《數(shù)字通信》十、系統(tǒng)架構(gòu)LTE-WLAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案

1、 數(shù)字通信 final chapter 2016年年04月月08日日 2/26面向面向IMT-AdvancedIMT-Advanced跨層優(yōu)化技術(shù)跨層優(yōu)化技術(shù) 3/26分布式異構(gòu)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖分布式異構(gòu)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖 同構(gòu)協(xié)作優(yōu)化同構(gòu)協(xié)作優(yōu)化異構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)化異構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)化分布式異構(gòu)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖分布式異構(gòu)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖 4/19n論文依托：國(guó)家重大專項(xiàng)論文依托：國(guó)家重大專項(xiàng) IMT-Advanced 新型無(wú)線資源管理研究及驗(yàn)證（新型無(wú)線資源管理研究及驗(yàn)證（2009ZX03003-007-03）IMT-Advanced 跨層優(yōu)化技術(shù)（跨層優(yōu)化技術(shù)（2010ZX03003-001-02）

2、 n現(xiàn)狀：通信技術(shù)迅猛發(fā)展，層出不窮的無(wú)線通信系統(tǒng)為用戶提供了異現(xiàn)狀：通信技術(shù)迅猛發(fā)展，層出不窮的無(wú)線通信系統(tǒng)為用戶提供了異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。而未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將以室內(nèi)通信為其主要應(yīng)用場(chǎng)景，根構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。而未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將以室內(nèi)通信為其主要應(yīng)用場(chǎng)景，根據(jù)只有空間傳輸損耗計(jì)算法則，傳輸距離縮短一半，則功耗變?yōu)樵瓉?lái)?yè)?jù)只有空間傳輸損耗計(jì)算法則，傳輸距離縮短一半，則功耗變?yōu)樵瓉?lái)1/4，因此，室內(nèi)覆蓋通信方式符合綠色通信的主流；另一方面，對(duì)，因此，室內(nèi)覆蓋通信方式符合綠色通信的主流；另一方面，對(duì)于高速移動(dòng)或室外通信，我們還必須借助宏基站的覆蓋。于高速移動(dòng)或室外通信，我們還必須借助宏基站的覆蓋。n問(wèn)題和挑戰(zhàn)：如何

3、使任何用戶在任何時(shí)間任何地點(diǎn)都能獲得具有問(wèn)題和挑戰(zhàn)：如何使任何用戶在任何時(shí)間任何地點(diǎn)都能獲得具有QoS保證的服務(wù)，同時(shí)具備較低的功耗？保證的服務(wù)，同時(shí)具備較低的功耗？n解決方案：進(jìn)行異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的平滑切換解決方案：進(jìn)行異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的平滑切換 5/26面向面向IMT-AdvancedIMT-Advanced跨層優(yōu)化技術(shù)跨層優(yōu)化技術(shù) 6/19 u路徑選擇路徑選擇根據(jù)鏈路信道質(zhì)量，進(jìn)行接入網(wǎng)根據(jù)鏈路信道質(zhì)量，進(jìn)行接入網(wǎng)絡(luò)選擇絡(luò)選擇u虛擬網(wǎng)卡虛擬網(wǎng)卡屏蔽底層不同傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)異屏蔽底層不同傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無(wú)線鏈路平滑切換構(gòu)無(wú)線鏈路平滑切換u網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換

4、(NAT)使具有內(nèi)網(wǎng)使具有內(nèi)網(wǎng) IP 地址的終端連接地址的終端連接 Internetu自動(dòng)請(qǐng)求重傳協(xié)議自動(dòng)請(qǐng)求重傳協(xié)議(ARQ)多鏈路數(shù)據(jù)包匯聚重組，實(shí)現(xiàn)數(shù)多鏈路數(shù)據(jù)包匯聚重組，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包按序提交，提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)據(jù)包按序提交，提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò) QoS QoS 保證的傳輸保證的傳輸 7/19 各節(jié)點(diǎn)功能模塊示意圖各節(jié)點(diǎn)功能模塊示意圖 8/26面向面向IMT-AdvancedIMT-Advanced跨層優(yōu)化技術(shù)跨層優(yōu)化技術(shù) OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型9/10 IEEE 802.1AX信道聚合協(xié)議棧10/10 3GPP LTE鏈路協(xié)議棧11/10 Evolution-UTRAN協(xié)議棧12/10Evolution-

5、UTRAN用戶平面協(xié)議棧用戶平面協(xié)議棧Evolution-UTRAN控制平面協(xié)議棧：控制平面協(xié)議棧：PDCP sublayer (terminated in eNB on the network side) performs the functions listed in section 5.3, e.g.: -Header Compression; (Only in User plane)-Integrity Protection; (User plane & control plane)-Ciphering. (User plane & control plane) 協(xié)議架

6、構(gòu)13/10 eNB層次功能描述14/10 數(shù)據(jù)鏈路層信道聚合技術(shù)15/10 16/19 ARQ 模塊示意圖模塊示意圖 17/26面向面向IMT-AdvancedIMT-Advanced跨層優(yōu)化技術(shù)跨層優(yōu)化技術(shù) 18/26物理層物理層異構(gòu)、傳輸載體多樣異構(gòu)、傳輸載體多樣數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層承上啟下、融合適配承上啟下、融合適配網(wǎng)絡(luò)上層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)上層協(xié)議同構(gòu)同構(gòu)新型網(wǎng)絡(luò)無(wú)線協(xié)議棧架構(gòu)：模塊最優(yōu)向全局最優(yōu)轉(zhuǎn)變新型網(wǎng)絡(luò)無(wú)線協(xié)議棧架構(gòu)：模塊最優(yōu)向全局最優(yōu)轉(zhuǎn)變 19/67各協(xié)議層次之間的分組數(shù)據(jù)流圖IP分組數(shù)據(jù)包 IP包分割后的PDURLC數(shù)據(jù)頭編碼塊1傳輸幀控制單元1數(shù)據(jù)區(qū)1 IP包分割后的PDURLC數(shù)

7、據(jù)頭編碼塊2傳輸幀控制單元2數(shù)據(jù)區(qū)1 數(shù)據(jù)區(qū)2數(shù)據(jù)區(qū)N傳輸幀控制單元N 移動(dòng)終端地址速率等級(jí)編碼塊個(gè)數(shù)絕對(duì)偏移L+MCRC校驗(yàn)公共控制數(shù)據(jù)區(qū) RLC數(shù)據(jù)單元MAC數(shù)據(jù)頭 RLC數(shù)據(jù)單元MAC數(shù)據(jù)頭CRCCRC IP包分割后的PDURLC數(shù)據(jù)頭 編碼塊的長(zhǎng)度由速率等級(jí)確定IP數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包信道編碼塊信道編碼塊物理層數(shù)物理層數(shù)據(jù)傳輸幀據(jù)傳輸幀表示數(shù)據(jù)包填充部分表示數(shù)據(jù)包填充部分IP層層RLC子層子層物理層物理層MAC子層子層RLC數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)單元MAC數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)單元編碼塊3M個(gè)調(diào)制符號(hào)L個(gè)調(diào)制符號(hào)10ms 20/67物理層（PHY）層功能描述 21/67n物理層與MAC子層之間的通信通過(guò)層間接口原

8、語(yǔ)來(lái)完成。物理層與MAC子層的接口原語(yǔ)分為數(shù)據(jù)接口原語(yǔ)和控制接口原語(yǔ)。數(shù)據(jù)接口原語(yǔ)用于物理層和MAC子層間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換?？刂平涌谠Z(yǔ)用于物理層與MAC子層控制實(shí)體進(jìn)行控制信息的交互，為MAC子層提供物理層當(dāng)前的狀態(tài)，并完成物理層的參數(shù)配置、切換指示、接入消息及測(cè)量信息傳遞等功能。 22/67媒體接入控制（MAC）子層功能描述 nMAC子層處于物理層和RLC子層之間，向上為RLC子層提供服務(wù)，RLC子層通過(guò)邏輯信道將RLC子層的數(shù)據(jù)PDU提交給MAC子層發(fā)送，MAC子層向下利用物理信道使用物理層提供的服務(wù)。nMAC子層實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：以數(shù)據(jù)PDU為單位的前、反向無(wú)線數(shù)據(jù)帶寬的動(dòng)態(tài)申請(qǐng)和動(dòng)態(tài)統(tǒng)

9、計(jì)復(fù)用、支持不同優(yōu)先等級(jí)的多個(gè)用戶的多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS控制，邏輯信道和物理信道的映射、MAC子層SDU和物理層數(shù)據(jù)傳輸塊的動(dòng)態(tài)適配以及對(duì)物理層傳輸參數(shù)的進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置。 23/67nMAC子層與RLC子層之間的通信由定義的層間接口原語(yǔ)來(lái)完成。MAC子層與RLC子層的接口原語(yǔ)分為數(shù)據(jù)接口原語(yǔ)和控制接口原語(yǔ)。數(shù)據(jù)接口原語(yǔ)用于MAC子層和RLC子層間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互?？刂平涌谠Z(yǔ)用于MAC子層與RLC子層控制實(shí)體進(jìn)行控制信息的交互，實(shí)現(xiàn)RLC子層和MAC子層的狀態(tài)共享。 24/67無(wú)線鏈路控制（RLC）子層功能描述 n無(wú)線鏈路控制（RLC）子層主要實(shí)現(xiàn)對(duì)RLC子層服務(wù)數(shù)據(jù)單元的分割和重組、加密和解密、傳

10、輸差錯(cuò)控制和各種數(shù)據(jù)邏輯鏈路的建立、釋放、配置等功能。RLC子層由多個(gè)RLC實(shí)體和控制實(shí)體組成。RLC實(shí)體可根據(jù)傳輸業(yè)務(wù)類型的不同，配置成非確認(rèn)模式、可靠傳輸模式和盡力可靠傳輸模式。RLC控制實(shí)體的主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)邏輯鏈路的建立、釋放、參數(shù)配置，以及數(shù)據(jù)鏈路層的軟切換控制過(guò)程。 25/67基站發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)方案圖 CRC幀 內(nèi)符 號(hào)交 織符 號(hào) 擾 碼小 區(qū) 擾 碼發(fā) 生 器IFFT控 制 信 息 比特 生 成CRC差 分QPSK調(diào) 制符 號(hào) 擾 碼主 導(dǎo) 頻 信 號(hào)發(fā) 生 器接 入 應(yīng) 答信 息 生 成CRC控 制信 道物 理幀 組成時(shí) 分復(fù) 用同 步信 道同 步 信 號(hào)發(fā) 生 器分 組 數(shù)據(jù)

11、 塊數(shù) 據(jù) 塊 控制 信 息CRC數(shù) 據(jù)信 道物 理幀 組成尋 呼 信 息功 率 控 制 模 塊反 向 接 入 前綴 檢 測(cè) 單 元信 道編 碼時(shí) 頻 域加 窗 及峰 均 比抑 制D/A添 加循 環(huán)前 綴子載波映射空時(shí)編碼IFFT輔 導(dǎo) 頻 信 號(hào)發(fā) 生 器添 加循 環(huán)前 綴時(shí) 頻 域加 窗 及峰 均 比抑 制D/A信 道 編 碼 、 比 特 隨 機(jī) 化 、 比特 交 織 、 調(diào) 制 、 擴(kuò) 頻 單 元信 道 編 碼 、 比 特 隨 機(jī) 化 、 比特 交 織 、 調(diào) 制 、 擴(kuò) 頻 單 元 26/67物理層設(shè)計(jì)方案的主要內(nèi)容包括 n物理層設(shè)計(jì)方案的主要內(nèi)容包括：n物理層數(shù)據(jù)傳輸流程n物理傳輸幀

12、結(jié)構(gòu)n傳輸速率等級(jí)n傳輸信號(hào)的隨機(jī)化n信道編、解碼n比特交織n符號(hào)調(diào)制n正交擴(kuò)頻n幀內(nèi)調(diào)制符號(hào)交織n導(dǎo)頻信號(hào)插入n子載波映射及時(shí)頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換n時(shí)、頻域加窗n符號(hào)加擾nMIMO n空時(shí)編碼nFFT/IFFTn峰均比抑制n傳輸定時(shí)和同步控制n接收機(jī)同步算法n信道估計(jì)算法 27/67前向鏈路物理層數(shù)據(jù)傳輸示意圖 PHY傳輸控制實(shí)體MAC層PHY層MAC控制單元控制單元MAC數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)單元CRC校驗(yàn) & 信道編/解碼比特隨機(jī)化、交織/解交織QAM調(diào)制/解調(diào)正交擴(kuò)頻/解擴(kuò)物理傳輸幀組成導(dǎo)頻信道載波映射控制信道載波映射幀內(nèi)符號(hào)交織/解交織&子載波映射/解映射符號(hào)加擾/解擾（區(qū)分小區(qū)）IF

13、FT/FFT同步信道時(shí)分復(fù)用/解復(fù)用OFDM物理承載 n不同通信方式PHY物理層載體都是異構(gòu)的；nIP互聯(lián)，任何設(shè)備都需遵循共同的IP架構(gòu)；n因此，異構(gòu)互聯(lián)互通，主要在IP之下、PHY之上進(jìn)行適配；28/10 29/26lHeNB：一種基于LTE協(xié)議棧的小型家庭基站。熱點(diǎn)覆蓋范圍類似于WLAN。 eNBeNB與與HeNBHeNB之間的切換移之間的切換移動(dòng)錨點(diǎn)動(dòng)錨點(diǎn)通過(guò)通過(guò)S1S1接口連接到接口連接到MME/S-GWMME/S-GW緊耦合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊耦合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于基于LTELTE內(nèi)部切換機(jī)制，屬內(nèi)部切換機(jī)制，屬于鏈路層切換于鏈路層切換 30/26功能定位類似于功能定位類似于eNBeNB可以將

14、其稱之為虛擬可以將其稱之為虛擬eNB(Virtual-eNB)eNB(Virtual-eNB) WLANWLAN無(wú)線傳輸鏈路無(wú)線傳輸鏈路用戶面用戶面IPIP數(shù)據(jù)分組數(shù)據(jù)分組RRCRRC信令信令NASNAS信令信令30 31/26 LTE-WLANLTE-WLAN移動(dòng)錨點(diǎn)移動(dòng)錨點(diǎn)幾個(gè)幾個(gè)WLANWLAN子網(wǎng)構(gòu)子網(wǎng)構(gòu)成擴(kuò)展成擴(kuò)展WLANWLAN虛擬虛擬小區(qū)，賦予跟蹤區(qū)小區(qū)，賦予跟蹤區(qū)域標(biāo)識(shí)域標(biāo)識(shí)S1S1X2X2緊耦合方式緊耦合方式LTELTE內(nèi)部切換移動(dòng)錨點(diǎn)內(nèi)部切換移動(dòng)錨點(diǎn) 32/19n網(wǎng)關(guān)側(cè)分別收集三條鏈路的反饋信息：網(wǎng)關(guān)側(cè)分別收集三條鏈路的反饋信息：leNB 把把 UE 的測(cè)量信息匯報(bào)到上層，

15、由的測(cè)量信息匯報(bào)到上層，由 eNB 和和Linux 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)之間的之間的 CQI 匯報(bào)接口轉(zhuǎn)發(fā)給匯報(bào)接口轉(zhuǎn)發(fā)給Linux網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)；lWLAN 的的 CPE 設(shè)備把設(shè)備把 beacon 質(zhì)量信息和質(zhì)量信息和 RSSI也通也通過(guò)相應(yīng)的接口提交給過(guò)相應(yīng)的接口提交給 Linux 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)。 33/26面向面向IMT-AdvancedIMT-Advanced跨層優(yōu)化技術(shù)跨層優(yōu)化技術(shù) 34/26n技術(shù)背景以及解決的問(wèn)題：高鐵環(huán)境下，如何避免大量UE的切換引起的掉話、切換失敗等問(wèn)題；如何避免backhaul UE（RN）在RLF時(shí)引起的數(shù)據(jù)傳輸效率降低的問(wèn)題；如何避免backhaul 鏈路可能受限的問(wèn)題；

16、35/26n針對(duì)該技術(shù)問(wèn)題采取的針對(duì)性手段：提出了多鏈路匯聚的設(shè)計(jì)方案（L2 over 多隧道 ）多無(wú)線鏈路匯聚RELAY傳輸方案，支持多個(gè)LTE無(wú)線接入模塊； 36/26n多鏈路匯聚RELAY傳輸技術(shù)方案的RN，支持多個(gè)LTE無(wú)線接入模塊；nRN連接的每個(gè)LTE無(wú)線接入網(wǎng)元（模塊）可以在不同的位置，多個(gè)無(wú)線接入網(wǎng)元（模塊）可能接入同一個(gè)eNB，也可能接入不同的eNB；n每個(gè)無(wú)線接入網(wǎng)元的IP地址與匯聚Server設(shè)備IP地址之間，可以建立一條隧道連接，用于回傳連接的LLC報(bào)文；RN有N個(gè)無(wú)線接入網(wǎng)元（模塊）時(shí)，建立N條隧道連接 。 37/26nMobile RN的協(xié)議棧：Mobile RN的

17、協(xié)議分為兩部分：1）RN完成LLC的封裝2）LTE無(wú)線接入模塊的協(xié)議處理部分在LLC之下 38/26n通過(guò)LLC層聚合、封裝的優(yōu)點(diǎn)： 高鐵環(huán)境下RN會(huì)頻繁的穿越小區(qū)，而且火車長(zhǎng)度在100m甚至更長(zhǎng)，因此LLC應(yīng)用層匯聚的方法可以提高backhaul鏈路的有效性和傳輸效率；當(dāng)只有某路LTE無(wú)線接入網(wǎng)元出現(xiàn)RLF時(shí)，其余通道不受影響，可以繼續(xù)在UN口傳輸數(shù)據(jù)（LLC負(fù)責(zé)按序遞交和重傳）； 39/26n多通道匯聚Relay核心內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)：n兼容性、可擴(kuò)展性好，只增加匯聚Server設(shè)備，對(duì)空口協(xié)議不用修改；n可實(shí)現(xiàn)多個(gè)backhaul UE的隧道匯聚，支持多無(wú)線鏈路同時(shí)傳輸，保證回傳鏈路IP分組的無(wú)

18、線鏈路傳輸效率；n多個(gè)鏈路同時(shí)relay IP分組，重傳和新傳可以承載在不同隧道連接上，多個(gè)隧道連接同時(shí)不通的概率較小，可以較好保證用戶保持always online，通過(guò)多通路的重傳減少底層切換的影響； 40/26nRLC over WLAN，兼容現(xiàn)有用戶平面、控制平面，同時(shí)支持RRC信令可靠傳輸，無(wú)丟包；n多隧道異構(gòu)匯聚大帶寬，支持多無(wú)線鏈路同時(shí)傳輸，保證backhaul回傳鏈路IP分組的無(wú)線鏈路傳輸效率； n以上兩方案，不用修改空口協(xié)議，兼容性好。 41/26面向面向IMT-AdvancedIMT-Advanced跨層優(yōu)化技術(shù)跨層優(yōu)化技術(shù) 42/19n終端同時(shí)連接簡(jiǎn)化版終端同時(shí)連接簡(jiǎn)化版IMT-A無(wú)線上網(wǎng)卡與無(wú)線上網(wǎng)卡與WLAN終端，無(wú)線上網(wǎng)卡與終端，無(wú)線上網(wǎng)卡與WLAN終端分別能夠接入異終端分別能夠接入異構(gòu)場(chǎng)景下的各自網(wǎng)絡(luò)，并能夠進(jìn)行業(yè)務(wù)演示，終構(gòu)場(chǎng)景下的各自網(wǎng)絡(luò)，并能夠進(jìn)行業(yè)務(wù)演示，終端根據(jù)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信道質(zhì)量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換，系統(tǒng)端根據(jù)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信道質(zhì)量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換，系統(tǒng)演示演示 ftp、語(yǔ)音、多媒體業(yè)務(wù)。、語(yǔ)音、多媒體業(yè)