第八章-代移动通信系统-—-LTE

移动通信，第8章，第四代移动通信系统LTE，目录，8.1LTE的基本概念和技术，8.2LTE系统的网络结构，8.1.1概述，8.1.2LTE的要求，8.1.3LTE的关键技术，8.2.1概述，8.2.2的标准化现状，8.3.1LTE系统的帧结构，8.3LTE系统的链路结构，8.3.2的物理信道，移动通信理论，学习重点和要求，LTE的要求LTE系统的帧结构、物理信道、物理信号和映射。8.1.1概述，无线网络控制器RNC的取消，采用正交频分复用/FDMA技术，将LTE带宽从5兆赫兹扩展到20兆赫兹，LTE技术创新，SAE项目发布EPS架构，8.1.1概述，概述，LTE支持频分双工和时分双工两种双工模式，还考虑支持半双工频分双工这种特殊的双工模式频分双工双工模式：上行链路和下行链路信号在两个频带上发送，其间有频带保护带。时分双工模式：发射和接收信号在同一个频段，上行和下行信号在不同的时间段发射。H-FDD双工模式：基站采用全双工频分双工模式，终端发送和接收的信号在不同的频段传输，但接收和发送不能同时进行，类似于时分双工。LTE双工模式、8.1.2LTE系统要求、系统容量要求、成本相关要求、系统部署相关要求、系统性能要求、无线电资源管理要求、服务相关要求、复杂性要求、网络架构和迁移要求、LTE系统要求、8.1.2LTE系统要求、峰值速率要求：峰值速率大小与传输载波带宽成比例。传输延迟要求：(1)控制平面延迟要求，为了支持具有5兆赫兹带宽小区的更活跃用户、具有更大带宽小区的200个活跃用户和至少400个活跃用户，下行链路：2天线接收| | 20兆赫兹瞬时峰值速率满足100兆比特/秒，上行链路：1天线传输| | 20兆赫兹瞬时峰值速率满足150兆比特/秒，系统容量要求，8 . 1 . 1传输速率基本概念和技术，(2)用户平面延迟要求用户平面延迟：用户设备(或无线局域网边缘节点)向无线局域网边缘节点(或无线局域网边缘节点)发送IP层数据包以接收单向数据对于E-UTRA系统的用户面来说，在无负载的情况下，小数据包的延时小于5毫秒。图8-1控制平面状态转换和时间延迟要求、8 . 1 . 2 TE系统要求、2频谱效率要求、5 MBMS要求、4覆盖要求、3移动性要求、系统性能要求、1用户吞吐量要求、系统性能要求、8 . 1 . 2 TE系统要求和用户吞吐量指标的示意图分为用户平均吞吐量和小区边缘吞吐量。上行链路和下行链路用户吞吐量要求的比较，1。用户吞吐量要求，8 . 1 . 2 TE系统要求，下行链路频谱效率：3-4倍R6HSPD频谱效率，上行链路频谱效率：3-4倍R6HSPD频谱效率，以支持多小区间移动和切换的低速场景(0-15公里/小时)的优化设计；高速场景(15 120公里/小时)具有高性能；120 350公里/小时(可能需要支持500公里/小时)以下的移动性是通过E-UTRAN中的分组交换来实现的，2。频谱效率要求，3。移动性要求、8 . 1 . 2 TEE系统要求以及用户吞吐量、频谱效率和移动性在5公里的小区覆盖半径内完全满足上述要求。在30公里的覆盖半径内，应完全满足移动性要求，允许用户吞吐量略有下降，允许频谱效率大幅下降。可以支持半径100公里的小区覆盖。(1)更高的光谱效率；(2)在单播和组播混合载波中，小区边缘的MBMS业务的频谱效率与单播业务的频谱效率相同；(3)当在一个小区中或者在两个不同的载波之间切换广播服务信道、广播服务和单播服务时，MBMS服务应该尽可能地减少终端延迟；(4)MBMS业务和单播业务采用相同的多址调制编码方式，终端带宽水平也与单播业务相同；(5)E-UTRA系统支持MBMS业务和语音业务在一个用户中的并发应用(6)E-UTRA系统支持MBMS业务和数据业务在一个用户中的并发应用(7)E-UTRA系统支持MBMS业务在非对称频带中的应用，8 . 1 . 2 TE系统要求，3，频谱部署，4，与3GPP现有系统的共存和互操作性，2，频谱灵活应用，系统部署相关要求，1，部署场景要求，8 . 1 . 2 TE系统要求，E-UTRAN系统支持以下两种部署场景。(1)单独部署场景：在无线网络先前未部署的区域或在UTRAN/GERAN覆盖范围已经存在的区域，E-UTRAN系统可能不是E-ITRAN系统，但是在E-UTRAN和UTRAN/GERAN之间没有互操作性。(2)与现有UTRAN/GERAN的融合部署：E-UTRAN部署在现有UTRAN/GERAN覆盖的区域，并且网络之间存在互操作性。(1)部署场景，8 . 1 . 2 TE系统要求，(1)E-UTRA支持不同带宽的部署场景，支持成对和不成对频段的部署；(2)E-UTRA支持两种广播传输模式“仅下行链路”和“下行链路和链路”，以促进频谱的最佳应用。(3)E-UTRA可以根据运营商或特殊需求灵活配置非传输请求的无线资源；(4)在使用对称和非对称频谱时，避免了不必要的技术差异，并尽可能降低了额外的复杂性。2.灵活的频谱应用，8 . 1 . 2 TEE系统要求，(1)在同一地理区域内，相邻频率共存并与GERAN/3G系统共址；(2)实现同一地理区域内不同运营商系统之间相邻频率和公共站点地址的共存；(3)边界上的系统可以在重叠和相邻频带的条件下共存；(4)可以在所有频段独立部署。(1)E-UTRAN终端必须具有在UTRAN或GERAN进行测量的能力，并且测量对终端复杂度和网络性能的影响是可接受的。(2)在终端复杂度和对网络性能影响有限的情况下，E-UTRAN系统网络需要有效支持不同无线接入系统之间的测量；(3)E-UTRAN和UTRAN系统之间实时业务的切换中断延迟小于300毫秒；(4)E-UTRAN和UTRAN系统之间非实时业务的切换中断延迟小于500ms(e-utran与GERAN系统之间实时业务的切换中断延迟小于300毫秒；4.与3GPP现有系统的共存和互操作性，8 . 1 . 2 te系统要求，以及(6)E-UTRAN和GERAN系统之间非实时业务的切换中断延迟小于500ms；(7)如果支持UTRAN/GERAN和E-UTRAN的双模终端处于非活动状态，则只需要检测GERAN、UTRA或E-UTRA之一的寻呼取消；(8)当在单播模式下在E-UTRAN系统的广播数据流和由8)E-UTRAN系统发送的广播数据流(例如，相同的电视频道)之间切换时，中断延迟满足要求；(9)在单播模式下切换E-UTRAN系统的广播数据流和GERAN系统传输的广播数据流(如同一个电视频道)时，中断延时必须满足要求；(10)当E-UTRAN和10)E-UTRAN系统(如同一电视频道)的广播数据流业务切换时，中断延时必须满足要求；4.与3GPP现有系统的共存和互操作性，8 . 1 . 2 te系统要求，(1)基于分组域的E-UTRAN系统架构；(2)在不增加系统成本的基础上，E-UTRAN系统架构将“单点故障”的可能性降至最低。(3)E-UTRAN系统架构应简化设计，尽可能减少接口数量；(4)E-UTRAN系统架构不应排除无线网络层和传输网络层之间互操作的可能性；(5)E-UTRAN系统架构应支持端到端的服务质量，传输网络层应根据无线网络层的要求提供适当的服务质量。(6)服务质量机制应该考虑各种类型的服务，以便有效地利用系统带宽；(7)E-UTRAN系统架构设计应尽可能减少时延变化(抖动)，以有效支持分组业务传输。网络架构和迁移要求、8 . 1 . 2 TE系统要求，(1)增强无线电资源管理机制以实现更好的端到端服务质量；(2)E-UTRAN系统应在空中接口提供有效的传输和高级协议操作模式，如支持IP报头压缩；(3)E-UTRAN系统应支持不同无线接入系统之间的负载平衡机制和管理策略。无线电资源管理要求，8 . 1 . 2 TE系统要求，1。总体系统要求(1)最小化功能实现的选项；(2)避免不必要的强制性特征；(3)减少测试的数量，例如通过减少协议栈的状态数量、最小化进程数量、适当的参数范围和粒度等。8 . 1 . 2终端复杂性要求，8 . 1 . 2终端系统要求，2终端复杂性要求(1)应考虑终端可能支持多种模式时的复杂性(GERA/UTRA/UTRA)；(2)尽量减少终端所需的特性；(3)在实现相同功能时，应避免标准化的重复或冗余的强制性特征；(4)尽量减少选项的数量。选项集可以通过不同的终端能力级别来区分。具有不同能力水平的终端对应于不同的复杂性和性能权衡，例如多天线能力；(5)尽可能减少终端所需测试用例的数量，加快LTE的开发和测试进度。复杂度要求，8 . 1 . 2 TE系统要求，(1)回程通信协议应进行优化设计；(2)E-UTRAN架构设计应尽可能降低网络部署成本，并重用当前站点；(3)所有标准化接口应为开放接口，以实现多个设备制造商之间的互联互通。(4)系统的维护、管理和配置应尽可能简单。成本相关要求，8 . 1 . 2 TE系统要求，E-UTRA系统应该能够有效地支持各种类型服务器、服务相关要求、8.1.3LTE关键技术、多载波技术下行链路：正交频分多址(OFDMA)上行链路：单载波频分多址(SC-FDMA)、图8-2 LTE多址技术从频域角度来看、8.1.3LTE关键技术、多载波技术OFDMA是多载波技术OFDM的扩展，本质上仍是频分复用多址技术，其使用有效带宽的细分来在多个用户之间共享子载波。它具有正交频分复用的优点和很强的灵活性。灵活性：在不改变基本参数或设备设计的情况下，可以使用不同的频谱带宽；可变带宽传输资源可以在频域中自由调度并分配给不同的用户；它为软频率复用和小区之间的干扰协调提供了便利。8.1.3LTE关键技术，多载波技术对于时间分散的无线信道是鲁棒的。因为宽带传输信号被细分为多个窄带子载波，所以码间干扰主要被限制在每个符号开始处的保护频带中；通过频域均衡实现的低复杂度接收机：广播网络中多个发射机发射的信号的简单组合：正交频分复用的优势：8.1.3LTE关键技术、多载波技术、图8-3频分复用发射机结构图、8.1.3LTE关键技术、多载波技术、图8-4频分复用接收机结构图、8.1.3LTE关键技术、多载波技术SC-FDMA技术提供了多址技术，该技术与OFDMA技术有许多共同之处，尤其是在频域灵活性方面。SC-FDMA可以显著降低PAPR(峰均功率比)并解决这一难题：在避免移动终端发射机的高成本的同时，上行链路传输受益于多载波技术，而上行链路和下行链路传输技术保持适当程度的通用性。8.1.3LTE的关键技术多天线技术多天线技术是指在无线通信的发射或接收端使用多天线，结合先进的信号处理技术实现的一种综合技术。使用多天线技术，空间领域是另一种新的资源。为了追求更高的频谱效率，多天线技术已经发展成为最基本的解决方案之一。8.1.3LTE关键技术、多天线技术、图8-5多天线技术的三个基本增益、8.1.3LTE关键技术、多天线技术分集增益：使用多天线提供的空间分集来提高多径衰落情况下传输的鲁棒性阵列增益：使用预编码或波束形成来将能量集中在一个或多个特定方向。这也可以为不同方向上的多个用户提供服务(即多用户多输入多输出)，8.1.3LTE关键技术，多天线技术空间复用增益：多个信号流在由可用天线组合建立的多个空间层上被传输给单个用户，8.1.3LTE关键技术，链路自适应技术蜂窝移动通信系统显著特征：无线信道时变无线信道时变特性：由传播损耗、快衰落、慢衰落和干扰变化引起的问题：解决问题的关键技术：LTE如何有效利用信道可变性？如何在有限的带宽上最大化数据传输速率，从而最大化频带利用率？链路自适应技术是指根据当前获取的信道信息自适应地调整系统传输参数，以克服或适应当前信道带来的影响的行为。基本原理：当发射功率不变时，通过调整无线链路传输的调制方式和编码率来保证链路的传输质量。当信道条件较差时，选择较小的调制方式和编码速率；当信道条件良好时，选择较大的调制模式以最大化编码速率。链路自适应技术，1，8.1.3LTE关键技术，功率控制是无线通信系统中的一项基本技术，用于补偿无线信道的衰落影响，使信号能够以更合适的功率到达接收机。在LTE系统中，由一个小区发送到不同UE的上行链路和下行链路信号彼此正交。功率控制主要用于补偿路径损耗和信道影响，并抑制小区间干扰。合理的功率控制方案可以(链路自适应技术，2，8.1.3LTE关键技术，HARQ结合了FEC(前向纠错编码)和ARQ(自动重传请求)两种基本的差错控制方法，具有较高的可靠性和传输速率。三种机制：追踪合并机制、全增量冗余和部分增量冗余LTE系统采用增量冗余HARQ机制、下行系统采用异步自适应HARQ技术、上行系统采用同步非自适应HARQ技术。链路自适应技术，3，8.1.3LTE关键技术，信道选择性调度技术是指根据无线信道测量的结果，选择信道条件较好的时频资源进行数据传输。在LTE系统中，由于OFDM的应用，可以在频域进行信道选择性调度，并且调度的粒度较小。随着带宽的增加，信道的频率选择性衰落特性更加明显。为每个用户分配最佳频带资源，以在频域获得多用户分集增益，从而提高系统吞吐量和频谱利用