移动通信网络演进及LTE关键技术课件.ppt

1、移动通信网络演进及LTE关键技术国家无线电监测中心 黄标huangbiaosrrc.org2019年11月1日内容提要3G及4G通信网络 第一篇第一篇 移动通信网络演进与发展移动通信网络演进与发展 第一篇第一篇 移动通信网络演进与发展移动通信网络演进与发展 目录 第一章 移动通信系统发展 1G 2G 3G E3G 4G 第二章 演进平滑性 影响演进平滑性的关键因素 2G系统向2.5G演进 2G向3G的演进和融合 3G向4G的演进第一章第一章 移动通信系统发展移动通信系统发展3GPPIEEE3GPP2 移动通信系统发展 1G FDMA 以AMPS，ATCS为代表的模拟通讯系统 AMPS AMPS

2、系统采用7小区复用模式，并可在需要时采用扇区化 和小区分裂来提高容量 AMPS在无线传输中采用了频率调制 第一章第一章 移动通信系统发展移动通信系统发展 移动通信系统发展 2G TDMA（IS-95采用 CDMA）以GSM系统、IS-136和IS-95 CDMA为代表的数字蜂窝系统 GSM网络架构 GSM帧结构第一章第一章 移动通信系统发展移动通信系统发展 移动通信系统发展 3G 以WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA和它们的演进系统为代表的IMT-2000系统 RNS RNC RNS RNC 核心网 Node B Node B Node B Node B Iu Iu Iur(可选)

3、Iub Iub Iub Iub Uu UE 第一章第一章 移动通信系统发展移动通信系统发展 移动通信系统发展 E3G 以3GPP LTE、3GPP2 AIE和IEEE 802.16m为代表的IMT-2000系统演进版本第一章第一章 移动通信系统发展移动通信系统发展 移动通信系统发展 4G 进一步提升系统性能 方案 3GPP LTE-Advanced 比LTE更高的性能 低成本的宽带无线接入 频谱效率进一步提升 后向兼容性强 互操作性好 IEEE 802.16m第一章第一章 移动通信系统发展移动通信系统发展3G无线移动通信技术演进3G网络演进方向 移动通信技术-宽带化发展 TD-SCDMAHSP

4、A HSPA+LTE TDD WCDMAHSPA HSPA+LTE FDD 宽带技术-移动化发展 IEEE802.16d IEEE 802.16e IEEE 802.16m逐渐走向融合IMT-Advanced 影响演进平滑性的关键因素影响演进平滑性的关键因素 空口关键技术 多址技术,双工方式,帧结构,调制编码方式,子信道合并分解,调度,AMC,HARQ 网络架构 协议层功能实体的改变 软交换 扁平化网络架构 业务承载体系 业务承载IP化 IMS系统 后向兼容性 互联互通第二章第二章 演进平滑性演进平滑性第二章第二章 演进平滑性演进平滑性n2G系统向2.5G演进nGSMGPRSn增强数据业务能力

5、n增加PS域n无线网侧增加相应信道,需要增加处理单元PCUnGPRSEDGEn 增加了新的功能n高阶调制编码方式n新链路控制技术n可通过软件或硬件升级TD-SCDMA/WCDMA多址方式是码分多址GSM多址方式是时分多址GSM和TD-SCDMA/WCDMA融合组网上可以共用核心网 2G向3G的演进和融合第二章第二章 演进平滑性演进平滑性 3G到4G的演进 3GPP LTE-LTE-Advanced 3GPP2 AIE-原UMB IEEE 16e-IEEE 16mR99WCDMAR4TD-SCDMA软交换软交换R5HSDPA IMS端到端的端到端的IP多媒体业务多媒体业务R6HSUPAIMS性能

6、增性能增强强MBMSMIMOR7TD-SCDMA的的HSUPAHSPA+MBMS加强加强IMSR8LTESAEIMSR9LTE/SAE技技术的完善术的完善LTE-Advanced提提出出第二章第二章 演进平滑性演进平滑性无线接入网网元版本演进2G系统MS,BTS,BSC,MSC3G系统UE,NodeB,RNCR99,R4,R5,R6,R7LTELTE-AdvancedUE,eNodeBR8,R9R10在不同代的系统之间，通信标准发生了革命，网络架构变化很大，网元在逐渐减少，网络变得越来越扁平；另外由于新一代系统的功能和技术都发生了革命，原有网元无法继续提供支持，因此需要定义新的网元。在同代系统

7、的不同版本之间，通信标准在逐渐演进，网络架构变化不大，主要的功能和技术都在原来的网元上引入，系统前向兼容。第二章第二章 演进平滑性演进平滑性 演进（Evolution）or 革命(Revolution)？内容提要3G及4G通信网络 第二篇第二篇 LTE关键技术关键技术第二篇第二篇 LTE关键技术关键技术目录 第一章 OFDM/OFDMA 第二章 MIMO 第三章 LTEOFDM基本思想OFDM-Orthogonal Frequency Division MultiplexingOFDM将频域划分为多个子信道，各相邻子信道相互重叠，但不同子信道相互正交将高速的串行数据流分解成若干并行的子数据流同

8、时传输OFDM子载波的带宽 信道“相干带宽”时，可以认为该信道是“非频率选择性信道”，所经历的衰落是“平坦衰落”第一章 OFDM/OFDMAOFDM正交性原理011expexp-0TnmmnjtjtdtmnT（）（）第一章 OFDM/OFDMAOFDM优缺点OFDM系统的优点：系统的优点：频谱利用率高。频谱利用率高。抗符号间干扰能力强：带宽窄、符号周期长、抗符号间干扰能力强：带宽窄、符号周期长、CP的引入。的引入。所有的子信道不会同时处于频率选择性深衰落，因此系统本身已经所有的子信道不会同时处于频率选择性深衰落，因此系统本身已经产生了信道的频率分集效果，对信道衰落有抵制作用。产生了信道的频率分

9、集效果，对信道衰落有抵制作用。OFDM系统的缺点：系统的缺点：对频率偏差敏感：传输过程中出现的频率偏移，如多普勒频移，或对频率偏差敏感：传输过程中出现的频率偏移，如多普勒频移，或者发射机载波频率与接收机本地振荡器之间的频率偏差，会造成子者发射机载波频率与接收机本地振荡器之间的频率偏差，会造成子载波之间正交性的破坏。载波之间正交性的破坏。存在较高的峰均比存在较高的峰均比(PARA)：OFDM调制的输出是多个子信道的叠加，调制的输出是多个子信道的叠加，如果多个信号相位一致，叠加信号的瞬间功率会远远大于信号的平如果多个信号相位一致，叠加信号的瞬间功率会远远大于信号的平均功率，导致较大的峰均比，这对发

10、射机均功率，导致较大的峰均比，这对发射机PA的线性提出了更高的要的线性提出了更高的要求。求。第一章 OFDM/OFDMA第一章 OFDM/OFDMA OFDMA:Orthogonal Frequency Division Multiple Access LTE：下行OFDMA 上行SC-FDMA MIMO-Multiple Input Multiple Output）发送端和接收端有多根天线，不相关的各个天线上分别发送多个数据流；利用多径衰落，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，提高信道容量及频谱利用率，下行数据的传输质量。第二章第二章 MIMO基本的MIMO模式（1）传输分集（TxD）空时/

11、频分集（空时块码（STBC）/空频块码（SFBC）在第一根天线上传输原始信号，而在第二根天线上，以两个符号为一组变换信号的传输顺序，并进行共轭和/或取反的操作 切换分集（时间切换传输分集TSTD/频率切换传输分集FSTD）天线切换分集技术即当发射端存在多根传输天线时，从时间上或者频率上按照一定的顺序依次选择其中一根天线进行传输的技术循环时延分集（CDD）时延分集即通过不同的天线传输同一个信号的不同时延副本 STBCCDD 天线 1 天线 2 频率 时间 TSTD第二章第二章 MIMO 基本的MIMO模式（2）波束赋形（BF）空间复用（SDM）发射的高速数据被分成几个并行的低速数据流，在同一频带

12、从多个天线同时发射出去。由于多径传播，每个发射天线对于接收机产生不同的空间签名，接收机利用这些不同的签名分离出独立的数据流，最后再复用成原始数据流。因此空间复用可以成倍提高数据传输速率调制与映射解调与分离第二章第二章 MIMOLTE产生的推动力：3GPP的无线通信技术演进的产物：的无线通信技术演进的产物：WCDMATD-SCDMAHSPALTEHSPA+以以OFDM和和MIMO为核心技术，基本摒弃了为核心技术，基本摒弃了3GPP一直坚一直坚持的后向兼容原则持的后向兼容原则，与其说是，与其说是3G技术的技术的evolution，不，不如说是如说是revolution第三章 LTE用户的需求用户的

13、需求市场的挑战市场的挑战IPR的制肘的制肘LTE目标目标 容量提升容量提升 峰值速率:下行:100 Mbps,上行峰值:50 Mbps 20MHz 频谱效率:下行是HSDPA的3-4倍,上行是HSUPA的2-3倍 覆盖增强覆盖增强 提高“小区边缘比特率”,5 km满足最优容量,30km轻微下降,并支持100km的覆盖半径 移动性提高移动性提高 015km/h性能最优，15120 km/h高性能,支持120 350 km/h,甚至在某些频段支持500 km/h 质量优化质量优化 时延:RAN用户面:小于 10 ms,控制面:小于 100 ms 服务内容综合多样化服务内容综合多样化 高性能的广播业

14、务,MBMS,提高实时业务支持能力，VoIP达到UTRAN电路域性能 运维成本降低运维成本降低 扁平化架构,降低运维成本第三章 LTELTE网络架构和协议栈 扁平化的系统架构 接入网eNodeB+核心网aGWE NodeB MME/UPE MME/UPE S1 X2 X2X2 CN RAN E NodeBE NodeBaGWaGW分组数据网第三章 LTELTE物理层特征物理层特征第三章 LTE第三章 LTE第三章 LTE 可变带宽LTE帧结构帧结构第三章 LTETD-LTE帧结构帧结构TD-LTE物理层有 5ms和10ms两种上下行切换周期7种不同上下行时隙配比方式5ms切换周期：1DL:3U

15、L,2DL:2UL,3DL:1UL,3DL:5UL10ms切换周期：6DL:3UL,7DL:2UL,8DL:1UL固定下行固定上行5ms转换点：10ms转换点：Uplink-downlink configurationDownlink-to-Uplink Switch-point periodicitySubframe number012345678905 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 D D D65 msD S U U U D S U U D第三章 LTE第三章 LTE第三章 LTE第三章 LTE主流厂商产品测试路标主流厂商产品测试路标第三章 LTE主流厂商商用产品路标主流厂商商用产品路标第三章 LTE