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1、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）,12.1 B3G/4G系统概述 12.2 3GPP LTE系统 12.3 LTE-Advanced 12
2、.4 IEEE 802.16m,内容提要（Contents）,12.1 B3G/4G系统概述 12.2 3GPP LTE系统 12.3 LTE-Advanced 12.4 IEEE 802.16m,12.1.1 B3G/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,12.1.1 B3G/4G的起源与基本特征,移动通信系统演进示意图,移动宽带化,宽带移动化,12.1.1 B3G/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
3、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,12.1.1 B3G/4G的起源与基本特征,B3G/4G的基本特征,2000年10月，ITU成立了“IMT 2000 and Beyond”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IEEE 802.11m列为IMT-Advanced的候选技术。 2012年1月18日， ITU正式将LTE-Advanced和IEEE 80
4、2.11m确定为IMT-Advanced（即4G）国际标准。,12.1.2 B3G/4G研究计划,ITU,欧盟,12.1.2 B3G/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NTT DoCoMo、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,12.1.2 B3G/4G研究计划,日本的4G研究计划
5、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 。,中国,12.1.2 B3G/4G研究计划,LTE-A vs IEEE 802.16m,12.1.2 B
6、3G/4G研究计划,LTE标准与关键技术的进展,Time,2007,Q4,Q1,Q2,Q3,Q4,Q1,Q2,Q3,Q4,Q1,Q2,Q3,Q4,Q1,Q2,Release,2008,2009,2010,2011,Rel8 WI,Rel9 WI,Rel10 WI,Q3,LTE-A SI,Q2,LTE SI,Rel-8,Rel-9,Rel-10,ITU 4G,OFDM技术,12.1.3 B3G/4G的共性技术,频率选择性衰落 码间串扰 均衡器难以实现,MIMO技术,12.1.3 B3G/4G的共性技术,频谱资源紧张 空间维度 空时处理,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
7、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,12.1.3 B3G/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,干扰抑制技术,12.
8、1.3 B3G/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）,12.1 B3G/4G系统概述 12.2 3GPP LTE系统 12.3 LTE-Advanced 12.4 IEEE 802.16m,LTE的2高2低,LTE的主要指标和需求,LTE的主要指标和需求,与LTE相关的主要组织,NGMN：由全球主要移动运营商发起的、旨在引导和推动
9、无线网络演进与发展的组织 3GPP：移动通信系统标准制定组织 LSTI：设备制造商与运营商联合成立的测试组织，通过联合测试与试验推动LTE的产业化进程,网络架构：全IP扁平架构,MIMO,OFDM,多带宽选择,提升宽带能力 降低网络时延,1.4M,3M,5M,10M,15M,20M,Refarming 2G,Backward UMTS,Extension Bands,LTE关键技术,LTE关键技术-全IP扁平化网络的演进,传统架构 .vs. LTE 的扁平架构,网络架构趋于扁平化和简单化 网络扁平化降低接入延时，改善用户体验 网络简单化降低系统复杂度，部署简单，易于维护，有效降低TCO 取消B
10、SC的集中控制，避免单点故障，提高网络稳定性,网络结构的演进是逐渐放弃电路交换和业务的过程,业务中心逐渐向数据域转移 原有电路交换和相关业务逐渐淡出，被IMS为基础的业务控制系统取代,PSTN,Internet,HSS,BTS,BSC,MSC,SGSN,GGSN,GMSC,HLR,RNC,NodeB,IMS,PGW,PCRF,SGW,MME,eNB,IMS,LTE的网元功能,LTE的协议结构全部基于IP的信令,信令流,数据流,E-Node B,PHY,UE,PHY,MAC,RLC,MAC,MME,RLC,NAS,NAS,RRC,RRC,PDCP,PDCP,APP,UDP,GTPU,IP,S,1
11、,AP,SCTP,SGW,IP,UDP,GTPU,IP,SCTP,S,1,AP,X,2,AP,从传统频分、码分向正交频分演进,（c）CDMA 频谱,多址技术,12.2.1 LTE无线传输技术,下行 OFDMA（PAPR） 上行 单载波OFDM（SC-FDMA）,LTE所用OFDM的主要参数,LTE关键技术- 高阶调制带来更高效率,64QAM,16QAM,LTE关键技术- MIMO：从单天线向多天线演进,MIMO技术本质 多天线发射接收，充分利用空间维度，若采用复用技术，则可成倍的提升空口速率，或者采用分集技术（多径）产生解调增益，总体可以理解为一种空分复用技术 复用和分集产生的增益对应吞吐率和
12、可靠性的提升，两者可以认为都是牺牲其中的一种增益而得到另一种增益。 MIMO技术优势 MIMO技术可以同时在基站和UE上使用 提升用户吞吐率、小区容量和覆盖 很容易和OFDM技术融合起来 LTE基站支持自适应MIMO，灵活支持空间复用或分集复用,LTE 的链路自适应技术AMC,基于信道质量信息反馈： 调整数据速率来补偿信道条件 好的信道条件更高速率 坏的信道条件更低速率 调整编码速率来补偿信道条件 好的信道条件高速率编码 坏的信道条件低速率编码 调整调制方案来补偿信道条件 好的信道条件高阶调制 坏的信道条件低阶调制 CQI（Channel Quality Indicator）信道质量信息反馈：
13、 UE 测量信道质量 报告 给Node B 基站基于CQI来选择调制方案、块大小和数据速率,Terminal,eNB,CQI,SINR,LTE关键技术-分组调度：不需要显示回收资源,LTE是完全面向分组业务优化的系统，不再采用面向连接的电路交换技 术，此原则应用于系统协议栈的所有层。 分组交换无线接口的核心是采用动态调度共享传输资源。在每个TTI(1ms)，系统依据每个用户的信道状态自适应调度资源,包括：频域 和时域资源、MIMO配置及层数的自适应、调制和编码的自适应等，从而也实现了多用户分集。,无线帧结构-FDD,每个10ms无线帧被分为10个子帧 每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5ms
14、Ts=1/(1500*2048) 是基本时间单元 任何一个子帧即可以作为上行，也可以作为下行,无线帧结构-TDD,每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成 特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms 支持5ms和10ms上下行切换点 子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送,TD-LTE的灵活时隙配置,TD-LTE物理层有 5ms和10ms两种上下行切换周期 7种不同上下行时隙配比方式 5ms切换周期：1DL:3UL, 2DL:2UL, 3DL:1UL , 3DL:5UL 10ms切换周期：6DL:3UL, 7DL:2UL
15、, 8DL:1UL,固定下行,固定上行,5ms转换点：,10ms转换点：,OFDM资源的时频结构表示方法,物理资源的映射举例,每个小方块代表一个RE 有些RE被参考信号和公共信道占用,LTE可以根据用户信道质量调度合适的无线资源,LTE的关键技术-干扰抑制,LTE不支持软切换，同频组网带来的严重的干扰问题； 异频组网则会导致频谱利用率很低；,LTE关键技术-灵活的带宽支持,LTE,UMTS,CDMA,20MHz,1*20M,4*5M,16*1.25M,内容提要（Contents）,12.1 B3G/4G系统概述 12.2 3GPP LTE系统 12.3 LTE-Advanced 12.4 IE
16、EE 802.16m,移动通信的技术发展并未止步,IMT-Advanced! 支持100M1G bit/s的数据速率 支持多种接入网络的互联互通 支持可扩展的带宽使用,4G！ITU IMT-Advanced！,LTE-Advanced： 真正的4G,2008年3月，在被视为3.9G的LTE标准化接近完成时，作为在LTE基础上的继续演进项目，3GPP启动了真正代表4G技术的LTE-Advanced项目,LTE-Advanced提出的背景,满足ITU-R IMT-Advanced 技术征集的需要 3GPP LTE作为当前最受关注的宽带移动通信标准，其向IMT-Advanced阶段进一步演进是毋庸置疑的 进一步巩固3GPP LTE标准在未来市场竞争中的优势地位 由于LTE已经消耗了学术界和技术领域大量的技术储备，所以LTE-Advanced不会再是技
