移动通信网络演进及,LTE,关键技术,国家无线电监测中心 黄标,huangbiaosrrc.org2019,年,11,月,1,日,移动通信网络演进及LTE关键技术国家无线电监测中心,内容提要,3G,及,4G,通信网络,第一篇,移动通信网络演进与发展,第二篇,LTE,关键技术,内容提要3G及4G第一篇 第二篇,第一篇 移动通信网络演进与发展,第一篇 移动通信网络演进与发展,第一篇 移动通信网络演进与发展,目录,第一章 移动通信系统发展,1G,2G,3G,E3G,4G,第二章 演进平滑性,影响演进平滑性的关键因素,2G,系统向,2.5G,演进,2G,向,3G,的演进和融合,3G,向,4G,的演进,第一篇 移动通信网络演进与发展 目录第一章 移动通信系统发,第一章 移动通信系统发展,3GPP,IEEE,3GPP2,第一章 移动通信系统发展3GPP,移动通信系统发展,1G,FDMA,以,AMPS,，,ATCS,为代表的模拟通讯系统,AMPS,AMPS,系统采用,7,小区复用模式，并可在需要时采用扇区化 和小区分裂来提高容量,AMPS,在无线传输中采用了频率调制,第一章 移动通信系统发展,移动通信系统发展第一章 移动通信系统发展,移动通信系统发展,2G,TDMA,（,IS-95,采用,CDMA,）,以,GSM,系统、,IS-136,和,IS-95 CDMA,为代表的数字蜂窝系统,GSM,网络架构,GSM,帧结构,第一章 移动通信系统发展,移动通信系统发展GSM网络架构,移动通信系统发展,3G,以,WCDMA,、,CDMA2000,与,TD-SCDMA,和它们的演进系统为代表的,IMT-2000,系统,第一章 移动通信系统发展,移动通信系统发展第一章 移动通信系统发展,移动通信系统发展,E3G,以,3GPP LTE,、,3GPP2 AIE,和,IEEE 802.16m,为代表的,IMT-2000,系统演进版本,第一章 移动通信系统发展,移动通信系统发展第一章 移动通信系统发展,移动通信系统发展,4G,进一步提升系统性能,方案,3GPP LTE-Advanced,比,LTE,更高的性能,低成本的宽带无线接入,频谱效率进一步提升,后向兼容性强,互操作性好,IEEE 802.16m,第一章 移动通信系统发展,移动通信系统发展第一章 移动通信系统发展,3G,无线移动通信技术演进,3G无线移动通信技术演进,3G,网络演进方向,移动通信技术,-,宽带化发展,TD-SCDMA,HSPA HSPA+LTE TDD,WCDMA,HSPA HSPA+LTE FDD,宽带技术,-,移动化发展,IEEE802.16d IEEE 802.16e IEEE 802.16m,逐渐走向融合,IMT-Advanced,3G网络演进方向移动通信技术-宽带化发展宽带技术-移,影响演进平滑性的关键因素,空口关键技术,多址技术,双工方式,帧结构,调制编码方式,子信道合并分解,调度,AMC,HARQ,网络架构,协议层功能实体的改变,软交换,扁平化网络架构,业务承载体系,业务承载,IP,化,IMS,系统,后向兼容性,互联互通,第二章 演进平滑性,影响演进平滑性的关键因素第二章 演进平滑性,第二章 演进平滑性,2G,系统向,2.5G,演进,GSM,GPRS,增强数据业务能力,增加,PS,域,无线网侧增加相应信道,需要增加处理单元,PCU,GPRS,EDGE,增加了新的功能,高阶调制编码方式,新链路控制技术,可通过软件或硬件升级,第二章 演进平滑性2G系统向2.5G演进,TD-SCDMA/WCDMA,多址方式是码分多址,GSM,多址方式是时分多址,GSM,和,TD-SCDMA/WCDMA,融合组网上可以共用核心网,2G,向,3G,的演进和融合,第二章 演进平滑性,TD-SCDMA/WCDMA多址方式是码分多址2G向3G的,3G,到,4G,的演进,3GPP LTE-LTE-Advanced,3GPP2 AIE-,原,UMB,IEEE 16e-IEEE 16m,R99,WCDMA,R4,TD-SCDMA,软交换,R5,HSDPA,IMS,端到端的,IP,多媒体业务,R6,HSUPA,IMS,性能增强,MBMS,MIMO,R7,TD-SCDMA,的,HSUPA,HSPA+,MBMS,加强,IMS,R8,LTE,SAE,IMS,R9,LTE/SAE,技术的完善,LTE-Advanced,提出,第二章 演进平滑性,3G到4G的演进R99R4R5R6R7R8R9第二章 演进平,无线接入网网元,版本演进,2G,系统,MS,BTS,BSC,MSC,3G,系统,UE,NodeB,RNC,R99,R4,R5,R6,R7,LTE,LTE-Advanced,UE,eNodeB,R8,R9,R10,在不同代的系统之间，通信标准发生了革命，网络架构变化很大，网元在逐渐减少，网络变得越来越扁平；另外由于新一代系统的功能和技术都发生了革命，原有网元无法继续提供支持，因此需要定义新的网元。,在同代系统的不同版本之间，通信标准在逐渐演进，网络架构变化不大，主要的功能和技术都在原来的网元上引入，系统前向兼容。,第二章 演进平滑性,演进（,Evolution,）,or,革命,(Revolution),？,无线接入网网元版本演进2G系统MS,BTS,BSC,M,内容提要,3G,及,4G,通信网络,第二篇,LTE,关键技术,第一篇,移动通信网络演进与发展,内容提要3G及4G第二篇 第一篇,第二篇,LTE,关键技术,第二篇 LTE关键技术,第二篇,LTE,关键技术,目录,第一章,OFDM/OFDMA,第二章,MIMO,第三章,LTE,第二篇 LTE关键技术目录第一章 OFDM/OFDMA,OFDM基本思想,OFDM,-,Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM,将频域划分为多个子信道，各相邻子信道相互重叠，但不同子信道相互正交,将高速的串行数据流分解成若干并行的子数据流同时传输,OFDM,子载波的带宽,信道“相干带宽”时，可以认为该信道是“非频率选择性信道”，所经历的衰落是“平坦衰落”,第一章,OFDM/OFDMA,OFDM基本思想OFDM-Orthogonal Freque,OFDM正交性原理,第一章,OFDM/OFDMA,OFDM正交性原理第一章 OFDM/OFDMA,OFDM优缺点,OFDM,系统的优点：,频谱利用率高。,抗符号间干扰能力强：带宽窄、符号周期长、,CP,的引入。,所有的子信道不会同时处于频率选择性深衰落，因此系统本身已经产生了信道的频率分集效果，对信道衰落有抵制作用。,OFDM,系统的缺点：,对频率偏差敏感：传输过程中出现的频率偏移，如多普勒频移，或者发射机载波频率与接收机本地振荡器之间的频率偏差，会造成子载波之间正交性的破坏。,存在较高的峰均比,(PARA),：,OFDM,调制的输出是多个子信道的叠加，如果多个信号相位一致，叠加信号的瞬间功率会远远大于信号的平均功率，导致较大的峰均比，这对发射机,PA,的线性提出了更高的要求。,第一章,OFDM/OFDMA,OFDM优缺点第一章 OFDM/OFDMA,第一章,OFDM/OFDMA,OFDMA:Orthogonal Frequency Division Multiple Access,LTE,：,下行,OFDMA,上行,SC-FDMA,第一章 OFDM/OFDMAOFDMA:Orthogona,MIMO-Multiple Input Multiple Output,）,发送端和接收端有多根天线，不相关的各个天线上分别发送多个数据流；,利用多径衰落，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，提高信道容量及频谱利用率，下行数据的传输质量。,第二章,MIMO,MIMO-Multiple Input Multiple O,基本的MIMO模式,（,1,）,传输分集（,TxD,）,空时,/,频分集（空时块码（,STBC,）,/,空频块码（,SFBC,）,在第一根天线上传输原始信号，而在第二根天线上，以两个符号为一组变换信号的传输顺序，并进行共轭和,/,或取反的操作,切换分集（时间切换传输分集,TSTD/,频率切换传输分集,FSTD,）,天线切换分集技术即当发射端存在多根传输天线时，从时间上或者频率上按照一定的顺序依次选择其中一根天线进行传输的技术,循环时延分集（,CDD,）,时延分集即通过不同的天线传输同一个信号的不同时延副本,STBC,CDD,TSTD,第二章,MIMO,基本的MIMO模式（1）传输分集（TxD）STBCCDDT,基本的MIMO模式,（,2,）,波束赋形（,BF,）,空间复用（,SDM,）,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。由于多径传播，每个发射天线对于接收机产生不同的空间签名，接收机利用这些不同的签名分离出独立的数据流，最后再复用成原始数据流。因此空间复用可以成倍提高数据传输速率,第二章,MIMO,基本的MIMO模式（2）第二章 MIMO,LTE,产生的推动力：,3GPP,的无线通信技术演进的产物：,WCDMA,TD-SCDMA,HSPA,LTE,HSPA+,以,OFDM,和,MIMO,为核心技术，基本摒弃了,3GPP,一直坚持的后向兼容原则，与其说是,3G,技术的,evolution,，不如说是,revolution,第三章,LTE,用户的需求,市场的挑战,IPR,的制肘,LTE产生的推动力：3GPP的无线通信技术演进的产物：WCD,LTE,目标,容量提升,峰值速率,:,下行,:100 Mbps,上行峰值,:50 Mbps 20MHz,频谱效率,:,下行是,HSDPA,的,3-4,倍,上行是,HSUPA,的,2-3,倍,覆盖增强,提高“小区边缘比特率”,5 km,满足最优容量,30km,轻微下降,并支持,100km,的覆盖半径,移动性提高,015km/h,性能最优，,15120 km/h,高性能,支持,120 350 km/h,甚至在某些频段支持,500 km/h,质量优化,时延,:RAN,用户面,:,小于,10 ms,控制面,:,小于,100 ms,服务内容综合多样化,高性能的广播业务,MBMS,提高实时业务支持能力，,VoIP,达到,UTRAN,电路域性能,运维成本降低,扁平化架构,降低运维成本,第三章,LTE,LTE目标第三章 LTE,LTE,网络架构和协议栈,扁平化的系统架构,接入网,eNodeB+,核心网,aGW,E NodeB,MME,/,UPE,MME,/UPE,S1,X2,X2,X2,CN,RAN,E NodeB,E NodeB,aGW,aGW,分组数据网,第三章,LTE,LTE网络架构和协议栈E NodeB MME/UPE MM,LTE物理层特征,第三章,LTE,LTE物理层特征第三章 LTE,第三章,LTE,第三章 LTE,第三章,LTE,可变带宽,第三章 LTE可变带宽,LTE帧结构,第三章,LTE,LTE帧结构第三章 LTE,TD-LTE帧结构,TD-LTE物理层,有,5ms,和,10ms,两种上下行切换周期,7,种不同上下行时隙配比方式,5ms,切换周期：,1DL:3UL,2DL:2UL,3DL:1UL,3DL:5UL,10ms,切换周期：,6DL:3UL,7DL:2UL,8DL:1UL,固定下行,固定上行,5ms,转换点：,10ms,转换点：,Uplink-downlink,configuration,Downlink-to-Uplink,Switch-point periodicity,Subframe number,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,5 ms,D,S,U,U,U,D,S,U,U,U,1,5 ms,D,S,U,U,D,D,S,U,U,D,2,5 ms,D,S,U,D,D,D,S,U,D,D,3,10 ms,D,S,U,U,U,D,D,D,D,D,4,10 ms,D,S,U,U,D,D,D,D