《LTE移动通信系统》课件第10章 LTE-A技术增强.ppt
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- LTE移动通信系统 LTE移动通信系统课件第10章 LTE-A技术增强 LTE 移动 通信 系统 课件 10 技术 增强
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1、西安电子科技大学西安电子科技大学第第10章章 LTE-A技术增强技术增强西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术LTE-A中的中继技术中的中继技术LTE-A中的多点协作技术中的多点协作技术第第10章章 LTE-A技术增强技术增强西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术LTE-A中的中继技术中的中继技术LTE-A中的多点协作技术中的多点协作技术第第10章章 LTE-A技术增强技术增强西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术 宽带移动通信的目标就是要达到铜线和光纤组成的有线网的通信能力,但是这受制
2、于无线通信资源,在早期的移动通信系统中人们主要是利用时间和频谱资源,后来随着MIMO技术的出现,通过空间资源的利用使通信资源利用率又提升了一个台阶,但是随着MIMO天线数的增加,处理复杂度和终端体积也会上升,加上OFDM的抗多径性和高频谱利用率,LTE的频谱利用性能已经接近给定带宽下的理论极限。西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术 载波聚合在其他通信系统比如EV-DO中已经使用。在LTE-A中,其引入的主要目的是为了解决未来通信系统宽带的需求。载波聚合的引入能够合并分散的频谱块,使得高效率的宽带移动通信系统的实现变为可能,载波聚合是LTE-Advanced
3、的最重要技术之一。西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术(1)对称载波聚合和非对称载波聚合 由于LTE-A系统对上行和下行的传输速率和带宽需求不同,因此LTE-A载波聚合除了对称的聚合方式,还支持上下行非对称的聚合方式,即上下行聚合的载波数目可以不同。载波聚合的分类载波聚合的分类 对称载波聚合 非对称载波聚合 对称载波聚合和非对称载波聚合西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术 非对称聚合会引起混淆上下行成员载波之间对应关系的问题。此外,数据传输在传输之前需要调度信息,传输之后需要混合自动重传(HARQ)功能反馈,这些都需要
4、上行和下行成员载波之间的对应关系。载波聚合的分类载波聚合的分类 这种因为非对称聚合引起的上下行混淆主要是在FDD模式中。和FDD模式不一样的是,TDD通过上下行时隙配置,本身就可以实现非对称传输,其上下行的对应关系是通过时间来对应的。西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术(2)连续载波聚合和非连续载波聚合 与终端维持无线资源控制层连接的载波,称之为主载波,或者称之为主小区;除主载波之外的载波,称之为辅载波或者辅小区。基于载波聚合技术的移动通信系统亦可称为载波聚合系统。载波聚合的分类载波聚合的分类 根据聚合的成员载波在无线资源中的连续性及所在频带是否相同,可将
5、载波聚合分为三种聚合场景:同一频带内的连续载波聚合,同一频带内的非连续载波聚合和不同频带内的载波聚合。西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术同一频带内的连续载波聚合在这种聚合方式中,所有载波单元在同一频带中,且载波单元之间没有间隔的存在。载波聚合的分类载波聚合的分类同一频带内连续载波聚合西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术同一频带内不连续的载波聚合在这种方式下,所有载波单元在同一频带内,但至少有两个载波单元之间存在间隔。载波聚合的分类载波聚合的分类同一频带内非连续载波聚合西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波
6、聚合技术中的载波聚合技术不同频带内的载波聚合这种方式的聚合的成员载波不在一个频带内。载波聚合的分类载波聚合的分类不同频带内载波聚合西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术 根据现在的频谱规划,4G的频谱资源是比较稀少的,其频谱里面有些带宽还不到100M,很难为一个移动通信网络提供连续的100MHz的带宽,因此非连续载波聚合在实际环境中显得更具有普遍的适用性。但是不可避免的是,在非连续载波聚合下需要多个射频链路才能发送和接收完整带宽的信号。除了给硬件实现带来困难以外,非连续载波聚合还会对一些链路和系统级算法带来影响。载波聚合的分类载波聚合的分类西安电子科技大学西
7、安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术 在LTE-Advanced系统中,每个子载波对应一个独立的数据流,根据数据流被分配到不同成员载波上的位置,载波聚合的方式分为在MAC层聚合和在物理层聚合。载波聚合实现方式载波聚合实现方式(1)MAC层聚合 MAC层的载波聚合是指系统中成员载波的数据流在MAC层进行聚合。图10.5 MAC层聚合西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术(2)物理层聚合 物理层聚合方式中,每个载波的物理层结构需要重新设计,可能会影响数据流到MAC层的时间。载波聚合实现方式载波聚合实现方式物理层聚合西安电子科技大学西安电子科技
8、大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术 载波聚合实现方式载波聚合实现方式 MAC层聚合在链路自适应和HARQ方面体现出了很好的性能,且与LTE系统有后向兼容性,但频谱效率和调度增益没有很好的提升,总开销是单个载波的N倍,总开销在聚合前后没有变化。物理层聚合中额外频率的分集增益被边缘化了,编码增益只在很少的一些场景中才能体现其重要性,但HARQ重传在所有的载波上进行,减少了传输块个数和HARQ过程,大大减小了系统的开销。西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术(1)独立控制信道设计每个载波上都有独立的控制信道与该载波上的数据信道相关联,且该载波上的数据信
9、道对应的控制信道只在该载波上,信道中控制信息采用独立编码方式,只能控制对应载波上的数据流的传输。控制信道设计控制信道设计控制信道设计方案1(独立控制信道设计)西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术(2)联合控制信道设计控制信道横跨聚合后的全部频带,对所有载波的控制信息进行统一的联合编码,联合编码后的信息分布在所有的载波上传输。控制信道设计控制信道设计控制信道设计方案2(联合控制信道设计)西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术l独立控制信道和相应的数据传输在同一个载波上,每个控制信道上传输该载波上数据业务的控制信息,可很好地
10、兼容现有的设计方案,能够重复利用LTE的控制信道格式,对原有系统设计影响较小,有良好的后向兼容性,并且控制开销与被控制的载波带宽成比例,节省不必要的开销;l联合控制信道横跨整个聚合后的载波,其优点是系统信令开销小,但用户需要监控整个带宽上的控制信息,需要解析整个系统子带上的控制信息,确定其分配信息,这给用户带来了更大的开销和功率消耗,并且不利于系统的后向兼容。控制信道设计控制信道设计两种设计方案比较:西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术 载波聚合技术的聚合方式可以分为直接宽带聚合和多载波聚合两种方式。直接宽带聚合是指通过较大的IFFT变换把数据调制在聚合的
11、载波上发射出去,只需要一个射频(RF)链路。载波聚合方式载波聚合方式直接宽带聚合示意图西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术多载波聚合方式是指每个用于聚合的成员载波分别进行信道编码和调制,在射频端进行聚合后发送出去,需要多个IFFT变换和射频链。载波聚合方式载波聚合方式多载波聚合方式西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的载波聚合技术中的载波聚合技术LTE-A中的中继技术中的中继技术LTE-A中的多点协作技术中的多点协作技术第第10章章 LTE-A技术增强技术增强西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的中继技术中的中继技术中继技术为解决系统覆盖、
12、提升系统吞吐量等问题提供了解决方案。中继站与传统直放站在工作方式及作用方面均不相同。传统的直放站在接收到基站发射的无线信号后,直接对其进行转发,仅仅起到了放大器的作用。中继技术在数据传输的过程中,发送端首先将数据传送至中继站,再由中继站转发至目的节点。通过中继技术来缩短用户和天线间的距离,从而达到改善链路质量的目的,可有效提升系统的数据传输速率和频谱效率。若在小区原有覆盖范围部署中继站,还可以达到提升系统容量的目的。西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的中继技术中的中继技术 传统蜂窝网络中,基站与用户之间的通信是靠无线信道直接连接的,即采用“单跳”的传输模式,信号经发送端发出之后,直接
13、通过无线链路传输至接收端。中继技术则是通过在基站和移动用户之间增加一个或者多个中继节点来实现信号的传输,即实现了无线信号的“多跳”传输。信号在通过发送端发出之后,需经过中继节点的处理后才会转发至接收端,该处理操作可以是简单的信号放大,也可以是经过解码后的转发。中继的原理及特点中继的原理及特点西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的中继技术中的中继技术 中继的原理及特点中继的原理及特点西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的中继技术中的中继技术 中继的原理及特点中继的原理及特点引入中继后的网络基站和中继之间的链路被称为回程链路,基站与直传用户之间的链路称为直传链路,中继与中继所服务用
14、户之间的链路称为接入链路。西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的中继技术中的中继技术 中继技术的引入,其主要目的是提升系统容量和扩大系统覆盖范围,中继技术还具有布网灵活快速,避免盲点覆盖、实现无缝隙通信、提供临时覆盖等诸多特点及优势。中继的原理及特点中继的原理及特点中继的应用场景西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的中继技术中的中继技术(1)根据协议栈的分类 目前LTE-Advanced系统中考虑的中继技术有三种方案,即L0/L1中继、L2中继和L3中继。中继分类中继分类 L0中继指中继节点收到信号后直接放大转发。L1中继有物理层,将接收到的信号通过物理层转发。L2中继的协议栈
15、包括物理层协议、MAC层协议以及无线链路控制协议。L3中继接收和发送IP包数据,因此,L3中继具有基站的所有功能,可以通过X2接口直接和基站通信。西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的中继技术中的中继技术(2)根据是否存在小区ID分类 根据是否存在独立小区识别号(ID)可分为第I类中继和第II类中继。这两种中继方式最显著的特点是第I类中继具有独立的小区识别号,第II类中继没有独立的小区识别号。中继分类中继分类 第I类中继属于L3或者L2中继,是一种非透明中继,用户在基站和中继站之间必然发生切换,类似于普通的基站间的切换操作。第I类中继发送自己的同步信道、参考信号以及其他反馈信息,支持小
16、区间的协作。西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的中继技术中的中继技术 第II类中继属于L2中继,是透明中继,用户在基站和中继站之间不一定发生切换,类似于小区内的切换或者透明切换操作。可以实现宏分集,基站可以和中继同时发送相同的信号给用户,其主要作用是扩大小区的覆盖范围,只有部分基站功能,不需要自己生成信令,建站成本较低。中继分类中继分类西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的中继技术中的中继技术(3)根据链路的频带不同分类 在LTE-A系统中根据基站-中继节点间链路的频带来分,可分为带内中继(in-band)和带外中继(out-band)。中继分类中继分类带内中继和带外中继西安
17、电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的中继技术中的中继技术 支持中继节点的LTE网络系统框架。3GPP中继系统框架中继系统框架支持中继节点的LTE网络系统框架西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的中继技术中的中继技术 中继节点通过X2、S1接口和Un空中接口连接到服务于该中继节点的基站,该基站称为宿主基站,在中继节点和其它网络节点之间提供S1和X2代理功能,包括为中继节点传递用户终端专用的S1和X2接口的信令信息,以及GTP(GPRS隧道协议)数据包等信息,因此,对于中继来说,宿主基站是它的MME(移动性管理实体)和eNodeB(演进型节点B),也是它的服务网关(S-GW)。3GP
18、P中继系统框架中继系统框架西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的中继技术中的中继技术(1)回程链路资源分配 中继的引入,使得LTE-Advanced系统变得更加复杂,如果回程链路和接入链路同时收发数据,则会导致两个链路之间的干扰。3GPP决定采用时分复用(TDM)的模式避免干扰。简单说来就是中继采用半双工的工作模式,在下行方向,在某一时刻中继要么只能接收来自基站的数据,要么只能给用户终端发送数据;在上行方向,中继要么只能给基站发数据,要么只能接收来自用户终端的数据。3GPP中继系统框架中继系统框架西安电子科技大学西安电子科技大学LTE-A中的中继技术中的中继技术 3GPP中继系统框架中
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