现代通信技术第3版魏东兴移动CH14章节

1、第14章 新一代移动通信系统简介,14.1 引言 14.2 长期演进（LTE）计划 14.3 LTE-Advanced,本章主要内容,14.1 引言,1. 第三代（3G）移动通信系统的问题,与GSM、IS-95等第二代（2G）移动通信系统相比，IMT-2000（3G）在数字业务带宽、服务质量、业务类型等方面取得了长足进步，获得了巨大的商业成功，但是它依然存在一些问题：,(1) IMT-2000主要的三个标准是WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA，它们彼此不兼容，未能形成全球统一的标准，不能真正实现不同频段、不同业务环境间的无缝漫游。 (2) 核心技术是CDMA，信道速率难以提高，无法满足高速业务需求，如高质量的视频通信业务以及多媒体互动等业务，需要更大的带宽。 (3) 语音业务的交换机制基本上继承了2G的电路交换模式，交换效率低，信道利用率有限。 (4) 空中接口标准对核心网有限制要求，难以提供多种丰富QoS的业务。,14.1 引言,2新一代移动通信系统标准的提出,3GPP于2004年12月在3GPP框架内制定了新规范，称为3G演进计划，明确了无线接入系统的演进方向为 高速信

2、道速率、低延迟和优化分组数据应用。 演进核心网支持两种无线接入网（RAN，Radio Access Network）技术： 高速分组接入（HSPA） 长期演进计划（LTE） 后续标准IMT-Advanced，IMT-Advanced就是通常所说的第四代移动通信系统（4G）。,14.1 引言,3GPP的新一代无线接入网标准,（1）高速分组接入（HSPA） HSPA是第一种UMTS RAN演进技术，也被称为3.5G技术，HSPA是基于WCDMA/TD-SCDMA的技术，可以后向兼容UMTS。HSPA的演进称为HSPA+，该技术可以作为中期解决方案。CDMA2000与之对应的技术是CDMA2000 lx EV-DO和CDMA2000 1x EV-DV。HSPA包括在R5中规范的高速下行分组接入（HSDPA）和在R6中规范的高速上行分组接入（HSUPA），这两种技术的峰值数据速率分别可达4.6Mbps和5.76Mbps。 （2）长期演进计划（LTE） 第二种UMTS RAN演进技术为LTE，LTE属于后三代（Beyond 3G， B3G）或准4G标准。LTE的目标是提供更高的网络性能并减少无线

3、接入成本，它是一个新设计的无线接口，因此与HSPA相比，LTE不再以CDMA为核心技术，而是基于OFDM技术和MIMO处理技术，所以LTE不能与UMTS后向兼容。2007年年底，第一个LTE规范正式提出。LTE系统的峰值数据速率可达326Mbps，与以前的移动系统相比，它可以显著地提升频谱效率并降低延时。 （3）IMT-Advanced（4G） 2005年，ITU将System Beyond IMT-2000正式命名为IMT-Advanced。2007年ITU为IMT-Advanced分配了频谱。2011年，ITU确定了LTE-Advanced（包括FDD-LTE-A和TD-LTE-A）和802.16m为IMT-Advanced的入选标准。其中，LTE-Advanced是LTE的升级版，简称为LTE-A。IEEE提出的802.16m则可以看成是3G标准之一的WiMAX的升级版本。IMT-Advanced是全面超越IMT-2000（3G）的新一代移动通信系统，能够提供广泛的电信业务，可以基于分组传输交换技术，支持从低速到高速的各种数据速率的移动性应用，满足各种信道条件、环境条件下的不同业

4、务需求，还可以在广泛的服务和平台上提供高质量的多媒体服务。,14.1 引言,3新一代移动通信系统（准4G和4G）的特点,（1）传输速率更高和范围覆盖更大。由于新一代移动通信系统需要承载大量的多媒体信息，因此具备达到100Mbps1Gbps的峰值传输速率、较大地域的连续覆盖性能。 （2）通信服务多元化。新一代移动通信网络能够可提供丰富的业务类型和QoS保证，全面支持语音、图像、视频等丰富的数据及多媒体业务，容纳庞大的用户群，同时能够提供给用户满意的QoS保证。 （3）开放融合的平台和良好的兼容性。新一代移动通信系统在移动终端、业务节点及移动网络机制上具有“开放性”，使用户能够自由地选择协议、应用和网络，使各类媒体、通信主机及网络之间完成“无缝”链接，用户能够自由地在各种网络环境间无缝漫游，并觉察不到业务质量上的差别。 （4）智能化程度更高。新一代移动通信系统是一个高度自治、自适应的网络，具有很好的重构性、可变性、自组织性等，以便满足用户在各种环境下的通信需求。用户终端更加智能，操作方便，功能更强，可以全面支持各种新兴业务应用。 （5）高度可靠的鉴权及安全机制。新一代移动通信系统是一个基于

5、分组数据的网络，具有高度可靠的鉴权及安全机制，因为数据的安全可靠性直接影响到整个网络的生存力，也会影响到用户对整个网络的信任程度。,14.2 长期演进（LTE）计划,14.2.1 概述,LTE始于2004年3GPP（第三代合作伙伴计划）的多伦多会议，是3G到4G的过渡技术，被称为准4G或者3.9G，即向4G演进的前站。 从3G到4G的网络演进会经历两个阶段： 第一个阶段是从3G演进到LTE 第二个阶段是以LTE技术为基础继续向前升级到LTE-A。 当前全球的4G网络建设正处于第一阶段，即LTE阶段，因此现在各方所说的4G均指的是LTE，即准4G技术。 LTE与LTE-A的主要区别在于：后者的传输速率得到了大幅提升，是LTE的10倍。,14.2 长期演进（LTE）计划,14.2.1 概述,LTE作为一种有竞争力的B3G宽带无线业务标准，主要考虑要达到以下几个总体目标： （1）降低每比特成本。 （2）扩展业务的提供能力，以更低的成本、更佳的用户体验提供更多的业务。 （3）灵活使用现有的和新的频段。 （4）简化架构，开放接口。 （5）实现合理的终端功耗。,14.2.2 LTE的技术性能,LT

6、E系统以OFDM结合MIMO为核心技术，目标是向IMT-Advanced标准演进，其主要技术性能指标参数如下: （1）峰值数据率 在20MHz系统宽带下，下行瞬间峰值速率为100Mbps（频谱效率5b/s/Hz），上行瞬间峰值速率50Mbps（频谱效率2.5b/s/Hz）。 （2）控制面延迟 从驻留状态（Camped state）或空闲状态（Idle state）到开始数据交换的时延小于l00ms （3）控制面用户容量 每个小区在5MHz带宽下最少支持200个用户。 （4）频谱效率 下行链路的频谱效率为R6 HSDPA的34倍；上行链路的频谱效率为R6 HSUPA的23倍. （5）移动性 为时速015km/h的慢速移动应用进行优化，在时速15120km/h的快速移动条件下实现高速数据通信，在时速120350km/h（在某些频段应支持时速500km/h）下能够保持蜂窝网用户不掉网。 （6）覆盖 吞吐率、频谱效率和移动性指标在半径5km以下的小区中应能够充分保证，在半径增加至30km时，性能指标可以有轻微变化，对半径达到100km的小区也应该能够提供移动用户业务支持。,14.2.2 LTE

7、的技术性能,（7）增强MBMS MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service）即多媒体广播多播业务，为了降低终端复杂度，应和单播操作采用相同的调制、编码和多址方法；可向用户同时提供MBMS业务和专用语音业务，可用于成对和非成对频谱。 （8）谱频谱灵活性 支持不同大小的频带宽度，从1.2520MHz；支持成对和非成对频谱中的部署；支持基于资源整合的内容提供，包括一个频段内部、不同频段之间，上下行之间、相邻和不相邻频带之间的整合。 （9）与3GPP无线接入技术的共存和互操作 和GERAN/UTRAN系统间可以邻频共站址共存；支持UTRAN、GERAN操作的E-UTRAN终端应支持对UTRAN/GERAN的测量，以及E-UTRAN和UTRAN/GERAN之间的切换，实时业务的E-UTRAN和UTRAN/GERAN之间的切换中断时间小于30ms。 （10）系统架构和演进 单一基于分组的E-UTRAN系统架构，通过分组架构支持实时业务和会话业务；最大限度地避免单点失败；支持端到端QoS，优化回传通信协议。 （11）无线资源管理 增强的端到端QoS，有效支

8、持高层传输；支持不同的无线接入技术之间的负载均衡和政策管理。 （12）复杂度 尽可能减少选项，避免多余的必选特性。,14.2.3 LTE的网络结构,系统架构演进（System Architecture Evolution，SAE）是3GPP对于LTE无线通信标准的核心网络架构的升级计划。SAE是基于GPRS核心网络的演进方案，其重要的改进在于： （1）简化架构； （2）全IP网络（AIPN）； （3）支持更高的吞吐量和延迟更小的无线接入网络； （4）支持多个异构接入网络，包括E-UTRA（LTE和LTE-A的无线接入网），3GPP遗留系统（例如，GPRS和UMTS空中接口的GERAN或UTRAN），也支持与非3GPP系统之间的数据传输（例如WiMAX或CDMA 2000）。,LTE网络结构如图14-1所示，SAE的主要组成部分是演进后的分组核心网（Evolved Packet Core, EPC）和演进后的接入网E-UTRAN。 EPC包括移动性管理组件（Mobility Management Entity, MME）、服务网关（Service Gateway，S-GW）组件。,14.

9、2.4 LTE FDD与TD-LTE的比较,TD-LTE与LTE FDD的核心网技术是完全相同的，如多址技术都采用OFDMA，都采用MIMO技术，信道编码都采用卷积码和Turbo码，调制技术都采用QPSK/16QAM/64QAM自适应调制等。,1. 技术上的差异 TD-LTE和LTE FDD主要体现在以下几个方面。 （1）双工方式不同 这是两者之间的最大区别，TD-LTE采用时分双工方式（TDD），因为TDD方式可以根据不同的业务类型灵活调整上下行占用信道时间比例，以满足上下行非对称业务需求。LTE FDD则采用频分双工方式（FDD），在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。 （2）HARQ技术的差异 TD-LTE子帧反馈个数与延时随上下行配置方式不同而不同。当下行时隙配置多于上行时，存在一个上行子帧反馈多个下行子帧的情况；同样，当上行配置多于下行时，也存在一个下行子帧调度多个上行子帧的情况。而在LTE FDD中，子帧反馈个数与延时固定。 （3）同步信号设计的不同 LTE同步信号的周期是5ms，分为主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS）。TD-LTE和LTE FDD帧结构中，同步信号的相对位置不同，可以利用主、辅同步信号相对位置的不同，终端可以在小区搜索的初始阶段识别系统是TDD还是FDD。 （4）设备上的差异 由于双工方式、频段、通道数等差异，TD-LTE与LTE FDD无法共用RRU（Remote Radio Unit远端射频单元）。,14.2.4 LTE FDD与TD-LTE的比较,2TD-LTE的优点,与LTE FDD相比，TD-LTE的优势主要体现在如下几个方面。 （1）频谱配置更具优势 TD-LTE由于采用TDD方式，在对其进行频谱分配时，可以不必对称地分配频谱。这对于频率资源非常紧张的现状是非常重要的。而LTE FDD则不具备这种优势。所以采用TD-LTE技术，使其可以部署在FDD无法部署的零散频谱上。对于频谱资源储备不足的运营商来说，TDD的灵活部署特性正好满足了需求，这也正是越来越多运营商加入TD-LTE阵营的主要原因。 （2）适合提供非对称业务 由于TD-LTE系统可以灵活地分配上下行信道资源，适合非对称业务的需要，有利于提高资源利用率。 （3）便于使用智能

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