LTE关键技术与网络演进PPT课件.ppt

2012年10月18日 LTE关键技术与网络演进 中国电信股份有限公司北京研究院 2020 3 20 汇报提纲 2 1 2 背景 关键技术 3 网络演进 4 面临挑战 LTE的来源 3 为了与WiMax等无线宽带技术竞争 做好 移动 BWA 3GPP从2004年开始在R8版本的标准中研究LTE技术 R8R9R10R11R12 LTE采用OFDM MIMO和高阶调制等技术 网络结构趋向于扁平化结构 主要技术特征如下 在系统带宽为20MHz情况下 最大超过下行100Mbps 上行50Mbps 控制面时延小于100ms 用户面延时小于10ms 频谱扩展性好 1 4 3 5 10 15 20 100MHz灵活配置 支持更多的同时在线用户 最大200活动用户 5MHz 移动性 覆盖 广播等方面性能提高 解决增值业务 移动互联网业务和智能终端用户的快速发展与网络承载能力限制之间的矛盾 4 LTE适合移动互联网应用的设计 高速上网 大量用户同时在线 实时业务永远在线 自配置自优化 全IP扁平网络架构 低传输和控制延迟横向直连接口 X2 OFDMA MIMO 170 340Mbps频谱效率 HSPA的2 3倍 LTE成为运营商未来的主要选择 5 GSA2012年9月的统计 全球338家运营商承诺部署LTE网络 48个国家的105个LTE网络已商用 在105个LTE商用网络中 94个为LTEFDD 9个为TD LTE 2家融合网络 17家是CDMA运营商 均采用LTEFDD 其余为GSM WCDMA运营商 2012年6月底LTE用户数已超过2760万 Verizon 超过1000万 NTTDoCoMo 500万 与SKT 400万 拥有新频段 3G容量接近饱和 拥有LTE专有频段 竞争对手技术升级的挑战 CDMA2000产业面临挑战 WiMAX和TD S产业面临挑战 运营商上市LTE终端信息 GSA 10月3日截止 的统计全球67家制造商已发布467款LTE终端 其中 智能手机114款 数据卡USBDONGLE81款 路由器166款 LTE模块45款 平板电脑38款 以及笔记本电脑 PC卡等 其中智能手机增长最迅速 387款仅支持FDDLTE 39款仅支持TD LTE 41款支持FDDLTE和TD LTE143款支持DO双模 包括8款支持TD LTE和DO 该8款无智能手机700M 2 6G 1 8G应用最广 支持终端数分别215 133和104款 800M 1 8G 2 6G都支持86款 1 8G终端发展最快多频多模 如CMCC无论是数据终端还是话音终端大规模采购 都要求必须至少支持TD LTE FDD LTE GSM TD SCDMA WCDMA五种制式11个频段 6 策略1 数据卡 Router策略2 数据卡 Router 智能手机 智能手机是LTE发展主要推手 Cat110 5Mbps 16QAM 2 1Cat251 25Mbps 16QAM 2 2Cat3102 51Mbps 16QAM 2 2Cat4150 51Mbps 16QAM 2 2Cat5302 75Mbps 64QAM 4 4Cat6300 50Mbps 16QAM 4 2Cat7300 100Mbps 16QAM 4 2 6 LTE频率呈现区域性差异 碎片化严重 7 策略1 低频 如Verizon700M 快速覆盖策略2 低频 中频 如SKT800M 1800M 策略3 中频 如Docomo2 1G和KT1 8G 重点覆盖策略4 低频 中频 高频 如800M 1800M 2600M 运营商频率组合一般都有中低频 8 60MHz 60MHz 15MHz FDD Up TDD TDD Ex Down 100MHz TDD 2400 2300 ISM 2483 5 ISM WLAN oven bluetooth 83 5MHz 2500 TDD 2690 190MHz MSS FDD Down 中国的LTE频谱规划 信部无 2002 479号文和 2012 436文 1900 1920 1980 2010 2025 2110 2170 1880 1805 1755 30MHz 30MHz 1850 FDDS FDDS 40MHz IMT的主要频段 55 2 60 175MHzIMT的补充频段 100 2 30 160MHzIMT的卫星频段 2 30MHzIMT的扩展频段 2 85M 2G 190MHz PHS 755MHz 15MHz 15MHz 20MHz CM 35MHz CT 2 15MHz CU 2 15MHz 国内运营商频谱资源对比 中国电信 CDMA800 2X10MHz 825 835 UL870 880 DLCDMA2000 2x15 2x10MHz 825 835 UL870 880 DL1920 1935 UL2110 2125 DL2G 20MHz3G 30MHzTotal 50MHz高 2 1G 1 8G低 800M 450M 中国移动 GSM900 2X24MHz 885 909 UL930 954 DLGSM1800 2X2x10MHz 1710 1720 UL1805 1815 DL1725 1735 UL1820 1830 DLTD SCMDA 2010 2025 TD LTETrail 2570 26201880 1900 2320 23702G 88MHz3G 15MHz4G 120MHzTotal 243MHz高 1 9G 2 6G 3 5G 低 450M 700M 中国联通 GSM900 2X6MHz 909 915 UL954 960 DLGSM1800 2X15MHz 1740 1755 UL1835 1850 DLWCDMA 2X15MHz 1940 1955 UL2130 2145 DL2G 42MHz3G 30MHzTotal 72MHz高 1 8G 2 1G底 450M 900M 2G 3G 4G 总计 9 LTE频率预期 汇报提纲 10 1 2 背景 关键技术 3 网络演进 4 面临挑战 LTE及其演进成为宽带无线发展共识 LTE Advanced及802 16m成为4G IMT A 的2大技术新一代技术以OFDMA为特征 4G概念弱化 11 R99R4R5R6R7R8R9R10 无线接入网采用WCDMA技术 RNC NodeBIur Iub Iu采用ATM标准OSA便于第三方参与各种新业务的开发CAMEL3 无线接入网引入TD SCDMACS域承载与控制分离 MSCServer MGW新的信令 BICC SIP T H 248TrFO技术 无线接入网引入HSDPAIMS域 接入无关性CAMEL4 3GPP的标准完善 R10冻结 无线接入网引入HSUPA 5 76Mbps WiFi MBMSIMS域增强 接入无关性和QoS网络共享 多接入 核心网络共享 无线接入网引入LTE 100 50Mbps 20MHz 无线接入网引入HSPA 28 42 10Mbps 提供xDSL和CableModem等固定接入方式 无线接入网引入LTE 1000 250Mbps 100MHz 引入基于LTE的定位技术 基于LTE的家庭基站技术eCSFB eHRPD和PCC增强 12 LTE使用的先进技术 多址技术 OFDMA多天线技术 MIMO信源编码技术 AMR VoIP纠错编码技术 TC HARQ干扰消除技术 ICIC SFR链路自适应 AMC CQI动态资源调度 eNodeB扁平架构 X2新一代核心网 EPC策略控制 PCC广播多播 e MBMS 13 高速率传输 100 50Mbps高频谱利用率 2 3倍HSPA多用户接入 200个 5MHz高抗干扰能力速率能够按需分配时延降低 10 100ms提供不同QoS要求的多种业务与其他系统互操作 C W L TDMA FDMA CDMA OFDMA TimeDivision FrequencyDivision CodeDivision FrequencyDivisionOrthogonalsubcarriers LTE关键技术 OFDMA User1 User2 User3 User 14 LTE帧结构 15 资源单元 RE 1个OFDM符号 子载波间隔15KHz资源块 RB 12个子载波 180KHz 1个时隙 0 5ms 7个OFDM符号 短CP 84个RE6个OFDM符号 长CP 72个RE 频带可扩展性 5MHz 300子载波 25RB 10MHz 600子载波 50RB 15MHz 900子载波 75RB 20MHz 300子载波 100RB 15kHz frequency LTE关键技术 MIMO 16 空间复用 高速数据被分成几个并行的低速数据流 在无线链路两端均采用多根天线分别同时接收与发射 在无需增加频谱资源和发射功率的情况下 成倍地提升通信系统的容量与可靠性 传输分集 利用发射 接受分集获得分集增益 从而提高信噪比波束赋形技术 使辐射方向图的主瓣自适应的指向用户来波方向 从而提高性噪比 空间复用 传输分集波束赋形 LTE关键技术 链路自适应 17 链路自适应的核心技术是自适应调制和编码 AMC 系统根据信道质量为每个子载波动态选择合适的调制方案和编码率 下行链路 eNodeB可以根据CQI反馈来选择调制和编码率 是上行eNodeB能通过信道探测 如SRS 探测参考信号 对支持的上行数据速率做出估计 LTE关键技术 HARQ 18 混合自动重传请求 HARQ 技术是基于前向纠错 FEC 和自动重传请求 ARQ 等差错控制方法来降低系统的误码率以保证服务质量的信道编码技术 LTE关键技术 ICIC 19 ICIC Inter cellInterferenceCoordination 小区间干扰协调 是通过管理无线资源使得相邻小区间干扰得到控制 是一种考虑多个小区中资源使用和负载等情况而进行的多小区无线资源管理功能 软频率复用 SFR 部分频率复用 PFR LTE系统性能 20 更高的峰值速率100MbpsDL 20MHz 2x2MIMO 50MbpsUL 20MHz 1x2 更高的频谱效率3 4xHSPAR6inDL 2 3xHSPAR6inUL1bps Hzbroadcast 提高小区边缘性能2 3xHSPARel 6inDL 2 3xHSPARel 6inULFullbroadbandcoverage 灵活的带宽配置1 4 3 5 10 15 20MHz 低时延 5msuserplane UEtoRANedge 100mscampedtoactive 50msdormanttoactive 扁平化的全IP网络结构Simplifiednetworkarchitecture Assumes2x2inDLforLTE but1x2forHSPAR6 与其它无线技术的互操作Interruptiontime 500msforNRTInterruptiontime 300msforRT 4G LTE Advanced 是LTE的发展演进 3GPPR8LTE 2008 12 3GPPR9LTE 2009 12 3GPPR10LTE Advanced 2011 LTE家庭基站管理及安全LTEpico基站M2M类型自管理自组织 SON 增强 提供更高的带宽 CA 异构网络 HetNet 增强RelayeMBMSSON的增强POOL MME SGWPCC的增强 3GPPR11LTE Advanced 2012 3GPPR12LTE Advanced 2014 21 LTE A新技术 CA 22 TDD频段 美洲 总频率 MHz 上行 MHz 下行 MHz 欧洲 亚洲 日本 FDD频段 1 2 3 4 5 7 8 9 6 2x25 2x75 2x60 2x60 2x70 2x45 2x35 2x35 2x10 824 849 1710 1785 1850 1910 1920 1980 2500 2570 1710 1755 880 915 1749 9 1784 9 830 840 869 894 1805 1880 1930 1990 2110 2170 2620 2690 2110 2155 925 960 1844 9 1879 9 875 885 10 2x60 1710 1770 2110 2170 11 2x20 1427 9 1447 9 1475 9 1495 9 788 798 758 768 777 787 746 756 2x10 2x10 13 12 2x18 698 716 728 746 14 704 716 734 746 2x12 17 815 830 860 875 2x15 18 830 845 875 890 2x15 19 832 862 791 821 2x30 20 1447 9 1462 9 1495 9 1510 9 2x15 21 3410 3500 3510 3600 2x90 22 2000 2020 2180 2200 2x20 23 1626 5 1660 5 1525 1559 2x34 24 1850 1915 1930 1995 2x65 25 814 849 859 894 2x35 26 FDD频段 LTE A系统设计需求要求对LTE20MHz的带宽进行扩展 达到100MHz带宽难以设计找不到频率资源 3GPP划分了28个FDD 12个TDD频段 碎片化严重载波聚合 CA 以载波为单位的设计可利用零散的载波 LTE Advanced关键技术 CA 支持最多5个载波聚合 最大带宽达到100MHz每个载波可以后向兼容LTER8 R8UE可以接入某个载波 只要把这个载波设计与R8兼容分为带内CA 连续与非连续 带间CA 异系统CA等 目前聚焦下行CA 23 LTE Advanced关键技术 HetNet 广义异构网 泛指不同无线接入技术的混合组网 包括LTE GSM UMTS CDMA2000 WLAN等混合组网狭义异构网 HetNet 由宏基站和低功率节LPN lowpowernode 点组成 LPN包括pico femto relay RRH等节点 24 Picocell 指通过有线连接到核心网 由运营商规划部署的一种低功率基站 Femtocell 指通过家庭宽带连接到核心网 由用户部署的一种低功率基站 Femto也称为HNB UMTS 或HeNB LTE Relay 指通过无线连接到施主基站的一种低功率基站 可以改善高速率覆盖 群移动 小区边缘覆盖和扩展覆盖RRH 指通过有线连接到BBU的射频拉远型低功率基站 即常说的RRUAAS 有源天线 RRU 天线 汇报提纲 25 1 2 背景 关键技术 3 网络演进 4 面临挑战 26 PS域 RAN 增值业务网 LTE网络结构 IMS 智能业务网 无线接入网 核心网 EPC TD LTELTEFDD LTE扁平化网络架构 27 aGW PS域 相对于3G网络 LTE将RNC和NB合成一个网元eNB 使LTE无线接入网络更加扁平化 无论控制面还是用户面 时延更小 AllIP 核心层只有PS域 且控制与承载相分离 由IMS统一承载全业务 RNC的功能被拆分至MME S GW以及eNB中 S GW RNC中的用户平面承载功能 MME RNC中的大部分控制平面功能 eNB RNC中的终端切换管理功能 LTE系统架构 28 eNB功能 无线资源管理相关的功能 包括无线承载控制 接纳控制 上 下行动态资源分配IP头压缩与用户数据流的加密UE附着时的MME选择提供到S GW的用户面数据的路由MME功能 处理控制 信令信号寻呼消息分发安全控制空闲状态的移动性管理SAE承载控制S GW功能 处理数据 语音等业务终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包支持由于UE移动性产生的用户平面切换 LTE相关的节点接口S1 MME eNB和MME之间的控制面协议S1 U eNB和SGW之间的接口X2 eNodeB之间的接口LTE Uu 无线接口 LTE与CDMA2000的语音域互操作 29 CSFB 应用场景为LTE与1x重叠覆盖 LTE只提供数据业务 LTE 1x双模终端用户的语音业务回退到CDMA1x网络进行 R8CSFBR9DualRxCSFBR9eCSFBR10DualRx TxCSFBVoLTE LTE提供VoIP业务SRVCC 应用场景为LTE的覆盖范围比LTE覆盖小 LTE提供VoIP业务 LTE 1x双模终端用户在使用VoIP业务过程中移出LTE覆盖 LTEVoIP切换到CDMA1x网络的电路域 语音业务继续进行 SVLTE SVLTE针对双收双发的双模终端 LTE只提供数据业务 终端可以同时接收LTE和1x网络信号 对标准和网络结构都没有影响 策略1 先CSFB 后VoLTE UMTS运营商和KDDI 策略2 先SVLTE 后VoLTE 多数CDMA运营商 策略3 先CSFB SVLTE 后VoLTE SRVCC策略4 VoLTE SRVCC策略5 VoLTE UMTS运营商选择CSFB多数CDMA选择SVLTE KDDI除外 VoLTE已商用 暂无运营商选择SRVCC LTE与CDMA2000数据域互操作 按切换方式分 数据业务互操作分为优化切换和非优化切换两种 非优化互操作基本不要求无线侧改动 但在切换时会导致部分数据丢失和较大时延 主要用于LTE网络初始部署且仅支持数据下载等时延不敏感业务 优化互操作则要求改动HRPD网络的无线侧 目前 正在讨论一种增强的非优化互操作方式 希望在前两种互操作方式之间取得一种折衷目前 标准支持情况eHRPD设备成熟度还需提升 30 策略1 LTE与eHPRD非优切换策略2 LTE与eHPRD优化切换策略3 LTE与HRPD切换 CDMA运营商一般采取非优切换 LTE与CDMA协同方案 1X承载语音 短信LTE eHRPD承载数据业务能平滑承载的业务 不需改动现网 也不对LTE网络提出额外需求 基于IP的通用数据业务 上网卡类 下载类 浏览类 IM类 社交类 流媒体类等 P GW通过SGi接口连接到数据业务服务器或Internet即可实现业务能力WAP 彩信业务承接 WAP业务可通过P GW直连WAP网关的方式实现业务连续性 WAP网关无需改造 利用现网MMSC和MMSIGW承接LTE彩信业务 实现彩信业务连续性 不能平滑承载的业务 需改动现网 或对LTE网络有额外需求 厂商私有业务 如Qchat 需要基于特定芯片的底层协议开发 客户端开发等 LTE相关业务 这类业务与LTE技术紧密相关 架构与现有架构不同 如定位业务 广播多播业务 31 LTE与CDMA长期共存互为补充 32 EPC网络和CDMA两网并存 协调发展 32 PDSN DPI 1xRTT eHRPD CDMARP网 Internet Internet PGW PCEF TDF HRPD EV DO HA CCG E UTRAN eNodeB SGW LTE MME HSS GTP 演进的3G用户接入 3G用户接入 1X语音接入 HSGW LTE用户接入 电路域 CDMA网络的电路域将长期存在 为用户提供语音业务 依托全覆盖的DO网络为用户提供连续的数据业务 当数据用户漫游到没有LTE覆盖的区域时 用户切换到eHRPD网络 核心网组网架构和建