LTE数据传输速度更快,延迟更低,我们将在本节和下一节中探讨。

对于大多数消费者来说,他们第一次接触“LTE”很可能是当他们注意到智能手机屏幕角落里的那些字母并问,LTE在我的手机上是什么意思?对于手机,它只是意味着手机连接到运营商的4G LTE网络。

当长期演进(LTE)于2008年首次推出时,它定义了一种新的蜂窝接入网络,具有高频谱效率,高峰值数据速率,短往返时间以及频率和带宽的灵活性。它意味着随着蜂窝硬件、软件和网络技术的功能(如速度、延迟、电池使用和成本效益)随着时间的推移而优化和改进,性能水平也在不断提高。正如一位行业观察家对LTE所指出的那样,“与其说它是一种技术,不如说它是实现4G速度的路径。重要的是要知道,随着后代蜂窝技术的引入,前几代将继续使用,通常与新技术共存十年或更长时间。
工业物联网
对于今天购买和部署LTE技术的人来说,LTE意味着他们可以在LTE网络中部署各种设备,并确信他们的部署将在未来许多年内保持可行性。这一点尤其重要,因为旧的2G和3G网络正在日落,以便更有效地利用该频谱。从LTE与3G的角度来看,那些基于4G前网络的设备部署必须毫不拖延地迁移到4G或5G。如果您已经拥有4G,那么在产品的使用寿命内,您将经受住未来的考验。
LTE技术在全球范围内带来了多种好处:
  • LTE连接几乎在全球范围内普遍可用于消费和商业/工业应用。
  • LTE提供长期的网络连续性,如2G和3G日落等旧网络。
  • 在5G在一段时间内不可用的地区,4G LTE、4G LTE高级和4G LTE高级专业技术将在未来几年内支持从2G/3G的迁移需求。
  • LTE为低功耗应用和更简单、低成本的设备提供了更高的速度以及显著的优势,为各种用例提供了单一的技术基础。

LTE 如何工作?

老挝国家电视网技术
LTE改进了旧网络的功能和性能。来自凯文·苏切夫的这个简短的LTE描述提供了一个出色的LTE概述,以帮助理解LTE的工作原理:
LTE是3G标准的重新设计,以满足对低延迟数据传输的需求。重新设计包括:
  • 基于 IP 地址的核心网络
  • 简化的网络架构
  • 新的无线电接口
  • 一种新的调制方法
  • 适用于所有设备的多输入、多输出无线电 (MIMO)
以下是一些关于LTE如何在高水平上工作的重要事实:
  • LTE在整个网络中提供更低的延迟和更高的吞吐量,从而显着改善了3G网络性能。
  • LTE在与3G网络不同的频谱上运行,并且需要新的硬件。
  • LTE 提供每秒几百兆位 (Mbps) 的快速数据下载速度,而 3G 则提供数个 10 Mbps 的数据下载速度,这意味着 LTE 比 3G 快 5-10 倍。
  • LTE可以通过单一界面支持智能手机和平板电脑上的数据、语音(VoLTE)、即时消息和视频。对于3G,这是通过不同的系统完成的,在某些网络上,语音和数据是相互排斥的。
当4G从其3G前身发展而来时,实际的网络架构涉及小的增量变化。下图来自我们的5G网络架构博客,显示了LTE从架构角度的工作原理:

在4G LTE中,用户设备(UE)如智能手机或蜂窝设备,通过LTE无线接入网(E-UTRAN)连接到演进分组核心网(EPC),然后进一步连接到外部网络,如互联网。演进节点B(eNodeB)将用户数据流量(用户面)与网络的管理数据流量(控制平面)分开,并将两者分别馈送到EPC中。4G 网络架构

LTE 技术的演进

3G、4G 和 5G 演进
国际电信联盟(ITU-R)无线电通信部门及其合作伙伴大约每十年就为全球移动通信系统制定新一代的速度、连通性和频谱要求。老一代的技术定期退役或日落,以便可以在相同的频谱上传输更多数据,并且更多设备可以共享可用频谱。

ITU-R标准反映了技术的进步,为满足新的应用和行业需求而制定的采用时间表。另一个名为第三代伙伴关系项目(3GPP)的组织采用ITU-R的要求,并编写技术规范,这些规范被捆绑到一系列版本中。

广域网、高级版和超前版发布时间表
3GPP发布的时间表显示了LTE技术发展的关键里程碑。
以下是LTE关键发展里程碑和相关LTE技术的简要年表:
  • 3G于1998年推出,可以被认为是LTE的技术基准,因为LTE特指超过3G的性能能力。3G是第一个数据速度在Mbps范围内的技术。
  • 4G速度和连接标准由ITU-R于2008年3月制定。包括智能手机和平板电脑在内的移动设备的4G标准规定,任何自称4G的产品或服务都需要具有至少100 Mbps的峰值连接速度,并且对于固定用途至少为1千兆位/秒(Gbps)。然而,当标准首次设定时,这些速度还是不可能的。作为回应,ITU-R允许产品和技术被标记为“4G LTE”,前提是它们比3G技术有实质性的改进。
  • LTE高级(LTE-A)是LTE的增强版本,提供比普通LTE更快的速度和更高的稳定性,但仍然不如“真正的”4G快。它于2011年标准化。LTE-A通过聚合信道实现更高的速度,因此用户可以同时从多个来源下载数据。
  • LTE 高级专业版 (LTE-AP) 规范于 2016 年和 2017 年发布。LTE Advanced Pro包括三项主要技术创新:1)载波聚合,它使用来自不同LTE载波频段的频谱,2)高阶调制,通过携带更多的数据位更有效地使用可用频谱,以及3)多输入多输出(MIMO)天线,它以更高的速度并行发送和接收数据。MIMO技术改善了网络覆盖范围和吞吐量,特别是在城市地区。千兆级LTE是LTE高级专业版的一种形式,理论上能够下载速度超过1 Gbps,尽管大多数用户不会体验到那么快的速度。千兆级LTE是零售、运输和其他需要高速、高带宽解决方案的行业的应用的理想选择。
  • 5G是最新的标准,于2019年和2020年发布。5G现在正在全球推广。全面实施后,5G网络将提供高达10 Gbps的速度,以及更低的延迟,更低的功率要求和几乎无限的数据容量。

什么是私有LTE?

这里还必须提到“专用LTE”或“专用移动网络”,它们为LTE技术提供了部署选项。虽然LTE主要用于公共网络,但专用LTE网络是小型无线网络,使用与公共LTE相同的协议和技术运行,使用许可,未许可或共享的频谱为手机和其他设备提供覆盖。移动网络运营商(MNO)可以许可频谱,然后在该频谱上部署隔离的专用LTE网络。

专用LTE网络是地理上定义的站点(如偏远油田或采矿站点)或密闭区域(如大型工厂或海港)的经济实惠的解决方案。私人LTE也可以在机场,体育场馆以及大学或企业校园中看到。这些不同的用例受益于私有LTE可实现的近乎恒定的正常运行时间。

公民宽带无线电服务(CBRS)是美国私有LTE的一个版本,使用3.5 GHz频段(B48)中的共享频谱。CBRS解决了与Wi-Fi类似的用例,在希望更好地控制其无线网络的企业和工业客户中越来越受欢迎。它为公共蜂窝接收信号较差或没有信号的偏远工作场所和农村地区提供了经济高效的网络选择。

3G和LTE有什么区别?

3G网络于2002年开始商业化,逐渐增强并取代了早期的2G网络协议。LTE功能建立在一些底层3G技术的基础上,并作为3G的增强功能,以下是3G和LTE之间的一些主要区别:
  • 速度:3G较慢,数据速率以千比特每秒(Kbps)而不是兆比特每秒为单位。
  • 延迟:3G延迟(发送数据与接收数据之间的时间差)要大得多。
  • 功耗:LTE设备传输的数据量更大,因此可以比3G更快地使用电池,这具有开发人员和网络管理人员必须考虑的成本和电源管理影响。
  • 可用性和可靠性:直到最近,3G网络才更广泛地可用。如今,4G网络几乎普遍可用,可靠性差异已基本消失。

4G和LTE有什么区别?

蜂窝物联网和 LTE 概念
术语“4G”和“LTE”通常可以互换使用,“4G LTE”在行业文献中经常出现。虽然运营商营销有时表明4G LTE是4G的增强版本,但4G LTE实际上是指从较慢的3G标准发展到完整的4G速度和吞吐能力的设备和网络。4G LTE 涵盖了从 3G 的 10 开始的整个下载速度范围千从 Mbps 到 4G 的 100千

“4G”指的是技术的产生,而“LTE”是在3GPP的多个版本过程中发展这一代的方法,这些版本明确规定了提供更好性能和更多功能的技术步骤。这种增量过程使设备保持兼容,并使技术能够在从一代到下一代的平稳过渡中向前发展。

为什么 LTE 网络对物联网至关重要

物联网(IoT)解决方案大量使用LTE网络来连接机器和设备,并使它们能够发送和接收数据。虽然物联网在引入LTE级连接之前就已经存在了,但LTE的更高速度和吞吐量使物联网系统能够以更高的精度控制更大、更复杂的系统。
物联网解决方案几乎用于所有行业。以下是一些部署最广泛的支持LTE的物联网示例:
  • 公交:公共汽车、通勤铁路和其他形式的公共交通依靠LTE数据和连接性向调度员和系统管理员提供有关车辆性能、乘客水平和乘客Wi-Fi的信息。
  • 智慧城市:众多使用LTE的物联网应用为市政当局提供了经济高效的功能,包括用于街道和公共场所的智能照明控制器、电动汽车充电站和高速LTE网络,用于连接交通信号,实现实时自适应交通管理
  • 工业应用:物联网在工厂和工业运营中发挥着重要作用,包括过程监测和控制、制造自动化和预测性维护。
  • 精准农业:由LTE促进的灌溉系统和其他农业基础设施可以为农民节省大量劳动力和成本。
  • 水/废水管理:具有LTE连接的物联网应用为水井,提升站,下水道以及水和废水系统的其他组件提供24/7无线监控。
  • 零售和数字标牌:零售应用和数字标牌的物联网解决方案用于各种用例,从信息标牌和户外广告到销售点系统、ATM、自助结账系统等。

为什么LTE对5G至关重要?

持续的LTE连接对于5G网络的顺利部署至关重要。LTE和5G网络将共存至少十年,直到完整的5G基础设施建成,LTE对于在5G覆盖范围有限的地区提供后备连接至关重要。早期,对于大多数应用,LTE也将比5G便宜得多。

从基础设施的角度来看,几乎所有的5G网络都将以“5G非独立”(5G NSA)模式初步推出。最初的5G设备内置了一个支持4G LTE和5G的无线电。该设备将首先连接到4G LTE网络,并使用5G网络获得额外的带宽(如果有)。最终,随着5G网络的成熟,角色将被颠倒过来,设备将仅以“5G独立”(5G SA)模式连接到5G网络,然后能够充分利用5G技术。

以下是有关LTE支持5G的重要方式的一些常见问题解答:
  • 5G何时会淘汰4G LTE?5G需要网络运营商及其客户的新硬件。网络运营商必须在所有输电塔中安装新硬件,这将是一个漫长、劳动密集型的过程。然而,好消息是,网络运营商几年前开始部署新的5G基础设施,当时5G仍处于最终定义阶段。通过简单的软件更新,该基础设施现在能够同时支持5G和4G LTE。
  • 什么是LTE音速服务?LTE 服务为路由器、网关、电话和平板电脑等 4G LTE 终端设备提供 LTE 服务。
  • LTE 和 5G 是否位于不同的频段?不一定。5G可以使用一种称为动态频谱共享(DSS)的方法与4G LTE共享相同的频谱。DSS使我们能够更快地使用5G,并延长4G LTE网络的使用寿命,从而延长4G LTE设备的使用寿命。然而,5G也使用“新鲜”频谱,例如5G独有的5G毫米波。
此外,LTE还为5G提供了必要的物理网络基础设施。一位行业专家指出,“早期的5G网络...需要一个4G LTE控制平面[负责路由流量的网络元素]来管理5G数据会话。

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