現(xiàn)代移動通信 第2版 教學(xué)課件 蔡躍明 第20講 B3G 4G系統(tǒng)

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或者直接輸入下面地址：內(nèi)容回憶什么是集群系統(tǒng)？它與公用蜂窩系統(tǒng)相比有哪些不同？低軌道衛(wèi)星移動通信具有哪些特點？“全球星〞系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計和技術(shù)上與“銥〞系統(tǒng)有何不同？內(nèi)容提要一、B3G/4G系統(tǒng)概述二、3GPPLTE三、LTE-Advanced四、IEEE802.16m第20講B3G/4G移動通信系統(tǒng)本次課擬討論的主要問題：1、什么是B3G/4G移動通信系統(tǒng)？2、B3G/4G相較于3G有哪些顯著的特征？3、B3G/4G的主要關(guān)鍵技術(shù)有哪些？其根本原理是什么？重點：B3G/4G關(guān)鍵技術(shù)難點：OFDM、MIMO的根本原理內(nèi)容提要一、B3G/4G系統(tǒng)概述二、3GPPLTE三、LTE-Advanced四、IEEE802.16m4G來了2021年12月4日中國正式發(fā)布4G牌照1、B3G/4G簡介

定義4G是第四代移動通信及其技術(shù)的簡稱，是集3G與WLAN優(yōu)勢于一體并能夠支持多種高質(zhì)量多媒體應(yīng)用的技術(shù)產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能到達(dá)20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線效勞的要求。1、B3G/4G簡介

起源人們的信息通信需求越來越高3G只能提供數(shù)Mbit/s量級的傳輸速率人類信息通信的理想目標(biāo)還遠(yuǎn)未實現(xiàn)移動通信系統(tǒng)演進(jìn)示意圖1、B3G/4G簡介

演進(jìn)路線根本特征高傳輸速率和更好的覆蓋豐富的業(yè)務(wù)和QoS保證開放而融合的平臺高度智能化的網(wǎng)絡(luò)高度可靠的鑒權(quán)及平安機(jī)制1、B3G/4G簡介技術(shù)參數(shù)3G4G業(yè)務(wù)特性優(yōu)先考慮語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)融合數(shù)據(jù)和VoIP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)蜂窩小區(qū)混合結(jié)構(gòu)頻率范圍1.6～2.5GHz2～8GHz，800MHz低頻帶寬5～20MHz100+MHz速率384kbit/s～2Mbit/s20～100Mbit/s接入方式CDMAOFDMA交換方式電路交換/分組交換分組交換移動性能200kmph250kmphIP性能多版本全I(xiàn)P（IPV6）根本特征1、B3G/4G簡介雙工方式比照1、B3G/4G簡介全球商用情況1、B3G/4G簡介中國商用情況1、B3G/4G簡介業(yè)務(wù)1、B3G/4G簡介2000年10月，ITU成立了“IMT2000andBeyond〞工作組，其任務(wù)就是探索3G之后下一代移動通信系統(tǒng)的概念和方案。2005年10月18日，ITU將4G技術(shù)正式定名為IMT-Advanced。2021年10月，ITU將LTE-Advanced和IEEE802.16m列為IMT-Advanced的候選技術(shù)。2021年1月18日，ITU正式將LTE-Advanced和IEEE802.16m確定為IMT-Advanced〔即4G〕國際標(biāo)準(zhǔn)。2、B3G/4G研究方案ITU

歐盟WINNER工程整合了歐盟的科研資源；亞洲、美洲的企業(yè)和科研單位加盟；在國際4G研究領(lǐng)域有著重要的地位。2、B3G/4G研究方案

日韓日本的4G研究方案屬于國家級開展方案e-Japan的一局部，其根底通信技術(shù)局部的研發(fā)由日本國家信息通信技術(shù)研究院負(fù)責(zé)；標(biāo)準(zhǔn)化工作由ARIB負(fù)責(zé)；2002年由產(chǎn)業(yè)界發(fā)起成立的mITF論壇負(fù)責(zé)技術(shù)交流和國際合作。特別要指出的是，其他國家主要是設(shè)備制造商引導(dǎo)新技術(shù)的研制，但日本4G技術(shù)的開發(fā)的主力卻是運營商。韓國的4G方案由信息與通信部〔MIC〕協(xié)同部署，由其國內(nèi)有關(guān)運營商和電子通信研究院〔ETRI〕等研究結(jié)構(gòu)參與研發(fā)，2003年成立的NGMC論壇負(fù)責(zé)國際合作。2、B3G/4G研究方案階段時間研究目標(biāo)FuTURE2001年10月至2003年12月開展通用無線環(huán)境關(guān)鍵技術(shù)研究，完成B3G/4G無線傳輸系統(tǒng)的核心硬、軟件研制工作，開展相關(guān)傳輸試驗，向ITU提交有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建議；完成區(qū)位無線通信環(huán)境所需的硬、軟件研制工作，進(jìn)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)演示；完成空間通信試驗平臺方案的制定以及關(guān)鍵硬、軟件的研制工作。FuTURE+2004年01月至2005年12月完成通信無線環(huán)境的建設(shè)、網(wǎng)間互聯(lián)互通、演示業(yè)務(wù)的開發(fā)，使區(qū)位性無線通信技術(shù)及其應(yīng)用達(dá)到實用水平，并使B3G/4G通信技術(shù)及空間通信技術(shù)達(dá)到相對成熟的水平。FuTUREⅡ2006年01月至2010年12月設(shè)立有關(guān)重大專項，完成通用無線環(huán)境的體制標(biāo)準(zhǔn)研究及其系統(tǒng)實用化研究，開展較大規(guī)模的現(xiàn)場試驗。

中國2、B3G/4G研究方案3、B3G/4G的共性技術(shù)OFDMMIMO無線資源管理載波聚合中繼CoMPFemtocell…….內(nèi)容提要一、B3G/4G系統(tǒng)概述二、3GPPLTE三、LTE-Advanced四、IEEE802.16m網(wǎng)絡(luò)扁平化：為了到達(dá)簡化信令流程、縮短延遲和降低本錢的目的，LTE舍棄了UTRAN的RNC、SGSN、GGSN，完全由AGW和eNodeB組成。1、LTE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)AGW的選擇，到AGW的路由選擇，尋呼信息的調(diào)度和傳輸，播送控制信息的調(diào)度和傳輸，上下行動態(tài)資源分配，eNodeB配置和測量，無線承載控制，無線接入控制，移動性管理。分為移動性管理實體〔MME〕和用戶面實體〔UPE〕兩個局部，承擔(dān)的主要功能包括：尋呼的發(fā)起，移動性管理，用戶平面加密，數(shù)據(jù)包會聚，SAE承載控制，非接入子層信令的加密和完整性保護(hù)。1、LTE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

雙工方式和幀結(jié)構(gòu)2、LTE的雙工方式和幀結(jié)構(gòu)

FDD模式幀結(jié)構(gòu)

雙工方式和幀結(jié)構(gòu)

TDD模式幀結(jié)構(gòu)2、LTE的雙工方式和幀結(jié)構(gòu)OFDM技術(shù)3、LTE的關(guān)鍵技術(shù)回顧

2-14如果某種特殊調(diào)制在

時能提供合適的誤比特率，試確定在功率延時分布如圖所示的移動信道下，該調(diào)制方式無均衡器正常工作的最小符號周期。66.7kvs100MOFDM技術(shù)3、LTE的關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)生背景高數(shù)據(jù)速率頻率選擇性衰落碼間串?dāng)_均衡器難以實現(xiàn)根本原理將高速串行數(shù)據(jù)流分解為多路低速并行的數(shù)據(jù)子流，在多個子載波上同時傳輸，由于符號周期展寬，多徑效應(yīng)造成的時延擴(kuò)展相對變小，因而能對抗頻率選擇性衰落造成的碼間串?dāng)_。OFDM技術(shù)3、LTE的關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)框圖OFDM技術(shù)3、LTE的關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵模塊-FFT離散化后為:在接收端，為了恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)信號，可以對si做DFT：設(shè)OFDM信號發(fā)射周期為[0,T]，T內(nèi)并傳的N個符號為(X0,X1,…,XN-1)，第k個符號Xk調(diào)制第k個子載波，則在[0,T]內(nèi)的任一時刻t，OFDM信號可表示為：IDFTMIMO技術(shù)3、LTE的關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)生背景頻譜資源緊張空間維度空時處理MIMO多天線空間分集不同天線發(fā)送相同的數(shù)據(jù)不同天線發(fā)送不同的數(shù)據(jù)提高系統(tǒng)容量MIMO技術(shù)3、LTE的關(guān)鍵技術(shù)EncoderDecodertransmitterreceiverchannelEncoderandDecoderdesign

A1A2tt+TSpaceTime關(guān)鍵模塊AlamoutiMIMO技術(shù)3、LTE的關(guān)鍵技術(shù)核心問題不同天線發(fā)送相同的數(shù)據(jù)不同天線發(fā)送不同的數(shù)據(jù)空間分集空間復(fù)用可靠性有效性MIMO技術(shù)3、LTE的關(guān)鍵技術(shù)h11h22h12h21C=log2det[I+(PT/2s2)·HH*]

iaretheeigenvaluesofHH*.l1l2Interpretation:ReceiverTransmitterMIMO容量

無線資源管理技術(shù)原因移動通信系統(tǒng)是資源受限的OFDM、MIMO的引入使得資源維度增加核心問題在保證效勞質(zhì)量的前提下，提高頻譜利用率實現(xiàn)方式資源控制資源分配資源調(diào)度接入控制、負(fù)荷〔擁塞〕控制、切換控制、功率控制、速率控制等基站〔小區(qū)〕分配與選擇、信道分配、隊列分配、資源預(yù)留、功率分配等時隙調(diào)度、碼資源調(diào)度、切換小區(qū)調(diào)度、自適應(yīng)鏈路調(diào)度等3、LTE的關(guān)鍵技術(shù)

無線資源管理技術(shù)3、LTE的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容提要一、B3G/4G系統(tǒng)概述二、3GPPLTE三、LTE-Advanced四、IEEE802.16m1、載波聚合出發(fā)點頻譜分散100MHz帶寬分類頻譜的連續(xù)與否：連續(xù)/非連續(xù)業(yè)務(wù)的對稱與否：對稱/非對稱連續(xù)/非連續(xù)載波聚合1、載波聚合對稱/非對稱載波聚合1、載波聚合2、中繼分類轉(zhuǎn)發(fā)方式：放大轉(zhuǎn)發(fā)譯碼轉(zhuǎn)發(fā)隔離方式：帶外中繼：可用頻帶的頻率復(fù)用帶內(nèi)全雙工中繼：中繼天線空間隔離帶內(nèi)半雙工中繼：接入和回程子幀時分復(fù)用2、中繼目的通過聯(lián)合處理把干擾變?yōu)橛杏眯盘?，從而有效提高小區(qū)邊緣吞吐量和小區(qū)平均吞吐量。3、協(xié)作多點傳輸〔CoMP〕下行CoMP協(xié)作調(diào)度/協(xié)作波束賦形聯(lián)合傳輸一個用戶只被一個基站效勞，傳給特定用戶的數(shù)據(jù)只來自該用戶所在效勞小區(qū)的基站，但相應(yīng)的調(diào)度和發(fā)射權(quán)重等需要小區(qū)間進(jìn)行動態(tài)信息交互和協(xié)調(diào)，以盡可能減少多個小區(qū)的不同傳輸之間的互干擾。用戶的數(shù)據(jù)信息不共享，但是信道信息卻在協(xié)作集合內(nèi)的不同小區(qū)間共享。協(xié)作的多個基站〔也稱協(xié)作簇〕對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合處理，以消除基站間的干擾。協(xié)作簇內(nèi)的基站不僅需要共享信道信息，還需要共享用戶的數(shù)據(jù)信息。整個協(xié)作簇同時效勞一個或多個用戶。為了提高聯(lián)合傳輸?shù)南到y(tǒng)性能，數(shù)據(jù)在不同的基站同步發(fā)送。3、協(xié)作多點傳輸〔CoMP〕上行CoMP相干接收：利用相干接收，在一個中心接收器中把基站接收到的信號進(jìn)行合并。非相干接收：對上行信道和用戶信號的多重接收有一個集中調(diào)度程序。3、協(xié)作多點傳輸〔CoMP〕內(nèi)容提要一、B3G/4G系統(tǒng)概述二、3GPPLTE三、LTE-Advanced四、IEEE802.16m1、IEEE802.16m的幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)

Femtocell家庭基站定義Femtocell指一種較小的蜂窩小區(qū)，這種微小區(qū)的基站在IEEE802.16m中叫做Femto基站，在LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)中稱為HeNB。其出現(xiàn)主要是因為室內(nèi)覆蓋不盡如人意，而造成這種現(xiàn)象的原因有以下幾點：業(yè)務(wù)的增長常常從家庭開始，然后才擴(kuò)展到企事業(yè)。語音通話已漸漸從固話轉(zhuǎn)移到上，越來越多的用戶逐步將他們的作為最主要〔甚至是唯一〕的。運營商〔不僅僅是移動運營商〕正在逐步提供固定網(wǎng)、電視網(wǎng)、因特網(wǎng)和移動通信網(wǎng)“四網(wǎng)合一〞業(yè)務(wù)，包含了大局部移動通信業(yè)務(wù)，以及固話、因特網(wǎng)和電視業(yè)務(wù)等。2、IEEE802.16m的關(guān)鍵技術(shù)

Femtocell家庭基站2、IEEE802.16m的關(guān)鍵技術(shù)3GPPLTE-AvsIEEE802.16m

3GPPLTE-AdvancedIEEE802.16m信道寬帶支持1.5-20MHz寬帶5-20MHz的可變帶寬，在某些特殊情況下可以支持高達(dá)100MHz的帶寬峰值速率下行1Gbit/s，上行500Mbit/s靜止1Gbit/s，移動100Mbit/s移動性0-15km/h（最佳性能）

0-120km/h（較好性能）120-350km/h（保持連接不掉線）0-15km/h（最佳性能）0-120km/h（較好性能）120-350km/h（保持連接不掉線）傳輸技術(shù)與多址技術(shù)下行OFDMA上行SC-FDMAOFDMA雙工方式FDD和TDD盡可能融合TDD和FDD調(diào)制方式QPSK,16QAM和64QAMBPSK,QPSK,16QAM和64QAM編碼方式以Turbo碼為主，LDPC碼卷積碼，Turbo碼和LDPC碼多天線技術(shù)基本MIMO模型：下行4×4，上行2×4個天線，考慮做8×