LTE介紹_第一講

1、河南通信學(xué)會(huì)河南通信學(xué)會(huì)4G技術(shù)講座內(nèi)容技術(shù)講座內(nèi)容1.移動(dòng)通信基礎(chǔ)知識(shí)介紹移動(dòng)通信基礎(chǔ)知識(shí)介紹2. LTE/LTE-A基礎(chǔ)知識(shí)介紹基礎(chǔ)知識(shí)介紹3.我國我國LTE發(fā)展策略研究發(fā)展策略研究1移動(dòng)通信移動(dòng)通信基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識(shí)介紹知識(shí)介紹（第一講）（第一講）張平北京郵電大學(xué)2013年年6月月4日日通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成v通信系統(tǒng)的組成包括：信源、發(fā)信機(jī)、信道、通信系統(tǒng)的組成包括：信源、發(fā)信機(jī)、信道、 噪聲源、收信機(jī)及信宿噪聲源、收信機(jī)及信宿6 6個(gè)部分個(gè)部分通信系統(tǒng)一般模型通信系統(tǒng)一般模型3C=W Ln(1+S/N)C=W Ln(1+S/N)1log2無線電報(bào)通信無線電報(bào)通信 v無線電的發(fā)現(xiàn)無線電

2、的發(fā)現(xiàn)赫茲實(shí)驗(yàn)報(bào)告說明存 在一種電波，以光速在空中運(yùn)動(dòng)。v馬可尼的設(shè)想（馬可尼的設(shè)想（18941894年）年）“這種電磁波可以用來傳 遞信號，能越過很長距離， 而無需導(dǎo)線”馬可尼馬可尼海因里希海因里希魯?shù)婪螋數(shù)婪蚝掌澓掌?無線電報(bào)通信無線電報(bào)通信 v無線電報(bào)發(fā)明（無線電報(bào)發(fā)明（1896年）年） 馬可尼在英國取得了專利權(quán)。v無線電報(bào)發(fā)展（無線電報(bào)發(fā)展（1898年）年） 成功地超越英吉利海峽。v無線電報(bào)發(fā)展（無線電報(bào)發(fā)展（1901年）年） 成功地實(shí)現(xiàn)了由英國橫越大西洋與紐芬蘭的無線電通信，相距2700公里。5電磁波劃分電磁波劃分（頻率或波長）（頻率或波長） 長波：長波： 低于低于300KHz 中波

3、：中波：300KHz3MHz 短波：短波： 330MHz 超短波：超短波：30300MHz 微波：高于微波：高于300MHz6電磁波的傳播特點(diǎn)電磁波的傳播特點(diǎn) 中波： 沿地面?zhèn)鞑ィ@射能力強(qiáng)，適用于廣播 和海上通信。短波： 具有較強(qiáng)的電離層反射能力，適用于環(huán) 球通信。超短波和微波： 繞射能力較差，可作為視距或超視距中 繼通信。7v移動(dòng)通信就是通信雙方至少有一方在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中進(jìn)行信 息交換。它包括移動(dòng)用戶之間的通信，固定用戶與移動(dòng) 用戶的通信。衛(wèi)星衛(wèi)星宏蜂窩宏蜂窩微蜂窩微蜂窩微微蜂窩微微蜂窩移動(dòng)通信移動(dòng)通信 8 現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展始于本現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展始于本世紀(jì)世紀(jì)2020年代，大致經(jīng)歷

4、了五個(gè)發(fā)展階段。年代，大致經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段。移動(dòng)通信移動(dòng)通信 9移動(dòng)通信移動(dòng)通信 v第一階段從上世紀(jì)第一階段從上世紀(jì)2020年代至年代至4040年代，為早期發(fā)展階段。年代，為早期發(fā)展階段。 美國底特律市警察使用的車載無線電系統(tǒng)。該系統(tǒng) 工作頻率為2MHz，到40年代提高到3040MHz。 特點(diǎn)是專用系統(tǒng)開發(fā)，工作頻率較低。 v第二階段從第二階段從4040年代中期至年代中期至6060年代初期公用移動(dòng)通信業(yè)年代初期公用移動(dòng)通信業(yè) 務(wù)開始問世。務(wù)開始問世。 根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)的計(jì)劃，貝爾系統(tǒng)在 圣路易斯城建立了世界上第一個(gè)公用汽車電話網(wǎng)，稱 為“城市系統(tǒng)”。 這一階段的特點(diǎn)是從專用移

5、動(dòng)網(wǎng)向公用移動(dòng)網(wǎng)過渡， 接續(xù)方式為人工，網(wǎng)絡(luò)容量較小。10v第三階段從第三階段從6060年代中期至年代中期至7070年代中期。年代中期。 美國推出了改進(jìn)型移動(dòng)電話系統(tǒng)(1MTS)，使用150MHz 和450MHz頻段，采用大區(qū)制、中小容量，實(shí)現(xiàn)了無線 頻道自動(dòng)選擇并能夠自動(dòng)接續(xù)到公用電話網(wǎng)。移動(dòng)通信移動(dòng)通信 v第四階段從第四階段從7070年代中期至年代中期至8080年代中期。年代中期。 這是移動(dòng)通信蓬勃發(fā)展時(shí)期。1978年底，美國貝爾實(shí) 驗(yàn)室研制成功先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)(AMPS)，建成了蜂窩 狀移動(dòng)通信網(wǎng)。1983年，首次在芝加哥投入商用。 日本，英國，瑞典等國也各自開發(fā)了自己的系統(tǒng)。 這一階段

6、的特點(diǎn)是蜂窩狀移動(dòng)通信網(wǎng)成為實(shí)用系統(tǒng)， 并在世界各地迅速發(fā)展。11v第五階段從第五階段從8080年代中期開始。這是數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)年代中期開始。這是數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā) 展和成熟時(shí)期。展和成熟時(shí)期。 模擬蜂窩網(wǎng)雖然取得了很大成功，但也暴露了一些問 題。例如，頻譜利用率低，業(yè)務(wù)種類受限制等，最主 要的問題是其容量已不能滿足日益增長的用戶需求。 數(shù)字無線傳輸?shù)念l譜利用率高，可大大提高系統(tǒng)容量。 另外，數(shù)字網(wǎng)能提供語音、數(shù)據(jù)多種業(yè)務(wù)服務(wù)，并與 ISDN等兼容。 80年代中期，歐洲首先推出了泛歐數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng) (GSM)的體系。隨后，美國和日本也制定了各自的數(shù)字 移動(dòng)通信體制。泛歐網(wǎng)GSM已于1991

7、年7月開始投入商 用，數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信已經(jīng)成為陸地公用移動(dòng)通信的 主要系統(tǒng)。 移動(dòng)通信移動(dòng)通信 12含義含義：每個(gè)用戶占用一個(gè)頻率用戶識(shí)別用戶識(shí)別：頻道號特點(diǎn)特點(diǎn)：簡單，容易實(shí)現(xiàn)，適用于模擬和數(shù)字信號以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)，以頻帶劃分各種小區(qū)需要嚴(yán)格的頻率規(guī)劃，是頻率受限和干擾受限系統(tǒng)以頻道區(qū)分用戶地址，一個(gè)頻道傳輸一路模擬/數(shù)字話路對功控的要求不嚴(yán)，硬件設(shè)備取決于頻率規(guī)劃和頻道設(shè)置基站由多部不同載波頻率的發(fā)射機(jī)同時(shí)工作不適宜大容量系統(tǒng)使用應(yīng)用：應(yīng)用：模擬/數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)13PowerFrequencyTimeFDMA14含義含義：每個(gè)用戶占用一個(gè)時(shí)隙用戶識(shí)別用戶識(shí)別：時(shí)隙特點(diǎn)特點(diǎn)：以頻率復(fù)用

8、為基礎(chǔ)，小區(qū)內(nèi)以時(shí)隙區(qū)分用戶每個(gè)時(shí)隙傳輸一路數(shù)字信號，軟件對時(shí)隙動(dòng)態(tài)配置系統(tǒng)要求嚴(yán)格的系統(tǒng)定時(shí)同步對功控的要求不嚴(yán)是時(shí)隙受限和干擾受限系統(tǒng)TDD模式下，上下型信道信息可以共享應(yīng)用：應(yīng)用：GSM系統(tǒng)FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA15FrequencyCDMAPowerTime含義含義：每個(gè)用戶使用一個(gè)碼型，頻率/時(shí)間共享用戶識(shí)別用戶識(shí)別：碼型特點(diǎn)特點(diǎn)：每個(gè)基站只需一個(gè)射頻系統(tǒng)每個(gè)碼傳輸一路數(shù)字信號每個(gè)用戶共享時(shí)間和頻率是一個(gè)多址干擾受限系統(tǒng)需要嚴(yán)格的功率控制需要定時(shí)同步軟容量、軟切換，系統(tǒng)容量大抗衰落、抗多徑能力強(qiáng)應(yīng)用：應(yīng)用：IS-95 CDMA系統(tǒng)、cdma2000系統(tǒng)

9、、WCDMA系統(tǒng)多址接入方法比較FDMATDMACDMAtimetimetimepowerpowerpowerfrequencyfrequencyfrequency集CDMA、TDMA、FDMA技術(shù)優(yōu)勢于一體系統(tǒng)頻譜利用率高、抗干擾能力強(qiáng)的移動(dòng)通信技術(shù)1.6 MHz最多可達(dá)16個(gè)碼道每個(gè)用戶通過臨時(shí)分配到的CDMA碼來被識(shí)別時(shí)隙下行下行下行上行時(shí)間碼道頻率TD-SCDMA 系統(tǒng)基本原理184G發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)化183GIMT-Advanced4G1G2G低低中中高高AMPSTACSGSMcdmaOneWCDMAcdma2000TD-SCDMAE3GLTEAIEWLAN數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)速率20

10、0kbps300kbps-10Mbps10kbps100Mbps帶寬10MHzHzbps/10parameterparameter OFDM +MIMO使得寬帶傳輸效率高! 傳統(tǒng)傳統(tǒng)FDM/FDMA技術(shù)技術(shù) 頻分復(fù)用，將較寬的頻帶分成若干較窄的子載頻分復(fù)用，將較寬的頻帶分成若干較窄的子載波進(jìn)行并行發(fā)送波進(jìn)行并行發(fā)送 缺點(diǎn)：需要大量的獨(dú)立的調(diào)制缺點(diǎn)：需要大量的獨(dú)立的調(diào)制/解調(diào)器；頻譜解調(diào)器；頻譜效率低效率低 OFDM技術(shù)基本原理技術(shù)基本原理 利用利用IFFT/FFT實(shí)現(xiàn)了調(diào)制實(shí)現(xiàn)了調(diào)制/解調(diào)的功能解調(diào)的功能 通過通過實(shí)現(xiàn)子載波正交解決了頻譜效率低的問題實(shí)現(xiàn)子載波正交解決了頻譜效率低的問題、帶寬擴(kuò)

11、展性強(qiáng)、帶寬擴(kuò)展性強(qiáng) 抗多徑衰落抗多徑衰落：OFDM將寬帶傳輸轉(zhuǎn)化為很多子將寬帶傳輸轉(zhuǎn)化為很多子載波上的窄帶傳輸，載波上的窄帶傳輸，每個(gè)子載波上的信道可看每個(gè)子載波上的信道可看作平坦衰落信道作平坦衰落信道 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)MIMO技術(shù)較簡單技術(shù)較簡單 同時(shí)也存在峰均功率比的問題同時(shí)也存在峰均功率比的問題3GPP LTE 多址技術(shù)3GPP LTE 上下行多址技術(shù) LTE 系統(tǒng)下行多址方式系統(tǒng)下行多址方式 OFDMA 頻譜效率高頻譜效率高 帶寬擴(kuò)展性強(qiáng)帶寬擴(kuò)展性強(qiáng) 抗多徑衰落抗多徑衰落 頻譜資源分配靈活頻譜資源分配靈活 利于與利于與MIMO技術(shù)相結(jié)合技術(shù)相結(jié)合 LTE 系統(tǒng)上行多址方式系統(tǒng)上行多址方式 S

12、C-FDMA 降低峰均功率比（降低峰均功率比（PAPR）的影響）的影響 具體采用具體采用DFT-S-OFDM方式實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn) 采用循環(huán)前綴對抗多徑衰落采用循環(huán)前綴對抗多徑衰落3GPP LTE MIMO技術(shù)MIMO多入多出：提高信道容量及頻譜利用率不增加帶寬和天線發(fā)送功率利用多天線來抑制信道衰落可以大幅度提高通信傳輸?shù)摹吧a(chǎn)力” LTE下行下行MIMO技術(shù)技術(shù) 基本配置基本配置22收（最多收（最多44），最大支持），最大支持4流傳輸流傳輸 傳輸分集（傳輸分集（SFBC、CDD） 開環(huán)空間復(fù)用（開環(huán)空間復(fù)用（SM，Spatial Multiplexing） 閉環(huán)空間復(fù)用，即線性預(yù)編碼技術(shù)閉環(huán)空間復(fù)

13、用，即線性預(yù)編碼技術(shù) 波束賦型（波束賦型（BF ） 支持多用戶支持多用戶MIMO（MU-MIMO） LTE上行上行MIMO技術(shù)技術(shù) 上行基本天線配置為上行基本天線配置為1發(fā)發(fā)2收收 支持上行傳輸天線選擇支持上行傳輸天線選擇 支持多用戶支持多用戶MU-MIMO循環(huán)延時(shí)分集技術(shù)波束賦形技術(shù)3GPP LTE MIMO技術(shù)LTE MIMO技術(shù)SU-MIMO&MU-MIMOl當(dāng)基站占用相同時(shí)頻資源的多個(gè)數(shù)據(jù)流發(fā)送給同一個(gè)多個(gè)數(shù)據(jù)流發(fā)送給同一個(gè)用戶時(shí)，即單用戶SU-MIMO，LTE僅下行支持l當(dāng)基站將占用相同時(shí)頻資源的多個(gè)數(shù)據(jù)流發(fā)送給不同多個(gè)數(shù)據(jù)流發(fā)送給不同用戶用戶時(shí)，即為MU-MIMO，LTE上下行均支

14、持多用戶MU-MIMO 3G UMTS 系統(tǒng)包括：系統(tǒng)包括： UTRA-FDD ： WCDMA （3.84 Mcps） UTRA-TDD LCR ：TD-SCDMA （1.28 Mcps） UTRA-TDD HCR：WCDMA TDD（3.84 Mcps、7.68Mcps） LTE E-UTRA 雙工方式：雙工方式： 基本技術(shù)對基本技術(shù)對FDD/TDD方式均適用方式均適用 支持成對頻率與非成對頻率的使用支持成對頻率與非成對頻率的使用 支持對現(xiàn)有支持對現(xiàn)有3G系統(tǒng)的后向兼容系統(tǒng)的后向兼容 針對針對TD-SCDMA 系統(tǒng)的演進(jìn)：系統(tǒng)的演進(jìn)： TD-LTE：幀結(jié)構(gòu)、帶寬等方面保持后向兼容：幀結(jié)構(gòu)、帶寬等方面保持后向兼容3GPP LTE 雙工方式