现代无线与移动通信系统-第五章

现代无线与移动通信系统第五章胡苏，李少谦电子科技大学前言电信技术业务移动化、宽带化和IP化的趋势日益明显，移动通信技术处于网络技术演进的关键时期，也就在此时，LTE（LongTermEvolution，长期演进）与大家见面了。LTE作为下一代移动通信的统一标准，具有高频谱效率、高峰值速率、高移动性和网络架构扁平化等多种优势。本课就LTE驱动力、产业链现状、部署策略和移动通信的未来等方面进行讨论。LTE发展驱动语音收入下降增加收入：提升带宽，引入新业务，增加业务量LTE成本现网成本网络成本高降低成本：降低数据业务每bit成本，增加收益WiMAXLTEWiMAX的领先应对竞争：应对WiMAX阵营的竞争语音收入下降全球用户增长趋势语音和数据ARPU趋势用户数仍有增长，但增长率下降语音ARPU不断下降，数据ARPU逐年上升语音和数据ARPU趋势05101520252006200720082009201020112012语音ARPU数据ARPU全球用户数增长趋势01,0002,0003,0004,0005,0006,00020062007200820092010201120120.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%用户数（百万）增长率移动通信不断提升带宽199019952000200220052007200920112015Analog28.8KbpsAnalog56KbpsADSL256KbpsADSL1.2MbpsADSL212MbpsADSL2+24MbpsVDSL2200MbpsPON1~10Gbps1Mbps10Mbps100MbpsGPRS53.6KbpsWR99384KbpsWR514.MbpsLTE100Mbps600ms150ms100ms55ms40ms15ms600ms200ms50ms15ms100ms移动用户享有固网用户同等的业务感受LTE的新业务业务类型GPRS/EDGEUMTSLTESMS★★★MMS★★★Web浏览★★★Email★★★高速web浏览★★视频电话★★普通网络游戏★★企业VPN★★高清视频点播★基于MBMS的移动视频广告★MobileWeb2.0★高端网络游戏★收益和业务量不匹配语音业务主导数据业务主导业务量收入时间收益并未随业务线性增长网络成本(引入LTE)利润只有降低每数据bit成本才能获取利润网络成本(维持现有技术)无线技术向LTE演进HSPA+DL40MBps;UL10MbpsTD-HSDPA2.8MbpsTD-HSUPA2.2MbpsWCDMA384KbpsHSDPA1.8/3.6MbpsHSDPA7.2MbpsHSUPA1.4~5.8Mbps1GbpsLTE+LTETDD1LTETDD2LTETDDDL:100MbpsUL:50MbpsTD-HSPA+DL:25.2MbpsUL:19.2MbpsEV-DORel.0DL:2.4MbpsUL:153.6kbpscdma20001x153.6kbpsD0Rel.ADL:3.1MbpsUL:1.8MbpsDoRevB(MultiCarrierDO)DL：46.5MbpsUL:27MbpsLTEFDDDL:100MbpsUL:50MbpsGSMEDGE120KbpsGSMGERAN240K-2MbpsTD-SCDMA384KbpsLTE主要设计目标峰值速率：下行峰值100Mbps，上行峰值50Mbps时延：控制面IDLE—〉ACTIVE:100ms用户面单向传输:5ms移动性：350km/h（在某些频段甚至支持500km/h）频谱灵活性：带宽从1.4MHz~20MHz（1.4、3、5、10、15、20）支持全球2G/3G主流频段，同时支持一些新增频段LTEFDD/TDD的比较－性能层面仿真条件带宽：10MHzMIMO:DL:2x2,UL1x2,终端速度：3km/h频谱效率1.731.620.901.0000.511.52LTETDDLTEFDDVoIP容量50.0045.040102030405060LTETDDLTEFDDDL(bit/Hz)UL(bit/Hz)VoIPUsers/MHz小区距离：500mTDD上下行比例：1：1VoIP速率：12.2kAMRLTE/SAE网络总体架构网络架构更趋扁平化和简单化减少网络节点，降低系统复杂度以及传输和无线接入时延减小网络部署和维护成本eNBMME/S-GWMME/S-GWeNBeNBS1S1S1S1X2X2X2E-UTRANUTRANLTE/SAE网络结构SGSNGPRSUMTSE-UTRANcdma2000MMEHSSPCRFServingGWPDNGWBTSBSC/PCUNodeBRNCeNodeBS2aS1-US6aGxS5/8GbIuS1-MMES12S3S4S11SGiS9S10UserplaneControlplaneBTSInternetCorporateInternetOperatorServiceNetworkEPS(EvolvedPacketSystem)S6dPDSNBSCSAEA10/A11LTE技术优势1：高速、高效、低时延00.511.522.5HSPAHSPA+LTEUplinkDownlink020406080100120140160180200HSPAHSPA+LTEUplinkDownlink010203040506070HSPAHSPA+LTE峰值速率平均频谱效率延迟msbps/HzMbps×10+×4÷6更高的速率DL:90MbpsSISO;172Mbps2*2MIMO;326Mbps4*4MIMOUL:58Mbps16QAM;84Mbps64QAM更高频谱效率DL:3~4timesHSDPA(2*2MIMO)UL:2~3timesHSPA+(1*2MIMO)更低时延信令时延100ms，业务环回延迟10msLTE技术优势2：简单、灵活和统一的网络GGSNSGSNRNCNodeBNodeB业务信令传统网络SAE-GWMMEeNodeBeNodeB业务信令扁平网络VSCSNodeBRNCTDM/ATM/IPPSATM语音数据eNodeBPSIP语音＋数据传统网络业务(语音数据)全IP，承载全IPVSLTE技术优势3：更低成本(节省TCO)3GHSPAHSPA+LTECostperMbyte~50%~70%GSMModule@20MHzLTEModule@20MHzCAPEXOPEX－SON引入3GPPR8LTE已完成LTE(FDD/TDD)：LTE协议08年3月发布第一版，09年3月已发布商用版本协议。3GPPLTETDD和FDD标准制定进度一致LTERel8标准已于2009年3月功能冻结，为产业链各环节厂商尽快推出LTE商用产品奠定基础。SAERel8(Approval)3GPPSAERel8（EnhancementandImprovement）LTERel8(Approval)200820092010SAERel8(FunctionallyFreezing)LTERel8(FunctionallyFreezing)LTEAdvancedRel9LTERel8(EnhancementandImprovement)华为在LTE商用化过程中起到了非常关键的作用首先，华为作为NGMN的发起人，积极参与NGMN的一些关键项目的研究，比如网络自优化、系统架构和网络性能评估等第二，华为在3GPP上提供了大量的提案第三，华为已经成为LTSI正式成员第四，华为和业界一流运营商紧密合作，积极开展IOT测试和现场测试LTE三大组织3GPP、NGMN和LSTI对LTE产业的推动功不可没。华为在这三个组织中都扮演了极为重要的角色。华为在3GPP的多个工作组SA5，SA2，SWGC，CT1和RAN2中担任副主席，积极推动协议的发展完善；作为NGMN的一员，华为成立了专门的团队与NGMN合作，致力于白皮书和其他任务如SON、系统结构和网络性能的研究；华为于2007年加入LSTI并成为LSTISteeringBoard的成员，致力于跨厂商的IODT/IOT测试，并积极组织与终端厂商、芯片厂商的合作，推动整个产业链健康发展。LTE终端芯片共平台LTEFDD/TDD同一个平台完整的芯片解决方案:DBB/RF/ABB/PMU在存储、运算速度、功耗等方面作了专门的优化DBB(DigitalBaseband)ThesameHWarchitectureShare70%~inSW(protocolstack,algorithm,etc.)RFThesameHWarchitectureTDDhavespecificRxandTxchainsturningon/offcontrolandpowercircuitcontrolrequirementABB(AnalogBaseband)ThesameforFDD/TDDPM(PowerManagement)ThesameforFDD/TDDLTEterminalchipset（DBB/RF/ABB/PM）LTEterminalsolution（CPE/datacard/handset）运营商选择演进路线②①③GSMUMTSLTEHSPA+HSPACDMA④⑤TD-SCDMAGreenfield各种制式网络数(2008年)GSM423GSM+UMTS217UMTS237CDMA+UMTS6CDMA+GSM28CDMA151演进路线典型运营商典型运营商策略GSM-LTE限制对UMTS（HSPA）的投资，跳过HSPA＋，直接上LTE（2010年）UMTS-LTE坚定3G战略，至少到2018～2020年，投资HSPA＋，LTE作为长期演进CDMA-LTECDMA转向LTE，积极推动LTE商用(2010年)TD-SCDMA-LTE积极推动TD-LTE产业发展，目标2010年商用Greenfield-LTESpectrumcom原Cable运营商LTE全球部署时间日本/韩国2009/2010北美2010/2011东欧~2015西欧2011/2012中国2011/2012非洲2018亚洲发展中地区2015南美~2016ITU-RIMT-Advanced简介IMT-Advanced项目从2008年2月的ITU-RWP5D第一次会议开始，计划2011年完成。当前已知的候选技术3GPPLTE-AdvancedIEEE802.16m,etc.IMT-Advanced要求的峰值速率1Gbps(静止和低速)100Mbps(高速)interconnectionIMT-2000LowHigh1101001000Mobility1101001000DigitalBroadcastSystemsNomadic/LocalAreaAccessSystemsNewNomadic/LocalAreaWirelessAccessNewMobileAccessinterconnection1101001000PeakDataRate(Mb/s)IMT-2000DigitalBroadcastSystemsNomadic/LocalAreaAccessSystemsSystemBeyondIMT-2000EnhancedIMT-2000IMT-AdvancedLTE-AdvancedLTE频段全球应用分布LTE频谱分析－TDD频段中国欧洲北美建议1900-1920PHSUMTS相邻，需干扰保护PCS相邻，需干扰保护国外基本TDD可用，但带宽较小，10-20Mhz2010-2025TDSCDMA可用频段可用频段1850-1910CDMAWLLDCS频段用于GSM和CDMA用于LTETDD难度较大1930-1990CDMAWLLUTMSFDD频段用于GSM和CDMA1910-1930PHSUTMSFDD频段PCS中间频