3GPP長期演進技術

**長期演進技術**（英語：**LTE**，Long Term Evolution）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。
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。

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。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）、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。

## 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。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。隨後 Verizon 於 3 月 17 日推出全球第二款 LTE 手機 HTC ThunderBolt。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 月定稿之後開始提供服務。

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。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。

## 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。
* 下載使用 OFDMA, 上載使用 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。
* 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。

## LTE-TDD

**分時長期演進**（英語：**L**ong **T**erm **E**volution，**T**ime-**D**ivision **D**uplex，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。

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）。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。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。

### 歷史

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），影格結構參照了 TD-SCDMA，但前者基於 LTE 技術，後者基於 CDMA 技術，沒有直接聯絡。
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。

### 世界各地商用情況

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。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。

* 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。2012 年 10 月 9 日日本軟銀發布了 6 款 TD-LTE 智慧型機。

* 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，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，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 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。

* 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。

* 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。

* 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，有報導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。

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。

### 中國政府政策

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。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。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。

* 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。

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。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。

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。

### 高音質語音

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。

### FULL HD 高音質語音

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）。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。

## 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。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。但是 ETSI 現階段並未確診這些聲明的正確性，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」。

## 全球各地已經開始營運的 LTE

### 非洲

### 美洲

1700Mhz 和 2100Mhz 的頻段已經給予了進階無線服務所使用。

### 亞洲

### 歐洲

### 中東

### 大洋洲

## 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。
  * LTE Advanced Pro
* 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）
  * 正交分頻多重進接（OFDMA）
  * SC-FDMA

## 註釋

## 延伸閱讀

## 外部連結

* LTE homepage from the 3GPP website
* （[//web.archive.org/web/20210401064707/http://sites.google.com/site/lteencyclopedia/home 頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） LTE A-Z Description] 3GPP LTE Encyclopedia
* （[//web.archive.org/web/20140827185936/http://lteworld.org/faq 頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） LTE Frequently Asked Questions]
* （[//web.archive.org/web/20121225091125/http://ltemaps.org/ 頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） LTE Deployment Map]

### 白皮書及其他技術資訊