教学PPT-移动通信（第五版）（章坚武）第8章优质PPT.pptx

1、LTE的关键需求概括描述如下1峰值速率：上、下行各20MHz带宽条件下，下行 峰值速率为100Mb/s，上行峰值速率为50Mb/s。2控制面延迟：空闲状态到激活状态的转换时间小 于100ms。3控制面容量：5MHz带宽下，每小区应至少支持200个激活用户。4用户面延迟：系统在单用户、单业务流以及小IP 包条件下，用户面延迟小于5ms。第8章 第四代移动通信系统（4）5用户吞吐量：下行用户平均吞吐量为R6HSDPA 的23倍。6频谱效率：在有负荷的网络中，下行频谱效率为R6HSDPA的34倍,上行频谱效率为R6HSDPA的23倍。7移动性：演进系统需优化在低速（0km/h15km/h）情况下；较

2、高的性能下仍支持高移动速度（15km/h120km/h）；系统在120km/h350km/h的移动速度下 可用。8系统覆盖：小区半径为5km的情况下，系统吞吐 量、频谱效率和移动性等指标符合需求定义要求；小区半 径为30km的情况下，上述指标略有降低；系统能够支持半 径为100km的小区；演进系统支持在1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz和20MHz带宽部署，支持成对和非成对频谱。第8章第四代移动通信系统（4）9系统共存以及与其他3GPP接入技术的互联互通：支持UTRAN和GERAN的演进系统多模终端，应该能够 支持与UTRAN和GERAN之间的测量和切换。10系统结构：基于分组的、单

3、一的、支持端到端QoS的系统结构。11无线资源管理需求：增强支持端到端QoS；支 持在不同接入网技术之间负荷分担和策略管理。12系统复杂度方面：最小化可选项，无冗余的必 选项。第8章第四代移动通信系统（4）8.3 LTE的关键技术LTE采取了一系列先进的无线接口技术来满足LTE的 需求，概括起来有3种基本技术：多载波技术、多天线技 术及分组交换无线接口。这些基本技术保证了LTE的高数 据速率和高频谱效率。8.3.1 多载波技术在LTE中，第一个主要的设计是采用以OFDM技术为 基础的多址接入方式。对多种提案经过筛选，下行方案采 用正交频分多址接入（OFDMA）技术，上行方案采用单 载波频分多址

4、接入（SCFDMA）技术。其频域多址接入 如图745所示。第8章第四代移动通信系统（4）图82从频域角度看LTE多址接入技术第8章 第四代移动通信系统（4）OFDMA是对多载波技术OFDM的扩展，从而提供了 一个非常灵活的多址接入方案。OFDM把有效的信号传输 带宽细分为多个窄带子载波，并使其相互正交，任一个子 载波都可以单独或成组地传输独立的信息流；OFDMA技 术则利用有效带宽的细分在多用户间共享子载波。我们在第4章已经知道OFDM具有许多优点，但由于OFDM信号的峰均功率比（PAPR）较高，需要一个线性 度较高的射频功率放大器，使发射机成本大大提高，因此 并不适合用于上行链路传输。对于上

5、行链路，采用与OFDM技术很相似的SCFDMA技术。第8章第四代移动通信系统（4）SCFDMA是单载波频域均衡（SCFDE）的多用户 扩展。SCFDE与OFDM技术大部分相似，不同之处在于IFFT的位置和作用，OFDM中的IFFT在发射机，用于将不 同用户数据调制到不同载波，而SCFDE中IFFT在接收机，用于将频域信号转换到时域。两者在性能上相当，但是SCFDE可以显著降低PAPR。第8章第四代移动通信系统（4）8.3.2 多天线技术使用多天线技术（MIMO），可以把空间域作为另一 个新资源。在追求更高频谱效率的要求下，多天线技术已 经成为最基本的解决方案之一。空间分集天线配置专门针 对LT

6、E设计。实际上，LTE系统规定了三类天线技术：MIMO、波束成形和分集方法。对提升信号鲁棒性、实现LTE系统能力来说，这三种技术都非常关键。第8章第四代移动通信系统（4）多天线技术可以用各种方式实现，主要基于3个基本原则：1分集增益：利用多天线提供的空间分集来改善多 径衰落情况下传输的健壮性。2阵列增益：通过预编码或波束成形使能量集中在 一个或多个特定方向上。这也可以为在不同方向上的多个 用户同时提供业务（即所谓的多用户MIMO）。3空间复用增益：在可用天线组合所建立的多重空 间层上，将多个信号流传输给单个用户。第8章 第四代移动通信系统（4）8.3.3 分组交换无线接口LTE是完全面向分组交

7、换的多业务系统，为了改善系 统的时延，数据包传输时间由HSDPA中的2ms进一步缩短 为1ms。这么短的传输时间间隔，加上新的频率和空间维 度，进一步扩展了MAC层和物理层之间跨层领域的技术，包含：1频域和空间资源的自适应调度。2MIMO配置的自适应，包括同时传输空间层数的 选择。3调制和编码速率的链路自适应，其中包括传输码 字数量的自适应。4快速信道状态报告的若干模式。第8章第四代移动通信系统（4）8.4 LTE协议综述8.4.1 LTE系统架构LTE系统无线侧以MIMO和64QAM等技术为基础，可实 现100Mb/s以上速率。同时LTE系统只存在PS域，在系统架构 上，LTE在3GPP原有

8、系统架构上进行演进，但对原3G系统的NodeB、RNC、CN进行功能整合，系统设备简化为eNodeB和EPC（EvolvedPacketCore）两种网元。整个LTE系统由核心网（EPC）、基站（eNodeB或eNB）和用户设备（UE）三部分组成。其 中，eNodeB负责接入网部分，也称EUTRAN；EPC负责核心 网部分，EPC处理部分称为移动管理模块（MME，MobilityManagementEntity），数据处理部分称为系统架构演 进（SAE，SystemArchitectureEvolution）网关。eNodeB与EPC通过S1接口连接，eNodeB之间通过X2接口连接，UE与e

9、NodeB通过Uu接口连接。LTE网络架构如图8-3所示。第8章第四代移动通信系统（4）图8-3LTE系统网络架构第8章第四代移动通信系统（4）2.LTE协议栈LTE协议栈分为3层，分别为物理层（PHY）、媒体接 入控制层（MAC）及无线资源控制层（RRC），如图84 所示。第8章第四代移动通信系统（4）图84LTE协议栈第8章 第四代移动通信系统（4）LTE空中接口是EUTRAN与UE之间的接口，分为用户 面和控制面。用户面包括分组数据汇聚协议（PDCP，PacketDataConvergenceProtocol）子层、无线链路控制（RLC，RadioLinkControl）子层、MAC子层

10、和物理层。在网 络侧，PDCP子层位于aGW（接入网关），RLC子层、MAC 子层和物理层位于eNB。PDCP子层完成IP头压缩、完整性 保护和加密；RLC子层、MAC子层完成调度、ARQ和HARQ功能；物理层完成信道编/解码、调制/解调、MIMO 处理、测量和指示、HARQ合并、功率控制、频率和时间同 步、切换、链路适配、物理资源映射、射频信号传输等。控 制面部分包括非接入层（NAS，NonAccessStratum）、PDCP子层、RRC子层、RLC子层、MAC子层和PHY子层（物理层）。用户面协议栈和控制面协议栈分别如图85、图86所示。第8章第四代移动通信系统（4）图85用户面协议栈第

11、8章第四代移动通信系统（4）图86控制面协议栈第8章 第四代移动通信系统（4）8.4.3 LTE帧结构LTE系统同时定义了频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种方式，这分别是在WCDMA和TDSCDMA系统 上演进的结果，这些帧结构保证了3G到LTE的平滑演进。图750和图751分别给出了LTEFDD和LTETDD两种 无线帧结构。它们都统一定义为10ms，每个无线帧包含10个 子帧，每个子帧1ms。每个子帧又定义成两个时隙，每个时隙0.5ms。每个无线帧包括两个长度Tf=153600Ts=5ms的半 帧。第8章第四代移动通信系统（4）图87LTEFDD帧结构第8章第四代移动通信系统（4）

12、图88LTETDD帧结构第8章 第四代移动通信系统（4）8.4.4无线传输方案1）下行传输方案LTE下行传输方案采用传统的带循环前缀（CP）的OFDMA,每一个子载波占用 15kHz。数据调制采用QPSK、16QAM和64QAM这三种方式。信道编码以Turbo码为基础，同时也考虑采用低密度奇偶校验码（LDPC,Low eDnsityParity Checkcodes），后者可获得比前者高的编码增益，在解码复杂 度上也略有减小。下行MIMO技术的基本配置是22，即基 站和UE各有两个天线，更高的下行配置也可支持44的MIMO。小区搜索的设计主要集中在同步信道的设计和小区 序列的设计上，采用主同步

13、信道进行小区同步，采用辅同步 信道进行小区标识（ID）的检测。在主同步信道上采用公共的 导频序列，而在辅同步信道上各小区采用不同的导频序列。目前可供参考的码有PN、ZC（ZadoffChu）和Frank序列。第8章 第四代移动通信系统（4）2）上行传输方案上行传输方案采用带循环前缀的SCFDMA，使用DFT获得频域信号，然后插入零符号进行扩频，扩频信号 再通过IDFT转换到时域，这个过程称为DFTSOFDM。使用DFTSOFDM保证了上行用户间在频域相互正交，以 及在接收机一侧得到有效的频域均衡。子载波映射决定了 频谱资源的分配，有两种方式：一种是局部式（localized）传输，即DFT的输

14、出映射到连续的子载波上；另一种是 分布式（distributed）传输，即DFT的输出映射到不连续的 子载波上。目前上行方案确定采用局部式传输。上行调制 与下行调制相同，主要采用QPSK、16QAM和64QAM。上 行编码也与下行编码相同。第8章 第四代移动通信系统（4）上行的MIMO技术配置与下行有所不同，采用了一种特殊 的称为虚拟（Virtual）MIMO的技术，通常是22的虚拟MIMO，两个UE各有一个发射天线，并共享相同的时频资 源。这些UE采用相互正交的参考信号图谱，以简化eNB的 处理。从UE的角度看，22虚拟MIMO与单天线传输的不 同之处仅仅在于参考信号图谱的使用必须与其他UE配对，基站接收机可以对这两个UE发送的信号进行虚拟MI