第12章B3G-4G移動(dòng)通信系統(tǒng)2015

1、數(shù)字移動(dòng)通信數(shù)字移動(dòng)通信本次課要回答的問題：本次課要回答的問題： 為何要發(fā)展為何要發(fā)展B3G/4GB3G/4G系統(tǒng)？系統(tǒng)？ 有哪些有哪些B3G/4GB3G/4G候選系統(tǒng)？各有何特點(diǎn)？候選系統(tǒng)？各有何特點(diǎn)？ B3G/4G B3G/4G的共性技術(shù)有哪些？其基本原理是什么？的共性技術(shù)有哪些？其基本原理是什么？ 不同不同4G4G標(biāo)準(zhǔn)主要采用了哪些技術(shù)來提高傳輸速率？標(biāo)準(zhǔn)主要采用了哪些技術(shù)來提高傳輸速率？n 了解了解B3G/4G的產(chǎn)生背景和基本特征；的產(chǎn)生背景和基本特征；n 了解實(shí)現(xiàn)寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕椒ǎü残约夹g(shù)）；了解實(shí)現(xiàn)寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕椒ǎü残约夹g(shù)）；n 了解兩種了解兩種4G標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵

2、技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)。重點(diǎn)：重點(diǎn)：不同不同4G系統(tǒng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)的特點(diǎn)，B3G/4GB3G/4G共性技術(shù)的原理共性技術(shù)的原理。難點(diǎn)：難點(diǎn)：兩種兩種4G標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)差異。標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)差異。移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)示意圖技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)3GB3G/4G業(yè)務(wù)特性業(yè)務(wù)特性優(yōu)先考慮語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先考慮語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)融合數(shù)據(jù)和融合數(shù)據(jù)和VoIPVoIP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)蜂窩小區(qū)蜂窩小區(qū)混合結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)頻率范圍頻率范圍1.61.62.5GHz2.5GHz2 28GHz8GHz，800MHz800MHz低頻低頻帶寬帶寬5 520MHz20MHz100100+ +MHzMHz速率速率384kbit/s384kbit/

3、s2Mbit/s2Mbit/s2020100Mbit/s100Mbit/s接入方式接入方式WCDMA/CDMA 2000/TD-WCDMA/CDMA 2000/TD-SCDMASCDMAMC-CDMAMC-CDMA或或OFDMOFDM交換方式交換方式電路交換電路交換/ /分組交換分組交換分組交換分組交換移動(dòng)性能移動(dòng)性能200kmph200kmph250kmph250kmphIPIP性能性能多版本多版本全全I(xiàn)PIP（IPV6IPV6）n2000年年10月月，ITU成立了成立了“IMT 2000 and Beyond”工作組，其任務(wù)之一就是探索工作組，其任務(wù)之一就是探索3G之后之后下一代移動(dòng)通信系

4、統(tǒng)的概念和方案。下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的概念和方案。n2005年年10月月18日日，ITU將將B3G技術(shù)正式定名為技術(shù)正式定名為IMT-Advanced。n2010年年10月月，ITU將將LTE-Advanced和和IEEE 802.11m列為列為IMT-Advanced的候選技術(shù)。的候選技術(shù)。n2012年年1月月18日日， ITU正式將正式將LTE-Advanced和和IEEE 802.11m確定為確定為IMT-Advanced（即（即4G）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。WINNER項(xiàng)目由于整合了歐盟科研資源，成員包括歐盟主要的企業(yè)、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，加上我國(guó)原信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院、韓國(guó)三星、日本NTT D

5、oCoMo、美國(guó)摩托羅拉等亞洲和美洲企業(yè)、科研單位的加盟，在國(guó)際B3G研究領(lǐng)域有著重要的地位。WINNER項(xiàng)目成員在致力于開發(fā)和完善WINNER系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)廣泛參與ITU、3GPP等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的工作，從而在B3G研究和相關(guān)的工作中發(fā)揮著積極的作用。l 日本的4G研究計(jì)劃屬于國(guó)家級(jí)發(fā)展計(jì)劃e-Japan的一部分，其基礎(chǔ)通信技術(shù)部分的研發(fā)由日本國(guó)家信息通信技術(shù)研究院負(fù)責(zé)；標(biāo)準(zhǔn)化工作由ARIB負(fù)責(zé)；2002年由產(chǎn)業(yè)界發(fā)起成立的mITF論壇負(fù)責(zé)技術(shù)交流和國(guó)際合作。特別要指出的是，其他國(guó)家主要是設(shè)備制造商引導(dǎo)新技術(shù)的研制，但日本4G技術(shù)的開發(fā)的主力卻是運(yùn)營(yíng)商。 l 韓國(guó)的4G計(jì)劃由信息與通信部（M

6、IC）協(xié)同部署，由其國(guó)內(nèi)有關(guān)運(yùn)營(yíng)商和電子通信研究院（ETRI）等研究結(jié)構(gòu)參與研發(fā)，2003年成立的NGMC論壇負(fù)責(zé)國(guó)際合作。韓國(guó)已制定了遠(yuǎn)景計(jì)劃，運(yùn)營(yíng)商也開始了試驗(yàn)網(wǎng)的建設(shè) 。階段階段時(shí)間時(shí)間研究目標(biāo)研究目標(biāo)FuTURE2001年年10月月至至2003年年12月月開展通用無線環(huán)境關(guān)鍵技術(shù)研究，完成開展通用無線環(huán)境關(guān)鍵技術(shù)研究，完成B3G/4G無線傳無線傳輸系統(tǒng)的核心硬、軟件研制工作，開展相關(guān)傳輸試驗(yàn)，輸系統(tǒng)的核心硬、軟件研制工作，開展相關(guān)傳輸試驗(yàn)，向向ITU提交有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建議；提交有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建議；完成區(qū)位無線通信環(huán)境所需的硬、軟件研制工作，進(jìn)完成區(qū)位無線通信環(huán)境所需的硬、軟件研制工作，進(jìn)行相應(yīng)的業(yè)

7、務(wù)演示；行相應(yīng)的業(yè)務(wù)演示；完成空間通信試驗(yàn)平臺(tái)方案的制定以及關(guān)鍵硬、軟件完成空間通信試驗(yàn)平臺(tái)方案的制定以及關(guān)鍵硬、軟件的研制工作。的研制工作。FuTURE+2004年年01月月至至2005年年12月月完成通信無線環(huán)境的建設(shè)、網(wǎng)間互聯(lián)互通、演示業(yè)務(wù)完成通信無線環(huán)境的建設(shè)、網(wǎng)間互聯(lián)互通、演示業(yè)務(wù)的開發(fā)，使區(qū)位性無線通信技術(shù)及其應(yīng)用達(dá)到實(shí)用水的開發(fā)，使區(qū)位性無線通信技術(shù)及其應(yīng)用達(dá)到實(shí)用水平，并使平，并使B3G/4G通信技術(shù)及空間通信技術(shù)達(dá)到相對(duì)成通信技術(shù)及空間通信技術(shù)達(dá)到相對(duì)成熟的水平。熟的水平。FuTURE 2006年年01月月至至2010年年12月月設(shè)立有關(guān)重大專項(xiàng)，完成通用無線環(huán)境的體制標(biāo)準(zhǔn)研

8、設(shè)立有關(guān)重大專項(xiàng)，完成通用無線環(huán)境的體制標(biāo)準(zhǔn)研究及其系統(tǒng)實(shí)用化研究，開展較大規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。究及其系統(tǒng)實(shí)用化研究，開展較大規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。 3GPP LTE-AdvancedIEEE 802.16m信道寬帶支持1.25MHz-20MHz寬帶5MHz到20MHz的可變帶寬，在某些特殊情況下可以支持高達(dá)100MHz的帶寬峰值速率下行1Gbit/s，上行500Mbit/s靜止1Gbit/s，移動(dòng)100Mbit/s移動(dòng)性0 - 1 5 k m / h ( 最 佳 性 能 ） 0 -120km/h(較好性能）120-350km/h（保持連接不掉線）0-15km/h(最佳性能） 0-120km/h(較好性

9、能）120-350km/h（保持連接不掉線）傳輸技術(shù)與多址技術(shù)下行OFDMA 上行SC-FDMAOFDMA雙工方式FDD和TDD盡可能融合，F(xiàn)DD半雙工FDD,TDD和FDD半雙工調(diào)制方式QPSK,16QAM和64QAMBPSK,QPSK,16QAM和64QAM編碼方式以Turbo碼為主，LDPC編譯碼卷積碼，卷積Turbo碼和低密度奇偶校驗(yàn)碼多天線技術(shù)基本MIMO模型：下行44，上行24個(gè)天線，考慮做多88配置支持MIMO技術(shù)（基站支持1,2,4,8根發(fā)射天線，終端支持1,2,4根發(fā)射天線）和AAS(自適應(yīng)根線陣）技術(shù)HARQChase合并與增量冗余HARQ，異步HARQ和自適應(yīng)HARQ（正

10、在考慮）Chase合并，異步HARQ和非自適應(yīng)HARQLTE標(biāo)準(zhǔn)與關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)展Time2007Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Release2008200920102011Rel8 WIRel9 WIRel10 WIQ3LTE-A SIQ2LTE SIRel-8Rel-9Rel-10Rel-8: LTE的基本技術(shù)和框架 n 扁平化架構(gòu)n MIMOn OFDM/SC-FDMAn 多樣的帶寬n Rel-9: LTE的進(jìn)一步增強(qiáng)與完善n LTE 家庭基站 n 自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）n 廣播多播（eMBMS）n LTE定位技術(shù)n Rel-10: 瞄準(zhǔn)IMT-A性能指標(biāo)n M

11、IMO技術(shù)的增強(qiáng)n 載波聚合（CA）n 中繼技術(shù)（relay）n 分層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（HetNet）nCompn ITU 4Gl 頻率選擇性衰落l 碼間串?dāng)_l 均衡器難以實(shí)現(xiàn)S u b -c a rrie rs S u b -fra m e F re q u e n c y T im e T im e fre q u e n c y res o u rc e fo r U s er 1 T im e fre q u e n c y res o u rc e fo r U s er 2 T im e fre q u e n c y res o u rc e fo r U s er 3 S ys te

12、m B a n d w id th l 頻譜資源緊張l 空間維度l 空時(shí)處理n空間分集n使用多根天線進(jìn)行發(fā)射和/或接收，根據(jù)收發(fā)天線數(shù)又分為發(fā)射分集、接收分集與接收發(fā)射分集n空間復(fù)用n發(fā)射的高速數(shù)據(jù)被分成幾個(gè)并行的低速數(shù)據(jù)流，在同一頻帶從多個(gè)天線同時(shí)發(fā)射出去n波束成形n在發(fā)射端將待發(fā)射數(shù)據(jù)矢量加權(quán)，形成某種方向圖后到達(dá)接收端調(diào)制與映射解調(diào)與分離l 原因 移動(dòng)通信系統(tǒng)是資源受限l 資源類型 時(shí)間 空間 頻率 能量l 核心問題 在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下，提高頻譜利用率l 實(shí)現(xiàn)方式 資源控制 資源分配 資源調(diào)度接入控制、負(fù)荷（擁塞）控制、切換控制、功率控制、速率控制等基站（小區(qū)）分配與選擇、信道分配、

13、隊(duì)列分配、資源預(yù)留、功率分配等時(shí)隙調(diào)度、碼資源調(diào)度、切換小區(qū)調(diào)度、自適應(yīng)鏈路調(diào)度等l 目的 為提高用戶在小區(qū)邊緣的信息傳輸速率l 實(shí)現(xiàn)方式p干擾隨機(jī)化：信道加擾和交織方法。p干擾消除：來源于多用戶檢測(cè)技術(shù)，可以將干擾小區(qū)的信號(hào)解調(diào)、解碼，然后將來自該小區(qū)的ICI（小區(qū)間干擾）復(fù)制并減去。 p干擾協(xié)調(diào)/規(guī)避：通過軟頻率復(fù)用方案實(shí)現(xiàn)，即部分頻率復(fù)用。LTE的2高2低LTE的主要指標(biāo)和需求需求名稱需求內(nèi)容實(shí)現(xiàn)主要技術(shù)高峰值數(shù)據(jù)速率 DL 100Mbps/UL 50Mpbs20MHz（DL要求UE側(cè)2接收天線）1、采用高帶寬（20M）2、多天線技術(shù)（22MIMO）3、高階調(diào)制方式（64QAM）低控制面

14、延遲從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)，傳輸延遲時(shí)間小于100ms從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)，傳輸延遲時(shí)間小于50ms單小區(qū)在5M帶寬下最少支持200用戶，更高頻譜分配條件下，單小區(qū)至少支持400用戶1、扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)2、短調(diào)度周期（1ms）3、調(diào)度算法低用戶面延遲在“零負(fù)載”（單用戶、單數(shù)據(jù)流）和“小IP包”的情況下，用戶面延遲不超過5ms1、扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)2、短調(diào)度周期（1ms）高用戶吞吐量下行鏈路：1、在5% CDF（累計(jì)分布函數(shù)）處的每MHz用戶吞吐量應(yīng)達(dá)到R6 HSDPA的23倍；2、每MHz平均用戶吞吐量應(yīng)達(dá)到R6 HSDPA的34倍。上行鏈路：1、在5% CDF處的每MHz用戶吞吐量應(yīng)達(dá)到R6 HS

15、UPA的23倍；2、每MHz平均用戶吞吐量應(yīng)達(dá)到R6 HSUPA的23倍。1、多天線技術(shù)（22MIMO）2、高階調(diào)制方式（64QAM）3、鏈路自適應(yīng)技術(shù)（AMC）4、混合自動(dòng)重傳（HARQ）5、干擾協(xié)調(diào)（ICIC）LTE的主要指標(biāo)和需求需求名稱需求內(nèi)容實(shí)現(xiàn)主要技術(shù)高頻譜效率下行鏈路：在真實(shí)負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)中，LTE頻譜效率是R6 HSDPA的34倍；上行鏈路：在真實(shí)負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)中，LTE頻譜效率是R6 HSUPA的23倍1、OFDM2、多天線技術(shù)（22MIMO）3、高階調(diào)制方式（64QAM）高頻譜靈活性支持不同大小的頻譜分配：包括1.4 MHz、3 MHz 、5 MHz、10 MHz、15 MHz 以及2

16、0 MHz，支持成對(duì)和非成對(duì)頻譜；支持不同頻譜資源的整合；1、OFDM2、雙工方式3、re-farming高移動(dòng)性支持015km/h低速移動(dòng)優(yōu)化；15120km/h高速移動(dòng)下實(shí)現(xiàn)高性能，在120350km/h（在某些頻段甚至應(yīng)支持500km/h）下能保持蜂窩網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性1、子載波參數(shù)設(shè)計(jì)覆蓋吞吐率、頻譜效率和移動(dòng)性指標(biāo)在半徑5km以下的小區(qū)應(yīng)全面滿足，在半徑30km的小區(qū)中性能可有小幅下降，不排除半徑達(dá)到100km的小區(qū)1、CP參數(shù)設(shè)計(jì)無線資源管理增強(qiáng)的端到端QoS；有效支持高層傳輸；支持不同的無線接入技術(shù)之間的負(fù)載均衡和策略管理1、QoS2、RRM與LTE相關(guān)的主要組織 NGMN需求制定 3

17、GPP標(biāo)準(zhǔn)制定 LSTI測(cè)試與試驗(yàn)NGMN：由全球主要移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商發(fā)起的、旨在引導(dǎo)和推動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)與發(fā)展的組織3GPP：移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)制定組織LSTI：設(shè)備制造商與運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合成立的測(cè)試組織，通過聯(lián)合測(cè)試與試驗(yàn)推動(dòng)LTE的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：全I(xiàn)P扁平架構(gòu)MIMOOFDM多帶寬選擇提升寬帶能力 降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延S u b -c a rrie rs S u b -fra m e F re q u e n c y T im e T im e fre q u e n c y res o u rc e fo r U s er 1 T im e fre q u e n c y res o u rc e fo

18、 r U s er 2 T im e fre q u e n c y res o u rc e fo r U s er 3 S ys te m B a n d w id th 1.4M3M5M10M15M20MRefarming 2GBackward UMTSExtension BandsMIMO ChannelDataStreamingLTE關(guān)鍵技術(shù)LTE關(guān)鍵技術(shù)-全I(xiàn)P扁平化網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)傳統(tǒng)架構(gòu) .vs. LTE 的扁平架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)趨于扁平化和簡(jiǎn)單化網(wǎng)絡(luò)扁平化降低接入延時(shí)，改善用戶體驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單化降低系統(tǒng)復(fù)雜度，部署簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，有效降低TCO取消BSC的集中控制，避免單點(diǎn)故障，提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定

19、性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演進(jìn)是逐漸放棄電路交換和業(yè)務(wù)的過程n業(yè)務(wù)中心逐漸向數(shù)據(jù)域轉(zhuǎn)移n原有電路交換和相關(guān)業(yè)務(wù)逐漸淡出，被IMS為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)控制系統(tǒng)取代PSTNInternetHSSBTSBSCMSCSGSNGGSNGMSCHLRRNCNodeBPGWPCRFSGWMMEeNBLTE的網(wǎng)元功能 MMEMMEServing GWServing GWPDN GWPDN GWE-Node BE-Node B NAS信令以及安全性功能 3GPP接入網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性導(dǎo)致的CN節(jié)點(diǎn)間信令 空閑模式下UE跟蹤和可達(dá)性 漫游 鑒權(quán) 承載管理功能（包括專用承載的建立） 支持UE的移動(dòng)性切換用戶面數(shù)據(jù)的功能 E-UTRAN空閑模式下

20、行分組數(shù)據(jù)緩存和尋呼支持 數(shù)據(jù)包路由和轉(zhuǎn)發(fā)上下行傳輸層數(shù)據(jù)包標(biāo)記基于用戶的包過濾合法監(jiān)聽I(yíng)P地址分配上下行傳輸層數(shù)據(jù)包標(biāo)記DHCPv4和DHCPv6（client、relay、server）具有現(xiàn)3GPP Node B全部和RNC大部分功能，包括：物理層功能MAC、RLC、PDCP功能RRC功能資源調(diào)度和無線資源管理無線接入控制移動(dòng)性管理LTE的協(xié)議結(jié)構(gòu)全部基于IP的信令信令流數(shù)據(jù)流E-Node BPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPAPPUDPGTPUIPS1APSCTPSGWIPUDPGTPUIPSCTPS1APX2AP從傳統(tǒng)頻分、碼分向正

21、交頻分演進(jìn)（c）CDMA 頻譜l 下行 OFDMA（PAPR）l 上行 單載波OFDM（SC-FDMA）LTE所用OFDM的主要參數(shù)下行鏈路的OFDM參數(shù)傳輸帶寬1.4 MHz3 MHz5 MHz10 MHz15 MHz 20 MHz時(shí)隙長(zhǎng)度 0.5 ms子載波間隔15 kHz取樣頻率 1.92 MHz3.84 MHz7.68 MHz 15.36 MHz 23.04 MHz30.72 MHz(1/2 * 3.84 MHz)(1 * 3.84 MHz)(2 * 3.84 MHz)(4 * 3.84 MHz)(6 * 3.84 MHz)(8 * 3.84 MHz)FFT 點(diǎn)數(shù)12825651210

22、2415362048取樣時(shí)間 (Ts)168424/31占用子載波數(shù)731813016019011201每時(shí)隙的OFDM符號(hào)數(shù)7 for Normal cyclic prefix ?f= 15kHz ;6 for Extended cyclic prefix ?f= 15kHz ;3 for Extended cyclic prefix ?f= 7.5kHz ;CP 長(zhǎng)度 (Ts)常規(guī) ?f= 15kHz160 for l=0； 144 for l=1,2,3.,6擴(kuò)展 ?f= 15kHz512 for l= 0,1,2,3.,5擴(kuò)展 ?f= 7.5kHz1024 for l=0,1,2LTE

23、關(guān)鍵技術(shù)- 高階調(diào)制帶來更高效率64QAM16QAMLTE關(guān)鍵技術(shù)- MIMO：從單天線向多天線演進(jìn)nMIMOMIMO技術(shù)本質(zhì)技術(shù)本質(zhì)多天線發(fā)射接收，充分利用空間維度，若采用復(fù)用技術(shù)，則可成倍的提升空口速率，或者采用分集技術(shù)（多徑）產(chǎn)生解調(diào)增益，總體可以理解為一種空分復(fù)用技術(shù)復(fù)用和分集產(chǎn)生的增益對(duì)應(yīng)吞吐率和可靠性的提升，兩者可以認(rèn)為都是犧牲其中的一種增益而得到另一種增益。nMIMOMIMO技術(shù)優(yōu)勢(shì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)MIMO技術(shù)可以同時(shí)在基站和UE上使用提升用戶吞吐率、小區(qū)容量和覆蓋很容易和OFDM技術(shù)融合起來nLTELTE基站支持自適應(yīng)基站支持自適應(yīng)MIMOMIMO，靈活支持空間復(fù)用或分，靈活支持空間復(fù)

24、用或分集復(fù)用集復(fù)用自適應(yīng)MIMOLTE 的鏈路自適應(yīng)技術(shù)AMCu 基于信道質(zhì)量信息反饋：調(diào)整數(shù)據(jù)速率來補(bǔ)償信道條件好的信道條件更高速率壞的信道條件更低速率調(diào)整編碼速率來補(bǔ)償信道條件好的信道條件高速率編碼壞的信道條件低速率編碼調(diào)整調(diào)制方案來補(bǔ)償信道條件好的信道條件高階調(diào)制壞的信道條件低階調(diào)制u CQI（Channel Quality Indicator）信道質(zhì)量信息反饋：UE 測(cè)量信道質(zhì)量 報(bào)告 給Node B基站基于CQI來選擇調(diào)制方案、塊大小和數(shù)據(jù)速率TerminaleNBCQISINRLTE關(guān)鍵技術(shù)-分組調(diào)度：不需要顯示回收資源nLTE是完全面向分組業(yè)務(wù)優(yōu)化的系統(tǒng)，不再采用面向連接的電路交

25、換技 術(shù)，此原則應(yīng)用于系統(tǒng)協(xié)議棧的所有層。n分組交換無線接口的核心是采用動(dòng)態(tài)調(diào)度共享傳輸資源。在每個(gè)TTI(1ms)，系統(tǒng)依據(jù)每個(gè)用戶的信道狀態(tài)自適應(yīng)調(diào)度資源,包括：頻域 和時(shí)域資源、MIMO配置及層數(shù)的自適應(yīng)、調(diào)制和編碼的自適應(yīng)等，從而也實(shí)現(xiàn)了多用戶分集。電路交換資源分配快速自適應(yīng)分組調(diào)度時(shí)間 衰落信道無線幀結(jié)構(gòu)-FDDn每個(gè)10ms無線幀被分為10個(gè)子幀n每個(gè)子幀包含兩個(gè)時(shí)隙，每時(shí)隙長(zhǎng)0.5msnTs=1/(1500*2048) 是基本時(shí)間單元n任何一個(gè)子幀即可以作為上行，也可以作為下行#01個(gè)無線幀 Tf = 307200 TS = 10 ms1個(gè)時(shí)隙 Tslot=15360TS=0.5

26、ms#11個(gè)子幀#2#17#18#19無線幀結(jié)構(gòu)-TDD1個(gè)子幀子幀 #5DwPTSGPUpPTS子幀 #91個(gè)半幀 153600 TS = 5 ms1個(gè)子幀子幀 #0DwPTSGPUpPTS30720TS子幀 #41個(gè)時(shí)隙 Tslot=15360TS1個(gè)無線幀 Tf = 307200 Ts = 10 msn每個(gè)10ms無線幀包括2個(gè)長(zhǎng)度為5ms的半幀，每個(gè)半幀由4個(gè)數(shù)據(jù)子幀和1個(gè)特殊子幀組成n特殊子幀包括3個(gè)特殊時(shí)隙：DwPTS，GP和UpPTS，總長(zhǎng)度為1msn支持5ms和10ms上下行切換點(diǎn)n子幀0、5和DwPTS總是用于下行發(fā)送TD-LTE的靈活時(shí)隙配置TD-LTE物理層有 5ms和1

27、0ms兩種上下行切換周期7種不同上下行時(shí)隙配比方式5ms切換周期：1DL:3UL, 2DL:2UL, 3DL:1UL , 3DL:5UL10ms切換周期：6DL:3UL, 7DL:2UL, 8DL:1UL固定下行固定上行5ms轉(zhuǎn)換點(diǎn)：10ms轉(zhuǎn)換點(diǎn)：Subframe number0 1 2 3 4 5 6 7 8 905 msD S U U U D S U U U15 msD S U U D D S U U D25 msD S U D D D S U D D310 msD S U U U D D D D D410 msD S U U D D D D D D510 msD S U D D D D

28、 D D D65 msD S U U U D S U U DOFDM資源的時(shí)頻結(jié)構(gòu)表示方法物理資源的映射舉例 每個(gè)小方塊代表一個(gè)RE 有些RE被參考信號(hào)和公共信道占用LTE可以根據(jù)用戶信道質(zhì)量調(diào)度合適的無線資源UE2Channel quality(CQI, Ack/Nack, TPC)Channel quality(CQI, Ack/Nack, TPC)DataDataUE1多用戶分集增益TTI 1TTI 2TTI 3TTI 4U SER 1 Es/N 0U SER 2 Es/N 0Scheduled userNode B 調(diào)度可以利用每個(gè)用戶的即時(shí)信道條件 LTE的關(guān)鍵技術(shù)-干擾抑制nLTE

29、不支持軟切換，同頻組網(wǎng)帶來的嚴(yán)重的干擾問題；n異頻組網(wǎng)則會(huì)導(dǎo)致頻譜利用率很低；LTE關(guān)鍵技術(shù)-靈活的帶寬支持LTEUMTSCDMA20MHz1*20M4*5M16*1.25M移動(dòng)通信的技術(shù)發(fā)展并未止步 IMT-Advanced! 支持支持100M1G bit/s的數(shù)的數(shù)據(jù)速率據(jù)速率 支持多種接入網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)支持多種接入網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通互通 支持可擴(kuò)展的帶寬使用支持可擴(kuò)展的帶寬使用4G！ITU IMT-Advanced！LTE-Advanced： 真正的4Gn2008年3月，在被視為3.9G的LTE標(biāo)準(zhǔn)化接近完成時(shí)，作為在LTE基礎(chǔ)上的繼續(xù)演進(jìn)項(xiàng)目，3GPP啟動(dòng)了真正代表4G技術(shù)的LTE-Advan

30、ced項(xiàng)目LTE-Advanced提出的背景n滿足ITU-R IMT-Advanced 技術(shù)征集的需要n3GPP LTE作為當(dāng)前最受關(guān)注的寬帶移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，其向IMT-Advanced階段進(jìn)一步演進(jìn)是毋庸置疑的n進(jìn)一步鞏固3GPP LTE標(biāo)準(zhǔn)在未來市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的優(yōu)勢(shì)地位n由于LTE已經(jīng)消耗了學(xué)術(shù)界和技術(shù)領(lǐng)域大量的技術(shù)儲(chǔ)備，所以LTE-Advanced不會(huì)再是技術(shù)上的徹底革新，而是LTE的平滑演進(jìn)LTE/LTE-A時(shí)間表LTE的補(bǔ)充與增強(qiáng)啟動(dòng)LTE-A的研究LTE-Advanced 的主要需求n更高的峰值數(shù)據(jù)率n下行峰值數(shù)據(jù)率1Gbps，上行峰值數(shù)據(jù)率500Mbpsn更大峰值頻譜效率n下行峰值頻譜

31、效率30bps/Hz，上行峰值頻譜效率15 bps/Hzn進(jìn)一步提高移動(dòng)性n在010km/h低速移動(dòng)環(huán)境下，比E-UTRA性能需有所提升；在350km/h以上的較高速度下，性能有所提升或保持n更小的控制面延遲n從駐留狀態(tài)轉(zhuǎn)換到激活狀態(tài)的時(shí)延小于50msn更大的頻譜靈活性n增加了新的頻段，最大支持100MHz帶寬n新的頻帶為： 450470 MHz、 698862 MHz、 790862 MHz、2.32.4 GHz、3.44.2 GHz、4.4-4.99 GHz.n與3GPP無線接入技術(shù)的共存和互操作nAdvanced E-UTRAN與E-UTRAN之間的切換應(yīng)與E-UTRAN之間的切換具有相

32、同的性能LTE-R10的關(guān)鍵技術(shù)MIMO增強(qiáng)LTE carrier20MHz連續(xù)載波聚合LTE carrier20MHz非連續(xù)載波聚合.載波聚合（CA,Carrier Aggregation）中繼技術(shù)（Relay）HetNet的eICICenhanced Inter-cell interference Coordination ,增強(qiáng)型小區(qū)干擾消除Rel11 關(guān)鍵技術(shù)CoMPCA增強(qiáng)MTC優(yōu)化Machine Type CommunicationfeICIC多天線技術(shù)增強(qiáng)載波聚合-需求n滿足LTE-A峰值速率要求（e.g.1Gbps)，需要高達(dá)100MHz的更大帶寬，現(xiàn)實(shí)中很難找到連續(xù)的大帶寬n

33、保持與LTE良好的兼容性， LTE終端能夠接入到LTE-A系統(tǒng),LTE-A終端能夠接入LTE系統(tǒng)n運(yùn)營(yíng)商具有多個(gè)非連續(xù)頻譜，亟需一種方法把這些離散的頻譜利用起來，獲取更佳的LTE運(yùn)營(yíng)效率頻譜分散 100MHz帶寬載波聚合-基本概念n每個(gè)分量載波為L(zhǎng)TE現(xiàn)有帶寬，最大110RBn每個(gè)分量載波兼容LTE，包含同步和廣播等信息n對(duì)于非兼容載波，僅考慮在Rel-11及其以后版本引入nLTE-A終端根據(jù)其能力在一個(gè)或多個(gè)分量載波上接收或者發(fā)射nLTE終端僅在一個(gè)分量載波上接收或者發(fā)射n是將是將2個(gè)或更多的載波單元（個(gè)或更多的載波單元（Component Carrier, CC）聚合在一起以支持更大的傳輸

34、帶寬（最大為）聚合在一起以支持更大的傳輸帶寬（最大為100MHz）的技術(shù)。）的技術(shù)。載波聚合-非對(duì)稱載波聚合n考慮到上下行業(yè)務(wù)的非對(duì)稱性，載波聚合支持非對(duì)稱載波聚合，進(jìn)一步的可以分為小區(qū)級(jí)非對(duì)稱聚合和UE級(jí)非對(duì)稱聚合載波聚合-聚合場(chǎng)景n參與聚合的載波可以是連續(xù)的，可以是非連續(xù)的，各個(gè)載波可以位于同一頻段，也可以位于不同頻段，包含如下三種場(chǎng)景：n帶內(nèi)連續(xù)聚合n帶內(nèi)非連續(xù)聚合n帶間非連續(xù)聚合增強(qiáng)MIMO-上行nPUSCH（ Physical Uplink Shared Channel ）n支持SU-MIMO4X4大幅提高吞吐量和頻譜效率nPUCCH支持基于SORTD的發(fā)射分集提高上行控制信息的傳輸

35、質(zhì)量增強(qiáng)MIMO-下行n由LTE的4天線擴(kuò)展到最大支持8天線，最大支持8層傳輸提高下行吞吐量和頻譜效率nMU-MIMO進(jìn)一步增強(qiáng)，如SU-MU的動(dòng)態(tài)切換、UE專用導(dǎo)頻的引入等提高M(jìn)U-MIMO的性能Max. 8 streamsEnhanced MU-MIMOHigher-order MIMO up to 8 streamsCSI feedback多天線增強(qiáng)的演進(jìn)Rel11 多天線增強(qiáng)覆蓋n采用雙極化天線；采用雙極化天線；n距離在0.5波長(zhǎng)；n相比常規(guī)八天線, 減少了天線寬度;n天線尺寸和800MHz 二天線相當(dāng);n后續(xù), 天線尺寸有望進(jìn)一步減小.位置位置天線類型天線類型上行發(fā)射上行發(fā)射功率功率

36、RSRPRSRP上行吞吐上行吞吐量量中點(diǎn)中點(diǎn)上行2天線16-956.48上行水平隔離8天線16-9514.4中中, ,遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)上行2天線23-1170.573上行水平隔離8天線23-1171.48Relay-概念n中繼傳輸技術(shù)是在原有站點(diǎn)的基礎(chǔ)上，引入Relay 節(jié)點(diǎn)(或稱中繼站)，Relay節(jié)點(diǎn)和基站通過無線連接，下行數(shù)據(jù)先由基站發(fā)送到中繼節(jié)點(diǎn)，再由中繼節(jié)點(diǎn)傳輸至終端用戶，上行則反之。Relay-重點(diǎn)場(chǎng)景邊遠(yuǎn)地區(qū)邊遠(yuǎn)地區(qū)覆蓋覆蓋拓展拓展城市熱點(diǎn)覆蓋增強(qiáng)群移動(dòng)盲點(diǎn)地區(qū)覆蓋補(bǔ)充CoMP-概念n協(xié)作多點(diǎn)發(fā)射/接收（CoMP，Coordinated Multiple Points）傳輸技術(shù)是指地理位

37、置上相互分離的多個(gè)小區(qū)的協(xié)作發(fā)射/接收。n通過聯(lián)合處理把干擾變?yōu)橛杏眯盘?hào)，有效解決小區(qū)邊緣干擾問題，從而有效提高小區(qū)邊緣吞吐量和小區(qū)平均吞吐量，擴(kuò)大高速傳輸覆蓋。CoMP-分類n根據(jù)上下行傳輸方向根據(jù)上下行傳輸方向DL-CoMPUL-CoMPn 根據(jù)協(xié)作小區(qū)歸屬：根據(jù)協(xié)作小區(qū)歸屬：站內(nèi)CoMP站間CoMPCoMP-下行傳輸機(jī)制n聯(lián)合處理（聯(lián)合處理（JP）l發(fā)射根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是否在多個(gè)協(xié)調(diào)點(diǎn)上都能獲取可分為聯(lián)合處理（Joint Processing,JP），利用聯(lián)合處理的方式獲取傳輸增益n 協(xié)作調(diào)度協(xié)作調(diào)度/波束賦型波束賦型CS/CBn 下行CoMP和協(xié)作調(diào)度/波束賦形（Coordinated S

38、cheduling/Beamforming)，通過協(xié)作減小小區(qū)間干擾 CoMP-上行聯(lián)合接收n上行CoMP接收通過多個(gè)小區(qū)對(duì)用戶數(shù)據(jù)的聯(lián)合接收來提高小區(qū)邊緣用戶吞吐量。 n上行CoMP接收主要是eNB處的接收實(shí)現(xiàn)問題，對(duì)空口影響比較小。l 下行CoMP協(xié)作調(diào)度/協(xié)作波束賦形聯(lián)合傳輸一個(gè)用戶只被一個(gè)基站服務(wù)，傳給特定用戶的數(shù)據(jù)只來自該用戶所在服務(wù)小區(qū)的基站，但相應(yīng)的調(diào)度和發(fā)射權(quán)重等需要小區(qū)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)信息交互和協(xié)調(diào)，以盡可能減少多個(gè)小區(qū)的不同傳輸之間的互干擾。用戶的數(shù)據(jù)信息不共享，但是信道信息卻在協(xié)作集合內(nèi)的不同小區(qū)間共享。協(xié)作的多個(gè)基站（也稱協(xié)作簇）對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合處理，以消除基站間的干擾。協(xié)

39、作簇內(nèi)的基站不僅需要共享信道信息，還需要共享用戶的數(shù)據(jù)信息。整個(gè)協(xié)作簇同時(shí)服務(wù)一個(gè)或多個(gè)用戶。為了提高聯(lián)合傳輸?shù)南到y(tǒng)性能，數(shù)據(jù)在不同的基站同步發(fā)送。超幀：20ms SU0SU1SU2SU3F0F1單位幀：5ms F2F3SF0SF1SF2SF3SF4SF5SF6子幀超幀頭S0S1S2S3S4S5SF7OFDM符號(hào)用戶1用戶2.用戶Nu調(diào)度器編碼編碼.編碼資源映射流（Rank）物理天線編碼層.MIMO波束賦形與編碼.子載波映射.OFDMAIFFTIFFT.IFFT反饋（CQI, CSI, ACK/NACK, Mode,Rank, Link Adaptation）預(yù)編碼向量/矩陣層控制l 定義 發(fā)

40、射端根據(jù)信道質(zhì)量信息調(diào)整無線鏈路的傳輸方式及參數(shù)，以提供更高的服務(wù)質(zhì)量與頻譜利用率。信道測(cè)量接收數(shù)據(jù)MCS選擇（微調(diào)）CQI數(shù)據(jù)傳輸ACK/NACK lTU關(guān)于IMT-Advanced需求中規(guī)定最大支持100MHz帶寬。為了滿足需求，IEEE 802.16m引入了多載波技術(shù)，支持多個(gè)連續(xù)或不連續(xù)載波的聚合，這些載波可以有相同或不同帶寬。l 分類MS：主載波/輔載波BS：全配置載波/部分配置載波l 操作模式載波聚合載波轉(zhuǎn)換 用于定位的參考信號(hào)，如前導(dǎo)和測(cè)距序列 參考信號(hào)的測(cè)量參數(shù)，如環(huán)路延時(shí)、相對(duì)延時(shí)、接收信號(hào)參考強(qiáng)度、載波干擾噪聲比 定位觸發(fā)和測(cè)量過程：RD用于下行鏈路中基于電波信號(hào)到達(dá)時(shí)間差

41、（TDOA）的定位法，RTD用于上行鏈路中基于電波信號(hào)到達(dá)時(shí)間（TOA）的定位法 定位業(yè)務(wù)通知（Advertisement，ADV）消息 具有支持協(xié)作定位的能力增強(qiáng)組播廣播業(yè)務(wù)（Enhanced Multicast and Broadcast Service，E-MBS）提供了一種高效的下行多播數(shù)據(jù)同步傳輸方法。每個(gè)組播廣播業(yè)務(wù)采用一個(gè)公共的多播終端ID和一個(gè)業(yè)務(wù)流ID來唯一標(biāo)識(shí)。E-MBS業(yè)務(wù)僅通過下行傳輸提供服務(wù)，在一組增強(qiáng)型基站(ABS)之間可以進(jìn)行協(xié)調(diào)同步以實(shí)現(xiàn)宏分集的傳輸方式。在一個(gè)E-MBS區(qū)域內(nèi)連續(xù)地接收E-MBS業(yè)務(wù)，需要區(qū)域內(nèi)的各個(gè)ABS之間進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，這樣的協(xié)作工作可以分

42、為兩種模式，即非宏分集傳輸模式和宏分集傳輸模式。l 定義 Femtocell指一種較小的蜂窩小區(qū)，這種微小區(qū)的基站在IEEE 802.16m中叫做Femto基站，在LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)中稱為HeNB。 其出現(xiàn)主要是因?yàn)槭覂?nèi)覆蓋不盡如人意，而造成這種現(xiàn)象的原因有以下幾點(diǎn)： 業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)常常從家庭開始，然后才擴(kuò)展到企事業(yè)。 語音通話時(shí)間已經(jīng)漸漸從固話轉(zhuǎn)移到手機(jī)上，越來越多的用戶逐步將他們的手機(jī)作為最主要的電話。 運(yùn)營(yíng)商正在逐步提供固定電話網(wǎng)、電視網(wǎng)、因特網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)“四網(wǎng)合一” 業(yè)務(wù)，包含了大部分移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，以及固話、因特網(wǎng)和電視業(yè)務(wù)等。q本次課堂內(nèi)容回顧lB3G/4G系統(tǒng)的起源、基本特

43、征、共性技術(shù)；l3GPP LTE系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)；lLTE-Advanced與IEEE 802.16m的對(duì)比。q思考題1、B3G/4G產(chǎn)生的背景是什么？ 2、為什么B3G/4G要放棄CDMA而采用OFDM技術(shù)？77移動(dòng)通信基本科學(xué)問題移動(dòng)通信基本科學(xué)問題n 有限的頻譜資源頻譜資源與不斷增長(zhǎng)的無線通信業(yè)務(wù)需求之間的矛盾所帶來的挑戰(zhàn)，將促使無線通信理論與技術(shù)不斷發(fā)生變革； 移動(dòng)通信需要解決的關(guān)鍵問題移動(dòng)通信需要解決的關(guān)鍵問題 目前的解決方案目前的解決方案n 從信號(hào)設(shè)計(jì)與處理的角度出發(fā)，采用高效的調(diào)制及信道編碼調(diào)制及信道編碼等技術(shù)提高頻譜利用率；n 移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作頻點(diǎn)繼續(xù)上移工作頻點(diǎn)繼續(xù)上移，在2

44、007年11月閉幕的世界無線電通信大會(huì)上通過了適用于全球3G與4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的四個(gè)新頻段，其中包括3.4G3.6GHz的200MHz帶寬以及分配給我國(guó)TD-SCDMA的2.3GHz2.4GHz的100MHz帶寬；n 進(jìn)一步開發(fā)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中的空間資源空間資源。例如MIMO技術(shù)的利用為移動(dòng)通信頻譜利用率的提高注入了新的活力。 78移動(dòng)通信基本科學(xué)問題移動(dòng)通信基本科學(xué)問題n 信號(hào)處理的復(fù)雜性信號(hào)處理的復(fù)雜性將限制其在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用。例如如果完全依靠增加調(diào)將限制其在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用。例如如果完全依靠增加調(diào)制電平數(shù)來提高傳輸速率，在速率超過制電平數(shù)來提高傳輸速率，在速率超過10bps /Hz之

45、上時(shí)，其復(fù)雜度及對(duì)信道的之上時(shí)，其復(fù)雜度及對(duì)信道的要求已是實(shí)際系統(tǒng)所不能承受的了，特別是每增加要求已是實(shí)際系統(tǒng)所不能承受的了，特別是每增加1bps/Hz就要增加就要增加3dB的信噪的信噪比，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度、對(duì)時(shí)鐘精度的要求及對(duì)信道參數(shù)估計(jì)精度的要求等都要相應(yīng)比，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度、對(duì)時(shí)鐘精度的要求及對(duì)信道參數(shù)估計(jì)精度的要求等都要相應(yīng)地成倍增加地成倍增加 ；存在的缺憾存在的缺憾n 較高的系統(tǒng)工作頻率較高的系統(tǒng)工作頻率將導(dǎo)致無線信號(hào)在空間傳輸中快速衰落。盡管采用微蜂將導(dǎo)致無線信號(hào)在空間傳輸中快速衰落。盡管采用微蜂窩技術(shù)可以縮小小區(qū)半徑，提高天線覆蓋面積，從而提高用戶的接收性能，窩技術(shù)可以縮小小區(qū)半徑，提高天線覆蓋面積，從而提高用戶的接收性能，但隨之而來的另一個(gè)問題在于系統(tǒng)中頻繁的切換會(huì)增加系統(tǒng)信令開銷并降低但隨之而來的另一個(gè)問題在于系統(tǒng)中頻繁的切換會(huì)增加系統(tǒng)信令開銷并降低系統(tǒng)的工作效率系統(tǒng)的工作效率 ；n 目前，多天線一般集中放置于目前，多天線一般集中放置于基站組