现代移动通信 第2版 教学课件 蔡跃明 第20讲 B3G 4G系统

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或者直接输入下面地址：内容回忆什么是集群系统？它与公用蜂窝系统相比有哪些不同？低轨道卫星移动通信具有哪些特点？“全球星〞系统在结构设计和技术上与“铱〞系统有何不同？内容提要一、B3G/4G系统概述二、3GPPLTE三、LTE-Advanced四、IEEE802.16m第20讲B3G/4G移动通信系统本次课拟讨论的主要问题：1、什么是B3G/4G移动通信系统？2、B3G/4G相较于3G有哪些显著的特征？3、B3G/4G的主要关键技术有哪些？其根本原理是什么？重点：B3G/4G关键技术难点：OFDM、MIMO的根本原理内容提要一、B3G/4G系统概述二、3GPPLTE三、LTE-Advanced四、IEEE802.16m4G来了2021年12月4日中国正式发布4G牌照1、B3G/4G简介

定义4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN优势于一体并能够支持多种高质量多媒体应用的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能到达20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线效劳的要求。1、B3G/4G简介

起源人们的信息通信需求越来越高3G只能提供数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移动通信系统演进示意图1、B3G/4G简介

演进路线根本特征高传输速率和更好的覆盖丰富的业务和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平安机制1、B3G/4G简介技术参数3G4G业务特性优先考虑语音、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1.6～2.5GHz2～8GHz，800MHz低频带宽5～20MHz100+MHz速率384kbit/s～2Mbit/s20～100Mbit/s接入方式CDMAOFDMA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）根本特征1、B3G/4G简介双工方式比照1、B3G/4G简介全球商用情况1、B3G/4G简介中国商用情况1、B3G/4G简介业务1、B3G/4G简介2000年10月，ITU成立了“IMT2000andBeyond〞工作组，其任务就是探索3G之后下一代移动通信系统的概念和方案。2005年10月18日，ITU将4G技术正式定名为IMT-Advanced。2021年10月，ITU将LTE-Advanced和IEEE802.16m列为IMT-Advanced的候选技术。2021年1月18日，ITU正式将LTE-Advanced和IEEE802.16m确定为IMT-Advanced〔即4G〕国际标准。2、B3G/4G研究方案ITU

欧盟WINNER工程整合了欧盟的科研资源；亚洲、美洲的企业和科研单位加盟；在国际4G研究领域有着重要的地位。2、B3G/4G研究方案

日韩日本的4G研究方案属于国家级开展方案e-Japan的一局部，其根底通信技术局部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方案由信息与通信部〔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。2、B3G/4G研究方案阶段时间研究目标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。FuTUREⅡ2006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2、B3G/4G研究方案3、B3G/4G的共性技术OFDMMIMO无线资源管理载波聚合中继CoMPFemtocell…….内容提要一、B3G/4G系统概述二、3GPPLTE三、LTE-Advanced四、IEEE802.16m网络扁平化：为了到达简化信令流程、缩短延迟和降低本钱的目的，LTE舍弃了UTRAN的RNC、SGSN、GGSN，完全由AGW和eNodeB组成。1、LTE的网络结构AGW的选择，到AGW的路由选择，寻呼信息的调度和传输，播送控制信息的调度和传输，上下行动态资源分配，eNodeB配置和测量，无线承载控制，无线接入控制，移动性管理。分为移动性管理实体〔MME〕和用户面实体〔UPE〕两个局部，承担的主要功能包括：寻呼的发起，移动性管理，用户平面加密，数据包会聚，SAE承载控制，非接入子层信令的加密和完整性保护。1、LTE的网络结构

双工方式和帧结构2、LTE的双工方式和帧结构

FDD模式帧结构

双工方式和帧结构

TDD模式帧结构2、LTE的双工方式和帧结构OFDM技术3、LTE的关键技术回顾

2-14如果某种特殊调制在

时能提供合适的误比特率，试确定在功率延时分布如图所示的移动信道下，该调制方式无均衡器正常工作的最小符号周期。66.7kvs100MOFDM技术3、LTE的关键技术产生背景高数据速率频率选择性衰落码间串扰均衡器难以实现根本原理将高速串行数据流分解为多路低速并行的数据子流，在多个子载波上同时传输，由于符号周期展宽，多径效应造成的时延扩展相对变小，因而能对抗频率选择性衰落造成的码间串扰。OFDM技术3、LTE的关键技术实现框图OFDM技术3、LTE的关键技术关键模块-FFT离散化后为:在接收端，为了恢复出原始的数据信号，可以对si做DFT：设OFDM信号发射周期为[0,T]，T内并传的N个符号为(X0,X1,…,XN-1)，第k个符号Xk调制第k个子载波，则在[0,T]内的任一时刻t，OFDM信号可表示为：IDFTMIMO技术3、LTE的关键技术产生背景频谱资源紧张空间维度空时处理MIMO多天线空间分集不同天线发送相同的数据不同天线发送不同的数据提高系统容量MIMO技术3、LTE的关键技术EncoderDecodertransmitterreceiverchannelEncoderandDecoderdesign

A1A2tt+TSpaceTime关键模块AlamoutiMIMO技术3、LTE的关键技术核心问题不同天线发送相同的数据不同天线发送不同的数据空间分集空间复用可靠性有效性MIMO技术3、LTE的关键技术h11h22h12h21C=log2det[I+(PT/2s2)·HH*]

iaretheeigenvaluesofHH*.l1l2Interpretation:ReceiverTransmitterMIMO容量

无线资源管理技术原因移动通信系统是资源受限的OFDM、MIMO的引入使得资源维度增加核心问题在保证效劳质量的前提下，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3、LTE的关键技术

无线资源管理技术3、LTE的关键技术内容提要一、B3G/4G系统概述二、3GPPLTE三、LTE-Advanced四、IEEE802.16m1、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/非对称连续/非连续载波聚合1、载波聚合对称/非对称载波聚合1、载波聚合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2、中继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。3、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效劳，传给特定用户的数据只来自该用户所在效劳小区的基站，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。整个协作簇同时效劳一个或多个用户。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。3、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。3、协作多点传输〔CoMP〕内容提要一、B3G/4G系统概述二、3GPPLTE三、LTE-Advanced四、IEEE802.16m1、IEEE802.16m的帧结构帧结构

Femtocell家庭基站定义Femtocell指一种较小的蜂窝小区，这种微小区的基站在IEEE802.16m中叫做Femto基站，在LTE-Advanced网络中称为HeNB。其出现主要是因为室内覆盖不尽如人意，而造成这种现象的原因有以下几点：业务的增长常常从家庭开始，然后才扩展到企事业。语音通话已渐渐从固话转移到上，越来越多的用户逐步将他们的作为最主要〔甚至是唯一〕的。运营商〔不仅仅是移动运营商〕正在逐步提供固定网、电视网、因特网和移动通信网“四网合一〞业务，包含了大局部移动通信业务，以及固话、因特网和电视业务等。2、IEEE802.16m的关键技术

Femtocell家庭基站2、IEEE802.16m的关键技术3GPPLTE-AvsIEEE802.16m

3GPPLTE-AdvancedIEEE802.16m信道宽带支持1.5-20MHz宽带5-20MHz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双工方式FDD和TDD尽可能融合TDD和FDD调制方式QPSK,16QAM和64QAMBPSK,QPSK,16QAM和64QAM编码方式以Turbo码为主，LDPC码卷积码，Turbo码和LDPC码多天线技术基本MIMO模型：下行4×4，上行2×4个天线，考虑做8×