从3G向4G演进的无线通信之路（第一课）

从3G向4G演进的无线通信之路（第一课）从3G向4G演进的无线通信之路从3G向4G演进的无线通信之路普天信息技术研究院胡炜博士 huwei@cpit.com.cn 目录移动通信的演进1 TD-LTE是通向移动宽带的必由之路 2 TD-SCDMA开启了移动宽带的大门 3 4 LTE+实现了移动宽带的自由之路4 LTE/LTE+的关键技术预研5 4 总结6 目录移动通信的演进1 TD-LTE是通向移动宽带的必由之路 2 TD-SCDMA开启了移动宽带的大门 3 4 LTE+实现了移动宽带的自由之路4 L...

从3G向4G演进的无线通信之路从3G向4G演进的无线通信之路普天信息技术研究院胡炜博士 huwei@cpit.com.cn 目录移动通信的演进1 TD-LTE是通向移动宽带的必由之路 2 TD-SCDMA开启了移动宽带的大门 3 4 LTE+实现了移动宽带的自由之路4 LTE/LTE+的关键技术预研5 4 总结6 目录移动通信的演进1 TD-LTE是通向移动宽带的必由之路 2 TD-SCDMA开启了移动宽带的大门 3 4 LTE+实现了移动宽带的自由之路4 LTE/LTE+的关键技术预研5 4 总结6 移动业务带宽需求的快速增长 2004-2006年日本3G业务发展移动业务发展的趋势预测无线宽带数据业务是未来几年业务的快速增长点无线通信标准的演进 4G IMT-Advanced 2G GSM GPRS WCDMA R99 EDGE 2.5G 2.75G 3G E-EDGE HSDPA/ R5 HSUPA/ R6 MBMS 3.5G TD-SCDMA R4 HSDPA/ R5 MBMS/ R6 R7 3.75G 3..9G CDMA IS-95 CDMA 2000 CDMA 2000 1X-ED-DO EV-DO Rev. A EV-DO Rev. B UMB 802.16d 802.16e 802.16m LTE TDD FDD HSPA+/R7 HSUPA/ R7 HSPA+/ R8 OFDMA Based Technology 4G LTE/4G的标准进展情况 3GPP LTE Advanced是ITU征集的IMT-advanced备选方案之一目录移动通信的演进1 TD-LTE是通向移动宽带的必由之路 2 TD-SCDMA开启了移动宽带的大门 3 4 LTE+实现了移动宽带的自由之路4 LTE/LTE+的关键技术预研5 4 总结6 HSPA开启了移动宽带的大门 Call to Call Face to Face Call Now Future Where are you?Here, Come on Sport Moving Music HSPA为支持高速业务引入的技术 HSPA分组调度技术实现资源共享，提高了资源利用率 ENodeB UE UEENodeB AMC+HARQ技术实现链路自适应传输，提高了频谱效率 HSPA的局限性带宽增加后 ¾ 码片速率提高 ¾ 符号间干扰增加 ¾ 均衡器复杂度增加 CDMA无法提供更高速率，否则系统复杂度急剧增加小结随着移动通信向宽带发展，业务对带宽的需求越来越强烈 HSPA能满足对宽带业务的基本需求但HSPA的容量限制使其无法满足随之而来的用户行为的转变 LTE应运而生 HSPA开启了移动宽带的大门目录移动通信的演进1 TD-LTE是通向移动宽带的必由之路 2 TD-SCDMA开启了移动宽带的大门 3 4 LTE+实现了移动宽带的自由之路4 LTE/LTE+的关键技术预研5 4 总结6 OFDM技术奠定了移动宽带的基础 OFDM技术奠定了移动宽带高速公路的基础 Frequency BW2 MIMO技术有效提高无线频谱效率 MIMO自适应选择分集和复用，提高了系统的平均谱效率对于高速移动用户或小区边缘用户，采用分集或波束赋型方式进行覆盖，提高数据传输的可靠性小区中心小区边缘对于离eNodeB较近的、位于小区中心的用户，采用复用的方式，以提高数据的传输速率，有效利用传输带宽 LTE网络架构的优势 GGSN RNC NB SGSN SGSN RNC NB InternetInternet IMSIMS PCRF100Mbps 100Mbps 100Mbps 10Mbps 2Mbps User Plane(UP) Control Plane(CP) P-GW eNB S-GW S-GW eNB InternetInternet IMSIMS PCRF10Gbps 1Gbps 100Mbps MME100Mbps 3G LTE VS 接入网信令处理时延：百ms～1s 接入网信令处理时延：几十ms 网络结构的全IP化、扁平化发展缩小了控制和业务的时延 TD-SCDMA HSPA网络： LTE网络： LTE网络可优先进行室内热点覆盖 LTE使用2.3G以上频段的覆盖范围有限 LTE重点对室内或热点地区进行覆盖小结 LTE继承并发扬了HSPA的技术优势，并且弥补了 HSPA容量、时延等方面的不足 LTE先期重点对室内和热点地区进行覆盖，将更好的满足了用户行为转变之后的容量需求 LTE是通向移动宽带的必由之路目录移动通信的演进1 TD-LTE是通向移动宽带的必由之路 2 TD-SCDMA开启了移动宽带的大门 3 4 LTE+实现了移动宽带的自由之路4 LTE/LTE+的关键技术预研5 4 总结6 LTE可平滑向LTE+（4G）演进 LTE/LTE+都将以OFDM和MIMO技术为基础 ¾通过增加子载波数量，来增加系统容量 ¾通过增加MIMO天线的数量，来增加系统容量 ¾增强物理层技术：LDPC编码、MU-MIMO等技术 LTE和LTE+具有很强兼容性 ¾LTE的终端可接入LTE+的网络 ¾LTE+的终端也可以接入到LTE的网络 ¾这种前后向兼容性有效的保证了运营商的投资，为平滑升级网络提供了基础 Relay技术的引入 LTE+将引入Relay技术 ¾提高业务的覆盖 ¾提高小区吞吐量，尤其是边缘吞吐量 ¾降低回传成本带宽增加使用2.3G以上频段容量增加覆盖范围缩小子载波数量增加 LTE的发展和应用：无缝的广域覆盖具有相当的难度，需要寻找有效的解决同频干扰和扩大覆盖范围的方法。 SON技术为了降低网络建设成本和运营成本，LTE+需要具有SON功能 SON的含义 ¾Self-Planning, Self-Deployment ¾Self-Optimization, Self-maintenance ¾Self-Healing…… 优先考虑实现Self-Planning和Self-Deployment功能小结 LTE与LTE+具有良好的前后向兼容性，保证了运营商的投资回报 LTE+在LTE基础上平滑的扩展系统容量，其解决了LTE可能的覆盖受限问题 LTE+实现了移动宽带的自由之路目录移动通信的演进1 TD-LTE是通向移动宽带的必由之路 2 TD-SCDMA开启了移动宽带的大门 3 4 LTE+实现了移动宽带的自由之路4 LTE/LTE+的关键技术预研5 4 总结6 样机研发与验证样机研发——LTE TDD系统组成 eNodeB基站系统采用BBU+RRU架构 UE采用基于基站硬件平台的模拟终端 eNodeB的硬件平台可以支持TD-SCDMA、LTE、LTE+等多系统 LTE关键技术——物理层关键技术 SU-MIMO： ¾ 复用和分集的灵活选择同步技术： ¾ OFDM系统对同步偏差敏感，很小的频率、定时同步误差就会引起符号间干扰（ISI）和信道间干扰（ICI ），导致系统性能的严重下降。 ¾ 良好的同步技术是是解决问题的关键，下行同步方面，将采用联合考虑导频和数据符号前缀的载波同步算法，从而保证终端实现与eNodeB 的精确同步 (UE 1) (UE 2) TP,1 TP,2 TA,2 TA,1 TTI = 1 ms UE 1 UE 2 eNodeB LTE关键技术——干扰控制技术目的 ¾ 提高小区边缘用户吞吐量 ¾ 保证同频组网干扰控制技术 ¾ 干扰随机化 ¾ 干扰抑制 ¾ 干扰协调 ¾ 干扰消除 LTE关键技术——层二调度机制 ¾ 目标 • 满足业务的QoS需求， • 降低系统干扰， • 提高系统吞吐量， • 节约终端功率 •将对无线资源分配进行最优化分析，提出时频空三维联合资源调度控制技术以提高数据传输性能并保证用户QoS要求 •在基站上实施负载均衡控制机制，解决基站间负载分布不平衡问题 •无线资源的自规划，自配置 – 解决方法 LTE+关键技术—— MU-MIMO技术 • 采用SDMA做为MU-MIMO的基本传输方案 • 利用TDD系统信道互易的优点，研究LTE+ TDD MU- MIMO系统的非码本的预编码技术 • SA＋MU-MIMO 预编码 UE1 data UE2 data Time F r e q LTE+关键技术——信道编码技术研究LDPC编译码原理设计低复杂度的LDPC编码架构研究交织、速率匹配算法研究HARQ重传算法目前LDPC编码架构采用扩展矩阵方式实现HARQ机制矩阵的大小随码率范围扩大而增加在LTE+系统技术方案研究过程中展开LDPC编译码技术研究实现高性能、低复杂度的LDPC 码技术，提高系统的传输性能 bm bn 16=Δm bk bm 16=Δm mΔ母码校验矩阵扩展校验矩阵研究路线 LTE+关键技术——中继Relay ¾ 难点 • 合理客观的评估模型和信道模型 • 资源分配和干扰协调 • 与LTE兼容的高层协议设计 ¾ 解决方法 • 设计一种与LTE兼容的高效中继传输的帧结构 • 重点研究两跳、无协调的固定中继系统 • 其次研究协同中继技术 eNod eB Relay Node Relay Node • UE-eNodeB Tx/Rx • UE-eNodeB Tx/Rx • UE-Relay-eNodeB Tx/Rx • UE-Relay-eNodeB Tx/Rx 关键技术——高效功放设计 LTE+ TDD系统采用 OFDM技术，导致 PAPR较大，采用 CFR等削峰技术及数字预失真技术以改善信号的峰均比特性，增强功放效率，大于18%。目录移动通信的演进1 TD-LTE是通向移动宽带的必由之路 2 TD-SCDMA开启了移动宽带的大门 3 4 LTE+实现了移动宽带的自由之路4 LTE/LTE+的关键技术预研5 4 总结6 总结 HSPA开启了移动宽带的大门，将丰富用户的体验，引导用户行为的转变 LTE是移动宽带的必由之路，优先对室内和热点进行覆盖，将满足大量移动宽带用户的需求 LTE+将在LTE基础上平滑演进，最终实现移动宽带的自由之路，完成全网无缝覆盖 LTE项目对我们来说，既是机遇，又是挑战从3G向4G演进的无线通信之路目录目录移动业务带宽需求的快速增长无线通信标准的演进 LTE/4G的标准进展情况目录 HSPA开启了移动宽带的大门 HSPA为支持高速业务引入的技术 HSPA的局限性小结目录 OFDM技术奠定了移动宽带的基础 MIMO技术有效提高无线频谱效率 LTE网络架构的优势小结目录 LTE可平滑向LTE+（4G）演进 Relay技术的引入 SON技术小结目录样机研发与验证样机研发——LTE TDD系统组成 LTE关键技术——物理层关键技术 LTE关键技术——干扰控制技术 LTE关键技术——层二调度机制 LTE+关键技术—— MU-MIMO技术 LTE+关键技术——信道编码技术 LTE+关键技术——中继Relay 关键技术——高效功放设计目录总结

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