教学课件·《4G全网通信技术》.ppt

1、4G全网通信技术 规划无线及核心网安装无线及核心网设备任务1任务2配置无线及核心网数据规划承载网任务3任务4安装承载网设备配置承载网数据任务5任务6【学习目标】v了解LTE的技术发展和特点。v掌握LTE的网络结构和网元功能。v熟悉LTE无线接入网的规划步骤和内容。v熟悉LTE核心网的规划步骤和内容。规划是组建通信网络的第一步，也是关键的一步。4G移动通信系统由无线接入网、核心网和承载网组成，其中无线及核心网的规划包括了网络拓朴结构设计、覆盖规划、容量规划、无线参数规划等。本次任务使用仿真软件设计4G核心网拓朴结构、规划4G无线接入网及核心网容量，为后续工作打下基础。设计与规划针对万绿、千湖和百

2、山3座城市进行。其中，万绿市位于平原，是移动用户数量在1000万以上的大型人口密集城市；千湖市四周为湖泊，是移动用户数量在5001000万的中型城区城市；百山市位于山区，是移动用户数量在500万以下的小型城郊城市。本次4G无线及核心网规划共涉及到了5个机房。无线接入侧为3个机房，即万绿市A站点机房、千湖市A站点机房、百山市A站点机房；核心网侧2个机房，即万绿市核心网机房和千湖市核心网机房。其中，万绿市站点机房与万绿市核心网机房连接；千湖市和百山市站点机房共同接入千湖市核心网机房。站点机房与核心网机房的对应关系如下表所示。序号序号城市名称城市名称城市规模城市规模核心网核心网无线接入网无线接入网1

3、万绿大型人口密集城市万绿市核心网机房万绿市A站点机房2千湖中型城区城市千湖市核心网机房千湖市A站点机房3百山小型城郊城市百山市A站点机房1.2.1 移动通信的发展 移动通信的历史可以追溯到20世纪初，但在近30年来才得到飞速发展。移动通信技术的发展以开辟新的移动通信频段、有效利用频率和移动台的小型化、轻便化为中心，其中有效利用频率技术是移动通信的核心。自1968 年贝尔实验室提出蜂窝移动通信系统概念以来，移动通信已经经历了四代系统的演变，如下图所示。1第一代移动通信系统 第一代移动通信系统（1G）是采用蜂窝技术组网、仅支持模拟语音通信的移动电话标准，制定于上世纪 80 年代，主要采用的是模拟技

4、术和频分多址(Frequency Division Multiple Access，FDMA)技术。以美国的高级移动电话系统（Advanced Mobile Phone System，AMPS），英国的全接入移动通信系统（Total Access Communications System，TACS）以及日本的JTAGS为代表。各标准彼此不能兼容，无法互通，不能支持移动通信的长途漫游，只是一种区域性的移动通信系统。第一代移动通信系统的主要特点是：（1）模拟话音直接调频；（2）多信道共用和FDMA接入方式；（3）频率复用的蜂窝小区组网方式和越区切换；（4）无线信道的随机变参特征使无线电波受衰落的

5、影响；（5）环境噪声和多类电磁干扰的影响；（6）无法与固定电信网络迅速向数字化推进相适应，数据业务很难开展。2第二代移动通信系统 由于模拟移动通信系统本身的缺陷，如频谱效率低、网络容量有限、业务种类单一、保密性差等，已使得其无法满足人们的需求。20 世纪 90 年代初期开发了基于数字技术的移动通信系统数字蜂窝移动通信系统，即第二代移动通信系统（2G）。第二代移动通信系统主要采用时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）或窄带码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）技术。最具代表性的是全球移动通信系统（Global S

6、ystem of Mobile communication，GSM）和CDMA系统，这两大系统在目前世界移动通信市场占据着主要的份额。GSM是由欧洲提出的二代移动通信标准，其特征包括：（1）有效利用频谱：数字方式比模拟方式能更有效地利用有限的频谱资源。随着更好的语音信号压缩算法的推出，每个信道所需的传输带宽越来越窄；（2）高保密性：模拟系统使用调频技术，很难进行加密，而数字调制是在信息本身编码后再进行调制，故容易引入数字加密技术；（3）可灵活地进行信息变换及存储。3第三代移动通信系统 尽管基于话音业务的移动通信网已经满足了人们对于话音移动通信的需求，但是随着社会经济的发展，人们对数据通信业务的

7、需求日益增高，已不再满足于以话音业务为主的移动通信服务。第三代移动通信系统（3G）是在第二代移动通信技术基础上进一步演进产生的，以宽带CDMA技术为主，能同时提供话音和数据业务。我国支持三种国际电联确定的无线接口标准，即中国电信运营的CDMA2000（Code Division Multiple Access 2000），中国联通运营的WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）和中国移动运营的TD-SCDMA（Time-Division Synchronous Code Division Multiple Access）。第三代移动通信系统具有如

8、下基本特征：（1）具有更高的频谱效率、更大的系统容量；（2）能提供高质量业务，并具有多媒体接口：快速移动环境最高速率达144kbps，室外环境最高速率达384kbps，室内环境最高速率达2Mbps；（3）具有更好的抗干扰能力：利用宽带特性，通过扩频通信抵抗干扰；（4）支持频间无缝切换，从而支持多层次小区结构；（5）可从2G平滑过渡、演进而来，并与固网兼容。4第四代移动通信系统 尽管目前3G的各种标准和规范已冻结并获得通过，但3G系统仍存在很多不足，如采用电路交换，而不是纯IP（Internet Protocol）方式；最大传输速率达不到2Mbps，无法满足用户高带宽要求；多种标准难以实现全球漫

9、游等。正是由于3G的局限性推动了人们对下一代移动通信系统4G的研究和期待。第四代移动通信系统可称为宽带接入和分布式网络，其网络将采用全IP的结构。4G网络采用许多关键技术来支撑，包括：正交频率复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）、多载波调制，自适应调制和编码（Adaptive Modulation and Coding，AMC），多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）、智能天线、基于IP的核心网、软件无线电等。另外，4G使用网关与传统网络互联，形成了一个复杂的多协议网络。四代移动通

10、信系统具有如下特征：（1）传输速率更快：高速移动用户（250km/h）数据速率为2Mbps；中速移动用户（60km/h）数据速率为20Mbps；低速移动用户（室内或步行者）数据速率为100Mbps；（2）频谱利用效率更高：4G在开发和研制过程中使用了许多功能强大的突破性技术，无线频谱的利用比第二代和第三代系统有效得多，而且速度相当快，下载速率可达到 5Mbps10Mbps；（3）网络频谱更宽：每个4G信道占用100MHz以上带宽，而3G网络的带宽则在520MHz之间；（4）系统容量更大：4G将采用新的网络技术（如空分多址等）来极大提高系统容量，以满足未来大信息量的需求；（5）灵活性更强：4G系

11、统采用智能技术，可自适应地进行资源分配。利用智能信号处理技术，保障在信道条件不同的各种复杂环境中实现信号的正常收发。另外，用户可使用各式各样的设备接入到4G系统；（6）更高质量多媒体通信：4G 网络的无线多媒体通信服务包括语音、数据、影像等，大量信息透过宽频信道传送出去，让用户可以在任何时间、任何地点接入到系统中。4G是一种实时、宽带、无缝覆盖的多媒体移动通信；（7）兼容性更平滑：4G系统具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从第二代系统平稳过渡等特点；（8）通信费用更加便宜。1.2.2 LTE的发展和特征 第三代移动通信系统普遍采用的是码分多址技术，此技术能支持的最大带宽

12、为5MHz，因此3G系统很难达到较高的通信速率，提供无线多媒体业务的能力和质量无法满足人们参与网络、享受网络生活的通信需求。同时，为应对全球微波接入等新兴无线宽带接入技术的市场竞争，2004年底，第三代合作伙伴计划（The 3rd Generation Partnership Project，3GPP）标准化组织提出了通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunications System，UMTS）的长期演进（Long Term Evolution，LTE）项目，并在2009年3月发布了LTE R8版本标准，原则上完成了LTE标准草案，LTE进入实质研发阶段。2

13、010年5月，中国移动上海世界博览会上率先建设了全球首个TD-LTE规模演示网。作为3G向4G演进的主流技术，它通常被通俗地称为3.9G。LTE改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准，能显著改善小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。与3G相比，LTE的技术特征包括：（1）提高了通信速率，下行峰值速率可达100Mbit/s、上行可达50Mbit/s；（2）提高了频谱利用率，下行链路可达5bps/Hz，上行链路可达2.5bps/Hz；（3）以分组域业务为主要目标，系统整体架构基于分组交换；（4）通过系统设计和严格的服务质量机制，保证了实时业务（

14、如网络电话）的服务质量；（5）系统部署灵活，支持1.25MHz20MHz间的多种系统带宽；（6）降低了无线网络时延，子帧长度为0.5ms和0.675ms；（7）在保持基站位置不变的情况下增加了小区边界的比特速率；（8）强调向下兼容，支持与已有3G系统的协同运作。1.2.3 LTE的频段和频点 根据双工方式不同，LTE系统分为频分双工（Frequency Division Duplexing，FDD）和时分双工(Time Division Duplexing，TDD)两种。两者的区别表现在空口物理层上，如帧结构、时分设计、同步等。FDD系统空口上下行采用成对频段接收和发送数据，而TDD系统上下行

15、则使用相同的频段在不同时隙上传输。与FDD双工方式相比，TDD有着较高的频谱利用率。TDD-LTE习惯上又被简称为TD-LTE。频段（Band）是频率的一段范围，频点是频段内的一个频率点。举例来说，在LTE中的频段40是从2300MHz2400MHz，共占用了100MHz的带宽。由于LTE系统以0.1MHz作为频率的最小使用单元，因此频段40内包含有100/0.1=1000个频点。LTE系统共划分了23个频段，FDD占15个，TDD占8个。1.2.4 LTE的网络结构 LTE系统由演进型分组核心网（Evolved Packet Core，EPC）、演进型通用陆地无线接入网（Evolved Un

16、iversal Terrestrial Radio Access Network，E-UTRAN）和用户设备（User Equipment，UE）3部分组成，如下图所示。其中，EPC又被称为系统结构演进（System Architecture Evolution，SAE），EPC和E-UTRAN统称为演进型分组系统（Evolved Packet System，EPS）。1LTE无线接入网 为了简化信令流程和缩短时延，LTE接入网舍弃了UTRAN传统的无线网络控制器（Radio Network Controller，RNC）连接基站节点（Base Station Node，NodeB）的两层结构

17、，完全由多个演进型基站节点（Evolved Base Station Node，eNodeB或eNB）组成扁平化单层结构。RNC的功能被归入到eNodeB及核心网设备中。eNodeB之间由X2接口互相连接。每个eNodeB 通过S1接口与EPC相连，更确切地说，通过接口S1-MME连接到移动性管理实体（Mobile Management Entity，MME），通过接口S1-U连接到服务网关（Serving Gateway，SGW）。2LTE分组核心网 LTE核心网负责对用户终端的全面控制和相关承载的建立，主要逻辑节点包括移动性管理实体（Mobile Management Entity，MME

18、）、服务网关（Serving Gateway，SGW）、分组数据网络网关（Packet Data Network Gateway，PGW）、用户归属服务器（Home Subscriber Server，HSS）、策略与计费规则功能实体（Policy and Charging Rule Functionality，PCRF）等。其中SGW和PGW逻辑上分设，物理上可以合设或分设。MME通过S6a接口与HSS相连，通过S11接口与SGW相连。SGW和PGW之间的接口是S5/S8。1.2.5 LTE无线接入网规划1.无线接入网规划流程（1）无线接入网规划的目标 无线网络规划主要指通过链路预算、容量估

19、算，给出基站规模和基站配置，以满足覆盖、容量的网络性能指标。网络规划必须要达到服务区内最大程度无缝覆盖；科学预测话务分布，合理布局网络，均衡话务量，在有限带宽内提高系统容量；最大程度减少干扰，达到所要求的服务质量（Quality of Service，QoS）；在保证话音业务的同时，满足高速数据业务的需求；优化无线参数，达到系统最佳的QoS；在满足覆盖、容量和服务质量前提下，尽量减少系统设备单元，降低成本。（2）无线接入网规划步骤和内容 无线接入网规划分为调查、分析、勘察、仿真四个阶段，如右图所示。（3）无线接入网规划的要点 无线接入网规划要点包括规模估算和无线参数规划，规模估算又分覆盖规划、

20、容量规划两大部分。覆盖规划根据不同无线环境传播模型和不同覆盖率要求等设计基站规模，达到无线网络规划初期对网络各种业务的覆盖要求。进行覆盖规划时，要充分考虑无线传播环境。无线电波在空间衰减存在较多的不可控因素，相对比较复杂，应对不同的无线环境进行合理区分，通过模型测试和校正，滤除无线传播环境对无线信号快衰落的影响，得到合理的站间距。容量规划根据不同用户业务类型和话务模型来进行网络容量规划。一般在城区的业务量比在郊区业务量大，同时各种地区的业务渗透率也有很大不同，应对规划区域进行合理区分，预测业务量并完成容量规划。无线参数规划确定站点位置后，需要进行无线参数规划，包括小区标识（Cell Ident

21、ifier，Cell ID）、物理小区标识（Physical Cell Identifier，PCI）、频段、小区间干扰协调（Inter-Cell Interference Coordination，ICIC），邻接关系，邻接小区等参数。2无线传播模型 传播模型是移动通信网小区规划的基础，传播模型的准确与否关系到小区规划是否合理，运营商是否以比较经济合理的投资满足了用户的需求。（1）自由空间传播损耗（2）传播模型介绍 通用传播模型 Okumura-Hata模型 Cost231-Hata模型（3）传播模型测试和校正3网络容量估算 容量估算是指根据语音与数据业务的等效处理模型，结合各自业务类型，将

22、各种业务折合成某种虚拟的等效业务，从而得出实现业务所需求的容量站点数。（1）容量估算流程（2）场景分析（3）话务模型分析4网络覆盖预算 覆盖估算是指通过无线链路预算并结合传播模型，得到每种待规划业务的覆盖半径，再由需覆盖面积计算所需站点数。（1）覆盖估算流程（2）链路预算（3）小区半径（4）站点选型与单站覆盖面积（5）覆盖估算站点数1.2.6 LTE核心网规划1.EPC标准架构（1）EPC核心网结构 EPC核心网架构如下图5所示，主要由移动性管理设备（MME）、服务网关（SGW）、分组数据网关（PGW）及存储用户签约信息的HSS和策略控制单元（PCRF）等组成，其中SGW和PGW逻辑上分设，物

23、理上可以合设，也可以分设。EPC核心网架构秉承了控制与承载分离的理念，将2G/3G分组域中服务GPRS支持节点（Serving GPRS Support Node，SGSN）的移动性管理、信令控制功能和媒体转发功能分离出来，分别由两个网元来完成，其中MME负责移动性管理、信令处理等功能，SGW负责媒体流处理及转发等功能。PGW则仍承担网关GPRS支持节点（Gateway GPRS Support Node，GGSN）的职能。HSS的职能与归属位置寄存器（Home Location Register，HLR）类似，但功能有所增强。新增的PCRF主要负责计费、QoS等策略。EPC架构中各功能实体间

24、的接口协议均采用基于IP的协议，一部分接口协议由2G/3G分组域标准演进而来，如E-UTRAN与MME间的S1-MME接口，E-UTRAN与SGW间的S1-U接口，SGW与PGW间的S5S8接口。另一部分协议是新增的，如MME与HSS间的S6a接口的Diameter协议。（2）EPC架构的特征 控制面不用户面完全分离，网络趋吐扁平化。支持3GPP与非3GPP(如Wi-Fi、WiMAX等)的多种方式的接入，并支持用户在3GPP网络和非3GPP网络之间的漫游和切换。核心网中不再有电路域，EPC成为移劢电信业务的基本承载网络。2.EPC网元部署方案（1）MME主要负责控制层面信息的处理，为纯信令节点

25、，不需要转发媒体数据，对传输带宽要求较小。MME与eNodeB之间采用IP方式连接，不存在传输带宽瓶颈和传输电路调度困难。另外MME与eNodeB之间本身就是采用“星型”组网模式。因此在实际组网时适合采用集中设置的方式，一般以省为单位设置，并采用大容量MME网元节点，有利于统一管理和维护，具有节能减排的优点。（2）HSS负责存储用户数据、鉴权管理等功能，与2G/3G 系统中HLR的功能类似，适合采用以省为单位集中设置的方式。（3）SGW主要负责连接eNodeB，以及eNodeB之间的漫游/切换。PGW主要负责连接外部数据网，以及用户IP地址管理、内容计费、在PCRF的控制下完成策略控制。从媒体

26、流处理上看，SGW、PGW均负责用户媒体流的疏通，所有业务承载均是采用“eNodeB-SGW-PGW”方式，不存在“eNodeB-eNodeB”、”SGW-SGW”的业务承载。S/PGW设置与媒体流的流量和流向相关，应根据业务量及业务类型，选择集中或分散的方式。当业务量较小且不需提供语音类点对点业务时，主要数据业务为“点到服务器”类型，S/PGW可采用集中设置的方式；当某些本地网业务量较大或需提供点对点业务时，可将S/PGW下移至本地网，尽量靠近用户，减少路由迂回。建网初期，互联网出口一般以集中设置为主，点对点业务量不大，因此适合采用集中设置的方式。SGW与PGW可合并或分开设置，两者没有本质

27、的区别。SGW与PGW合设时将通过承载网的路由转发变为了内部数据处理，减少了数据路由转发造成的时延。因此合设具有时延较小、转发效率较高的优点。另外从硬件投资考虑，合设有利于缩减开支、节能减排。因此对于通用数据业务，适合采用SGW与PGW合设。随着用户数量的增长以及业务类型的不断丰富，如对于物联网等行业应用，可设置专用独立的PGW。在现场组网中，可根据实际情况混合应用合并与分开设置方式。3.EPC与无线网的连接（1）MME与eNodeB间的互通（2）SGW与eNodeB间的互通（3）MME间及MME与S/PGW的互通（4）MME与HSS的互通4.EPC系统容量估算（1）MME容量估算 影响MME

28、设备选型的因素有很多，如用户容量、系统吞吐量、交换能力、特殊业务等。估算SAU数 估算MME系统吞吐量（2）SGW容量估算 SGW设备容量主要由SGW支持的EPS承载上下文数、系统业务处理能力以及系统吞吐量决定，同样话务模型对系能参数影响较大。估算EPS承载上下文数 估算SGW系统处理能力 估算SGW系统吞吐量（3）PGW容量估算 PGW容量规划主要考虑PGW需要支持的EPS上下文、系统业务处理能力以及系统吞吐量。估算EPS承载上下文数 估算PGW系统处理能力 估算PGW系统吞吐量1.3.1 仿真软件简介 目前，4G网络建设仿真软件的种类较多，本书使用中兴公司的IUV-BOX软件来完成4G网络

29、的规划、组建与业务调试工作。启动软件后出现登录界面，如下图所示。输入用户名和密码，单击“登录”按钮，进入软件界面，如下图所示。界面上侧设有标签栏，包含“网络拓朴规划”、“容量规划”、“设备配置”、“数据配置”和“业务测试”五个导航标签。选择不同的标签后，界面中央的操作区将发生相应变化。软件启动后默认选中“网络拓朴规划”标签。软件界面下侧为工具栏，设置了“耗费资金”、“规划报告”、“操作演示”、“任务背景”、“任务列表”、“信息中心”、“成绩榜”和“系统设置”八个按钮，实现在线学习、信息发布、数据统计等功能。1.3.2 规划核心网结构 启动并登录仿真软件，选择“网络拓朴规划”标签，进入网络拓朴规

30、划界面。整个4G移动网络由无线及核心网、承载网两大部分组成，其中承载网又分为和IP承载和光传输。软件操作区上侧有“核心网&无线”、“IP承载网”和“光传输网”三个标签，点击不同的标签可显示或隐蔽相关设备及连线。依次从操作区右侧资源池中拖动MME、SGW、PGW、HSS到万绿市和千湖市核心网机房空设备位置。顺序点击核心网设备（如MME）和交换机（SW），可在两者之间增加连接线。万绿市和千湖市核心网拓朴结构如下图所示。1.3.3 规划无线接入网容量 启动并登录仿真软件，选择“容量规划”标签，进入容量规划界面，如下图所示。软件操作区上侧有“无线接入网”、“核心网”和“承载网”三个标签，点击不同的标签

31、可对无线接入网、核心网和承载网分别进行规划。软件操作区左侧为城市选择标签，可分别选择万绿市、千湖市或百山市进行配置。点击“无线接入网”标签后，操作区中会出现AE五种话务模型。模型A适用大型网络密集城区，移动用户总数在1000万以上；模型B适用大型网络一般城区，移动用户总数在1000万以上；模型C适用中型网络一般城区，移动用户总数在5001000万以内；模型D适用中型网络密集城区，移动用户总数在5001000万以内；模型E适用中小型网络市效，移动用户总数在500万以下。下面以万绿市为例进行说明。1选择话务模型 点击“无线接入网”和“万绿”标签，在操作区中选择模型A。2容量估算 选择城市模型后，进

32、入容量估算界面。软件在界面上部给出了容量估算参考数据，结合公式可完成相关计算。（1）计算单用户移动上网业务忙时平均流量 计算HTTP单业务平均数据流量，如下图所示。计算FTP单业务平均数据流量，如下图所示。计算AOD/AOD单业务平均数据流量，如下图所示。计算单用户忙时业务平均吞吐量，如下图所示。（2）计算万绿市4G总用户数，如下图所示。（3）计算万绿市规划区域总吞吐量，如下图所示。（4）计算容量估算站点数 计算MIMO-FDD单站点吞吐量，如下图所示。计算容量估算站点数，如下图所示。3覆盖估算 点击操作区右下角绿色按钮保存数据，点击操作区下方流程单选按钮“Step3”，进入覆盖估算界面。软件

33、给出了覆盖估算参考数据，如下图所示。进行覆盖估算之前需要选择基站的站型。基站站型包括全向、三扇区65度定向和三扇区90度定向三种，其中全向站覆盖半径最大，系统用户容量最小；三扇区65度定向站覆盖半径最小，系统用户容量最大；三扇区90度定向站的覆盖半径和系统用户容量介于两者之间。万绿市为大型密集人口城市，因此选择三扇区65度定向站。（1）计算小区半径，如下图所示。（2）计算单站最大覆盖面积，如下图所示。（3）计算覆盖估算站点数，如下图所示。（4）计算万绿市单站平均吞吐量 选择万绿市规划区域部署站点数，如下图所示。计算万绿市单站平均吞吐量，如下图所示。4生成规划报告 千湖市、百山市的无线接入网容量

34、规划步骤与万绿市相同，区别在于所选择的话务模型和基站站型不同。万绿市为大型城市，使用话务模型A，采用三扇区65度定向基站；千湖市为中型城市，使用话务模型C，采用三扇区90度定向基站；百山市为小型城市，使用话务模型E，采用360度全向基站。完成无线接入网容量规划后，可点击操作区右上角的“生成规划报告”按钮，显示无线接入网容量规划报告，如下图所示。1.3.4 规划核心网容量 点击容量规划界面操作区上侧的“核心网”标签和左侧的“万绿”标签，开始万绿市核心网容量规划，如下图所示。1同步无线侧参数 点击“万绿市单用户忙时业务平均吞吐量”和“万绿市4G总用户数”右边的“自动同步无线侧参数”单选按钮，引用前

35、面无线接入网容量规划的数据。2MME容量估算 点击操作区下方流程单选按钮“Step2”，进入MME容量估算界面。软件在界面上部给出了MME容量估算参考数据，结合公式可完成相关计算。（1）计算SAU数，如下图所示。（2）计算MME系统信令吞吐量 计算S1-MME接口信令流量，如下图所示。计算S11接口信令流量，如下图所示。计算S6a接口信令流量，如下图所示。计算MME系统信令吞吐量，如下图所示。3SGW容量估算 点击操作区下方流程单选按钮“Step3”，进入SGW容量估算界面。软件在界面上部给出了SGW容量估算参考数据，结合公式可完成相关计算。（1）计算EPS承载上下文数，如下图所示。（2）计算

36、SGW系统处理能力，如下图所示。（3）计算SGW系统吞吐量 计算S1-U接口流量，如下图所示。计算S5接口流量，如下图所示。计算SGW系统吞吐量，如下图所示。4PGW容量估算 点击操作区下方流程单选按钮“Step4”，进入SGW容量估算界面。软件在界面上部给出了PGW容量估算参考数据，结合公式可完成相关计算。（1）计算EPS承载上下文数，如右图所示。（2）计算PGW系统处理能力，如下图所示。（3）计算PGW系统吞吐量 计算S5接口流量，如下图所示。计算SGi接口流量，如下图所示。计算PGW系统吞吐量，如下图所示。5生成规划报告 千湖市、百山市的核心网容量规划步骤与万绿市相同，区别仅在于所选择的

37、话务模型不同。完成核心网容量规划后，可点击操作区右上角的“生成规划报告”按钮，显示核心网容量规划报告，如下图所示。因为千湖市与百山市共用千湖市核心网，所以千湖市核心网规划数据为两城市规划数据之和。1.4.1 任务实施评价 “规划无线及核心网”任务评价表如下表所示。任务任务1 规划无线及核心网规划无线及核心网班级班级小组小组 评价要点评价要点评价内容评价内容分值分值得分得分备注备注基础知识（基础知识（40分）分）明确工作任务和目标5 移动通信的发展5 LTE的频段和频点5 LTE的网络结构5 LTE的接口与协议5 LTE的关键技术5 LTE无线接入网规划5 LTE核心网规划5 任务实施（任务实施

38、（50分）分）规划核心网结构10 规划无线接入网容量20 规划核心网容量20 操作规范（操作规范（10分）分）按规范操作，防止损坏仪器仪表5 保持环境卫生，注意用电安全5 合计合计100 1.4.2 思考与练习题1第四代移动通信系统具有什么特征？2简述LTE的技术特点。3根据双工方式不同，LTE系统可分为哪两种类型，它们有什么区别？4画图说明LTE的网络结构。5简述eNodeB的功能。6LTE核心网由哪些逻辑节点组成？它们有什么功能？7LTE系统中的S1、X2、S11、S6a、S5接口分别位于什么网元之间？8无线接入网规划的目标是什么？9简述无线接入网规划的主要工作步骤和内容。10EPC系统容

39、量估算包括哪些内容？4G全网通信技术北京邮电大学出版社北京邮电大学出版社同名教材配套电子教案同名教材配套电子教案贾跃 编著规划无线及核心网安装无线及核心网设备任务1任务2配置无线及核心网数据规划承载网任务3任务4安装承载网设备配置承载网数据任务5任务6【学习目标】v了解LTE系统的关键技术。v掌握LTE的无线帧结构，了解信道映射关系。v熟悉LTE无线接入网设备安装的步骤和内容。v熟悉LTE核心网设备安装的步骤。根据规划正确选购、安装并连接无线接入网及核心网设备是移动通信系统建设的基础步骤，也是实现移动业务的关键。本次任务使用仿真软件完成基站和核心网机房的设备安装与连接，为后续配置业务打下基础。

40、设备安装与连接针对万绿、千湖和百山3座城市进行。其中，万绿市位于平原，是移动用户数量在1000万以上的大型人口密集城市；千湖市四周为湖泊，是移动用户数量在5001000万的中型城区城市；百山市位于山区，是移动用户数量在500万以下的小型城郊城市。本次4G无线接入及核心网设备安装与连接工作共涉及到了5个机房。无线接入侧为3个机房，即万绿市A站点机房、千湖市A站点机房、百山市A站点机房；核心网侧2个机房，即万绿市核心网机房和千湖市核心网机房。其中，万绿市站点机房与万绿市核心网机房连接；千湖市和百山市站点机房共同接入千湖市核心网机房。序号序号城市名称城市名称城市规模城市规模核心网核心网无线接入网无线

41、接入网1万绿大型人口密集城市万绿市核心网机房万绿市A站点机房2千湖中型城区城市千湖市核心网机房千湖市A站点机房3百山小型城郊城市百山市A站点机房 三个A站点机房设在万绿、千湖和百山三市交界地带，如下图所示。其中，万绿A站点机房规划覆盖区域为W1、W2和W3，千湖A站点机房规划覆盖区域为Q1、Q2和Q3，百山A站点机房规划覆盖区域为B1、B2和B3。根据任务要求，每个A站点机房完成13个小区的eNodeB相关网元组网署和设备接口连接。2.2.1 LTE的关键技术1.正交频分多址技术 多址接入是指基站与多个用户之间通过公共传输媒质建立多条无线信道连接。移动通信系统中常见的多址接入技术包括频分多址（

42、Frequency Division Multiple Access，FDMA）、时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）、码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）、空分多址（Space Division Multiple Access，SDMA）。FDMA以不同的频率信道实现多址通信，TDMA以不同的时隙实现多址通信，CDMA以不同的代码序列实现多址通信，SDMA以不同的方位信息实现多址通信。（1）正交频分多址原理 正交频分多址接入技术（Orthogonal Frequency Division Multiple

43、 Access，OFDMA）是后3G时代最主要的一种接入技术。其基本思想是把高速数据流分散到多个正交的子载波上传输，从而使单个子载波上的符号速率大大降低，符号持续时间大大加长，对因多径效应产生的时延扩展有较强的抵抗力，减少了符号间干扰的影响。通常在OFDMA符号前加入保护间隔，只要保护间隔大于信道的时延扩展则可以完全消除符号间干扰。在传统FDMA系统中，为了避免各子载波间的干扰，相邻载波之间需要较大的保护频带，频谱效率较低。OFDMA系统允许各子载波之间紧密相邻，甚至部分重合，通过正交复用避免频率间干扰，降低了保护间隔的要求，实现了很高的频谱效率。这两种多址接入方式的频谱使用对比如下图所示。（

44、2）下行多址接入方式 LTE系统下行方向采用OFDMA接入方式，如下图所示。发端信号先进行信道编码与交织，然后进行正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM），将调制后的频域信号进行串/并变换，以及子载波映射，并对所有子载波上的符号进行逆傅里叶变换（Inverse Discrete Fourier Transform，IFFT）后生成时域信号。最后在每个OFDM符号前插入一个循环前缀（Cyclic Prefix，CP），以便在多径衰落环境下保持子载波之间的正交性。插入CP就是将OFDMA符号尾部的一段复制到OFDMA符号之前，CP长度必须大于主要多径分

45、量的时延扩展，才能保证接收端信号的正确解调。（3）上行多址接入方式 LTE系统上行方向采用的多址方式为离散傅里叶变换扩展OFDM（Discrete Fourier Transform Spread OFDM，DFT-S-OFDM），即单波载FDMA（Single Carrier FDMA，SC-FDMA），如下图所示。DFT-S-OFDM是OFDM的一项改进技术，具有单载波的特性，因而其发送信号峰均比较低，在上行功放要求相同的情况下，可以提高上行的功率效率，降低系统对终端的功耗要求。2.多输入多输出技术 移动信道采用无线方式，接收机收到的信号是直达波和多个反射、折射的合成。反射和折射信号相对于

46、直达信号产生的延迟随着环境的变化而改变，各路信号在接收端有时同相相加，有时反相抵消，造成接收信号幅度起伏变化，这就称为“衰落”。衰落现象是移动通信所特有的，包括“长期慢衰落”和“短期快衰落”，如下图所示。为抑制衰落，移动通信系统使用了分集技术。分集技术是指接收端按照某种方式接收携带同一信息且具有相互独立衰落特性的多个信号，并通过合并降低信号电平起伏，减小各种衰落对接收信号的影响。多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）是利用多发射、多接收天线实现空间分集的技术。它采用分立式多天线，能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。在下

47、行链路，多天线发送方式主要包括发射分集、波束赋形、空时预编码以及多用户MIMO等；而在上行链路，多用户组成的虚拟 MIMO 也可以提高系统的上行容量。（1）发射分集 空间发射分集是在基站端对信号进行预处理并使用多根天线发射，在接收端通过一定的检测算法获得分集信号。LTE系统中发射分集技术的实现方式包括空时发射分集、空频发射分集、延迟发射分集、循环延时发射分集、切换发射分集等。（2）波束赋形 波束赋形（Beamforming）是一种基于天线阵列的信号与预处理技术，其工作原理是利用空间信道的强相关性及波的干涉原理，产生强方向性的辐射方向图，使辐射方向图的主瓣自适应指向用户来波方向，从而提高信噪比，

48、获得明显阵列增益。波束赋形技术在扩大覆盖范围、改善边缘吞吐量以及干扰抑制等方面都有很大的优势。波束赋形的权值仅仅需要匹配信道的慢变化，比如来波方向和平均路损。因此，在进行波束赋形时，可以不利用终端反馈信息，而在基站侧通过测量上行接收信号获得来波方向和路损信息。（3）空时预编码 LTE既支持开环方式的空间复用，也支持闭环方式的空间复用。开环方式的空间复用系统中，接收端不能获得任何信道状态信息，各个并行的数据流均等分配功率与传输速率，并采用全向天线进行发射。在这种开环的方式中，接收机需要通过均衡算法匹配信道进行信号接收，而发送信号并未与信道相匹配；闭环方式的空间复用（即预编码技术）系统中，接收端将

49、信道状态信息反馈给发送端，发送端对发射信号的空间特性进行优化，使发送信号的空间分布特性和信道条件相匹配，因而可以有效降低接收机均衡算法的复杂度，获得更好的性能。预编码技术可以分为线性或非线性方法，目前考虑到非线性方法的复杂度，移动通信系统中一般只采用线性预编码。线性预编码的作用就是将天线域的处理转换为波束域的处理，在发射端利用已知的空间信道信息进行预处理操作，提高用户和系统的吞吐量。（4）下行多用户MIMO MIMO技术利用多径衰落，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，提高了信道容量、频谱利用率及下行数据的传输质量。LTE系统已确定MIMO天线个数的基本配置是下行22、上行12，但也在考虑44

50、的高阶天线配置。当基站将占用相同时频资源的多个数据流发送给同一个用户时，即为单用户MIMO（Single-User MIMO，SU-MIMO）或者叫空分复用（Space Division Multiplexing，SDM）；当基站将占用相同时频资源的多个数据流发送给不同的用户时，即为多用户MIMO（Multiple-User MIMO，MU-MIMO）或者叫做空分多址（Space Division Multiple Access，SDMA），其原理如下图所示。（5）上行多用户MIMO 在LTE系统中，应用MIMO技术的上行基本天线配置为12，即一根发送天线和两根接收天线。与下行多用户MIMO不