一、标准化组织
无线通信技术的演进离不开一些标准化组织。
1、ITU(International Telecommunication Union)
国际电信联盟，主要任务是制定标准，分配无线频谱资源，组织各个国家之间的国际长途互连方案，成立于1865年5月17日，是世界上最悠久的国际组织。
2、3GPP(3rd Generation Partnership Project)
第三代合作伙伴计划，成立于1998年12月，目标是在ITU的IMT-2000计划范围内制订和实现全球性的第三代移动电话系统规范。它致力于GSM到WCDMA的演化，虽然GSM到WCDMA空中接口差别很大，但是其核心网采用了GPRS的框架，因此仍然保持一定的延续性。3GPP基本每一年出台一个版本(Release)，目前***的版本是Release 13。欧洲ETSI、美国ATIS、日本TTC和ARIB、韩国TTA以及我国CCSA是3GPP的6个组织伙伴。
3、3GPP2(3rd Generation Partnership Project 2)
第三代合作伙伴计划2，与3GPP几乎同时成立，由美国TIA、日本的ARIB、日本的TTC、韩国的TTA四个标准化组织发起，中国无线通信标准研究组(CWTS)于1999年6月在韩国正式签字加入3GPP2。其主要致力于从2G的IS-95到3G的CDMA2000标准体系演进，得到拥有多项CDMA关键技术专利的高通公司的较多支持。
3GPP和3GPP2两者实际上存在一定竞争关系，3GPP2致力于以IS-95(在北美和韩国应用广泛的CDMA标准)向3G过渡，和高通公司关系更加紧密。与之对应的3GPP致力于从GSM向WCDMA过渡，因此两个机构存在一定竞争。
4、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)
电气电子工程师学会，作为IT领域学术界的老大，在无线通信标准方面主要制订了大名鼎鼎的WiFi协议以及WiMAX协议，并力推WiMAX作为3G标准。
各个组织的关系可以概括为：
在ITU协调下，满足一定需求的移动通信技术统称为“IMT家族”(International Mobile Telecommunications Family)，ITU为这些技术分配相应的频谱资源。从技术和标准的角度看，后面三个组织负责标准制定，来满足IMT的需求，不断地对无线通信系统进行完善。如下图所示。
就中国来说，图中3GPP的演进路线包括了移动和联通从2G、3G到4G的演进过程，而3GPP2则代表了电信的演进过程。
在3GPP标准的演进过程中，2G时代的GSM/GPRS/EDGE主要基于时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)接入技术;3G时代主要是码分多址接入(CDMA)技术;***，LTE采用了正交频分复用多址接入(OFDMA)技术。目前，OFDM在无线通信标准的演进中已经起到主导作用。
二、LTE基本需求
LTE标准化流程始于2004年11月在多伦多召开的一次研讨会上，当时参与移动通信业务开发的许多公司，都阐述了他们关于3GPP所推进的技术规范未来演进的设想，主要包括基本需求和满足需求的适当技术。
具体需求可概括为：
减少时延，包括连接建立和传输两个方面;
提高用户数据传输速率;
为保证业务的一致性，提高小区边缘用户的比特率;
降低每比特成本，提高频谱效率;
提高频谱使用的灵活性;
简化网络结构;
无缝移动性，包括不同的无线接入技术之间;
实现移动终端的合理功耗。
为了满足这些需求，LTE系统设计涵盖了无线接口和无线网络架构两个方面。
在LTE的***个版本也就是Release 8中，对这些需求进行了定性的描述，比如下行峰值速率100 Mbit/s，上行峰值速率50 Mbit/s，下行峰值频谱效率5 bit/s/Hz，上行峰值频谱效率5 bit/s/Hz等。具体的性能见下表：
需要说明的是，峰值速率也许并不是一个关键的因素，只是一个理论上的值，实际中仅仅是运营商宣传的噱头。
理论上，峰值速率定义为：把整个带宽都分配给一个用户，并采用***阶调制和编码方案以及最多天线数目前提下每个用户所能达到的***吞吐量。在Release 8中对天线数的基本假设是终端具有两根接收天线和一根发射天线。所有这些条件对于一个用户来说几乎不可能同时满足，峰值速率也就没有太大的实际意义了。
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三、LTE关键技术
OFDM
OFDM之于LTE就像是CDMA之于三大3G标准，是LTE系统的基础和核心。除了技术演进的需求之外，LTE之所以会选择OFDM的另一个原因在于3GPP想避开高通公司高昂的CDMA专利费用，且已经有IEEE的WiMAX作为OFDM的***者。
OFDM系统参数设定对整个系统的性能会产生决定性的影响，其中载波间隔又是OFDM系统的最基本参数，经过理论分析与仿真比较最终确定为15kHz。循环前缀(CP)的长度决定了OFDM系统的抗多径能力和覆盖能力。长CP利于克服多径干扰，支持大范围覆盖，但系统开销也会相应增加，导致数据传输能力下降。为了达到小区半径100Km的覆盖要求，LTE系统采用长短两套循环前缀方案，根据具体场景进行选择：短CP方案为基本选项，长CP方案用于支持LTE大范围小区覆盖和多小区广播业务。
MIMO
使用多天线技术，可以把空间域作为另一个新资源。在追求更高的频谱效率的要求下，多天线技术已经成为最基本的解决方案之一。
多天线技术可以带来下图所示的三种基本增益：
(a) 分集增益：利用多天线带来的空间分集来改善多径衰落情况下传输的健壮性。
(b) 阵列增益：通过预编码或者波束成形使能量集中在一个或者多个方向。
(c) 空间复用增益：在可用天线组合所建立的多重空间层上，将多个信号流传输给单个用户。
LTE已确定MIMO天线个数的基本配置是下行2×2、上行1×2，但也在考虑4×4的高阶天线配置。另外，LTE也采用小区干扰抑制技术来改善小区边缘的数据速率和系统容量。下行方向MIMO方案相对较多，根据2006年3月雅典会议报告，LTE-MIMO下行方案可分为两大类：发射分集和空间复用两大类。目前，考虑采用的发射分集方案包括块状编码传送分集(STBC,SFBC)，时间(频率)转换发射分集(TSTD，FSTD)，包括循环延迟分集(CDD)在内的延迟分集(作为广播信道的基本方案)，基于预编码向量选择的预编码技术。其中预编码技术已被确定为多用户MIMO场景的传送方案。
四、LTE演进过程
LTE的***个版本(Release 8)在2007年12月完成，***个商用网络于2009年在北欧部署。目前为止，3GPP共发布了6个版本，分别为Release 8到Release 13，
Release 8 - LTE 初出茅庐
LTE最初为3GPP R8，R8主要定义了以下内容：
1)高峰值数据速率：下行100 Mbps，上行50 Mbps;
2)高频谱效率;
3)灵活带宽：1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz and 20 MHz;
4)IP数据包在理想无线条件下时延为5毫秒;
5)简化网络架构;
6)OFDMA下行和SC-FDMA上行;
7)全IP网络;
8)MIMO多天线方案;
9)成对(FDD)和非成对频谱(TDD)。
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Release 9 - 增强型LTE
R9是最初的LTE增强版，只是对R8做了一些补充，以及基于R8做了一些小小的改进。主要内容包括：
1)PWS(Public Warning System，公共预警系统)： 在自然灾害或其它危急情况下，公众应该能及时收到准确的警报。加上R8引入的EWTS(地震海啸预警系统)，R9引入了CMAS(商用手机预警系统)，以便在灾后电视、广播信号和电力等中断的情况，该预警系统仍能够以短信的方式及时向居民通报情况。
2)Femto Cell： Femto Cell基本上用于办公室或家中，并通过固话宽带连接连接到运营商网络。3G Femto Cell被部署于世界各地，为了让LTE用户也能用上Femto Cell，R9引入了Femto Cell。
3)MIMO波束赋型：在eNB估算位置，直接将波束指向UE，波束赋形可以提升小区边缘吞吐率，在R8，LTE只支持单层波束赋形，R9将之扩展至多层波束赋形。
4)自组织网络(SON)： 为了减少人力成本，SON的意思是，网络自安装、自优化、自修复。SON的概念在R8就引入，不过，当时主要是针对eNB自配置，到了R9，根据需求增加了自优化部分。
5)EMBMS：有了多媒体广播多播业务(MBMS)，运营商可以通过LTE网络提供广播服务。虽然这一想法并不新颖，广播服务早已运用于传统网络，但LTE中的MBMS信道是从数据速率和容量的角度发展而来。R8完成了在物理层对MBMS的定义，R9完成了更高层的定义。
6)LTE定位： R9定义了三种LTE定位方法，即A-GPS(辅助GPS)、OTDOA(到达时间差定位法)和E-CID(增强型小区ID)。主要目的是为了在紧急情况下，且用户无法确定自己位置的情况下，提升用户位置信息的准确性。
Release 10 - LTE Advanced
R10属于LTE-A标准。由于ITU IMT-Advanced提出了R8无法实现的更高速率要求，为此，R10提出了很多重要的功能和提升。
ITU IMT-Advanced提出的主要需求包括：
1 Gbps DL / 500 Mbps UL 吞吐率
高频谱效率
全球漫游
R10主要新增内容包括：
1)增强型上行链路多址(Enhanced Uplink multiple access)： R10引入了分簇单载波频分多址(clustered SC-FDMA)。R8的SC-FDMA只允许频谱连续块，而R10允许频率选择性调度。
2)MIMO增强： LTE_A允许下行高达8×8 MIMO，在UE侧，它允许上行4X4MIMO。
3)中继节点(Relay Nodes)： 在弱覆盖环境下，Relay Nodes或低功率enb扩展了主eNB的覆盖范围，Relay Nodes通过Un接口连接到Donor eNB (DeNB)。
4)增强型小区间干扰协调(eICIC)：eICIC主要应付异构网络(HetNet)下的干扰问题， eICIC使用功率、频率或时域来减小HetNet下的频率干扰。
5)载波聚合(CA)：对于运营商来说，载波聚合是***成本的办法去利用他们手上的碎片频谱资源来提升终端用户速率。通过合并5个20MHz载波，LTE-A支持***100MHz载波聚合。
6)支持异构网络(HetNet)： 宏蜂窝小区和small cell结合而组成异构网络。
7)增强型SON： 针对网络自修复流程，R10提出了增强型SON。
Release 11 - 增强型 LTE Advanced
R11主要内容包括：
1)增强型载波聚合：
多时间提前量(TAS)用于上行链路载波聚合
非连续的带内载波聚合
为支持TDD LTE载波聚合，物理层的变化
2)协作多点传输(COMP)：是指地理位置上分离的多个传输点，协同参与为一个终端的数据(PDSCH)传输或者联合接收一个终端发送的数据(PUSCH)。
3)ePDCCH： 为了提升控制信道容量，R11引入了ePDCCH。ePDCCH使用PDSCH资源传送控制信息，而不像R8的PDCCH只能使用子帧的控制区。
4)基于网络的定位： 这是一种上行定位技术，其原理是基于eNB测量的参考信号的时间差来实现。
5)最小化路测(MDT)： 路测费用是昂贵的。为了减少对路测的依赖，R11推出了新的解决方案，它是独立于SON，MDT基本上依赖于UE提供的信息。
6)机对机通信的Ran过载控制(Ran overload control for Machine type communication)：当过多设备接入网络时，网络可以禁止一些设备向网络发送连接请求。
7)In Device Co Existence：移动终端设备通常有多个射频通路，比如LTE，3G，蓝牙，WLAN等， 为了减轻多路并存带来的干扰，R11提出了如下解决方案：
基于DRX时域解决方案
频域解决方案
UE自主否认
8)智能手机电池节能技术： UE可以通知网络是否需要进入省电模式或普通模式，根据UE的请求，网络可以修改DRX参数。
Release 12 - 更强的增强型 LTE Advanced
1)增强型small cell： 主要内容包括密集区域部署small cell，宏小区和small cell之间的载波聚合等。
2)增强型载波聚合： R12允许TDD和FDD之间载波聚合，还允许3载波聚合。
3)机器对机器通信(MTC)：未来几年内，机器对机器通信可能会爆发性增长，很可能会引起网络信令、容量不足的问题。为了应付这种情况，新的UE category被定义，作为对MTC的进一步优化。
4)WiFi和LTE融合： LTE和WiFi之间融合，运营商可以更好管理WiFi。在R12中，提出了LTE和WIFI之间的流量转移和网络选择机制。
5)LTE未授权频谱(LTE-U)： 丰富的未授权频谱资源，可以增加运营商网络容量和性能。
Release 13 - 满足不断增长的流量需求
1)增强型载波聚合： R13的目标是支持32 CC 载波聚合，而在R10中，仅支持5 CC。
2)增强型机对机通信(MTC)： 更低的UE category，进一步减少物联网设备使用带宽、能耗，延长设备电池使用时间。
3)增强型LTE-U： 为了面向高增长的流量需求，R13的目标是，主小区使用授权频谱，从小区使用未授权频谱。
4)室内定位： R13将致力于提升现有的室内定位技术，也探索新的定位方法，提高室内定位的准确性
5)增强的多用户传输技术： R13将采用叠加编码来提升下行多用户传输技术。
6)增强型MIMO： R13将致力于多达64天线端口的更高阶MIMO系统。
