移動通信課件：20次課 第12章 B3G-4G移動通信系統(tǒng)

1、第二十講 B3G/4G移動通信系統(tǒng)本次課要回答的問題： 為何要發(fā)展B3G/4G系統(tǒng)？ 有哪些B3G/4G候選系統(tǒng)？各有何特點？ B3G/4G的共性技術(shù)有哪些？其基本原理是什么？ 不同4G標準主要采用了哪些技術(shù)來提高傳輸速率？了解B3G/4G的產(chǎn)生背景和基本特征；了解實現(xiàn)寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕椒ǎü残约夹g(shù)）；了解兩種4G標準的關(guān)鍵技術(shù)。重點：不同4G系統(tǒng)的特點，B3G/4G共性技術(shù)的原理。難點：兩種4G標準的關(guān)鍵技術(shù)差異。要求與重點內(nèi)容提要（Contents）12.1 B3G/4G系統(tǒng)概述12.2 3GPP LTE系統(tǒng)12.3 LTE-Advanced12.4 IEEE 802.16m內(nèi)容提要

2、（Contents）12.1 B3G/4G系統(tǒng)概述12.2 3GPP LTE系統(tǒng)12.3 LTE-Advanced12.4 IEEE 802.16m12.1.1 B3G/4G的起源與基本特征 起源人們的信息通信需求越來越高3G只能提供Mbit/s量級的傳輸速率人類信息通信的理想目標還遠未實現(xiàn)“部署一代，研究下一代”的工作思路12.1.1 B3G/4G的起源與基本特征移動通信系統(tǒng)演進示意圖12.1.1 B3G/4G的起源與基本特征 B3G/4G的基本特征很高的傳輸速率和大范圍覆蓋 豐富的業(yè)務和QoS 保證 開放而融合的平臺 高度智能化的網(wǎng)絡 高度可靠的鑒權(quán)及安全機制 技術(shù)參數(shù)3GB3G/4G業(yè)務

3、特性優(yōu)先考慮語音、數(shù)據(jù)業(yè)務融合數(shù)據(jù)和VoIP網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)蜂窩小區(qū)混合結(jié)構(gòu)頻率范圍1.62.5GHz28GHz，800MHz低頻帶寬520MHz100+MHz速率384kbit/s2Mbit/s20100Mbit/s接入方式WCDMA/CDMA 2000/TD-SCDMAMC-CDMA或OFDM交換方式電路交換/分組交換分組交換移動性能200kmph250kmphIP性能多版本全IP（IPV6）12.1.1 B3G/4G的起源與基本特征 B3G/4G的基本特征2000年10月，ITU成立了“IMT 2000 and Beyond”工作組，其任務之一就是探索3G之后下一代移動通信系統(tǒng)的概念和方案。20

4、05年10月18日，ITU將B3G技術(shù)正式定名為IMT-Advanced。2010年10月，ITU將LTE-Advanced和IEEE 802.11m列為IMT-Advanced的候選技術(shù)。2012年1月18日， ITU正式將LTE-Advanced和IEEE 802.11m確定為IMT-Advanced（即4G）國際標準。12.1.2 B3G/4G研究計劃 ITU 歐盟12.1.2 B3G/4G研究計劃WINNER項目由于整合了歐盟科研資源，成員包括歐盟主要的企業(yè)、大學和研究機構(gòu)，加上我國原信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院、韓國三星、日本NTT DoCoMo、美國摩托羅拉等亞洲和美洲企業(yè)、科研單位的加盟

5、，在國際B3G研究領域有著重要的地位。WINNER項目成員在致力于開發(fā)和完善WINNER系統(tǒng)設計的同時廣泛參與ITU、3GPP等國際標準化組織的工作，從而在B3G研究和相關(guān)的工作中發(fā)揮著積極的作用。 日韓12.1.2 B3G/4G研究計劃日本的4G研究計劃屬于國家級發(fā)展計劃e-Japan的一部分，其基礎通信技術(shù)部分的研發(fā)由日本國家信息通信技術(shù)研究院負責；標準化工作由ARIB負責；2002年由產(chǎn)業(yè)界發(fā)起成立的mITF論壇負責技術(shù)交流和國際合作。特別要指出的是，其他國家主要是設備制造商引導新技術(shù)的研制，但日本4G技術(shù)的開發(fā)的主力卻是運營商。 韓國的4G計劃由信息與通信部（MIC）協(xié)同部署，由其國內(nèi)

6、有關(guān)運營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論壇負責國際合作。韓國已制定了遠景計劃，運營商也開始了試驗網(wǎng)的建設 。階段時間研究目標FuTURE2001年10月至2003年12月開展通用無線環(huán)境關(guān)鍵技術(shù)研究，完成B3G/4G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，向ITU提交有關(guān)標準建議；完成區(qū)位無線通信環(huán)境所需的硬、軟件研制工作，進行相應的業(yè)務演示；完成空間通信試驗平臺方案的制定以及關(guān)鍵硬、軟件的研制工作。FuTURE+2004年01月至2005年12月完成通信無線環(huán)境的建設、網(wǎng)間互聯(lián)互通、演示業(yè)務的開發(fā)，使區(qū)位性無線通信技術(shù)及其應用達到實用

7、水平，并使B3G/4G通信技術(shù)及空間通信技術(shù)達到相對成熟的水平。FuTURE 2006年01月至2010年12月設立有關(guān)重大專項，完成通用無線環(huán)境的體制標準研究及其系統(tǒng)實用化研究，開展較大規(guī)模的現(xiàn)場試驗。 中國12.1.2 B3G/4G研究計劃 LTE-A vs IEEE 802.16m12.1.2 B3G/4G研究計劃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100MHz的帶寬峰值速率下行1Gbit/s，上行500Mbit/s靜止1Gbit/s，移動100Mbit/s移動性0

8、-15km/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碼多天線技術(shù)基本MIMO模型：下行44，上行24個天線，考慮做多88配置支持MIMO技術(shù)（基站支持1,

9、2,4,8根發(fā)射天線，終端支持1,2,4根發(fā)射天線）和AAS(自適應根線陣）技術(shù)HARQChase合并與增量冗余HARQ，異步HARQ和自適應HARQ（正在考慮）Chase合并，異步HARQ和非自適應HARQ OFDM技術(shù)12.1.3 B3G/4G的共性技術(shù)頻率選擇性衰落碼間串擾均衡器難以實現(xiàn) OFDM技術(shù)12.1.3 B3G/4G的共性技術(shù) MIMO技術(shù)12.1.3 B3G/4G的共性技術(shù)頻譜資源緊張空間維度空時處理 MIMO技術(shù)12.1.3 B3G/4G的共性技術(shù) 無線資源管理技術(shù)12.1.3 B3G/4G的共性技術(shù)原因 移動通信系統(tǒng)是資源受限的資源類型 時間 空間 頻率 能量核心問題 在

10、保證服務質(zhì)量的前提下，提高頻譜利用率實現(xiàn)方式 資源控制 資源分配 資源調(diào)度接入控制、負荷（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、隊列分配、資源預留、功率分配等時隙調(diào)度、碼資源調(diào)度、切換小區(qū)調(diào)度、自適應鏈路調(diào)度等 無線資源管理技術(shù)12.1.3 B3G/4G的共性技術(shù) 干擾抑制技術(shù)12.1.3 B3G/4G的共性技術(shù) 目的 為提高用戶在小區(qū)邊緣的信息傳輸速率實現(xiàn)方式干擾隨機干擾消除干擾協(xié)調(diào)內(nèi)容提要（Contents）12.1 B3G/4G系統(tǒng)概述12.2 3GPP LTE系統(tǒng)12.3 LTE-Advanced12.4 IEEE 802.16m 雙工方式和幀結(jié)構(gòu)

11、12.2.1 LTE無線傳輸技術(shù) FDD模式幀結(jié)構(gòu) 雙工方式和幀結(jié)構(gòu)12.2.1 LTE無線傳輸技術(shù) TDD模式幀結(jié)構(gòu) 多址技術(shù)12.2.1 LTE無線傳輸技術(shù) 下行 OFDMA 上行 單載波OFDM（SC-FDMA） 調(diào)制和編碼12.2.1 LTE無線傳輸技術(shù) 調(diào)制 下行：QPSK、16QAM和64QAM 上行：移位BPSK、QPSK和16QAM 編碼 Turbo LDPC 多天線技術(shù)12.2.1 LTE無線傳輸技術(shù) LTE支持的MIMO技術(shù)模式有基于碼本和公共導頻的線性預編碼、基于SFBC（空頻分組編碼）的空間發(fā)射分集、基于非碼本、公共和專用導頻的單流波束賦形。 從用戶數(shù)量區(qū)分，可分為單用

12、戶MIMO（SU-MIMO）和多用戶MIMO（MU-MIMO） 。 鏈路自適應12.2.1 LTE無線傳輸技術(shù) 由于MIMO和OFDM技術(shù)的引入，在LTE系統(tǒng)中存在對時、頻、空3個維度的信號處理，因而也為鏈路自適應方案帶來了更多的靈活性。 自適應調(diào)制和編碼（AMC）：根據(jù)信道的質(zhì)量情況，選擇最合適的調(diào)制和編碼方式，能夠提供粗略的數(shù)據(jù)速率的選擇。 混合自動重傳請求（HARQ）：基于信道條件提供精確的編碼速率調(diào)節(jié)，可自動適應瞬時信道條件，且對延遲和誤差不敏感。 多媒體廣播和組播業(yè)務（MBMS）12.2.1 LTE無線傳輸技術(shù) 廣播組播系統(tǒng)既可以和單播系統(tǒng)復用在一起（TDM或FDM），也可以部署在單

13、獨載波上。 單小區(qū)MBMS： MBMS業(yè)務信道映射到下行共享信道，需要考慮各小區(qū)采用不同的參考信號。 多小區(qū)MBMS： MBMS業(yè)務信道可以映射到另一個單獨的傳輸信道。多小區(qū)發(fā)送MBMS系統(tǒng)的核心是基于單頻網(wǎng)的下行宏分集合并技術(shù)。為此，小區(qū)間要取得同步，以使UE能合并多小區(qū)的信號，參考信號在小區(qū)間需要保持一致。 小區(qū)間干擾抑制12.2.1 LTE無線傳輸技術(shù)12.2.2 LTE網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡扁平化：為了達到簡化信令流程、縮短延遲和降低成本的目的，LTE舍棄了UTRAN的RNC、SGSN、GGSN，完全由AGW和eNode B組成。12.2.2 LTE網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)建立連接的AGW的選擇，確定在RRC

14、激活時向AGW的路由，尋呼信息的調(diào)度和傳輸，廣播控制信息的調(diào)度和傳輸，上下行動態(tài)資源分配，eNode B配置和測量，無線承載控制，無線接入控制，UE在LTE_ACTIVE狀態(tài)時的鏈接移動性管理。分為移動性管理實體（MME）和用戶面實體（UPE）兩個部分，承擔的主要功能包括：尋呼的發(fā)起UE在LTE_IDLE狀態(tài)時的移動性管理，用戶平面加密，數(shù)據(jù)包匯聚子層（PDCP），SAE（System Architecture Evolution）承載控制，非接入子層（NAS）信令的加密和完整性保護。內(nèi)容提要（Contents）12.1 B3G/4G系統(tǒng)概述12.2 3GPP LTE系統(tǒng)12.3 LTE-Ad

15、vanced12.4 IEEE 802.16m12.3.1 載波聚合 出發(fā)點頻譜分散100MHz帶寬 分類頻譜的連續(xù)與否：連續(xù)/非連續(xù)業(yè)務的對稱與否：對稱/非對稱12.3.1 載波聚合連續(xù)/非連續(xù)載波聚合12.3.1 載波聚合對稱/非對稱載波聚合12.3.2 中繼12.3.2 中繼分類轉(zhuǎn)發(fā)方式：放大轉(zhuǎn)發(fā)譯碼轉(zhuǎn)發(fā)隔離方式：帶外中繼：可用頻帶的頻率復用帶內(nèi)全雙工中繼：中繼天線空間隔離帶內(nèi)半雙工中繼：接入和回程子幀時分復用12.3.3 多天線空間復用：對于大間距非相關(guān)天線陣列可以采用空間復用方案同時傳輸多個數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)很高的數(shù)據(jù)速率波束賦形：對于小間距相關(guān)天線陣列，可以采用波束賦形技術(shù)，將天線波束指

16、向用戶，減少用戶間干擾發(fā)射分集：對于控制信道等需要更好的保證接收正確性的場景，選擇發(fā)射分集是比較合理12.3.4 協(xié)作多點傳輸（CoMP）目的 通過聯(lián)合處理把干擾變?yōu)橛杏眯盘?，從而有效提高小區(qū)邊緣吞吐量和小區(qū)平均吞吐量。12.3.4 協(xié)作多點傳輸（CoMP）下行CoMP協(xié)作調(diào)度/協(xié)作波束賦形聯(lián)合傳輸一個用戶只被一個基站服務，傳給特定用戶的數(shù)據(jù)只來自該用戶所在服務小區(qū)的基站，但相應的調(diào)度和發(fā)射權(quán)重等需要小區(qū)間進行動態(tài)信息交互和協(xié)調(diào)，以盡可能減少多個小區(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)作的多個基站（也稱協(xié)作簇）對用戶數(shù)據(jù)進行聯(lián)合處理，以消

17、除基站間的干擾。協(xié)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。整個協(xié)作簇同時服務一個或多個用戶。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。12.3.4 協(xié)作多點傳輸（CoMP）上行CoMP相干接收：利用相干接收，在一個中心接收器中把基站接收到的信號進行合并。非相干接收：對上行信道和用戶信號的多重接收有一個集中調(diào)度程序。內(nèi)容提要（Contents）12.1 B3G/4G系統(tǒng)概述12.2 3GPP LTE系統(tǒng)12.3 LTE-Advanced12.4 IEEE 802.16m12.4.1 物理層傳輸技術(shù) 幀結(jié)構(gòu)12.4.1 物理層傳輸技術(shù) 多天線技術(shù)12.4.1 物理層

18、傳輸技術(shù) 鏈路自適應技術(shù)定義 發(fā)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)，以提供更高的服務質(zhì)量與頻譜利用率。12.4.2 增強技術(shù)與特性 多載波技術(shù) 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。分類MS：主載波/輔載波BS：全配置載波/部分配置載波操作模式載波聚合載波轉(zhuǎn)換12.4.2 增強技術(shù)與特性 基于定位的業(yè)務用于定位的參考信號，如前導和測距序列參考信號的測量參數(shù)，如環(huán)路延時、相對延時、接收信號參考強度、載波干擾噪聲比定位觸發(fā)和測量過程：RD用于下行鏈路中基于電波信號到達時間差（TDOA）的定位法，RTD用于上行鏈路中基于電波信號到達時間（TOA）的定位法定位業(yè)務通知（Advertisement，ADV）消息具有支持協(xié)作定位的能力12.4.2 增強技術(shù)與特性 增強組播廣播業(yè)務增強組播廣播業(yè)務（Enhanced Multicast and Broadcast Service，E-MBS）提供了一