1.3 4G的发展历程
为了应对宽带接入技术的挑战，同时为了满足新型业务需求，3GPP标准组织在2004年年底启动LTE技术（也称为Evolved-UTRAN,E-UTRAN）和系统架构演进（System Architecture Evolution,SAE）的标准化工作。在LTE系统设计之初，其目标和需求就已经非常明确，4G的相关特征参数的具体说明如下。
1.带宽
4G支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz的信道带宽，支持成对的频谱和非成对的频谱。
2.用户面时延
系统在单用户、单流业务以及小IP包条件下，单向用户面时延小于5ms。
3.控制面时延
空闲态到激活态的转换时间小于100ms。
4.峰值速率
下行峰值速率达到100Mbit/s（2天线接收），上行峰值速率达到50Mbit/s（1天线发送），频谱效率达到3GPP Rel-6的2～4倍。
5.移动性
在低速（0～15km/h）的情况下性能最优，高速移动（15～120km/h）的情况下，4G仍支持较高的性能，系统在120～350km/h的移动速度下可用。
6.系统覆盖
在小区半径5km的情况下，系统吞吐量、频谱效率和移动性等指标符合需求定义要求；在小区半径30km的情况下，上述指标略有降低，系统能够支持100km的小区覆盖。
2008年12月，3GPP组织正式发布了LTE Rel-8版本，它定义了LTE的基本功能。
在无线接入网架构方面，为了达到简化流程和缩短时延的目的，E-UTRAN舍弃了UTRAN的传统RNC/NodeB两层结构，完全由多个eNodeB（简称eNB）的一层结构组成， E-UTRAN的网络架构如图1-6所示。eNodeB之间在逻辑上通过X2接口相互连接，也就是通常所说的Mesh（网格）型网络，可以有效地支持UE在整个网络内的移动性，保证用户的无缝切换。每个eNodeB通过S1接口与移动性管理实体（Mobility Management Entity, MME）/服务网关（Serving GateWay,S-GW）相连接，1个eNodeB可以与多个MME/S-GW互连。与UTRAN系统相比，E-UTRAN将NodeB和RNC融合为一个网元eNodeB，因此，系统中不再存在Iub接口，而X2接口类似于原系统中的Iur接口，S1接口类似于Iu接口。
图1-6 E-UTRAN的网络架构
eNodeB是在UMTS系统NodeB原有功能的基础上，增加了RNC的物理层、媒体接入控制（Medium Access Control,MAC）层、无线资源控制（Radio Resource Control, RRC）层，以及调度、接入控制、承载控制、移动性管理和小区间无线资源管理等功能，即eNodeB实现了接入网的全部功能。MME/S-GW则可以看成一个边界节点，作为核心网的一部分，类似UMTS的SGSN。
E-UTRAN无线接入网的结构可以带来的好处体现在以下3个方面。
一是网络扁平化使系统时延减少，从而改善了用户体验，可使系统开展更多业务。
二是网元数目减少，使网络部署更简单，网络维护更容易。
三是取消了RNC的集中控制，避免单点故障，有利于提高网络的稳定性。
在物理层方面，LTE系统同时定义了频分双工和时分双工两种方式。
LTE下行传输方案采用传统的带循环前缀（Cylic Prefix,CP）的OFDM，每个子载波间隔是15kHz（MBMS也支持7.5kHz），下行数据主要采用QPSK、16QAM、64QAM这3种调制方式。业务信道以Turbo码[1]为基础，控制信道以卷积码为基础。MIMO被认为是达到用户平均吞吐量和频谱效率要求的最佳技术，是LTE提高系统效率的最主要手段，下行MIMO天线的基本配置为：基站侧有2个发射天线，UE侧有2个接收天线，即“2×2”的天线配置。
LTE的上行传输方案采用带循环前缀的峰均比较低的单载波频分多路访问（Single Carrier-Frequency Division Multiple Access,SC-FDMA），使用离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform,DFT）获得频域信号，然后插入零符号进行扩频，扩频信号再通过反向快速傅里叶变换（Inverse Fast Fourier Transform,IFFT），这个过程也可简写为离散傅里叶变换扩频的正交频分复用（Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency Division Multiplexing,DFT-S-OFDM）。上行调制主要采用QPSK、16QAM、64QAM，上行信道编码与下行相同。上行单用户MIMO天线的基本配置为：UE侧有1个发射天线，eNodeB有2个接收天线，上行虚拟MIMO技术也被LTE采纳，作为提高小区边缘数据速率和系统性能的主要手段。
Rel-8和Rel-9是LTE的基础，提供了高能力的移动宽带标准，为了满足新的需求和期望，在Rel-8和Rel-9版本的基础上，LTE又进行了额外的增强，并增加了一些新的特征， LTE版本的演进如图1-7所示。
图1-7 LTE版本的演进
Rel-10版本在2010年年底完成，标志着LTE演进的开始，Rel-10无线接入技术完全满足IMT-Advanced的需求，因此，REL-10及其后的版本也被命名为LTE-Advanced，简称LTE-A。Rel-10支持的新特征包括载波聚合（Carrier Aggregation,CA）、中继（Relay）、异构网络（Heterogeneous Network,HN），同时对MIMO技术进行了增强。
Rel-11版本进一步扩展了LTE的性能和能力，在2012年年底冻结，Rel-11支持的新特征包括协作多点（Coordinated Multiple Point,CoMP）传输和接收，引入了新的控制信道，即增强物理下行控制信道（enhanced Physical Downlink Control CHannel,ePDCCH），支持跨制式（即FDD和TDD）的载波聚合。
Rel-12版本在2014年完成，主要聚焦在小基站（small cell）的特征，例如，双连接、小基站开/关、动态（或半动态）TDD技术，引入了设备到设备（Device-to-Device,D2D）通信和低复杂度的机器类通信（Machine-Type Communications,MTC）。
Rel-13版本在2015年冻结，标志着LTE Advanced Pro的开始，有时候，Rel-13也被称为4.5G技术，被认为是第一个LTE版本和5G NR空口的中间技术。作为对授权频谱的补充，Rel-13引入了授权频谱辅助接入（License-Assisted Access,LAA）以支持非授权频谱，改善了对机器类通信的支持（即eMTC和NB-IoT），同时在载波聚合、多天线传输、D2D通信等方面进行了增强。
Rel-14版本在2017年完成，除了在非授权频谱等方面对前面的版本进行增强，Rel-14支持车辆对车辆（Vehicle-to-Vehicle,V2V）通信和车辆对任何事（Vehicle-to-everything, V2X）通信，以及使用较小的子载波间隔以支持广域广播通信。
Rel-15版本在2018年完成，减少时延（即短TTI）和无人机通信是Rel-15具有的两个主要特征。
总之，除了传统的移动宽带用户案例，后续版本的LTE也在支持新的用户案例并且在未来继续演进。LTE支持的用户案例也是5G的重要组成部分，LTE支持的功能仍然是非常重要的，而且是5G无线接入的非常重要的组成部分。