LTE系統(tǒng)簡介ppt課件.ppt

1、,-技術(shù)中心,LTE系統(tǒng)介紹,1,一、LTE概念 二、LTE的主要技術(shù)特征 三、LTE采用的技術(shù) 四、演進路線 五、技術(shù)提案 六、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 七、傳輸方案 八、TD-LTE的三大技術(shù) 九、技術(shù)名詞的解釋和對比 十、TD-LTE的發(fā)展?fàn)顩r,目 錄,一、LTE概念,一、LTE概念 LTE是英文Long Term Evolution的縮寫。LTE也被通俗的稱為3.9G，具有100Mbps的數(shù)據(jù)下載能力，被視作從3G向4G演進的主流技術(shù)。 3GPP長期演進（LTE）項目是近兩年來3GPP啟動的最大的新技術(shù)研發(fā)項目，這種以O(shè)FDM/FDMA為核心的技術(shù)可以被看作“準(zhǔn)4G”技術(shù)。 3GPP LTE項目的主要

2、性能目標(biāo)包括： 在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率； 改善小區(qū)邊緣用戶的性能； 提高小區(qū)容量； 降低系統(tǒng)延遲，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100ms； 支持100Km半徑的小區(qū)覆蓋； 能夠為350Km/h高速移動用戶提供100kbps的接入服務(wù)； 支持成對或非成對頻譜，并可靈活配置1.25 MHz到20MHz多種帶寬。,二、LTE主要特征,二、 LTE主要特征 3GPP從“系統(tǒng)性能要求”、“網(wǎng)絡(luò)的部署場景”、“網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)”、“業(yè)務(wù)支持能力”等方面對LTE進行了詳細的

3、描述。,二、 LTE主要特征,與3G相比，LTE具有如下技術(shù)特征： (1)通信速率有了提高，下行峰值速率為100Mbps、上行為50Mbps。 (2)提高了頻譜效率，下行鏈路5(bit/s)/Hz，(3-4倍于R6版本的HSDPA高速數(shù)據(jù)下行分組接入)；上行鏈路2.5(bit/s)/Hz，是R6版本HSUPA的2-3倍。 (3)以分組域業(yè)務(wù)為主要目標(biāo)，系統(tǒng)在整體架構(gòu)上將基于分組交換。 (4)QoS保證，通過系統(tǒng)設(shè)計和嚴(yán)格的QoS機制，保證實時業(yè)務(wù)(如VoIP)的服務(wù)質(zhì)量。 (5)系統(tǒng)部署靈活，能夠支持1.25MHz-20MHz間的多種系統(tǒng)帶寬，并支持對稱和非對稱的頻譜分配。保證了將來在系統(tǒng)部署

4、上的靈活性。 (6)降低無線網(wǎng)絡(luò)時延：子幀長度0.5ms和0.675ms，解決了向下兼容的問題并降低了網(wǎng)絡(luò)時延，時延可達用戶平面5ms，控制平面100ms。 (7)增加了小區(qū)邊界比特速率，在保持目前基站位置不變的情況下增加小區(qū)邊界比特速率。如MBMS(多媒體廣播和組播業(yè)務(wù))在小區(qū)邊界可提供1bit/s/Hz的數(shù)據(jù)速率。 (8)強調(diào)向下兼容，支持已有的3G系統(tǒng)和非3GPP規(guī)范系統(tǒng)的協(xié)同運作。 與3G相比，LTE更具技術(shù)優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在：高數(shù)據(jù)速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容。,三、LTE采用的技術(shù),三、LTE演進與核心技術(shù) LTE(Long Term Evolution)項目是3G的

5、演進，它改進并增強了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進的唯一標(biāo)準(zhǔn)。 OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing 正交頻分復(fù)用技術(shù)） OFDM是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)。無線信道的頻率響應(yīng)曲線大多是非平坦的，而OFDM技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾。 由于在OFDM

6、系統(tǒng)中各個子信道的載波相互正交，它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。,三、 LTE采用的技術(shù),OFDM技術(shù)的推出其實是為了提高載波的頻譜利用率，或者是為了改進對多載波的調(diào)制，它的特點是各子載波相互正交，使擴頻調(diào)制后的頻譜可以相互重疊，從而減小了子載波間的相互干擾。在對每個載波完成調(diào)制以后，為了增加數(shù)據(jù)的吞吐量、提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，它又采用了一種叫作HomePlug的處理技術(shù)，來對所有將要被發(fā)送數(shù)據(jù)信號的載波進行合并處理，把眾多的單個信號合并成一個獨立的傳輸信號進行發(fā)送。 OFDM增強了抗頻率選擇性衰落和抗窄帶干擾的能力。在單載波系統(tǒng)中，單個衰落或者

7、干擾可能導(dǎo)致整個鏈路不可用，但在多載波的OFDM系統(tǒng)中，只會有一小部分載波受影響。此外，糾錯碼的使用還可以幫助其恢復(fù)一些載波上的信息。通過合理地挑選子載波位置，可以使OFDM的頻譜波形保持平坦，同時保證了各載波之間的正交。 OFDM盡管還是一種頻分復(fù)用（FDM），但已完全不同于過去的FDM。OFDM的接收機實際上是通過FFT（快速傅里葉變換）實現(xiàn)的一組解調(diào)器。每個解調(diào)器將不同載波搬移至零頻，然后在一個碼元周期內(nèi)積分，其他載波信號由于與所積分的信號正交，因此不會對信息的提取產(chǎn)生影響。,三、 LTE采用的技術(shù),OFDM的數(shù)據(jù)傳輸速率也與子載波的數(shù)量有關(guān)。OFDM每個載波所使用的調(diào)制方法可以不同。各

8、個載波能夠根據(jù)信道狀況的不同選擇不同的調(diào)制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等，以頻譜利用率和誤碼率之間的最佳平衡為原則。我們通過選擇滿足一定誤碼率的最佳調(diào)制方式就可以獲得最大頻譜效率。無線多徑信道的頻率選擇性衰落會使接收信號功率大幅下降，經(jīng)常會達到30dB之多，信噪比也隨之大幅下降。為了提高頻譜利用率，應(yīng)該使用與信噪比相匹配的調(diào)制方式。 可靠性是通信系統(tǒng)正常運行的基本考核指標(biāo)，所以很多通信系統(tǒng)都傾向于選擇BPSK或QPSK調(diào)制，以確保在信道最壞條件下的信噪比要求，但是這兩種調(diào)制方式的頻譜效率很低。OFDM技術(shù)使用了自適應(yīng)調(diào)制，根據(jù)信道條件的好壞來選擇不同的調(diào)制方

9、式。比如在終端靠近基站時，信道條件一般會比較好，調(diào)制方式就可以由BPSK（頻譜效率1bit/s/Hz）轉(zhuǎn)化成16QAM64QAM（頻譜效率46bit/s/Hz），整個系統(tǒng)的頻譜利用率就會得到大幅度的提高。自適應(yīng)調(diào)制能夠擴大系統(tǒng)容量，但它要求信號必須包含一定的開銷比特，以告知接收端發(fā)射信號所應(yīng)采用的調(diào)制方式。終端還要定期更新調(diào)制信息，這也會增加更多的開銷比特。 OFDM還采用了功率控制和自適應(yīng)調(diào)制相協(xié)調(diào)工作方式。信道好的時候，發(fā)射功率不變，可以增強調(diào)制方式（如64QAM），或者在低調(diào)制方式（如QPSK）時降低發(fā)射功率。功率控制與自適應(yīng)調(diào)制要取得平衡。,三、 LTE采用的技術(shù),對于一個發(fā)射臺，如果

10、它有良好的信道，在發(fā)送功率保持不變的情況下，可使用較高的調(diào)制方案如64QAM；如果功率減小，調(diào)制方案也就可以相應(yīng)降低，使用QPSK方式等。自適應(yīng)調(diào)制要求系統(tǒng)必須對信道的性能有及時和精確的了解，如果在差的信道上使用較強的調(diào)制方式，那么就會產(chǎn)生很高的誤碼率，影響系統(tǒng)的可用性。OFDM系統(tǒng)可以用導(dǎo)頻信號或參考碼字來測試信道的好壞。發(fā)送一個已知數(shù)據(jù)的碼字，測出每條信道的信噪比，根據(jù)這個信噪比來確定最適合的調(diào)制方式。,MIMO技術(shù)： 它利用多天線來抑制信道衰落。MIMO技術(shù)大致可以分為兩類：發(fā)射/接收分集和空間復(fù)用。 傳統(tǒng)的多天線被用來增加分集度從而克服信道衰落。具有相同信息的信號通過不同的路徑被發(fā)送出

11、去，在接收機端可以獲得數(shù)據(jù)符號多個獨立衰落的復(fù)制品，從而獲得更高的接收可靠性。舉例來說，在慢瑞利衰落信道中，使用1根發(fā)射天線 N 根接收天線，發(fā)送信號通過 N 個不同的路徑。如果各個天線之間的衰落是獨立的，可以獲得最大的分集增益為N，平均誤差概率可以減小到1/N ，單天線衰落信道的平均誤差概率為 1/N。 對于發(fā)射分集技術(shù)來說，同樣是利用多條路徑的增益來提高系統(tǒng)的可靠性。在一個具有 M 根發(fā)射天線 N 根接收天線的系統(tǒng)中，如果天線對之間的路徑增益是獨立均勻分布的瑞利衰落，可以獲得的最大分集增益為M*N。 智能天線技術(shù)也是通過不同的發(fā)射天線來發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，形成指向某些用戶的賦形波束，從而有效的

12、提高天線增益，降低用戶間的干擾。廣義上來說，智能天線技術(shù)也可以算一種天線分集技術(shù)。 分集技術(shù)主要用來對抗信道衰落。相反，MIMO信道中的衰落特性可以提供額外的信息來增加通信中的自由度(degrees of freedom)。從本質(zhì)上來講，如果每對發(fā)送接收天線之間的衰落是獨立的，那么可以產(chǎn)生多個并行的子信道。如果在這些并行的子信道上傳輸不同的信息流，可以提供傳輸數(shù)據(jù)速率，這被稱為空間復(fù)用。需要特別指出的是：在高信噪比的情況下，傳輸速率是自由度受限的，此時天線對之間（收發(fā)）是獨立均勻分布的瑞利衰落。,三、 LTE采用的技術(shù),四、演進路線,演進路線： GSM-GPRS-EDGE-WCDMA-HSD/

13、UPA-HSD/UPA+-LTE長期演進 GSM:9K- GPRS:42K - EDGE:172K-WCDMA364k- HSD/UPA:14.4M- HSD/UPA+:42M- LTE:300M,五、技術(shù)提案,不同的提案代表了不同的背景和不同集團的利益，所以國際上存在多個提案。其中主要的兩個介紹如下： 1.FDD SC-FDMA UL、FDD OFDMA DL 該提案使用了目前頻譜效率很高的正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)作為下行鏈路的主要調(diào)制方式，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)速率傳送；上行鏈路則采用單載波頻分多址（FDMA）。主要的好處就是降低了發(fā)射終端的峰均功率比，減小了終端的體積和成本。其主要特點包括頻譜

14、帶寬靈活分配、子載波序列固定、采用循環(huán)前綴對抗多徑衰落和可變的傳輸時間間隔（TTI）等。 2.TDD UL采用SC-FDMA，TDD DL采用OFDMA 該提案主要TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的演進。其主要特點是盡可能繼承TD-SCDMA的系統(tǒng)特點，例如相同的子信道帶寬、信道結(jié)構(gòu)，Space（間隔）、Time（時間）、Code（碼）多域復(fù)用等，在此基礎(chǔ)上通過多載波的方式擴展數(shù)據(jù)速率，滿足LTE的需求。 中國移動已經(jīng)獲得TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)使用權(quán)，所以采用方案2是一種合理的選擇?？梢源蟠蠊?jié)約投入。,六、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),LTE采用由NodeB構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于簡化網(wǎng)絡(luò)和減小延遲，實現(xiàn)了低時延，低復(fù)雜

15、度和低成本的要求。與傳統(tǒng)的3GPP接入網(wǎng)相比， LTE減少了RNC（無線網(wǎng)絡(luò)控制）節(jié)點。名義上LTE是對3G的演進，但事實上它對3GPP的整個體系架構(gòu)作了革命性的變革，逐步趨近于典型的IP寬帶網(wǎng)結(jié)構(gòu)。 接入網(wǎng)主要由演進型NodeB(eNB)和接入網(wǎng)關(guān) (aGW)兩部分構(gòu)成。aGW是一個邊界節(jié)點，若將其視為核心網(wǎng)的一部分，則接入網(wǎng)主要由eNB一層構(gòu)成。eNB不僅具有原來NodeB的功能外，還能完成原來3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中RNC的大部分功能，包括物理層、MAC層、RRC、調(diào)度、接入控制、承載控制、接入移動性管理和Inter-cellRRM等。Node B和Node B之間將采用網(wǎng)格(Mesh)方式直接互

16、連，這也是對原有UTRAN（通用無線系統(tǒng)陸地?zé)o線接入網(wǎng)）結(jié)構(gòu)的重大修改。,對于不同技術(shù)提案有不同 的傳輸方案，我們室分技術(shù)只關(guān)心UU接口。MIMO是LTE系統(tǒng)為達到用戶平均吞吐量和頻譜效率要求的最佳技術(shù)。下行MIMO天線的基本配置是，在基站設(shè)兩個發(fā)射天線，在UE設(shè)兩個接收天線，即22的天線配置。更高的下行配置，如44的MIMO也有應(yīng)用在室外系統(tǒng)中。 雖然宏分集技術(shù)在3G時代扮演了相當(dāng)重要的角色，但是在LTE中不再考慮 。在OFDM系統(tǒng)中，軟合并技術(shù)可以通過信號到達UE天線的時刻都處于CP（前綴）窗之內(nèi)的RF合并來實現(xiàn)，這種合并不需要UE有任何操作。 上行單用戶MIMO天線的基本配置，也是在UE

17、有兩個發(fā)射天線，在基站有兩個接收天線。,七、傳輸方案,第一個就是基于TDD的雙工技術(shù)。在TDD方式里面，TDD時間切換的雙工方式是在一個幀結(jié)構(gòu)中定義了它的雙工過程。 第二個關(guān)鍵技術(shù)是OFDM。其中有兩個關(guān)鍵點，一是OFDM技術(shù)和MIMO技術(shù)如何結(jié)合，使移動通信系統(tǒng)性能進一步提升；二是OFDM技術(shù)在蜂窩移動通信組網(wǎng)的條件下，如何克服同頻組網(wǎng)帶來的問題。 第三個是基于MIMO/SA（自適應(yīng)）的多天線技術(shù)。,八、TD-LTE的三大技術(shù),一、MIMO與智能天線 智能天線是系統(tǒng)對發(fā)射電波賦型，即系統(tǒng)根據(jù)各天線接收信號的場強來判斷終端設(shè)備的位置，從而在發(fā)射時有目的的在該方向上加大信號。 MIMO是為空中傳輸提供更多的傳輸路徑，從而抵抗多徑衰落，提高系統(tǒng)可靠性。在多徑衰落不嚴(yán)重的場合，MIMO起著空間復(fù)用的作用，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸能力。 二、LTE承載業(yè)務(wù)和LTE終端 LTE傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)。所有在數(shù)據(jù)鏈路上能實現(xiàn)的業(yè)務(wù)都能承載。比如電話（VoIP）、InterNet、廣播、電視、視