第12章B3G-4G移动通信系统XXXX

第12章B3G/4G移动通信系统数字移动通信本次课要回答的问题：为何要发展B3G/4G系统？有哪些B3G/4G候选系统？各有何特点？B3G/4G的共性技术有哪些？其基本原理是什么？不同4G标准主要采用了哪些技术来提高传输速率？了解B3G/4G的产生背景和基本特征；了解实现宽带高速数据传输的主要方法（共性技术）；了解两种4G标准的关键技术。重点：不同4G系统的特点，B3G/4G共性技术的原理。难点：两种4G标准的关键技术差异。要求与重点内容提要（Contents）12.1B3G/4G系统概述12.23GPPLTE系统12.3LTE-Advanced12.4IEEE802.16m内容提要（Contents）12.1B3G/4G系统概述12.23GPPLTE系统12.3LTE-Advanced12.4IEEE802.16m12.1.1B3G/4G的起源与基本特征起源人们的信息通信需求越来越高3G只能提供Mbit/s量级的传输速率人类信息通信的理想目标还远未实现“部署一代，研究下一代”的工作思路12.1.1B3G/4G的起源与基本特征LTE-Advanced802.16m4GAMPSETACSJTACSNMT100kbit/s1Mbit/sBluetooth2.4GHzWLANWCDMA/OFDMcdma2000/OFDM199520002005201010Mbit/s100Mbit/s1Gbit/s峰值数据传输速率1G(模拟)2G(数字)3G(多媒体)3G-LTE低速固定中速高速移动性10kbit/sIS-95CDMAGSMPDCWCDMAcdma2000TD-SCDMALTE+WiMAX802.16e5GHzWLANHighrateWLANUWBWPANGRPSEDGE移动通信系统演进示意图12.1.1B3G/4G的起源与基本特征B3G/4G的基本特征很高的传输速率和大范围覆盖（宽带化、IP化）丰富的业务和QoS保证（业务多样化）开放而融合的平台（融合化）高度智能化的网络（智能化）高度可靠的鉴权及安全机制技术参数3GB3G/4G业务特性优先考虑语音、数据业务融合数据和VoIP网络结构蜂窝小区混合结构频率范围1.6～2.5GHz2～8GHz，800MHz低频带宽5～20MHz100+MHz速率384kbit/s～2Mbit/s20～100Mbit/s接入方式WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMAMC-CDMA或OFDM交换方式电路交换/分组交换分组交换移动性能200kmph250kmphIP性能多版本全IP（IPV6）12.1.1B3G/4G的起源与基本特征B3G/4G的基本特征2000年10月，ITU成立了“IMT2000andBeyond”工作组，其任务之一就是探索3G之后下一代移动通信系统的概念和方案。2005年10月18日，ITU将B3G技术正式定名为IMT-Advanced。2010年10月，ITU将LTE-Advanced和IEEE802.11m列为IMT-Advanced的候选技术。2012年1月18日，ITU正式将LTE-Advanced和IEEE802.11m确定为IMT-Advanced（即4G）国际标准。12.1.2B3G/4G研究计划ITU欧盟12.1.2B3G/4G研究计划WINNER项目由于整合了欧盟科研资源，成员包括欧盟主要的企业、大学和研究机构，加上我国原信息产业部电信研究院、韩国三星、日本NTTDoCoMo、美国摩托罗拉等亚洲和美洲企业、科研单位的加盟，在国际B3G研究领域有着重要的地位。WINNER项目成员在致力于开发和完善WINNER系统设计的同时广泛参与ITU、3GPP等国际标准化组织的工作，从而在B3G研究和相关的工作中发挥着积极的作用。日韩12.1.2B3G/4G研究计划日本的4G研究计划属于国家级发展计划e-Japan的一部分，其基础通信技术部分的研发由日本国家信息通信技术研究院负责；标准化工作由ARIB负责；2002年由产业界发起成立的mITF论坛负责技术交流和国际合作。特别要指出的是，其他国家主要是设备制造商引导新技术的研制，但日本4G技术的开发的主力却是运营商。韩国的4G计划由信息与通信部（MIC）协同部署，由其国内有关运营商和电子通信研究院（ETRI）等研究结构参与研发，2003年成立的NGMC论坛负责国际合作。韩国已制定了远景计划，运营商也开始了试验网的建设。阶段时间研究目标FuTURE2001年10月至2003年12月开展通用无线环境关键技术研究，完成B3G/4G无线传输系统的核心硬、软件研制工作，开展相关传输试验，向ITU提交有关标准建议；完成区位无线通信环境所需的硬、软件研制工作，进行相应的业务演示；完成空间通信试验平台方案的制定以及关键硬、软件的研制工作。FuTURE+2004年01月至2005年12月完成通信无线环境的建设、网间互联互通、演示业务的开发，使区位性无线通信技术及其应用达到实用水平，并使B3G/4G通信技术及空间通信技术达到相对成熟的水平。FuTUREⅡ2006年01月至2010年12月设立有关重大专项，完成通用无线环境的体制标准研究及其系统实用化研究，开展较大规模的现场试验。中国12.1.2B3G/4G研究计划LTE-AvsIEEE802.16m12.1.2B3G/4G研究计划3GPPLTE-AdvancedIEEE802.16m信道宽带支持1.25MHz-20MHz宽带5MHz到20MHz的可变带宽，在某些特殊情况下可以支持高达100MHz的带宽峰值速率下行1Gbit/s，上行500Mbit/s静止1Gbit/s，移动100Mbit/s移动性0-15km/h(最佳性能）0-120km/h(较好性能）120-350km/h（保持连接不掉线）0-15km/h(最佳性能）0-120km/h(较好性能）120-350km/h（保持连接不掉线）传输技术与多址技术下行OFDMA上行SC-FDMAOFDMA双工方式FDD和TDD尽可能融合，FDD半双工FDD,TDD和FDD半双工调制方式QPSK,16QAM和64QAMBPSK,QPSK,16QAM和64QAM编码方式以Turbo码为主，LDPC编译码卷积码，卷积Turbo码和低密度奇偶校验码多天线技术基本MIMO模型：下行4×4，上行2×4个天线，考虑做多8×8配置支持MIMO技术（基站支持1,2,4,8根发射天线，终端支持1,2,4根发射天线）和AAS(自适应根线阵）技术HARQChase合并与增量冗余HARQ，异步HARQ和自适应HARQ（正在考虑）Chase合并，异步HARQ和非自适应HARQLTE标准与关键技术的进展Time2007Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Release2008200920102011Rel8WIRel9WIRel10WIQ3LTE-ASIQ2LTESIRel-8Rel-9Rel-10Rel-8:LTE的基本技术和框架扁平化架构MIMOOFDM/SC-FDMA多样的带宽…Rel-9:LTE的进一步增强与完善LTE家庭基站自组织网络（SON）广播多播（eMBMS）LTE定位技术…Rel-10:瞄准IMT-A性能指标MIMO技术的增强载波聚合（CA）中继技术（relay）分层异构网络（HetNet）Comp…ITU4GOFDM技术12.1.3B3G/4G的共性技术频率选择性衰落码间串扰均衡器难以实现Sub-carriersSub-frameFrequencyTimeTimefrequencyresourceforUser1TimefrequencyresourceforUser2TimefrequencyresourceforUser3SystemBandwidth0SingleCarrierSub-frameFrequencyTimeTimefrequencyresourceforUser1TimefrequencyresourceforUser2TimefrequencyresourceforUser3SystemBandwidthMIMO技术12.1.3B3G/4G的共性技术频谱资源紧张空间维度空时处理······空时编码空时均衡与解码信源············空时编码空时均衡与解码信源()sn1()xn()tNxn1()yn()sn11hMNh空间分集技术空时预编码技术空间复用技术复用增益分集增益/编码增益天线增益/干扰抑制提高数据速率/频谱效率减小差错率/提高可靠性提高数据速率/减小差错率折衷折衷()rNyn空间分集使用多根天线进行发射和/或接收，根据收发天线数又分为发射分集、接收分集与接收发射分集空间复用发射的高速数据被分成几个并行的低速数据流，在同一频带从多个天线同时发射出去波束成形在发射端将待发射数据矢量加权，形成某种方向图后到达接收端无线资源管理技术12.1.3B3G/4G的共性技术原因移动通信系统是资源受限资源类型时间空间频率能量核心问题在保证服务质量的前提下，提高频谱利用率实现方式资源控制资源分配资源调度接入控制、负荷（拥塞）控制、切换控制、功率控制、速率控制等基站（小区）分配与选择、信道分配、队列分配、资源预留、功率分配等时隙调度、码资源调度、切换小区调度、自适应链路调度等对有限的无线资源的估计干扰监测信道状态小区负荷监测无线资源限制业务的QoS需求干扰监测信道状态小区负荷监测不同的业务类型接入选择与控制………...排队机制...业务调度速率/功率控制、分配与调度其他资源控制干扰抑制技术12.1.3B3G/4G的共性技术目的为提高用户在小区边缘的信息传输速率实现方式干扰随机化：信道加扰和交织方法。干扰消除：来源于多用户检测技术，可以将干扰小区的信号解调、解码，然后将来自该小区的ICI（小区间干扰）复制并减去。干扰协调/规避：通过软频率复用方案实现，即部分频率复用。内容提要（Contents）12.1B3G/4G系统概述12.23GPPLTE系统12.3LTE-Advanced12.4IEEE802.16mLTE的2高2低•用户面•控制面•用户数•吞吐量•频率利用率•频谱灵活性•扁平化•高移动性•覆盖性能•峰值速率高速率低TCO低时延高频谱效率LTE的主要指标和需求需求名称需求内容实现主要技术高峰值数据速率DL100Mbps/UL50Mpbs@20MHz（DL要求UE侧2接收天线）1、采用高带宽（20M）2、多天线技术（2×2MIMO）3、高阶调制方式（64QAM）低控制面延迟从驻留状态到激活状态，传输延迟时间小于100ms从睡眠状态到激活状态，传输延迟时间小于50ms单小区在5M带宽下最少支持200用户，更高频谱分配条件下，单小区至少支持400用户1、扁平化网络架构2、短调度周期（1ms）3、调度算法低用户面延迟在“零负载”（单用户、单数据流）和“小IP包”的情况下，用户面延迟不超过5ms1、扁平化网络架构2、短调度周期（1ms）高用户吞吐量下行链路：1、在5%CDF（累计分布函数）处的每MHz用户吞吐量应达到R6HSDPA的2~3倍；2、每MHz平均用户吞吐量应达到R6HSDPA的3~4倍。上行链路：1、在5%CDF处的每MHz用户吞吐量应达到R6HSUPA的2~3倍；2、每MHz平均用户吞吐量应达到R6HSUPA的2~3倍。1、多天线技术（2×2MIMO）2、高阶调制方式（64QAM）3、链路自适应技术（AMC）4、混合自动重传（HARQ）5、干扰协调（ICIC）LTE的主要指标和需求需求名称需求内容实现主要技术高频谱效率下行链路：在真实负荷网络中，LTE频谱效率是R6HSDPA的3~4倍；上行链路：在真实负荷网络中，LTE频谱效率是R6HSUPA的2~3倍1、OFDM2、多天线技术（2×2MIMO）3、高阶调制方式（64QAM）高