《移动通信技术及应用》课件第4章.pptx
《《移动通信技术及应用》课件第4章.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《移动通信技术及应用》课件第4章.pptx(80页珍藏版)》请在文库网上搜索。
1、移动通信技术及应用【本章导读】第四代移动通讯技术(简称4G)由于连接传输速率大幅提高,从而能引入高质量的视频通信,将广泛地应用于人们生活和经济建设的方方面面。LTE(LongTermEvolution)是由3GPP(The3rdGenerationPartnershipProject,第三代合作伙伴计划)组织制定的UMTS(UniversalMobileTelecommunicationsSystem,通用移动通信系统)技术标准的长期演进,于2004年12月在3GPP多伦多TSGRAN#26会议上正式立项并启动。2013年12月,中国正式向三大运营商发放TD-LTE牌照,开启我国LTE网络技术
2、运用序幕。本章首先介绍了4G的国际标准及国内牌照,然后介绍了LTE网络的特点与基本结构;对LTE物理层方面的系统设计及物理流程进行了详细说明;对LTE的空中接口协议、终端切换过程和安全行架构做了详细的概述;分析了LTE网络中OFDM和MIMO这两关键技术的运用;最后介绍了4G(LTE)设备EMB5116TD-LTE。【本章要点】LTE网络的网络基本结构;LTE物理层方面的系统设计及物理流程;LTE的空中接口协议;LTE网络中的OFDM技术和MIMO技术4G(LTE)设备EMB5116TD-LTE。4.5移动通信技术及应用4.2LTE系统物理层4.1 LTE系统概述及网络结构4.3LTE的空中接
3、口协议4.44G的关键技术4G(LTE)设备简介移动通信技术及应用4.1LTE系统概述及网络结构4.1.14G的国际标准及国内牌照1.4G的国际标准2012年1月18日下午5时,ITU(国际电联)在2012年无线电通信全会全体会议上,正式审议通过将LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(802.16m)技术规范确立为IMT-Advanced(俗称“4G”)国际标准,中国主导制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advance同时并列成为4G国际标准。此后,ITU(国际电联)又将WiMax、HSPA+、LTE正式纳入到4G标准里,加上LTE-Advan
4、ced和WirelessMAN-Advanced这两种标准,4G标准已经达到了5种。截止到2013年12月份LTE已然成为4G全球标准,包括FDD-LTE和TD-LTE两种制式。13年3月,全球67个国家已部署163张LTE商用网络,其中154张FDD-LTE商用网络,15张TD-LTE商用网络,6家运营商部署双模网络。1移动通信技术及应用2013年12月4日下午,工业和信息化部(以下简称“工信部”)向中国移动、中国电信、中国联通正式发放了第四代移动通信业务牌照(即4G牌照),中国移动、中国电信、中国联通三家均获得TD-LTE牌照,此举标志着中国电信产业正式进入了4G时代。有关部门对TD-LT
5、E频谱规划使用做了详细说明:中国移动:获得130MHz频谱资源,分别为1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz;中国联通:获得40MHz频谱资源,分别为2300-2320MHz、2555-2575MHz;中国电信:获得40MHz频谱资源,分别为2370-2390MHz、2635-2655MHz。而2014年年中,工信部给电信和联通两家运营商分配了FDD-LTE的试商用频谱。其中联通使用1755-1765MHz(上行)1850-1860MHz(下行),电信使用1765-1780MHz(上行)1860-1875MHz(下行)。2015年2月27日,工信部向中国电
6、信和中国联通发放了“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务(LTEFDD)”经营许可(FDD牌照)。中国移动虽然也提出了申请,但此次未能获得FDD牌照。2.国内牌照4.1LTE系统概述及网络结构移动通信技术及应用4.1LTE系统概述及网络结构4.1.24G系统的技术参数3GPPLTE的主要性能目标如下:支持带宽:1.25MHz-20MHz峰值速率(带宽20MHZ):下行100Mbps,上行50Mbps;接入时延:控制面从驻留到激活的迁移时延小于100ms,从睡眠到激活的迁移时延小于50ms,用户面时延小于10ms;移动服务:能为350KM/H高速移动用户提供100kbps的接入速率;频谱效率::下
7、行3-4倍于HSDPA,上行2-3倍于HSUPA;无线宽带灵活配置:支持1.4MHZ、3MHZ、5MHZ、10MHZ、15MHZ、20MHZ;支持inter-rat移动性,例如GSM/WCDMA/HSPA;取消CS域,CS域业务由PS域实现,如VOIP;支持100Km半径的小区覆盖;1移动通信技术及应用4.1LTE系统概述及网络结构4.1.34G系统的特点(1)通信速度快,可达到20Mbps,甚至最高可以达到高达100Mbps,这种速度会相当于2009年最新手机的传输速度的1万倍左右,第三代手机传输速度的50倍。(2)通信灵活,可以随时随地通信,更可以双向下载传递资料、图画、影像甚至网上联线对
8、打游戏。(3)智能性能高,终端设备的设计和操作具有智能化,可以实现许多难以想象的功能。(4)兼容性好,具备全球漫游,接口开放,能跟多种网络互联,终端多样化以及能从第二代平稳过渡等特点。(5)提供增值服务,可以实现例如无线区域环路(WLL)、数字音讯广播(DAB)等方面的无线通信增值服务(6)高质量通信,可以容纳市场庞大的用户数、改善现有通信品质不良。(7)频率效率高,由于引入许多功能强大的突破性技术,可以使用与以前相同数量的无线频谱做更多的事情。1移动通信技术及应用4.1LTE系统概述及网络结构4.1.44G(LTE)系统的网络结构图4-1LTE网络结构简化移动通信技术及应用图4-2IP化的网
9、络结构架构4.1LTE系统概述及网络结构移动通信技术及应用S1-MMEeNodeB与MME之间的控制面接口,提供S1-AP信令的可靠传输,基于IP和SCTP协议S1-UeNodeB与S-GW之间的用户面接口,提供eNodeB与S-GW之间用户面PDU非保证传输。基于UDP/IP和GTP-U协议S3在UE活动状态和空闲状态下,为支持不同的3G接入网络之间的移动性,以及用户和承载信息交换而定义的接口点,基于SGSN之间的Gn接口定义S4核心网和作为3GPP锚点功能的Serving GW之间的接口,为两者提供相关的控制功能和移动性功能支持。该接口基于定义于SGSN和GGSN之间的Gn接口。另外,如果
10、没有建立Direct Tunnel,该接口提供用户平面的隧道功能S5负责Serving GW和PDN GW之间的用户平面数据传输和隧道管理功能的接口。用于支持UE的移动性而进行的Serving GW重定位过程以及连接PDN网络所需要的与non-collocated PDN GW之间的连接功能。基于GTP协议或者基于PMIPv6协议S6aMME和HSS之间用以传输签约和鉴权数据的接口。S7基于Gx接口的演进,传输服务数据流级的PCC信息、接入网络和位置信息。S7c基于Gx接口演进,支持传输QoS参数和相关分组过滤器参数、控制信息。在S5/S8接口基于PMIPv6协议情形下支持。S8a定义于不同P
11、LMN间,VPLMN中Serving GW和HPLMN中PDN GW之间为用户提供控制平面和用户平面功能的接口,该接口基于SGSN和GGSN间的Gp接口。S8a相当于是S5接口的跨PLMN版本。S8b支持跨PLMN网关漫游情况用户平面和控制平面功能的接口,支持 PMIPv6协议。S10MME之间的接口,用来处理MME重定位和MME之间的信息传输。S11MME和Serving GW之间的接口S12有Direct Tunnel建立时,UTRAN和Serving GW之间的接口,用于二者之间的用户数据传输。该接口基于Iu-u/Gn-u使用SGSN和UTRAN之间或SGSN和GGSN间所定义的GTP-
12、U协议表4-1所示为网络架构中网络接口的作用4.1LTE系统概述及网络结构1移动通信技术及应用4.1.53G网络架构和LTE网络架构对比图4-32G/3G/LTE网络架构4.1LTE系统概述及网络结构1移动通信技术及应用1.这里简单介绍一下图4-3中各个网元的功能。NodeB:由控制子系统、传输子系统、射频子系统、中频/基带子系统、天馈子系统等部分组成,即3G无线通信基站;RNC:RadioNetworkController(无线网络控制器),用于提供NodeB移动性管理、呼叫处理、链接管理和切换机制,即3G基站控制器;Iub:Iub接口是RNC和NodeB之间的逻辑接口,完成RNC和Node
13、B之间的用户数据传送、用户数据及信令的处理;CS:CircuitSwitch(电路交换),属于电路域,用于TDM语音业务;PS:PacketSwitch(分组交换),属于分组域,用于IP数据业务;MGW:MediaGateWay(媒体网关),主要功能是提供承载控制和传输资源;MSC:MobileSwitchingCenter(移动交换中心),MSC是2G通信系统的核心网元之一。是在电话和数据系统之间提供呼叫转换服务和呼叫控制的地方。MSC转换所有的在移动电话和PSTN和其他移动电话之间的呼叫;SGSN:ServingGPRSSUPPORTNODEGPRS(服务支持节点),SGSN作为GPRS/
14、TD-SCDMA/WCDMA核心网分组域设备重要组成部分,主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等功能;GGSN:GatewayGPRSSupportNode(网关GPRS支持节点),起网关作用,它可以和多种不同的数据网络连接,可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换,从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络;eNodeB:演进型NodeB,LTE中基站,相比现有3G中的NodeB,集成了部分RNC的功能,减少了通信时协议的层次;MME:MobilityManagementEntity(移动性管理设备),负责移
15、动性管理、信令处理等功能;S-GW:SignalGateway(信令网关),连接NO.7信令网与IP网的设备,主要完成传输层信令转换,负责媒体流处理及转发等功能。4.1LTE系统概述及网络结构1移动通信技术及应用2LTE架构相较于3G网络架构,有以下变化。(1)实现了控制与承载的分离,MME负责移动性管理、信令处理等功能,S-GW负责媒体流处理及转发等功能;(2)核心网取消了CS(电路域),全IP的EPC(EvolvedPacketCore,移动核心网演进)支持各类技术统一接入,实现固网和移动融合(FMC),灵活支持VoIP及基于IMS多媒体业务,实现了网络全IP化;(3)取消了RNC,原来R
16、NC功能被分散到了eNodeB和网关(GW)中,eNodeB直接接入EPC,LTE网络结构更加扁平化,降低了用户可感知的时延,大幅提升用户的移动通信体验;(4)接口连接方面:引入S1-Flex和X2接口,移动承载需实现多点到多点的连接,X2是相邻eNB间的分布式接口,主要用于用户移动性管理;S1-Flex是从eNB到EPC的动态接口,主要用于提高网络冗余性以及实现负载均衡;(5)传输带宽方面:较3G基站的传输带宽需求增加10倍,初期200300Mbit/s,后期将达到1Gbit/s。4.1LTE系统概述及网络结构移动通信技术及应用34G网络的特点:(1)支持现有的系统和将来系统通用接入的基础结
17、构;(2)与Internet集成统一,移动通信网仅仅作为一个无线接入网;(3)具有开放、灵活的结构,易于扩展;(4)是一个可重构的、自组织的、自适应网络;(5)智能化的环境,个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体,满足用户的各种需求;(6)用户在高速移动中,能够按需接入系统,并在不同系统无缝切换,传送高速多媒体业务数据;(7)支持接入技术和网络技术各自独立发展。4.1LTE系统概述及网络结构移动通信技术及应用4.2 LTE系统物理层LTE的研究工作主要集中在物理层、空中接口协议和网络架构几个方面。本节将对LTE物理层方面的系统设计做简单的介绍。4.2.1 双工方式和帧结构图4-
18、4FDD帧结构1移动通信技术及应用2TDD帧结构图4-5最初的TDD结构图4-6融合TDD结构4.2 LTE系统物理层1移动通信技术及应用4.2.2 基本传输和多址技术的选择基本传输技术和多址技术是无线通信技术的基础。OFDM/FDMA技术与CDMA技术相比,可以取得更高的频谱效率;但OFDM的上行峰平比PAPR将影响手持终端的功放成本和电池寿命。所以,LTE系统下行采用OFDM,上行采用采用具有较低PAPR的单载波技术SC-FDMA。4.2 LTE系统物理层1移动通信技术及应用4.2.3基本参数设计为满足数据传输延迟方面的要求很高(单向延迟小于5ms),LTE系统必须采用很小的最小交织长度(
19、TTI),基本的子帧长度为0.5ms,但在考虑和LCR-TDD(即TD-SCDMA)系统兼容时可以采用0.675ms子帧长度。例如TD-SCDMA的时隙长度为0.675ms,如果LTETDD系统的子帧长度为0.5ms,则新、老的系统的时隙无法对齐,使得TD-SCDMA系统和LTETDD系统难以“临频共址”共存。OFDM和SC-FDMA的子载波宽度选定为15kHz,这是一个相对适中的值,兼顾了系统效率和移动性。下行OFDM的CP长度有长短两种选择,分别为4.69ms(采用O.675ms子帧时为7.29ms)和16.67ms。短CP为基本选项,长CP可用于大范围小区或多小区广播。短CP情况下一个子
20、帧包含7个(采用0.675ms子帧时为9个)OFDM符号;长CP情况下一个子帧包含6个(采用0.675ms子帧时为8个)OFDM符号。上行由于采用单载波技术,子帧结构和下行不同。虽然为了支持实时业务,LTE的最小TTI长度仅为0.5ms,但系统可以动态的调整TTI,以在支持其他业务时避免由于不必要的IP包分割造成的额外的延迟和信令开销。上、下行系统分别将频率资源分为若干资源单元(RU)和物理资源块(PRB),RU和PRB分别是上、下行资源的最小分配单位,大小同为25个子载波,即375kHz。下行用户的数据以虚拟资源块(VRB)的形式发送,VRB可以采用集中(localized)或分散(dist
21、ributed)方式映射到PRB上。Localized方式即占用若干相邻的PRB,这种方式下,系统可以通过频域调度获得多用户增益。Distributed方式即占用若干分散的PRB,这种方式下,系统可以获得频率分集增益。上行RU可以分为LocalizedRU(LRU)和DistributedRU(DRU),LRU包含一组相邻的子载波,DRU包含一组分散的子载波。为了保持单载波信号格式,如果一个UE占用多个LRU,这些LRU必须相邻;如果占用多个DRU,所有子载波必须等间隔。4.2 LTE系统物理层移动通信技术及应用4.2.4 参考信号(导频)设计1下行参考符号设计图4-7OFDM导频结构4.2
22、LTE系统物理层1移动通信技术及应用2上行参考符号设计上行参考符号位于两个SC-FDMA短块中,用于NodeB的信道估计和信道质量(CQI)估计。参考符号的设计需要满足两种SC-FDMA传输集中式(Localized)SC-FDMA和分布式(Distributed)SC-FDMA的需要。由于SC-FDMA短块的长度仅为长块的一半,SC-FDMA参考符号的子载波宽度为数据子载波宽度的2倍。针对用于信道估计的参考符号,首先考虑不同UE的参考符号之间将采用FDM方式区分。参考符号可能采用集中式发送(只对集中式SC-FDMA情况),也可能采用分散式发送。在采用分散式发送时,如果SB1和SB2都用于发送
23、参考符号,SB1和SB2中的参考符号将交错放置,以获得更佳的频域密度。对分布式SC-FDMA情况,也可以考虑采用TDM和CDM方式对不同UE的参考符号进行复用。特别对于一个NodeB内的多个UE,将采用分布式FDM和CDM的方式。为了满足频域调度的需要,可能需要对整个带宽进行信道质量估计,因此即使数据采用本集中式发送,用于信道质量估计的参考符号也需要在更宽的带宽内进行分布式发送。不同UE的参考符号可以采用分布式FDM或CDM(也基于CAZAC序列)复用在一起。4.2 LTE系统物理层移动通信技术及应用4.2.5控制信令设计1下行控制信令设计下行调度信息用于UE对下行发送信号进行接收处理,又分为
24、3类:资源分配信息、传输格式和HARQ信令。资源分配信息包括UEID、分配的资源位置和分配时长,传输格式包括多天线信息、调制方式和负载大小。HARQ信令的内容视HARQ的类型有所不同,异步HARQ信令包括HARQ流程编号、IR(增量冗余)HARQ的冗余版本和新数据指示。同步HARQ信令包括重传序列号。在采用多天线的情况下,资源分配信息和传输格式可能需要对多个天线分别传送。4.2 LTE系统物理层移动通信技术及应用2上行控制信令设计上行控制信令包括:与数据相关的控制信令、信道质量指示(CQI)、ACK/NACK信息和随机接入信息。其中随机接入信息又可以分为同步随机接入信息和异步随机接入信息,前一
25、种信息还包含调度请求和资源请求。与数据相关的控制信令包括HARQ和传输格式(只当UE有能力选择传输格式时)。LTE上行由于采用单载波技术,控制信道的复用不如OFDM灵活。只采用TDM方式复用控制信道,因为这种方式可以保持SC-FDMA的低PAPR特性。与数据相关的信令将和UE的数据复用在一个时/频资源块中。3调制和编码LTE下行主要采用OPSK、16QAM、64QAM三种调制方式。上行主要采用位移BPSK(p/2-shiftBPSK,用于进一步降低DFT-S-OFDM的PAPR)、OPSK、8PSK和16QAM。另一个正在考虑的降PAPR技术是频域滤波(spectrumshaping)。另外“
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 移动通信技术及应用 移动 通信 技术 应用 课件