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为满足市场需求，3G持续演进，3GPP规范版本也随之不断更新。高速下行分组接入（High Speed Downlink Packet Access，HSDPA）作为Release 5发布，即3.5G技术，首次采用多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术、混合自动请求重传（Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ）技术等。Release 6引入高速上行链路分组接入（High Speed Uplink Packet Access，HSUPA），Release 7结合HSDPA，HSUPA发布高速分组接入（High Speed Packet Access，HSPA）的增强版HSPA+，作为3.9G技术。2004年12月，3GPP正式立项并启动长期演进（Long Term Evolution，LTE）计划，决定在LTE系统中引入MIMO和正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）两大关键技术，并发布Release 8，标志着移动通信正式进入4G时代。两大关键技术的引入，使4G系统获得高达300M bit/s的理论峰值速率[2]，是3G系统的百倍左右。超高的通信速率使得4G系统支持双向传输高质量音频、影像，具有更高的稳定性、保密性和兼容性，移动终端设备也因此走向更高程度智能化。
1.2 3GPP LTE标准及研究现状
LTE标准由3GPP组织立项并开发，继承并发展了3GPP前期多项既定标准。根据[2]所述，LTE系统目标为：
1）更大的系统容量和更全面的覆盖范围
2）更高的峰值传输速率和频谱利用率
3）更低的时延（包括用户面和控制面）
4）更低的成本
5）更灵活的带宽配置
6）无缝兼容既有系统及设备
7）支持多天线传输
其中，4G系统的数据率较之3G有数量级的提升的要求，是LTE系统面临的一大挑战。实际情况中，由香农的信道容量理论可知，数据速率与带宽相关，并受限于可接收到的信号功率[9]。由此，增加可接收信号功率和增大传输带宽，是提高传输速率的两个着手点。从增加信号功率考虑，LTE引入MIMO技术。MIMO本意是指多输入多输出，即指收发端使用多路天线。其典型算法是空分复用技术，包括开环和闭环空分复用两种。空分复用本质是在多根天线上并行同时同频发送独立信息，数据率与发送天线数量成正比，从根本上提高速率和频带利用率。MIMO技术的算法还包括发送分集和接收分集，是在发送端采用多天线发送分集技术，将信号功率集中在接收端方向，接收端使用接收分集技术合并信号,有最大比合并和选择式合并两种方法[3]。该方案可以增加特定位置速率，但其更多作用在于提高通信可靠性。从带宽角度考虑，高速传输需要更高的带宽，因此必须克服多径衰落效应。为此，LTE采用OFDM技术，将高速数据流调制在互相正交的子载波上，可有效抵抗多径衰落，并有频谱效率高，配置复杂度低，支持可变传输带宽和频率选择等优势[4]。值得注意的是，OFDM信号存在峰均比较大的情况，容易出现瞬态发送功率的大幅波动，产生较高功耗，不适合移动终端设备。为此，LTE在上行传输链路中引入单载波频分复用（Single-Carrier Frequency-Division Multiplexing，SC-FDM）技术。
在系统分类上，LTE包括LTE-FDD（Frequency Division Duplexing，频分双工）和LTE-TDD（Time Division Duplexing，时分双工）两种。FDD使用成对频谱，上行和下行链路分别使用一个频率传输。TDD使用非成对频谱，使用同一载波频率和信道，在不同时间传输。除此之外基本相同。论文网
在网络架构方面，根据LTE标准，其无线协议架构自上而下，包括RRC层、PDCP层、RLC层、MAC层和PHY层[5]，在下行传输链路中，基站eNodeB和用户端UE具有相同协议架构，同层协议互相对应，如图1.1所示。
图1.1 LTE无线协议架构示意图
上图中，PDCP层承载上层IP数据包，完成IP包头压缩、数据加密及完整性保护等工作。RLC层服务于PDCP层，负责分割或级联、重传控制等工作。MAC层负责链路混合ARQ重传等工作。PHY层是物理层，也是本文重点研究对象，在第2章具体说明。