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当前位置:首页 > 电子/通信 > 综合/其它 > 第18讲 4G移动通信系统-1
24G移动通信系统内容提要14G发展背景24G网络结构34G协议栈44G核心技术5LTE系统的无线接口64G增强技术第一次课第二次课本次课的要求与重难点要求与重点1.理解4G网络结构。2.理解MIMO技术的基本原理。重点:MIMO技术的抗衰落原理难点:Alamouti码抗衰落的原理本次课需要解决的主要问题1.4G移动通信系统有何基本特征?2.相比前几代移动通信系统,4G系统网络架构的主要有哪些变化?3.从信号处理角度,MIMO技术可分为哪三类?4.为何Alamouti码可实现空间分集?5.为何LST码可实现空间复用?6.协同通信和分布式MIMO出现的背景是什么?54G移动通信系统14G发展背景24G网络结构34G协议栈44G核心技术5LTE系统的无线接口64G增强技术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4G发展背景1)3G能提供Mbit/s量级的传输速率,仍与人们的需求相去甚远;2)2005年,4G被正式命名为IMT-Advanced。LTE技术发展示意图4G发展背景OFDM+MIMO·HARQ·帧结构·波束赋形·双流波束赋形·定位·多播广播·载波聚合·增强多天线技术·中继技术·增强的小区间干扰消除·多点协作技术·进一步增强小区间干扰消除·新载波类型(非独立)·增强控制信道·LTE-Hi(小小区增强、动态TDD)·FDD/TDD载波聚合·下行四天线增强·3D-MIMO波信道模型·D2D通信·垂直赋形/FD-MIMO传输技术·LTE许可频谱辅助接入(LAA)·低成本低功耗机器通信·……R8/R9(2004.12-2009.12)R10(2008.3-2011.3)R11(2011.3-2012.9)R12(2012.9-2014.12)R13(2014.9-2015.12)LTELTE-A基础版本LTE-A增强版本3GPP组织启动了以MIMO和OFDM为核心技术的LTE(LongTermEvolution)项目,LTE应运而生:4G基本特征4G移动通信系统具有以下基本特征:1、很高的传输速率和大范围覆盖•100Mbit/s~1Gbit/s的峰值传输速率•较大地域的连续覆盖性能2、丰富的业务和QoS保证•全面支持语音、图像、视频等丰富的数据及多媒体业务•容纳庞大的用户群•提供用户满意的QoS保证4G基本特征4G移动通信系统具有以下基本特征:3、开放而融合的平台•移动终端、业务节点及移动网络机制具有“开放性”•用户能够自由地选择协议、应用和网络•各类媒体、通信主机及网络之间“无缝”链接•用户能够自由地在各种网络环境间无缝漫游4、高度智能化的网络•高度自治、自适应的网络•具有很好的重构性、可变性、自组织性4G基本特征4G移动通信系统具有以下基本特征:5、高度可靠的鉴权及安全机制•数据的安全可靠性直接影响到整个网络的生存力•直接影响到用户对整个网络的信任程度概括地说,4G技术是在传统通信网络和技术的基础上,进一步提高了无线通信的网络效率和功能。它包含的不仅仅是一项技术,而是多种技术的融合。LTE设计目标目标分项目标要求主要实现方法频谱灵活使用支持的系统带宽包括:1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz带宽可扩展的OFDMA技术峰值速率在20MHz带宽下,下行峰值速率可达100Mb/s下行MIMO,高阶QAM在20MHz带宽下,上行峰值速率可达50Mb/sUE配置1根发送天线,高阶QAM天线配置下行支持:高效的控制信令设计,支持天线端口数为2/4的高效导频图案上行支持:更高的频谱效率下行:3~4倍于HSDPAR6(HSDPA:1发2收,LTE:2发2收)MIMO-OFDM,自适应编码调制,小区间干扰协调(ICIC)上行:2~3倍于HSUPAR6(HSUPA:1发2收,LTE:1发2收)42221211、、、1211、LTE设计目标(续)目标分项目标要求主要实现方法低延迟控制平面的时延应小于50ms,建立用户平面的时延要小于100ms取消RNC节点,采用扁平化网络结构,优化设计空中接口中的层2、层3设计从UE到服务器的用户平面时延应小于10ms移动性对低于15km/h的移动条件进行优化设计采用了相对较宽的15kHz子载波间隔,在开环MIMO、导频密度上也有所考虑对低于120km/h的移动条件应该保持高性能对达到350km/h的移动条件应该能够保持连接覆盖性能针对覆盖半径5km的场景优化设计OFDM采用了长、短两种CP长度,以适应不同的覆盖范围针对覆盖半径在5~30km之间的场景,允许性能略有下降针对覆盖半径达到30~100km之间的场景,仍应该能够工作•1999年9月,ITU-R提出4G的最初提法是SystemBeyondIMT-2000(B3G)。•2003年,ITU-R对未来B3G的框架和目标进行了初步定义,未来移动通信系统应能在高速移动状态下达到100Mbit/s的传输速率,在低速移动时能够实现1Gbit/s的速率,并支持更多的业务和更灵活的频率分配。•2005年10月,ITU-R正式将SystemBeyondIMT-2000命名为IMT-Advanced,也就是所谓的4G。4G研究计划•2008年2月,ITU-R完成了IMT-Advanced需求定义,完成并发出了征集IMT-Advanced候选技术提案的通函。4G研究计划•2009年10月,ITU-R一共收到了6项来自不同政府或者标准化组织提交的候选技术提案,并开始了后续评估和标准融合的开发工作。•2010年10月,在中国重庆举行的ITU-RWP5D第9次会议上最终确定了IMT-Advanced的国际标准。编号提交组织技术方案技术基础1IEEEFDD和TDD,UL/DLbasedonOFDMA基于IEEE802.16m2日本FDD和TDD,UL/DLbasedonOFDMA基于IEEE802.16m3韩国FDD和TDD,UL/DLbasedonOFDMA基于IEEE802.16m43GPPFDD和TDD,ULbasedonSC-FDMA(DFT-spreadOFDM),DLbasedonOFDMA基于3GPPLTERelease10&beyond(LTE-Advanced)5日本FDD和TDD,ULbasedonSC-FDMA(DFT-spreadOFDM),DLbasedonOFDMA基于3GPPLTERelease10&beyond(LTE-Advanced)6中国TDD,TD-LTE-Advanced,ULbasedonSC-FDMA(DFT-spreadOFDM),DLbasedonOFDMA基于3GPPLTERelease10&beyond(LTE-Advanced)ITU认定的6个有效4G候选提案4G研究计划•从采用的技术方案和技术基础的渊源看,提案1、2和3是同一类,提案4和5是同一类,中国的TD-LTE-Advanced提案仅包括TDD模式,且根源于3GPP-LTERelease10&beyond(LTE-Advanced),因此,提案可以分为两大阵容:3GPPLTE-Advanced和IEEE802.16m。•最终LTE-Advanced和IEEE802.16m成为IMT-Advanced国际标准。4G研究计划•我国4G的产业发展首推中国移动公司的TD-LTE系统。4G产业发展中国移动4G:TD-LTE(Release9)4G国际标准:LTE-A(Release10+)•在频段方面,目前已部署的包括Band41中的60MHz频段2575-2635MHz、Band39中的20M频段(1880~1900MHz)和Band40(2320~2370MHz)频段,其中Band40仅用于室内覆盖。4G产业发展•目前,中国移动的商用移动蜂窝网络处于4G规模发展、2G/3G存续发展的阶段,在移动接入网和无线接入网方面,形成了四网共存的格局代表2G的GSM网代表3G的TD-SCDMA网代表4G的TD-LTE网代表无线热点接入的WLAN网络。四网共存的格局4G产业发展•高速数据率的实现,催生了物联网、车联网等新业态的产生;新业态的发展要求,反过来推动着移动通信产业的进一步发展。如何引入4G演进技术,以平滑演进到5G?如何对5G进行技术、产业和频谱推进,以实现引领与先发?如何应用非授权频段资源,实现低成本高性能运营?如何引入无线物联技术,为垂直行业提供多样化连接……新机遇新挑战204G移动通信系统14G发展背景24G网络结构34G协议栈44G核心技术5LTE系统的无线接口64G增强技术4G网络结构•在Rel-6中,RNC主要负责对各种接口的管理,是无线资源管理的主体,主要包括移动性管理、呼叫控制、切换控制、功率控制、宏分集合并等功能。•一个RNC控制一个或多个NodeB。NodeB主要实现空中接口与物理层间的相关处理并完成一部分无线资源管理功能,比如快功率控制。3GPPRel-6(HSDPA)4G网络结构•为了达到简化信令流程、缩短延迟和降低成本的目的,LTE舍弃了UTRAN的无线网络控制器-基站(RNC-NodeB)结构,精简为核心网加基站(eNodeB)模式。•具体为:取消RNC节点,整个LTE网络由演进分组核心网(EPC)和演进无线接入网(E-UTRAN)组成。核心网由许多网元节点组成,而接入网只有一个节点,即与用户终端(UE)相连的eNodeB。网络结构图外部因特网X2X2X2S1-MMES1-UeNodeBeNodeBeNodeBMMES-GWP-GW无线接入网核心网4G网络结构•相比前几代移动通信系统,4G系统网络架构的主要变化为:–实现了控制与承载的分离,MME负责移动性管理、信令处理等功能,AGW负责媒体流处理及转发等功能;–核心网取消了CS(电路域),实现了网络全IP化;–取消了RNC,原来RNC功能被分散到了eNodeB和网关(GW)中,eNodeB直接接入EPC,LTE网络结构更加扁平化;–传输带宽需求大幅增加,峰值速率将达到1Gbit/s。244G移动通信系统14G发展背景24G网络结构34G协议栈44G核心技术5LTE系统的无线接口64G增强技术•空中接口是终端和接入网之间的接口,简称Uu接口,通常也称之为无线接口。在4G中,空中接口是终端UE和eNodeB之间的接口。空中接口协议主要是用来建立、配置和释放各种无线承载业务的。•空中接口协议栈主要分为三层两面,三层指物理层、数据链路层、网络层,两面指用户平面和控制平面。4G协议栈•用户平面用于执行无线接入承载业务,主要负责用户发送和接收的所有信息的处理。用户平面协议栈4G协议栈用户平面协议子层媒体访问控制层(MAC)无线链路控制层(RLC)分组数据汇聚层(PDCP)•控制平面负责用户无线资源的管理,无线连接的建立,业务的QoS保证和最终的资源释放。控制平面协议栈4G空中接口控制平面协议子层非接入层(NAS)无线资源控制层(RRC)分组数据汇聚层(PDCP)无线链路控制子层(RLC)媒体接入控制子层(MAC)284G移动通信系统14G发展背景24G网络结构34G协议栈44G核心技术5LTE系统的无线接口64G增强技术4G关键技术•为了满足4G移动通信系统的高数据率、高终端移动性、高频谱利用率和功率效率等方面的要求,人们发展了众多的新理论与新技术。以MIMO为代表的多天线技术以OFDM为代表的
本文标题:第18讲 4G移动通信系统-1
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