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1、,移动通信系统,第十二章 B3G与4G移动通信系统,第十二章 B3G与4G移动通信系统,主要内容： 12.1 标准化进程 12.2 HSPA系统 12.3 EV-DO系统 12.4 LTE系统 12.5 WiMax系统 12.6 IMT-Advanced系统 12.7 本章小结,内容提要,本章主要介绍B3G和4G移动通信系统。首先简要介绍宽带移动通信标准化进展，然后分别介绍HSPA、cdma2000 EVDO、LTE与WiMax等B3G宽带移动通信系统的空中接口与关键技术，最后简要介绍4G移动通信IMT-Advanced (International Mobile Telecommunicat
2、ions-Advanced) 的系统需求。,第十二章 B3G与4G移动通信系统,12.1.1 概述 IMT-2000原含义为International Mobile Telecommunications，工作于2000MHz频段，大约于2000年左右商用。IMT-2000的目标与要求：全球同一频段、统一体制标准、无缝隙覆盖，并至少可实现全球漫游，提供以下不同环境下的多媒体业务：车速环境：144kbps，步行环境：384kbps，室内环境：2Mbps。 当前国际电联ITU-R WP5D工作组负责IMT-2000的标准化工作，该工作组主要负责3G标准系列的定义与建议，并不负责具体的技术规范。IMT
3、-2000的建议标准称为ITU-R M.1457，包括六个无线接口标准，如下图所示。,12.1 标准化进程,其中前五项标准1999年10月被接纳为3G国际标准，第六项标准2007年10月被ITU接纳为3G标准。这些标准中UWC136与DECT只是地区性标准，只有WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA与TDD WiMax等四项标准是具有全球推广能力的3G标准。,图12.1 IMT-2000标准系列,12.1 标准化进程,3G移动通信标准的演进包括3GB3GE3G4G四个阶段，其中WCDMAHSPALTELTE-Advanced标准的演进由3GPP标准化组织负责；cdma2000EVDOU
4、MB标准的研究由3GPP2标准化组织负责；802.16d802.16e802.16m标准的研究由IEEE标准化组织负责，这些标准都正在向4G IMT-Advanced演进。 中国提出的TD-SCDMA标准已融合入WCDMA标准中，韩国提出的WiBro标准已融合入802.16标准中。,12.1 标准化进程,宽带移动通信技术的演进 随着移动通信技术的演进，数据传输速率从300kbps1Mbps10Mbps100Mbps，最终演进到1Gbps的4G要求。,图12.2 宽带移动通信技术标准演进,12.1 标准化进程,12.1.2 3GPP标准演进,3GPP(Third Generation Partn
5、ership Project)组织成立于1998年12月，由ETSI、ARIB、TTC、TTA、CCSA和ATIS等标准化组织构成，负责3G UTRA和GSM系统标准化。其组织结构如图所示。,图12.3 3GPP组织结构,12.1 标准化进程,12.1.2 3GPP标准演进 迄今为止，3GPP组织发布了10个标准版本，主要特征如图12.4所示。,图12.4 3GPP协议版本,12.1 标准化进程,12.1.2 3GPP标准演进 为了进一步提升系统性能，3GPP组织启动了长期演进(LTE)计划。2008年12月发布的R8 LTE版本，引入了OFDMA/SC-FDMA多址接入方式，峰值速率提升为D
6、L: 160Mbps/UL: 50Mbps。目前正在标准化的R9版本对LTE/HSPA+进一步增强，并且重点开展R10 LTE-Advanced的标准化工作。 3G频段最早是在世界无线电管理大会(WARC-92)上经各国协调划分的。其中1885-2025、2110-2200MHz这230MHz的对称频段称为IMT-2000核心频段。 在WRC-2000大会上，为3G分配了2500-2690MHz的新频段。WRC07大会上，为IMT-2000与IMT-Advanced分配了额外的频段，包括：450-470、698-806、2300-2400以及3400-3600MHz频段。这些频段分配在不同的国
7、家与地区有所变化。UTRA与E-UTRA的频谱分配情况如下表所示。,12.1 标准化进程,表1.1 UTRA与E-UTRA的频谱分配,12.1 标准化进程,表1.1 UTRA与E-UTRA的频谱分配(续),12.1 标准化进程,表1.1 UTRA与E-UTRA的频谱分配(续),12.1 标准化进程,12.1.3 3GPP2标准演进,3GPP2(Third Generation Partnership Project 2)组织成立于1999年1月，由ARIB、CCSA、TTC、TTA、和TIA等标准化组织构成，负责cdma2000系统标准化。其组织结构如图所示。,图12.5 3GPP2组织结构,
8、12.1 标准化进程,12.1.3 3GPP2标准演进 迄今为止，3GPP2组织发布了7个标准版本,图12.6 3GPP2协议版本,12.1 标准化进程,12.1.4 WiMax标准演进,WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)标准由IEEE 802.16宽带无线接入(BWA)标准工作组制订。为了推动WiMax产品的一致性验证、兼容性和互操作性，2001年6月由多家制造商与运营商共同组建了WiMax论坛,图12.7 WiMax论坛组织结构,12.1 标准化进程,12.1.4 WiMax标准演进 迄今为止，802.16 标准化组
9、织发布了10个协议版本,图12.8 802.16协议版本,12.1 标准化进程,12.2.1 WCDMA概述 3GPP的WCDMA方案分为UTRA-FDD和UTRA-TDD方式。R99版本的系统参数如下表所示。,表12.5 WCDMA R99的主要参数,12.2 HSPA系统,表12.5 WCDMA R99的主要参数,12.2 HSPA系统,12.2.1 WCDMA概述 1. 物理信道与帧结构,图12.10 WCDMA的物理信道结构,12.2 HSPA系统,图12.11 上行DPDCH/DPCCH的帧结构,12.2 HSPA系统,12.2.1 WCDMA概述 2. 逻辑信道,图12.13 WC
10、DMA逻辑信道结构,12.2 HSPA系统,12.2.1 WCDMA概述 3. 传输信道,图12.14 WCDMA的传输信道,12.2 HSPA系统,12.2.1 WCDMA概述,图12.15 逻辑信道与传输信道间的映射,12.2 HSPA系统,12.2.2 HSDPA 1. 主要特点 HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access)是3GPP R5版本引入的增强性技术，旨在提高下行分组数据业务速率，为了充分跟踪信道的动态变化，发送时间间隔(TTI)从R99的10/20/40/80ms缩短为2ms，并且采用了共享数据信道结构。主要技术特点包括：高阶调制、速率控制
11、、分组调度与HARQ，下面分别介绍。,12.2 HSPA系统,12.2.2 HSDPA (1)速率控制与高阶调制 HSDPA系统中，利用UE测量的信道质量信息(CQI)可以进行链路的速率控制，通过链路自适应方法，提高数据传输速率。 (2)分组调度 分组调度是HSDPA系统的核心单元，位于NodeB中，每个TTI，调度器根据信道响应质量选择合适的用户发送数据。,图12.16 HSDPA调度原理示意,12.2 HSPA系统,12.2.2 HSDPA (3)HARQ HSDPA采用了基于软合并的HARQ机制，与R99的ARQ机制相比，5ms的重传时延很短，允许对没有正确接收的数据块进行快速重传。 H
12、SDPA系统中采用异步多重停等(Stop and Wait)HARQ机制，减小重传时延，降低系统开销。 所谓异步是指NodeB收到NACK信令后，可以在任意的TTI发送重传数据块，并且NodeB把重传数据块看作新的数据单元进行分组调度。,12.2 HSPA系统,图12.17 HARQ处理流程,12.2 HSPA系统,12.2.2 HSDPA 2. 系统性能 按照使用码道数目、HARQ缓冲区长度、Turbo码码率与调制种类，可以定义12种HSDPA终端(UE) 。 HSDPA终端可以分为三大类，5/10/15码道，峰值速率为1.8Mpbs、3.6Mbps、7.2Mbps与14.4Mbps。这些峰
13、值速率是指NodeB所能够支持的数据总和速率，可以由单个用户承载，也可以由多个用户共享。,12.2 HSPA系统,12.2.2 HSDPA 3. 信道结构 HSDPA系统的信道主要包括两个下行信道：HS-DSCH、HS-DCCH，以及两个辅助信道F-DPCH、HS-DPCCH。,图12.18 HSDPA信道结构,12.2 HSPA系统,12.2.2 HSDPA (1)HS-DSCH信道,图12.19 HS-DSCH信道的码资源分配示意,12.2 HSPA系统,12.2.2 HSDPA (1)HS-DSCH信道 HS-DSCH信道采用多码传输方式，扩频增益SF=16，最大码道数目为5、10、15
14、，HS-DSCH与R99下行信道共享码资源，发送时间间隔(TTI)为2ms，在此时中动态分配码资源与信道资源。,12.2 HSPA系统,12.2.2 HSDPA HS-DSCH信道与R99 DPCH信道的比较，主要有四点差别：,图12.20 HS-DSCH信道时域结构,12.2 HSPA系统,12.2.2 HSDPA 与R99系统的DPCH信道相比，HS-DSCH信道并不进行功率控制，NodeB发射总功率扣除控制信道和DPCH信道的发射功率后，剩余功率都分配给HS-DSCH信道。 HS-DSCH信道不进行软切换，从而减少了网络端的处理复杂度，降低了信令开销与处理时延。 HS-DSCH信道只使用
15、Turbo码，有QPSK、16QAM两种调制模式，并且不进行传输信道复用，降低了速率匹配的复杂度。 HS-DSCH信道在PHY/MAC采用HARQ机制，同时在RLC也采用ARQ机制，对信道状态进行快速精细的调整适配，而DPCH信道只在RLC采用ARQ机制，处理时延长，链路速率提升受限制。,12.2 HSPA系统,(2)HS-SCCH信道 High-Speed Shared Control Channel(HS-SCCH)信道承载HS-DSCH信道的控制信令。HS-SCCH信道与HS-DSCH信道并行发送，不进行软切换，用不同的信道化码(OVSF)区分，SF=128，持续时间为3个时隙(2ms)
16、，并分为两个功能部分。 (3)HS-DPCCH信道 Uplink High-Speed Dedicated Physical Control Channel(HS-DPCCH)信道承载用于HARQ的ACK/NACK信息和用于NodeB调度的CQI信息。这些信息直接由R99的上行DPDCH信道承载，命名为HS-DPCCH信道。 (4)F-DPCH信道 为了节省下行码资源，R6版本中引入了Fractional DPCH(F-DPCH)信道承载功率控制信令。对于每个用户的上行链路分配一个SF=256的下行码道进行功率控制比较浪费码资源，因此可以采用同一个OVSF码，用时分方式区分不同用户的功控指令，这就是F-DPCH信道的解决方案。,12.2 HSPA系统,4. 系统处理流程 HSDPA的物理层处理流程总结如下： 1)NodeB中的调度器对评估不同用户的信道条件、每个用户待发送量、特定用户从上次调度到现在的时间以及用户数据的重传情况。根据给定准则选择用户，依赖设备商的不同调度算法。 2)一旦在特定TTI已经选定了用户，则NodeB需要确定HS-DSC
