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1、第第1212章章 B3G/4GB3G/4G移动通信系统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候选选系统统？各有何特点？ B3G/4G的共性技术术有哪些？其基本原理是什么？ 不同4G标标准主要采用了哪些技术术来提高传输传输 速率？n了解B3G/4G的产生背景和基本特征；n了解实现宽带高速数据传输的主要方法（共性技术）；n了解两种4G标准的关键技术。重点：不同4G系统统的特点，B3G/4G共性技术术的原理。难点：两种4G标准的关键技术差异。要求与重点要求与重点内容提要（内容提要（ContentsContents）pp 12.1 B3G/4G1
2、2.1 B3G/4G系统概述系统概述pp 12.2 3GPP LTE12.2 3GPP LTE系统系统pp 12.3 LTE-Advanced12.3 LTE-Advancedpp 12.4 IEEE 802.16m12.4 IEEE 802.16m内容提要（内容提要（ContentsContents）pp 12.1 B3G/4G12.1 B3G/4G系统概述系统概述pp 12.2 3GPP LTE12.2 3GPP LTE系统系统pp 12.3 LTE-Advanced12.3 LTE-Advancedpp 12.4 IEEE 802.16m12.4 IEEE 802.16m12.1.1 B
3、3G/4G12.1.1 B3G/4G的起源与基本特征的起源与基本特征qq 起源起源l l 人们的信息通信人们的信息通信需求越来越高需求越来越高l l 3G3G只能提供只能提供Mbit/sMbit/s量级的传输速率量级的传输速率l l 人类人类信息通信的理想目标信息通信的理想目标还远未实现还远未实现l l “ “部署一代，研究下一代部署一代，研究下一代” ”的工作思路的工作思路12.1.1 B3G/4G12.1.1 B3G/4G的起源与基本特征的起源与基本特征移动通信系统演进示意图12.1.1 B3G/4G12.1.1 B3G/4G的起源与基本特征的起源与基本特征qq B3G/4G B3G/4G
4、的基本特征的基本特征l l 很高的传输速率和大范围覆盖（宽带化、很高的传输速率和大范围覆盖（宽带化、IPIP化）化） l l 丰富的业务和丰富的业务和QoS QoS 保证（业务多样化）保证（业务多样化） l l 开放而融合的平台开放而融合的平台 （融合化）（融合化）l l 高度智能化的网络高度智能化的网络 （智能化）（智能化）l l 高度可靠的鉴权及安全机制高度可靠的鉴权及安全机制 技术术参数3GB3G/4G业务业务 特性优优先考虑语虑语 音、数据业务业务融合数据和VoIP网络结络结 构蜂窝窝小区混合结结构频频率范围围1.62.5GHz28GHz，800MHz低频频带宽带宽520MHz100+
5、MHz速率384kbit/s2Mbit/s20100Mbit/s接入方式WCDMA/CDMA 2000/TD-SCDMAMC-CDMA或OFDM交换换方式电电路交换换/分组组交换换分组组交换换移动动性能200kmph250kmphIP性能多版本全IP（IPV6）12.1.1 B3G/4G12.1.1 B3G/4G的起源与基本特征的起源与基本特征qq B3G/4G B3G/4G的基本特征的基本特征n2000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。n2005年10月18日，ITU将B3G技术正式定名为IMT-
6、Advanced。n2010年10月，ITU将LTE-Advanced和IEEE 802.11m列为IMT-Advanced的候选技术。n2012年1月18日， ITU正式将LTE-Advanced和IEEE 802.11m确定为IMT-Advanced（即4G）国际标准。12.1.2 B3G/4G12.1.2 B3G/4G研究计划研究计划qq ITU ITUqq 欧盟欧盟12.1.2 B3G/4G12.1.2 B3G/4G研究计划研究计划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
7、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。qq 日韩日韩12.1.2 B3G/4G12.1.2 B3G/4G研究计划研究计划n 日本的4G研究计划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
8、的开发的主力却是运营商。 n 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 。阶阶段时间时间研究目标标FuTURE2001年10月至2003年12月开展通用无线环线环 境关键键技术术研究，完成B3G/4G无线线传输传输 系统统的核心硬、软软件研制工作，开展相关传输试传输试验验，向ITU提交有关标标准建议议；完成区位无线线通信环环境所需的硬、软软件研制工作，进进行相应应的业务业务 演示；完成空间间通信试验试验 平台方案的制定以及关键键硬、
9、软软件的研制工作。FuTURE+2004年01月至2005年12月完成通信无线环线环 境的建设设、网间间互联联互通、演示业业务务的开发发，使区位性无线线通信技术术及其应应用达到实实用水平，并使B3G/4G通信技术术及空间间通信技术术达到相对对成熟的水平。FuTURE 2006年01月至2010年12月设设立有关重大专项专项 ，完成通用无线环线环 境的体制标标准研究及其系统实统实 用化研究，开展较较大规规模的现场试验现场试验 。qq 中国中国12.1.2 B3G/4G12.1.2 B3G/4G研究计划研究计划qq LTE-A vs IEEE 802.16m LTE-A vs IEEE 802.1
10、6m12.1.2 B3G/4G12.1.2 B3G/4G研究计划研究计划3GPPLTE-AdvancedIEEE802.16m信道宽带支持1.25MHz-20MHz宽带5MHz到20MHz的可变带宽，在某些特殊情况下可以支持高达100MHz的带宽峰值速率下行1Gbit/s，上行500Mbit/s静止1Gbit/s，移动100Mbit/s移动性0-15km/h(最佳性能）0-120km/h(较好性能）120-350km/h（保持连接不掉线）0-15km/h(最佳性能）0-120km/h(较好性能）120-350km/h（保持连接不掉线）传输技术与多址技术下行OFDMA上行SC-FDMAOFDMA
11、双工方式FDD和TDD尽可能融合，FDD半双工FDD,TDD和FDD半双工调制方式QPSK,16QAM和64QAMBPSK,QPSK,16QAM和64QAM编码方式以Turbo码为主，LDPC编译码卷积码，卷积Turbo码和低密度奇偶校验码多天线技术基本MIMO模型：下行44，上行24个天线，考虑做多88配置支持MIMO技术（基站支持1,2,4,8根发射天线，终端支持1,2,4根发射天线）和AAS(自适应根线阵）技术HARQChase合并与增量冗余HARQ，异步HARQ和自适应HARQ（正在考虑）Chase合并，异步HARQ和非自适应HARQLTE标准与关键技术的进展Time2007Q4Q1Q
12、2Q3Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Release2008200920102011Rel8 WIRel9 WIRel10 WIQ3LTE-A SIQ2LTE SIRel-8Rel-9Rel-10Rel-8: LTE的基本技术和框架 n 扁平化架构n MIMOn OFDM/SC-FDMAn 多样的带宽n Rel-9: LTE的进一步增强与完善n LTE 家庭基站 n 自组织网络（SON）n 广播多播（eMBMS）n LTE定位技术n Rel-10: 瞄准IMT-A性能指标n MIMO技术的增强n 载波聚合（CA）n 中继技术（relay）n 分层异构网络（HetNet）nCompn
13、 ITU 4Gqq OFDM OFDM技术技术12.1.3 B3G/4G12.1.3 B3G/4G的共性技术的共性技术n 频率选择性衰落n 码间串扰n 均衡器难以实现qq MIMO MIMO技术技术12.1.3 B3G/4G12.1.3 B3G/4G的共性技术的共性技术n 频谱资源紧张n 空间维度n 空时处理n空间分集n使用多根天线进行发射和/或接收，根据收发天线数又分为发射分集、接收分集与接收发射分集n空间复用n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n波束成形n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qq 无线资源管理技术无线资源管理技术1
14、2.1.3 B3G/4G12.1.3 B3G/4G的共性技术的共性技术l 原因移动通信系统是资源受限l 资源类型时间空间频率能量l 核心问题在保证服务质量的前提下，提高频谱利用率l 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qq 干扰抑制技术干扰抑制技术12.1.3 B3G/4G12.1.3 B3G/4G的共性技术的共性技术l 目的为提高用户在小区边缘的信息传输速率l 实现方式p干扰随机化：信道加扰和交织方法。p干扰消除：来源于多用
15、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。 p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（内容提要（ContentsContents）pp 12.1 B3G/4G12.1 B3G/4G系统概述系统概述pp 12.2 3GPP LTE12.2 3GPP LTE系统系统pp 12.3 LTE-Advanced12.3 LTE-Advancedpp 12.4 IEEE 802.16m12.4 IEEE 802.16mLTE的2高2低 峰值速率 用户面 控制面 扁平化 高移动性 覆盖性能 用户数 吞吐量 频率利用率 频谱灵活性高
16、速率低TCO低时延高频谱效率LTE的主要指标和需求需求名称需求内容实现主要技术高峰值数据速率 DL 100Mbps/UL 50Mpbs20MHz（DL要求UE侧2接收天线）1、采用高带宽（20M）2、多天线技术（22MIMO）3、高阶调制方式（64QAM）低控制面延迟从驻留状态到激活状态，传输延迟时间小于100ms从睡眠状态到激活状态，传输延迟时间小于50ms单小区在5M带宽下最少支持200用户，更高频谱分配条件下，单小区至少支持400用户1、扁平化网络架构2、短调度周期（1ms）3、调度算法低用户面延迟在“零负载”（单用户、单数据流）和“小IP包”的情况下，用户面延迟不超过5ms1、扁平化网络架构2、短调度周期（1ms）高用户吞吐量下行链路：1、在5% CDF（累计分布函数）处的每MHz用户吞吐量应达到R6 HSDPA的23倍；2、每MHz平均用户吞吐量应达到R6 HSDPA的34倍。上行链路：1、在5% CDF处的每MHz用户吞吐量应达到R6 HSUPA的23倍；2、每MHz平均用户吞吐量应达到R6 HSUPA的23倍。1、多天线技术（22MIMO）2、高阶调制方式（64QAM）3
