LTE系统原理

3GPPLTE系统－－背景、原理、系统组成和关键技术彭木根([e-mail])北京邮电大学LTE标准和技术参考资料LTE标准和技术内容提要™下一代宽带移动通信系统™LTE技术理论基础™LTE概述™LTE空中接口协议™LTE物理层定义™LTE系统结构演进™LTE物理层关键技术™LTE系统层关键技术™LTEMBMS技术LTE标准和技术产业与业务发展LTE标准和技术网络和业务结构LTE标准和技术技术趋势1-无线宽带广域，IP多媒体为主导业务，呈现宽带移动化、移动宽带化LTE标准和技术技术趋势2-向接入多元化、网络一体化、应用综合LTE标准和技术无线移动技术演进路径LTE标准和技术三大组织IMT-Advanced演进路线LTE标准和技术WCDMA(3GPP)PerformanceRoadmapLatency(ms)CapacityDL(Mbps/5MHz)PeakDL(Mbps/5MHz)CapacityUL(Mbps/5MHz)PeakUL(Mbps/5MHz)•100•2.5•4.3•1•0.384•75•2.5(4-5)•14•1-2•~2•30-50•4-5•14•~2•4-6•10-1510•4-5*8-10•14*25•~24-5•4-612.5•HSDPA•EnhUL•HSDPAPh2•(GRAKE)•MBMS•EnhULPh2•3GLTE•150•1•0.384•1•0.06420042005•R9920062007-82009WCDMAOFDM(Targets)OFDMon20MHzgives100/50MbpsinDL/ULresp.2x2antennaassumedfortheDL*With2x2MIMOinDLthesenumberswillbehigherLTE标准和技术3GPPLTE需求和目标™3GPPLTE（LongTermEvolution），无线接口和网络架构都是采用全新架构，主要系统目标如下：ƒ更高的频谱效率•峰值速率：下行100Mbps，上行50Mbps每20MHz带宽•频谱效率:下行3-4倍于HSDPA,上行2-3倍于HSUPAƒ改善的覆盖性能•改善小区边界用户的吞吐量，在5公里半径达到昀优ƒ服务质量优化•网络延时:用户面小于5毫秒，控制面小于50毫秒ƒ业务多样性•支持MBMS业务，支持实时性业务，VoIP业务的Qos能够达到电路域的水平ƒ低运营成本LTE标准和技术3GPP2UMB工作LTE标准和技术Cdma2000Roadmap(Source:CDG)LTE标准和技术802.16m的工作计划™更高的峰值速率和频谱效率ƒ更宽带宽、优化MIMO、减少开销™支持多种应用和业务质量和用户环境™互通和互操作LTE标准和技术无缝移动架构下空中接口关键技术™新的无线接口ƒ基于OFDMƒ带宽可扩展ƒ智能天线/MIMO/天线阵ƒFDD/TDD融合ƒ干扰协调ƒ多跳接力™广播/多播业务成为关注点LTE标准和技术全球IMT-Adv.标准LTE标准和技术IMT-Advanced工作计划LTE标准和技术LTE-Advanced与IMT-Advanced的关系RAN#393月4-7日•通过了SID，SI开始•通过了工作计划第2次WS4月7-8日•各公司介绍需求和技术方面观点。•初步明确基本需求和研究方向ITUWP5D#1会议：IMT-A通函发出RAN#405月27-30日•根据WS中明确的研究方向对SID进行必要的修改•完成LTE-Advanced需求RAN#419月9-12日•对LTE-A需求进行必要修改，保证不低于ITUIMT-A需求•向ITU首次提交概念性提案LTE标准和技术IMT-Advanced(4G)的昀低要求™IMT-Advanced昀低要求ƒ小区频谱的有效性ƒ峰值数据速率ƒ小区边缘用户吞吐量ƒ时延•控制平面•传输平面•QoSƒ移动性ƒ切换•支持切换•切换中断时间™IMT-Advanced高速移动环境，支持昀高约100Mbps™低速移动环境或静止环境，支持昀高约1Gbps。LTE标准和技术Performancerequirementsof4GDistinctionsbetweenPortability,NomadicityandMobilityareeliminated.ConnectivityisABC–AlwaysBestConnected.“Commercialservicesinmulti-userenvironmentstargetingpeakdataratesapproaching100Mbpsfor“highlymobile”usersandupto1Gbpsfornomadic(lowmobilityorstationery)users”ƒAnydevice,anyapp,anynetwork,anyplace..6.OpenAccess?ƒIncost,performanceandpower5.Scalableupanddownƒ2G/2.5G/3G/3.xG/LTE,WLAN/WMAN/WPAN,DVB,DABƒBackwardcompatible4.SeamlessroamingamongheterogeneousnetworksƒMayusesensor/cognitivenetworks3.Reconfigurable/dynamicserviceprovisionableƒQoSforpeer-peerservices2.IP/WebbasedservicesƒEfficientspectrumutilization(upto10b/s/Hz)ƒAdvancedantennaandmodulationtechniquesƒ100Mbps@250KMphor1Gbpsnomadic/portable1.HighdataratesLTE标准和技术ServiceContinuityin4GLTE标准和技术3GPPLTE－－3.9G™EUTRA(N)=EvolvedUMTSTerrestrialRadioAccess(Network)ƒUsedin3GPPforLTEtechnology/network™Super3GƒIsreferringtoLTE™3.9GƒUsedtoindicatethatLTEis*not*4GƒRequirementsfor4GaresetbyITU/IMT-advancedLTE标准和技术UMB(TEF?)4GPP?/4GForum2009:802.16m(WiMAX+?)2007:802.16e(WiMAX)IEEE(802.16,20,22)?1M-15M400K-700K150K30K-90KCapacity(bps)1XRTTGSM19982G1XEVDOr0GPRS/EDGE20022.5G1XEVDOrAWCDMA20063GnXEVDOrB/CHSPA+/OFDMA2006-83.5-9GOFDMA/MIMO(LTE/SAE?)?nextGCDMA(3GPP2)GSM/UMTS(3GPP)YearCommercializedCellularTechnologies2G-4GLTE/SAE –Long Term Evolution (3GPP)/System Architecture EvolutionMIMO –Multiple Input/Multiple Output OFDMA –Orthogonal Frequency Division Multiple AccessTEF –Technology Evolution Framework (3GPP2/CDG)UMB –Ultra Mobile Broadband3G = 1st Gen of Mobile Broadband4G = Wireline Substitutable and MobileLTE标准和技术CompetitiveAccessTechnologiesHighMobileMACIPStreaming,HDCDMA/VoIP2-5KM70MbpsFlexibleLicensedCDMA/OFDMACellular3.9Gcdma2000HighMobileMACIPStreaming,HDTDM/VoIP2-5KM40MbpsFlexibleLicensedOFDMA/FDMACellular3.9GUMTS70Mbps1Mbps70Mbps4Datarate*2-5KM2-5KM50M5DistanceVoIPTDMVoIP6VoiceStreaming,HDStreamingStreaming,HD7VideoMAC/IPIPMAC/IP8SecurityMACTDM/ATMMAC9QoSMobileMobilePortable10MobilityMediumMediumLow11Cost(incr)FlexibleSemi-fixedFixed3BWAllocnLicensedLicensedUnlicensed2SpectrumOFDMA/OFDMAT/F/CDMAOFDM/TDM1Technology802.16e/WiMAXCellular3GWLAN802.11n*TypicaloftheseveralpossibleBoldfont=strengthofthetechnologyLTE标准和技术LTEPK.HSPA+LTE标准和技术HSPA+™在现有的3GPP规范上，对HSPA进行增强™保持后向兼容™包括以下几方面的内容：ƒ高阶调制ƒ采用先进的接收机ƒHSPA物理信道的优化ƒMBMS业务的增强ƒMIMOƒCPC（ContinuousConnectivityforPacketDataUsers）LTE标准和技术HSPA演进HSPA+的提出™HSPA演进HSPA+的提出ƒHSDPA现在已经部署,HSUPA将会在2006~2007开始部署ƒ在今后一段时间,HSPA是一种有竞争力的技术,将会得到运营商的相当规模的投资ƒHSPA技术将会继续得到增强•WiMAX技术将促使这一进程加快ƒHSPA演进简称HSPA+™HSPA+定位ƒ定位在PS域ƒ进一步增强HSDPA和HSUPAƒ便于向LTE目标演进™HSPA+进度ƒ计划于2006年12月完成技术研究阶段ƒ标准制定进度落后于LTEƒ研究优先级低，讨论不充分，存在一定的不确定因素！LTE标准和技术HSPA+性能™频谱效率、峰值速率、时延性能继续演进ƒ5MHz载波的频谱效率与LTE相当ƒ支持高峰值速率•DL:14-21Mbpspeak(无MIMO)•DL:28-42Mbpspeak(2x2MIMO)•UL:11Mbpspeak（MIMO+16QAM）ƒ简化RRC状态、扁平化网络结构，降低时延™服务和应用能力增强ƒ提高承载VoIP和其它低速率时延敏感应用的系统容量ƒ减小建立时间，提高对实时服务的支持能力™后向兼容性ƒ后向兼容R99-DCH和HSDPA终端™升级容易ƒHSPA网络向HSPA+升级容易ƒ简单的软件升级LTE标准和技术HSPA+与LTE关系™HSPA+与LTE关系ƒHSPA+不会替代LTE或减慢LTE的进程ƒHSPA和LTE将共存•LTE是一种更高端的技术，商用进程大大落后于HSPA。•LTE在市场上出现时,大多数GSM/UMTS运营商将已部署HSPA，将会出现LTE与HSPA共存现象，就像当前R4和HSDPA一样。•届时LTE可能会用在人口高密度区和热点地区。ƒHSPA+将可实现向LTE平滑过渡LTE标准和技术方案一:HSPA直接向LTE升级UTRANSGSNGGSNIu-psGnMSCGMSCIu-cs阶段0-现在:CS域和PS域共存会话类业务由CS域承载其它类业务大多由PS域承载阶段1-Rel.7:IMS子域进一步增强；一些会话类业务迁移到PS域PS域仍沿用现有的网络架构语音和其它可能的业务仍由CS承载其它类业务由PS域承载aGWLTES1阶段2:适当时机(网络性能需要进一步