1、第第1章章 LTE的发展的发展 移动通信发展历程移动通信发展历程 LTE概述概述 3GPP演进系统架构演进系统架构 LTE关键技术关键技术移动通信技术的发展移动通信技术的发展第第1章章 LTE的发展的发展 移动通信发展历程移动通信发展历程 LTE概述概述 3GPP演进系统架构演进系统架构 LTE关键技术关键技术移动通信技术的发展移动通信技术的发展第第1章章 LTE的发展的发展移动通信发展历程移动通信发展历程n 1G：模拟移动通信系统，AMPS NMTn 2G：无限数字系统，GSM CDMAOne PDCn 2.5G：引入分组交换业务，GPRS IS-95Bn GSM到3G过渡：EDGE技术n
2、3G：WCDMA CDMA 2000 TD-SCDMA n HSPA：对WCDMA的进一步增强n HSPA+：3G后向兼容演进技术，HSPA和LTE间的过渡技术 移动通信发展历程移动通信发展历程nHSPA 高速分组接入，包括高速下行链路分组接入(HSDPA)和高速上行链路分组接入(HSUPA)nHSPA+，是HSDPA和HSUPA技术的增强，目标是在3G长期演进(LTE)成熟之前，提供一种3G后向兼容演进技术。采用了大量新技术，例如，多输入多输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)技术和高阶调制(例如下行采用64QAM，上行采用16QAM)，HSPA+有望
3、在WCDMA系统的5MHz带宽上达到与LTE相同的效率。移动通信发展历程移动通信发展历程主要3G系统参数对照表移动通信发展历程移动通信发展历程nHSPA的引入，使得移动网络由话音业务占统治地位的网络转换为数据业务占统治地位的网络n占用大量带宽的便携式应用：互联网和内联网的接入、文件共享、用于分发视频内容的流媒体业务、移动电视以及交互式游戏，视频、数据和话音业务的集成n因此，3GPP提出了比HSPA具有更高性能的LTE以及其高级标准LTE-A，以改善用户的性能移动通信发展历程移动通信发展历程移动通信的发展历程 移动通信发展历程移动通信发展历程 LTE概述概述 3GPP演进系统架构演进系统架构 L
4、TE关键技术关键技术移动通信技术的发展移动通信技术的发展第第1章章 LTE的发展的发展LTE概述概述LTE(Long Term Evolution，长期演进)是由3GPP组织制定的通用移动通信系统(UMTS)的长期演进标准LTE的主要目标的主要目标：设计一种高性能无线接口，也称之为演进的陆地无线接入网(E-UTRAN)LTE引入引入关键技术关键技术：正交频分复用(OFDM)和多输入多输出(MIMO)等，显著提高了频谱效率和数据传输速率LTE传输速率：传输速率：在20M带宽、22天线配置、64QAM情况下，LTE的理论下行最大传输速率为201Mbps，除去信令开销后大概为150Mbps。实际组网
5、以及终端能力限制，一般认为LTE下行峰值速率为100Mbps，上行峰值速率为50Mbps。LTE概述概述LTE的特点的特点n支持多种带宽分配，频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖也显著提升n网络架构更加扁平化简单化，减少了网络节点和系统复杂度，从而减小了系统时延，也降低了网络部署和维护成本n支持与其他3GPP系统互操作LTE概述概述根据双工方式不同，LTE系统分为FDD-LTE和和TDD-LTE，二者的主要区别在于空口的物理层，如时分设计、同步等。FDD系统空口上下行采用成对的频段接收和发送数据，而TDD系统上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输，较FDD双工方式，TDD有着较高的频谱利用率LT
6、E概述概述LTE系统的性能指标 移动通信发展历程移动通信发展历程 LTE概述概述 3GPP演进系统架构演进系统架构 LTE关键技术关键技术移动通信技术的发展移动通信技术的发展第第1章章 LTE的发展的发展3GPP的演进系统架构的演进系统架构在无线接入技术不断演进的同时，3GPP还开展了系统架构演进(SAE，System Architecture Evolution)的研究。LTE的分组核心网称为EPC(Evolved Packet Core)，采用全IP结构，旨在帮助运营商通过采用无线接入技术来提供先进的移动宽带服务。EPC和EUTRAN合称演进分组系统(EPS，Evolved Packet
7、System)3GPP的演进系统架构的演进系统架构无线网络演进的主要过程n2G GSM蜂窝网络最初是为话音和电路交换业务而设计，网络结构相对简单，主要由接入网络(AN，Access Network)和电路交换核心网络域(CS域)两部分组成。接入网络部分包括无线接口以及支持无线相关功能的网络节点和其他接口。n随着IP和Web业务的出现，2G GSM网络逐步演进到能够支持分组数据传输方式的阶段，例如GPRS和EDGE。系统在接入网中引入了支持分组发送和共享资源分配的方案。此外，还增加了与CS域并行的分组交换核心网络域(PS域)。PS域与CS域具有相同的作用，即支持分组发送(包括认证和计费)以及与公
8、共或私有Internet(或IP)网络的互通。3GPP的演进系统架构的演进系统架构3G UMTS网络结构的演进UMTS逐步在PS域上面增加了一个新的域：IP多媒体子系统(IMS，IP Multimedia Subsystem)。IMS的主要目标是制订一个新的标准，在3GPP的各种无线网络间采用统一的方法来实现IP业务n IMS业务具有较好的互操作性。n IMS标准通过信令和媒体网关支持VoIP(Voice over IP)，并且能够与传统PSTN进行互通。n 由于现有IMS机制不支持与CS网络间话音业务的无缝移动，因此传统网络运营商没有把IMS作为一个面向所有业务的公共平台(包括话音、实时和非
9、实时业务)3GPP的演进系统架构的演进系统架构网络结构演进3GPP的演进系统架构的演进系统架构EPS的目标：在简单的公共平台上综合所有业务主要组成：分组优化接入网络分组优化接入网络和简单的核心网络简单的核心网络n 分组优化接入网络可以有效支持基于IP的非实时业务和类似电路交换的需要恒定时延和恒定比特速率传输的业务n 简单的核心网络仅由一个分组域组成，支持所有的PS业务(可以基于IMS)，能够与传统的PSTN互通。3GPP的演进系统架构的演进系统架构共享无线接口n 在早期3G版本中，用户使用的是专用资源，系统需要为用户分配固定的资源，这在一段时间内可以很好地满足容量需求。n LTE全部采用共享无
10、线资源分配方案，在一组共享高速比特速率无线管道上合并所有无线承载，从而最大化资源利用率。3GPP的演进系统架构的演进系统架构专用和共享资源分配3GPP的演进系统架构的演进系统架构n LTE与UMTS陆地无线接入网(UTRAN)无线接口不同，UTRAN接口可以在同一小区内分配专用资源(通常是CS域的有保证的比特速率业务)和HSDPA高速共享信道。n LTE的全共享无线接入演进采用和WiFi(IEEE 802.11)或WiMAX(IEEE 802.16)无线以太网标准相似的机制，是一种更为简单的方法。但是，这种无线接入方案需要专门的无线资源管理方案，来确保可以满足所有实时业务的比特速率和传输时延的
11、需求。3GPP的演进系统架构的演进系统架构LTE基站组成3GPP的演进系统架构的演进系统架构基站通过光纤、高数据速率的同步传输模块(STM1，Synchronous Transfer Module-1)，甚至是传统的E1/T1等2Mbps物理接口连接到骨干网。基站通过支持IP分组传输协议从服务网关接收用户数据信息。n 下行链路传输n 上行链路传输3GPP的演进系统架构的演进系统架构下行链路传输来自核心网的分组(经服务网关)首先到达IP路由模块(也称为核心控制模块，CCM)。接着，每一个分组被转发到调制解调器信道基本模块(CEM)CEM模块能够并行处理N个信道(流)，在每一个信道上实现编码，形成
12、无线信号：OFDM调制、插入循环前缀等。每个信道基本模块把与扇区有关的信号交给路由模块，通过路由模块再连接到相关扇区的收发无线模块(TRM)。3GPP的演进系统架构的演进系统架构上行链路传输n 每一个收发无线模块可以从一个或多个扇区接收信号。这些信号经过放大、滤波并通过模/数转换器将其转换成数字信号n 数字信号发送到核心控制模块，并路由到信道基本模块(CEM)，信道基本模块中包括了对每个信号进行解调的各处理过程(删除循环前缀、FFT等)。n 信号通过信道模块解调后，使用支持分组传输协议的路由模块发送到IP网络3GPP的演进系统架构的演进系统架构分布式基站n 易于安装(重量轻、功率消耗小等)、具
13、有更少的工程限制n 收发无线模块(TRM)模块和射频(RF)部分安装在室外，它们通过光纤或RF链路(连接到核心模块(CCM)，这种方式称为射频拉远（RRM)3GPP的演进系统架构的演进系统架构其他接入技术n IEEE提出了许多基于WLAN或无线区域网络的高速、高性能无线接口，包括众所周知的WiFi系列(例如IEEE 802.11b、IEEE 802.11和IEEE 802.11n)以及WiMAX系列(IEEE 802.16)等n WiFi和WiMAX可以提供接近UTRAN和LTE的目标数据速率。IEEE规范主要研究无线接口的数据链路层，没有给出更高层的规范，例如网络结构和接口、用户管理、业务以
14、及网络服务质量策略等3GPP的演进系统架构的演进系统架构IEEE无线接入技术支持不同接入网络间的无缝移动性也是LTE的一个发展方向 移动通信发展历程移动通信发展历程 LTE概述概述 3GPP演进系统架构演进系统架构 LTE关键技术关键技术移动通信技术的发展移动通信技术的发展第第1章章 LTE的发展的发展LTE关键技术关键技术LTE采用了多项新技术n OFDM技术n MIMO技术n 链路自适应技术(如自适应编码调制(AMC)n 混合自动重传请求(HARQ)n 小区干扰抑制技术(ICIC)LTE关键技术关键技术OFDM技术nOFDM把系统带宽划分成多个相互正交的子载波，在多个子载波上并行传输数据；
15、各个子载波的正交性是由基带反快速傅里叶变换(IFFT)实现的。n由于子载波带宽较小(15kHz)，多径时延将导致符号间干扰，破坏子载波之间的正交性。为此，在OFDM符号间插入保护间隔，采用循环前缀来实现；下行采用正交频分多址接入技术(OFDMA)，上行采用单载波频分多址接入技术(SC-FDMA)LTE关键技术关键技术MIMO技术nLTE下行支持MIMO技术进行空间维度的复用。空间复用支持单用户MIMO(SU-MIMO)模式和多用户MIMO(MU-MIMO)模式。n两者都支持通过预编码的方法来降低或者控制空间复用数据流之间的干扰，从而改善MIMO技术的性能。n在单用户MIMO中，空间复用的数据流
16、调度给一个单独的用户，提升该用户的传输速率和频谱效率。n在多用户MIMO中，空间复用的数据流调度给多个用户，多个用户通过空分方式共享同一时频资源，系统可以通过空间维度的多用户调度获得额外的多用户分集增益。LTE关键技术关键技术MIMO技术受限于终端的成本和功耗，实现单个终端上行多路射频发射和功放的难度较大。因此，LTE在上行还可以采用多个单天线用户联合进行MIMO传输的方法，称为虚拟MIMO。调度器将相同的时频资源调度给若干个不同的用户，每个用户都采用单天线方式发送数据，系统采用一定的MIMO解调方法进行数据分离。采用虚拟MIMO方式能同时获得MIMO增益以及功率增益(相同的时频资源允许更高的
17、功率发送)，而且调度器可以控制多用户数据之间的干扰。同时，通过用户选择可以获得多用户分集增益。LTE关键技术关键技术调度和链路自适应技术LTE支持时间和频率两个维度的链路自适应，根据时频域信道质量信息对不同的时频资源选择不同的调制编码方式。功率控制在CDMA系统中是一项重要的链路自适应技术，可以避免远近效应带来的多址干扰。在LTE系统中，上下行均采用OFDM技术对多用户进行复用。因此，功率控制主要用来降低对邻小区上行的干扰，补偿链路损耗，也是一种慢速的链路自适应机制。LTE关键技术关键技术小区干扰控制在LTE系统中，各小区采用相同的频率进行发送和接收。LET系统并不能通过合并不同小区的信号来降
18、低邻小区信号的影响。因此必将在小区间产生干扰，小区边缘干扰尤为严重常用的小区干扰控制方法：n干扰随机化n干扰对消n干扰抑制n干扰协调LTE关键技术关键技术n干扰随机化是一种被动的干扰控制方法，目的是使系统在时频域受到的干扰尽可能平均，可通过加扰，交织，跳频等方法实现n在干扰对消方法中，终端解调邻小区信息，对消邻小区信息后再解调本小区信息；或利用交织多址(IDMA)进行多小区信息联合解调n干扰抑制通过终端多个天线对空间有色干扰特性进行估计和抑制，可以分为空间维度和频率维度进行抑制。这种方法实现复杂度较大，可通过上下行的干扰抑制合并实现n干扰协调是主动的干扰控制技术，对小区边缘可用的时频资源做一定
19、的限制，这是一种常用的小区干扰控制方法。移动通信发展历程移动通信发展历程 LTE概述概述 3GPP演进系统架构演进系统架构 LTE关键技术关键技术移动通信技术的发展移动通信技术的发展第第1章章 LTE的发展的发展移动通信技术发展移动通信技术发展LTE Rel-8及以后各版本的比较LTE-Advanced(简称LTE-A)是LTE的演进LTE规范的制订是不断完善和演进的，通常用Rel来表示不同版本移动通信技术发展移动通信技术发展LTE-Advanced关键技术关键技术n载波聚合(Carrier Aggregation)n上/下行多天线增强(Enhanced UL/DL MIMO)n多点协作传输(
20、Coordinated Multi-point Transmission)n中继(Relay)n异构网干扰协调增强(Enhanced Inter-cell Interference Coordination for Heterogeneous Network)提高了无线通信系统的峰值数据速率、峰值谱效率、小区平均谱效率以及小区边界用户性能，同时也能提高整个网络的组网效率。移动通信技术发展移动通信技术发展 LTE-Advanced关键技术指标移动通信技术发展移动通信技术发展载波聚合nLTE-Advanced当前支持100MHz带宽,对于分散在多个频段上的频谱资源，亟需一种技术把他们充分利用起来。
21、n基于上述考虑，LTE-Advanced引入载波聚合这一关键技术。载波聚合通过对多个连续或者非连续的成员载波的聚合，获取更大的带宽，从而提高峰值数据速率和系统吞吐量，同时也解决了运营商频谱不连续的问题移动通信技术发展移动通信技术发展多天线增强在LTE Rel-8中，上行仅支持单天线的发送。物理上行共享信道(PUSCH)引入单用户MIMO，可以支持最大两个码字和4层传输；而物理层上行控制信道(PUCCH)也可以通过发射分集的方式提高上行控制信息的传输质量，提高覆盖率。LTE-Advanced多天线增强在空间维度进一步扩展，并且对下行多用户MIMO进一步增强。从而进一步提高了下行传输的吞吐量和频谱
22、效率。此外，LTE-Advanced下行支持单用户MIMO和多用户MIMO的动态切换，并通过增强型信道状态信息反馈和新的码本设计进一步增强了下行多用户MIMO的性能移动通信技术发展移动通信技术发展中继技术中继传输技术是在原有站点的基础上，引入中继节点(或称中继站)。中继节点和基站通过无线连接，下行数据先由基站发送到中继节点，再由中继节点传输至终端用户，上行则反之。中继可分为两类：第一类中继和第二类中继。l第一类中继具有独立的小区标识，具有资源调度和混合自动重传请求功能，对于LTE终端类似于基站，而对于LTE-Advanced终端可以具有比基站更强的功能。l第二类中继不具有独立的小区标识，对LT
23、E终端透明，只能发送业务信息而不能发送控制信息。当前，Rel-10版本主要考虑第一类中继。移动通信技术发展移动通信技术发展多点协作传输技术n上行多点协作接收通过多个小区对用户数据的联合接收来提高小区边缘用户吞吐量，其对协议影响比较小。n下行多点协作发射根据业务数据能否在多个协调点上获取可分为联合处理(JP)和协作调度/波束成形(CS/CB)。前者主要利用联合处理的方式获取传输增益，而后者通过协作减小小区间干扰。多点协作传输(CoMP)技术利用多个小区间的协作传输，有效解决小区边缘干扰问题，从而提高小区边缘和系统吞吐量，扩大高速传输覆盖。移动通信技术发展移动通信技术发展CoMP定义了3种类型的反
24、馈n显式反馈是指终端不对信道状态信息进行预处理，反馈诸如信道系数和信道秩等信息n隐式反馈是指终端在一定假设的前提下对信道状态信息进行一定的预处理后反馈给基站，如编码矩阵指示信息和信道质量指示信息等n基于SRS的反馈是指利用信道的互易性，基站根据终端发送的SRS获取等效的下行信道状态信息，这种方法在TDD系统中尤为适用移动通信技术发展移动通信技术发展在LTE-Advanced中n载波聚合通过已有带宽的汇聚扩展了传输带宽nMIMO增强通过空域上的进一步扩展提高小区吞吐量n中继通过无线的接力，提高覆盖nCoMP通过小区间协作，提高小区边缘吞吐量移动通信技术发展移动通信技术发展第五代第五代(5G)移动
25、通信技术移动通信技术n以用户为中心构建全方位的信息生态系统。n光纤般的接入速率n“零”时延的使用体验n千亿设备的连接能力n超高流量密度n超高连接数密度和超高移动性n业务及用户感知的智能优化n超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低总体愿景 “信息随心至，万物触手及”移动通信技术发展移动通信技术发展5G愿景移动通信技术发展移动通信技术发展n在应用场景方面，5G将支持增强移动宽带、海量机器类通信和超高可靠低时延通信三大类应用场景，在5G系统设计时需要充分考虑不同场景和业务的差异化需求。n在流量趋势方面，视频流量增长、用户设备增长和新型应用普及将成为未来移动通信流量增长的主要驱动力，2020至2030
26、年全球移动通信流量将增长几十至100倍，并体现两大趋势：一是大城市及热点区域流量快速增长，二是上下行业务不对称性进一步深化，尤其体现在不同区域和每日各时间段移动通信技术发展移动通信技术发展5G需满足的关键技术指标移动通信技术发展移动通信技术发展IMT-2020(5G)频谱需求测算方法:n一方面，充分挖掘符合条件的低频段可用频谱资源n另一方面，在毫米波无线通信设备发展日渐成熟的趋势下，寻求潜在的高频段可用频谱资源移动通信技术发展移动通信技术发展5G在无线传输技术和网络技术方面将有新的突破。n在无线传输技术方面，将引入先进的多址接入技术、多天线技术、编码调制技术、新的波形设计技术等n在无线网络方面，将采用更灵活、更智能的网络架构和组网技术，如采用控制与转发分离的软件定义无线网络的架构、统一的自组织网络(SON，Self-Organanized Network)、异构超密集部署等
