4G-LTE通信技術(shù)簡介

1、 4G-LTE4G概述LTE技術(shù)原理及系統(tǒng)構(gòu)架LTE關(guān)鍵技術(shù)4G在中國現(xiàn)狀4G（第四代移動通信技術(shù)標準第四代移動通信技術(shù)標準），是3G之后的延伸。按照國際電信聯(lián)盟的定義，靜態(tài)傳輸速率達到1Gbps，用戶在高速移動狀態(tài)下可以達到100Mbps，就可以作為4G的技術(shù)LTE Advanced（長期演進技術(shù)升級版長期演進技術(shù)升級版）：峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps。是第一批被國際電信聯(lián)盟承認的4G標準，也是事實上的唯一主流4G標準。WiMAX-Advanced（全球互通微波存取升級版全球互通微波存取升級版）：由WiMAX Forum所主導(dǎo)，接收下行與上行最高速率可達到300Mbps，在靜

2、止定點接收可高達1Gbps。TD-LTE-Advanced：中國中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代移動通信技術(shù)，峰值速率超過1Gbps。4G 概述LTE定位4G LTE技術(shù)原理和系統(tǒng)架構(gòu) 定位：集高質(zhì)量話音和寬帶數(shù)據(jù)為一體；支集高質(zhì)量話音和寬帶數(shù)據(jù)為一體；支持全移動、綜合多業(yè)務(wù)；網(wǎng)絡(luò)可控、持全移動、綜合多業(yè)務(wù)；網(wǎng)絡(luò)可控、可管理；具有低成本、低時延、后向可管理；具有低成本、低時延、后向兼容的兼容的“先進的綜合移動寬帶無線系統(tǒng)” 技術(shù)路線:OFDM+SA/MIMO+IP技術(shù) 3G是移動通信標準，BWA(802.16e等)是寬帶無線接入標準 3G演進是移動通信寬帶化；BWA是寬帶接入無線化 3G定位是語音

3、為主、兼顧數(shù)據(jù)；BWA是數(shù)據(jù)為主、兼顧語音電信運營商競爭的需求：電信運營商競爭的需求： 既能承載高質(zhì)量實時話音，既能承載高質(zhì)量實時話音， 又能提供無線寬帶數(shù)據(jù)接入的全移動系又能提供無線寬帶數(shù)據(jù)接入的全移動系統(tǒng)統(tǒng)LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡化S-GatewayP-GatewayMMEHSSeNodeBUEIMS接入部分接入控制部分網(wǎng)絡(luò)控制部分終端部分4G LTE技術(shù)原理和系統(tǒng)架構(gòu)IP化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)MME：NASNAS信令，信令，NASNAS信令安全；信令安全；認證；漫游跟蹤區(qū)列表管理；認證；漫游跟蹤區(qū)列表管理；3GPP3GPP接入網(wǎng)絡(luò)之間核心網(wǎng)節(jié)點之間移動性信令；接入網(wǎng)絡(luò)之間核心網(wǎng)節(jié)點之間移動性信令；空閑模式

4、空閑模式UEUE的可達性；的可達性；選擇選擇PDN GW PDN GW 和和 Serving GWServing GW；MMEMME改變時的改變時的MMEMME選擇功能；選擇功能；2G2G、3G3G切換時選擇切換時選擇SGSNSGSN；承載管理功能（包括專用承載的建立）；承載管理功能（包括專用承載的建立）；SGW：eNodeBeNodeB之間切換時本地移動性錨點和之間切換時本地移動性錨點和3GPP3GPP之間移動性錨點；之間移動性錨點；在網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)建立初始承載過程中，緩存下行數(shù)據(jù)包；在網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)建立初始承載過程中，緩存下行數(shù)據(jù)包；數(shù)據(jù)包的路由數(shù)據(jù)包的路由SGWSGW可以連接多個可以連接多個PDNP

5、DN和轉(zhuǎn)發(fā)；和轉(zhuǎn)發(fā)；切換過程中，進行數(shù)據(jù)的前轉(zhuǎn)；切換過程中，進行數(shù)據(jù)的前轉(zhuǎn)；上下行傳輸層數(shù)據(jù)包的分類標示；上下行傳輸層數(shù)據(jù)包的分類標示；在漫游時，實現(xiàn)基于在漫游時，實現(xiàn)基于UEUE，PDNPDN和和QCIQCI粒度的上下行計費；粒度的上下行計費；合法性監(jiān)聽合法性監(jiān)聽 ；PDN GW：基于單個用戶的數(shù)據(jù)包過濾；基于單個用戶的數(shù)據(jù)包過濾；UE IPUE IP地址分配；地址分配；上下行傳輸層數(shù)據(jù)包的分類標示；上下行傳輸層數(shù)據(jù)包的分類標示；上下行服務(wù)級的計費（基于上下行服務(wù)級的計費（基于SDFSDF，或者基于本地策略）；，或者基于本地策略）；上下行服務(wù)級的門控；上下行服務(wù)級的門控；上下行服務(wù)級增強，對

6、每個上下行服務(wù)級增強，對每個SDFSDF進行策略和整形；進行策略和整形；基于基于AMBRAMBR的下行速率整形基于的下行速率整形基于MBRMBR的下行速率整上下行承載的綁的下行速率整上下行承載的綁定；合法性監(jiān)聽；定；合法性監(jiān)聽；PCRF：基于服務(wù)數(shù)據(jù)流的策略控制（服務(wù)數(shù)據(jù)流模板、基于服務(wù)數(shù)據(jù)流的策略控制（服務(wù)數(shù)據(jù)流模板、QoSQoS控制）控制）基于服務(wù)數(shù)據(jù)流的計費規(guī)則控制。基于服務(wù)數(shù)據(jù)流的計費規(guī)則控制。4G LTE技術(shù)原理和系統(tǒng)架構(gòu)S1-MMEeNodeB與MME之間的控制面接口，提供S1-AP信令的可靠傳輸，基于IP和SCTP協(xié)議。S1-UeNodeB與S-GW之間的用戶面接口，提供eNod

7、eB與S-GW之間用戶面PDU非保證傳輸?；赨DP/IP和GTP-U協(xié)議。S3在UE活動狀態(tài)和空閑狀態(tài)下，為支持不同的3G接入網(wǎng)絡(luò)之間的移動性，以及用戶和承載信息交換而定義的接口點，基于SGSN之間的Gn接口定義。S4核心網(wǎng)和作為3GPP錨點功能的Serving GW之間的接口，為兩者提供相關(guān)的控制功能和移動性功能支持。 該接口基于定義于SGSN和GGSN之間的Gn接口。另外，如果沒有建立Direct Tunnel，該接口提供用戶平面的隧道功能。S5負責(zé)Serving GW和PDN GW之間的用戶平面數(shù)據(jù)傳輸和隧道管理功能的接口。用于支持UE的移動性而進行的Serving GW重定位過程以及

8、連接PDN網(wǎng)絡(luò)所需要的與non-collocated PDN GW之間的連接功能?；贕TP協(xié)議或者基于PMIPv6協(xié)議。S6aMME和HSS之間用以傳輸簽約和鑒權(quán)數(shù)據(jù)的接口。S7基于Gx接口的演進，傳輸服務(wù)數(shù)據(jù)流級的PCC信息、接入網(wǎng)絡(luò)和位置信息。S7c基于Gx接口演進，支持傳輸QoS參數(shù)和相關(guān)分組過濾器參數(shù)、控制信息。在S5/S8接口基于PMIPv6協(xié)議情形下支持。S8a定義于不同PLMN間，VPLMN中Serving GW和HPLMN中PDN GW之間為用戶提供控制平面和用戶平面功能的接口，該接口基于SGSN和GGSN間的Gp接口。 S8a相當于是S5接口的跨PLMN版本。S8b支持跨P

9、LMN網(wǎng)關(guān)漫游情況用戶平面和控制平面功能的接口，支持 PMIPv6協(xié)議。S10MME之間的接口，用來處理MME重定位和MME之間的信息傳輸。S11MME和Serving GW之間的接口S12有Direct Tunnel建立時， UTRAN和Serving GW之間的接口，用于二者之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸。該接口基于Iu-u/Gn-u使用SGSN和UTRAN之間或SGSN和GGSN間所定義的GTP-U協(xié)議4G LTE技術(shù)原理和系統(tǒng)架構(gòu)Enode BEvolved Node B，即演進型Node B簡稱eNB，LTE中基站的名稱，相比現(xiàn)有3G中的Node B，集成了部分RNC的功能，減少了通信時協(xié)議的層

10、次。主要功能：RRM功能；IP頭壓縮及用戶數(shù)據(jù)流加密；UE附著時的MME選擇；尋呼信息的調(diào)度傳輸；廣播信息的調(diào)度傳輸；以及設(shè)置和提供eNB的測量等。4G LTE技術(shù)原理和系統(tǒng)架構(gòu)LTE 終端完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流在空中接口的收發(fā)處理，協(xié)議棧包括PDCP、RLC、MAC和PHY四個協(xié)議子層 E-UTRAN控制面主要包括NAS、RRC、PDCP、RLC、MAC和PHY，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的協(xié)議終止點除NAS在MME中外，其他的協(xié)議層都終止于eNB 4G LTE關(guān)鍵技術(shù)4G系統(tǒng)針對各種不同業(yè)務(wù)的接入系統(tǒng),通過多媒體接入連接到基于IP的核心網(wǎng)中?；贗P技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用戶可實現(xiàn)在3G、4G、WLAN及固定網(wǎng)間無縫漫游。

11、4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層:物理網(wǎng)絡(luò)層物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。 1) 物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能。 2) 中間環(huán)境層的功能有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量映射、地址變換和完全性管理等。 3) 物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的,使發(fā)展和提供新的服務(wù)變得更容易,提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù),并運行于多個頻帶,這一服務(wù)能自適應(yīng)于多個無線標準及多模終端,跨越多個運營商和服務(wù)商,提供更大范圍服務(wù)。4G LTE技術(shù)原理和系統(tǒng)架構(gòu)LTE關(guān)鍵技術(shù)OFMDMIMO軟件無線電智能天線技術(shù)基于IP的核心網(wǎng) 4G LTE關(guān)鍵技術(shù)OFMD原理OFDM即正交頻分多路復(fù)用技術(shù)，與傳統(tǒng)的多載

12、波調(diào)制（MCM）相比OFDM調(diào)制的各個子載波間可相互重疊，并且能夠保持各個子載波之間的正交性。OFDM的基本原理是將高速的數(shù)據(jù)流分解為N個并行的低速數(shù)據(jù)流，在N個子載波上同時進行傳輸。這些在N子載波上同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號，構(gòu)成一個OFDM符號。 4G LTE關(guān)鍵技術(shù)MIMOMIMO即多天線技術(shù)，在基站和移動終端都有多個天線。MIM0技術(shù)為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和空間分集增益?？臻g復(fù)用是在接收端和發(fā)射端使用多副天線,充分利用空間傳播中的多徑分量,在同一頻帶上使用多個子信道發(fā)射信號,使容量隨天線數(shù)量的增加而線性增加。MU-MIMOSU-MIMOSISOMISOSIMOMIMO4G LTE關(guān)鍵技術(shù)軟件無

13、線電技術(shù)軟件無線電(SDR)是將標準化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)一通用硬件平臺,利用軟件加載方式來實現(xiàn)各類無線電通信系統(tǒng)的一種開放式結(jié)構(gòu)的技術(shù)。其中心思想是使寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)等先進的模塊盡可能地靠近射頻天線的要求。盡可能多地用軟件來定義無線功能。其軟件系統(tǒng)包括各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信號流變換軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件、信道糾錯編碼軟件、信源編碼軟件等。軟件無線電技術(shù)主要涉及數(shù)字信號處理硬件(DSPH)、現(xiàn)場可編程器件(FPGA)、數(shù)字信號處理(DSP)等2 智能天線技術(shù)智能天線定義為波束間沒有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線。智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數(shù)字波

14、束調(diào)節(jié)等功能,被認為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。4G LTE關(guān)鍵技術(shù)基于IP的核心網(wǎng) 4G移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基于全IP的網(wǎng)絡(luò),可以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫互聯(lián)。核心網(wǎng)獨立于各種具體的無線接入方案,能提供端到端的IP業(yè)務(wù),能同已有的核心網(wǎng)和PSTN兼容。核心網(wǎng)具有開放的結(jié)構(gòu),能允許各種空中接口接入核心網(wǎng);同時核心網(wǎng)能把業(yè)務(wù)、控制和傳輸?shù)确珠_。IP與多種無線接入?yún)f(xié)議相兼容,因此在設(shè)計核心網(wǎng)絡(luò)時具有很大的靈活性,不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協(xié)議。在4G通信系統(tǒng)中將取代IPv4協(xié)議,主要采用全分組方式IPv6技術(shù),IPv6具有許多的優(yōu)點,如:有巨大的地址空間;支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動配

15、置的方式;能夠提供不同水平的服務(wù)質(zhì)量;更具有移動性。 4G LTE關(guān)鍵技術(shù)G在中國的現(xiàn)狀年12月4日，工信部發(fā)布公告稱，向中國移動、中國電信和中國聯(lián)通頒發(fā)LTE/第四代數(shù)字蜂窩移動通信業(yè)務(wù)（TD-LTE）經(jīng)營許可。中國聯(lián)通2014年投資規(guī)模規(guī)模約800億，中國聯(lián)通市場營銷部總經(jīng)理熊昱對筆者稱，其中無線網(wǎng)絡(luò)投資預(yù)計200億元，但3G與4G具體投資比例還要看具體情況決定。業(yè)內(nèi)預(yù)計，聯(lián)通4G網(wǎng)絡(luò)投資今年為50-100億元。與之相比，中國移動與中國電信4G投資更為明確，前者今年預(yù)計超過500億元，后者約417億元。中國聯(lián)通目前全國開通4G網(wǎng)絡(luò)城市25個，5月17日電信日將開通56個重點城市，年內(nèi)將實現(xiàn)300個以上城市4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。中國移動目前開通4G商用