移动通信课件：20次课 第12章 B3G-4G移动通信系统

1、第二十讲 B3G/4G移动通信系统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-Advanced12.4 IEEE 802.16m内容提要

2、（Contents）12.1 B3G/4G系统概述12.2 3GPP LTE系统12.3 LTE-Advanced12.4 IEEE 802.16m12.1.1 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 丰富的业务和QoS 保证 开放而融合的平台 高度智能化的网络 高度可靠的鉴权及安全机制 技术参数3GB3G/4G业务

3、特性优先考虑语音、数据业务融合数据和VoIP网络结构蜂窝小区混合结构频率范围1.62.5GHz28GHz，800MHz低频带宽520MHz100+MHz速率384kbit/s2Mbit/s20100Mbit/s接入方式WCDMA/CDMA 2000/TD-SCDMAMC-CDMA或OFDM交换方式电路交换/分组交换分组交换移动性能200kmph250kmphIP性能多版本全IP（IPV6）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。20

4、05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 802.11m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

5、，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

6、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 。阶段时间研究目标FuTURE2001年10月至2003年12月开展通用无线环境关键技术研究，完成B3G/4G无线传输系统的核心硬、软件研制工作，开展相关传输试验，向ITU提交有关标准建议；完成区位无线通信环境所需的硬、软件研制工作，进行相应的业务演示；完成空间通信试验平台方案的制定以及关键硬、软件的研制工作。FuTURE+2004年01月至2005年12月完成通信无线环境的建设、网间互联互通、演示业务的开发，使区位性无线通信技术及其应用达到实用

7、水平，并使B3G/4G通信技术及空间通信技术达到相对成熟的水平。FuTURE 2006年01月至2010年12月设立有关重大专项，完成通用无线环境的体制标准研究及其系统实用化研究，开展较大规模的现场试验。 中国12.1.2 B3G/4G研究计划 LTE-A vs IEEE 802.16m12.1.2 B3G/4G研究计划3GPP LTE-AdvancedIEEE 802.16m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

8、-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,

9、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HARQ 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 OFDM技术12.1.3 B3G/4G的共性技术 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 MIMO技术12.1.3 B3G/4G的共性技术 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的资源类型 时间 空间 频率 能量核心问题 在

10、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 无线资源管理技术12.1.3 B3G/4G的共性技术 干扰抑制技术12.1.3 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干扰消除干扰协调内容提要（Contents）12.1 B3G/4G系统概述12.2 3GPP LTE系统12.3 LTE-Advanced12.4 IEEE 802.16m 双工方式和帧结构

11、12.2.1 LTE无线传输技术 FDD模式帧结构 双工方式和帧结构12.2.1 LTE无线传输技术 TDD模式帧结构 多址技术12.2.1 LTE无线传输技术 下行 OFDMA 上行 单载波OFDM（SC-FDMA） 调制和编码12.2.1 LTE无线传输技术 调制 下行：QPSK、16QAM和64QAM 上行：移位BPSK、QPSK和16QAM 编码 Turbo LDPC 多天线技术12.2.1 LTE无线传输技术 LTE支持的MIMO技术模式有基于码本和公共导频的线性预编码、基于SFBC（空频分组编码）的空间发射分集、基于非码本、公共和专用导频的单流波束赋形。 从用户数量区分，可分为单用

12、户MIMO（SU-MIMO）和多用户MIMO（MU-MIMO） 。 链路自适应12.2.1 LTE无线传输技术 由于MIMO和OFDM技术的引入，在LTE系统中存在对时、频、空3个维度的信号处理，因而也为链路自适应方案带来了更多的灵活性。 自适应调制和编码（AMC）：根据信道的质量情况，选择最合适的调制和编码方式，能够提供粗略的数据速率的选择。 混合自动重传请求（HARQ）：基于信道条件提供精确的编码速率调节，可自动适应瞬时信道条件，且对延迟和误差不敏感。 多媒体广播和组播业务（MBMS）12.2.1 LTE无线传输技术 广播组播系统既可以和单播系统复用在一起（TDM或FDM），也可以部署在单

13、独载波上。 单小区MBMS： MBMS业务信道映射到下行共享信道，需要考虑各小区采用不同的参考信号。 多小区MBMS： MBMS业务信道可以映射到另一个单独的传输信道。多小区发送MBMS系统的核心是基于单频网的下行宏分集合并技术。为此，小区间要取得同步，以使UE能合并多小区的信号，参考信号在小区间需要保持一致。 小区间干扰抑制12.2.1 LTE无线传输技术12.2.2 LTE网络结构 网络扁平化：为了达到简化信令流程、缩短延迟和降低成本的目的，LTE舍弃了UTRAN的RNC、SGSN、GGSN，完全由AGW和eNode B组成。12.2.2 LTE网络结构建立连接的AGW的选择，确定在RRC

14、激活时向AGW的路由，寻呼信息的调度和传输，广播控制信息的调度和传输，上下行动态资源分配，eNode B配置和测量，无线承载控制，无线接入控制，UE在LTE_ACTIVE状态时的链接移动性管理。分为移动性管理实体（MME）和用户面实体（UPE）两个部分，承担的主要功能包括：寻呼的发起UE在LTE_IDLE状态时的移动性管理，用户平面加密，数据包汇聚子层（PDCP），SAE（System Architecture Evolution）承载控制，非接入子层（NAS）信令的加密和完整性保护。内容提要（Contents）12.1 B3G/4G系统概述12.2 3GPP LTE系统12.3 LTE-Ad

15、vanced12.4 IEEE 802.16m12.3.1 载波聚合 出发点频谱分散100MHz带宽 分类频谱的连续与否：连续/非连续业务的对称与否：对称/非对称12.3.1 载波聚合连续/非连续载波聚合12.3.1 载波聚合对称/非对称载波聚合12.3.2 中继12.3.2 中继分类转发方式：放大转发译码转发隔离方式：带外中继：可用频带的频率复用带内全双工中继：中继天线空间隔离带内半双工中继：接入和回程子帧时分复用12.3.3 多天线空间复用：对于大间距非相关天线阵列可以采用空间复用方案同时传输多个数据流，实现很高的数据速率波束赋形：对于小间距相关天线阵列，可以采用波束赋形技术，将天线波束指

16、向用户，减少用户间干扰发射分集：对于控制信道等需要更好的保证接收正确性的场景，选择发射分集是比较合理12.3.4 协作多点传输（CoMP）目的 通过联合处理把干扰变为有用信号，从而有效提高小区边缘吞吐量和小区平均吞吐量。12.3.4 协作多点传输（CoMP）下行CoMP协作调度/协作波束赋形联合传输一个用户只被一个基站服务，传给特定用户的数据只来自该用户所在服务小区的基站，但相应的调度和发射权重等需要小区间进行动态信息交互和协调，以尽可能减少多个小区的不同传输之间的互干扰。用户的数据信息不共享，但是信道信息却在协作集合内的不同小区间共享。协作的多个基站（也称协作簇）对用户数据进行联合处理，以消

17、除基站间的干扰。协作簇内的基站不仅需要共享信道信息，还需要共享用户的数据信息。整个协作簇同时服务一个或多个用户。为了提高联合传输的系统性能，数据在不同的基站同步发送。12.3.4 协作多点传输（CoMP）上行CoMP相干接收：利用相干接收，在一个中心接收器中把基站接收到的信号进行合并。非相干接收：对上行信道和用户信号的多重接收有一个集中调度程序。内容提要（Contents）12.1 B3G/4G系统概述12.2 3GPP LTE系统12.3 LTE-Advanced12.4 IEEE 802.16m12.4.1 物理层传输技术 帧结构12.4.1 物理层传输技术 多天线技术12.4.1 物理层

18、传输技术 链路自适应技术定义 发射端根据信道质量信息调整无线链路的传输方式及参数，以提供更高的服务质量与频谱利用率。12.4.2 增强技术与特性 多载波技术 lTU关于IMT-Advanced需求中规定最大支持100MHz带宽。为了满足需求，IEEE 802.16m引入了多载波技术，支持多个连续或不连续载波的聚合，这些载波可以有相同或不同带宽。分类MS：主载波/辅载波BS：全配置载波/部分配置载波操作模式载波聚合载波转换12.4.2 增强技术与特性 基于定位的业务用于定位的参考信号，如前导和测距序列参考信号的测量参数，如环路延时、相对延时、接收信号参考强度、载波干扰噪声比定位触发和测量过程：RD用于下行链路中基于电波信号到达时间差（TDOA）的定位法，RTD用于上行链路中基于电波信号到达时间（TOA）的定位法定位业务通知（Advertisement，ADV）消息具有支持协作定位的能力12.4.2 增强技术与特性 增强组播广播业务增强组播广播业务（Enhanced Multicast and Broadcast Service，E-MBS）提供了一