1.4 LTE终端

1.4.1 LTE终端的类别

学习了LTE的核心网以及无线网之后，最后我们来学习LTE的终端。

我们首先来了解一下LTE终端的类别。根据规范TS36.306的定义，表1.2列出了LTE终端的类别及参数，不同类别的终端可支持的调制方式以及天线数量有差别。

从表1.2中可得知LTE终端有如下几个特点：

① LTE的终端类别非常精简，在LTE的R8和R9规范中只定义了5类。

② FDD与TDD的终端在表中没有区分，这说明在LTE技术中，FDD与TDD是紧耦合的。因此，LTE的终端可以在FDD或者TDD网络中工作，方便混合组网。

③ 最大空间复用层数与终端的天线数量一致，因此这个参数也隐含了终端的天线数量。

④ 峰值速率是终端类别的关键指标，但是实际网络能否达到峰值速率，与很多因素相关，感兴趣的读者可以阅读《LTE教程：结构与实施》（第2版）一书。

⑤ 在LTE商用系统中，第1、2类终端是早期产品，已经被淘汰；第3、4类终端较普及，而第5类终端对天线的要求太高，已经被放弃。

随着LTE技术的持续演进，LTE-A和LTE-A pro技术各个版本的规范在TS36.306中引入了更多的终端类别。

由于LTE终端上下行参数的变化范围越来越大，不同的上下行参数的组合越来越多，导致LTE终端的类别越来越多。为了简化LTE终端种类的数量，从R12开始，LTE终端的类别按上行和下行方向分别定义，不再统一定义，参照TS36.306，表1.3给出了LTE-A和LTE-A pro引入的LTE终端类别。

1.4.2 LTE终端的频段

虽然一开始LTE终端的类别很精简，但是LTE终端的工作频段却非常多。在规范TS36.101中罗列了LTE的全部工作频段，如表1.4所示，其中粗体的部分是在R10中增订的频段（频段编号为22～25和41～43）。另外，LTE的频段是区分FDD和TDD双工方式的，表1.4中从第33号频段起是TDD的工作频段，之前的是FDD的工作频段。

从表1.4大家不难看出，LTE规范定义了非常多的工作频段，这也从一个侧面说明了LTE技术受欢迎的程度：全球各地的运营商都想部署LTE，这些运营商拥有五花八门的频段，迫切需要LTE技术支持这些频段。

在表1.4中，有的频段编号的右上角还有字母，表示这个频段的来源，比如W代表原来用于WCDMA系统，G代表原来用于GSM系统，TDS代表原来用于TD-SCDMA系统，C代表原来用于cdma2000系统。

不难看出，GSM和WCDMA系统支持的频段数量都比较少，比如GSM只有900MHz、1800MHz、850MHz和1900MHz 4个频段；而WCDMA主要是2100MHz的B1频段以及原来GSM部署的4个频段。

接下来，我们就按FDD和TDD，简要介绍一下在表1.4中比较有特点的频段。

(1)FDD

B7频段，也就是表1.4中的第7号频段，这是LTE率先商用的频段，也是可以用于全球漫游的频段。

B13和B17频段，在美国使用的频段，号称黄金频段，因为其频率不到1GHz，覆盖能力强，运营商实现全面覆盖的成本低。不过B13和B17频段尽管在美国大行其道，却不能全球漫游。

B3频段，也就是GSM1800M的频段，是被全球各大运营商普遍看好的FDD频段，是运营商最广泛使用的频段。由于GSM网络正在向3G和4G演进，GSM1800M这个频段逐渐被从GSM网络的占用中释放出来，最好的选择就是用于部署LTE，这个过程英文叫作Refarming，也就是频段重置。B3频段的优点得益于GSM的广泛部署，天线部分可以利旧，大大降低了LTE网络部署的工程量，并且方便全球漫游。

B5频段，用于cdma2000和EV-DO网络，未来将逐步用于部署LTE。

B8频段，用于GSM网络，也就是GSM900M，未来也将逐步用于部署LTE。

(2)TDD

TDD的核心频段是B38和B40，频率分别在2.6GHz和2.3GHz附近，在国际上得到了广泛采用。

B42频段的可用带宽比较大，也是国际上热门的TDD频段。

以上介绍的是全球的LTE频段情况，至于中国的LTE频段情况，将在1.4.3节中介绍。

LTE定义了这么多的工作频段，也给设备厂商和终端厂商出了一个难题，到底一套设备上需要支持多少频段，支持哪些频段呢？

在频段问题上，运营商的发言权很大，比如中国移动，就发布过终端的要求：五模十频。所谓五模，就是五种制式：GSM、WCDMA、TD-SCDMA、FDD LTE和TD-LTE，基本上将国内常见的制式一网打尽。十频就是10个工作频段：FDD为B1、B2、B3、B5、B7、B8；TDD为B34、B38、B39、B40。

1.4.3 中国的LTE频段

众所周知，中国目前有三大运营商，分别是中国移动、中国电信和中国联通。

中国的三大运营商使用了9个LTE频段，图1.28画出了这些频段的频率范围。在图1.28中，三角形代表FDD频段，三角形中的数字代表频段编号，三角形顶点朝上代表FDD的上行频段，顶点朝下代表FDD的下行频段；在图1.28中，菱形代表TDD频段，菱形中的数字代表频段的编号。

这里需要讲一下B38与B41频段的关系。事实上，B38频段是B41频段的子集，B41频段可以看成B7与B38频段的组合。

B7与B38频段是在R8中定义的，出道时间早，有些国家已经部署了B7频段的网络，导致R10中定义的B41频段无法使用。

中国不存在使用B7频段的LTE网络，因此B38频段在LTE-A发布后，就直接扩展为B41频段了。

至于图1.28中这些频段在中国三大移动运营商的具体频率分布情况，请大家阅读《LTE教程：结构与实施》（第2版）一书。

这里需要补充一下，随着5G的起步，到2018年年底，中国TD-LTE频段又发生了重大的变化。工信部将B41频段上2515～2675MHz的频率资源全部分配给了中国移动，而中国联通和中国电信分别退出了已经分配的B41频段上的频率资源。

这样，在B41频段上，中国移动可以自行安排4G和5G的工作频率，一般认为5G会占用100MHz的带宽，LTE会占用60MHz的带宽。

至于中国联通和中国电信，两家获得了B42频段上的频率资源，用于5G。

1.4.4 LTE终端

讲完了LTE的工作频段以及这些频段的特点后，接下来我们介绍LTE终端。

进入2019年后，中国的LTE网络已经进入了成熟期，而LTE终端也经历了大浪淘沙，市场格局与LTE起步阶段大为不同。

（1）国产为主

目前国内市场的LTE终端以国内厂商为主，比如华为、小米、OPPO和vivo等，国外厂商主要是Apple和三星。国产的LTE终端既有性价比高的大众机型，又有性能优越的中高端机型，全面满足了用户的需求。

（2）全网通

在LTE起步阶段，LTE终端支持的制式和频段都比较少，只有某些高端的手机才支持较多的制式和频段。

随着LTE技术在全球的广泛普及，全网通手机具有能支持各种移动通信制式和众多LTE频段的优势，给终端厂家、运营商和用户都带来了方便。

因此，随着技术的进步、成本的压缩以及竞争的需要，越来越多的LTE终端成为全网通手机，全网通已经成为主流配置。

（3）双卡

这是中国终端厂商率先实施的技术，手机上配备两个或者更多的USIM卡槽。用户可以在一部手机中插入多张USIM卡，在多个网络中同时待机，自由使用其中一家的网络。

双卡技术大受运营商和用户的欢迎，以至于一向高傲的Apple最后也不得不跟进。

1.4.5 LTE基带芯片

介绍了LTE终端的情况后，最后我们深入LTE终端的内部，去了解决定LTE终端通信性能的基带芯片。

图1.29展示了LTE终端的简要硬件结构，包括人机接口（屏幕、摄像头、扬声器、USB接口、指纹识别等）、AP（应用处理器）、BP（基带处理器）和射频等部分。

AP是终端的主控芯片，一般基于ARM架构。AP的功能与计算机相对应，终端的操作系统以及各种App都在AP上运行。AP非常重要，用户的体验很多都与AP相关，比如手机运行是否流畅，就取决于AP。手机的跑分可以反映AP的性能。

BP也就是基带芯片，又称基带处理器，也有称之为调制解调器。BP主要用于处理无线信号，与用户打电话、上网的体验密切相关。在移动互联网广泛普及的时代，如果一部手机的信号差、下载速度慢，用户根本无法接受。

基带芯片的主要功能可以参照图1.26，涉及OFDM、多天线、时频结构等物理层的处理过程，体现了LTE本身的技术特点。前面讲了全网通手机，其实决定全网通手机制式的不是终端厂家，而是全网通手机采用的基带芯片，这也从一个侧面体现了基带芯片的重要性。

AP与BP在技术发展过程中分分合合：早期AP与BP是相对独立的芯片，后来随着半导体制程的不断进步，集成度越来越高，AP与BP就集成到了同一芯片中，也就是集成为LTE芯片，LTE芯片还向下兼容，支持2G和3G技术。不过随着5G技术的发展，AP与BP又开始分开，当然日后5G技术成熟后，两者肯定还会合二为一的。

目前业界有6大LTE芯片厂家，分别是高通、MTK、展讯、Intel、三星和华为海思，其中高通最具影响力，华为海思则是后起之秀。高通LTE芯片的品牌是大家熟悉的骁龙Snapdragon，华为海思LTE芯片品牌为麒麟Kirin。

接下来就选取这两家公司典型的基带芯片，展示这些基带芯片的关键参数和性能。

首先介绍高通的基带芯片，高通称之为Modem。虽然基带芯片是LTE芯片的一部分，LTE芯片本身都有型号，不过为了方便辨识和比较，高通又专门为骁龙的基带部分定义了型号，表1.5展示了目前骁龙基带部分典型型号的参数与性能。附带说一下，高通最新推出的5G基带芯片是X50和X55。

最后介绍一下华为海思的基带芯片，麒麟典型型号基带部分的参数与性能（参考www.anandtech.com）如表1.6所示。附带说一下，华为最新发布的5G基带芯片为巴龙（Balong）5000。