




版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內容提供方,若內容存在侵權,請進行舉報或認領
文檔簡介
第1章LTE概述1.1LTE簡介1.2LTE基本需求1.3LTETDD/FDD協議綜述1.4LTE與HSPA、WiMAX對比1.5小結
1.1.1LTE啟動背景
眾所周知,移動通信的發展方向是與互聯網密切結合的,即移動通信未來的競爭焦點是數據業務。從長遠規劃的角度來看,現有的3G、3.5G技術不能成為最終的解決方案,面對寬帶無線接入技術的競爭,特別是IEEE802.16/20技術的發展,3G必須加快后續技術的研究。1.1LTE簡介目前國際標準化組織正在推動無線傳輸技術從2Mb/s向100Mb/s(E3G)、1000Mb/s(B3G)的目標發展。競爭的加劇進一步推動了技術的發展,從而使移動通信寬帶化的步伐不斷加快,為迎接移動數據業務時代的到來奠定了堅實的技術基礎。圖1.1.1給出了移動通信技術演進的基本路線和示意圖。從圖中可清晰地看到兩個特點:
·移動通信正在從2G向3G、B3G、4G演進,載頻帶寬由窄帶向寬帶發展。
·移動通信網絡將會從以語音為主導的網絡向以高速數據為主導的網絡轉型。
圖1.1.1移動通信技術演進示意圖在第三代移動通信的發展過程中,隨著R99、R4、R5、R6和R7各個系統版本技術規范的發布,3GPP作為WCDMA和TDSCDMA兩個系統進行國際標準化工作的主要組織,為基于CDMA技術的第三代移動通信技術的發展發揮了重要的作用,近年來這些系統逐漸進入了商用的進程。另一方面,無線通信技術在不斷發展,以OFDM技術為代表的各項新技術在近幾年成為熱點,并且逐漸走向產業化。特別是這些新技術在無線寬帶接入系統中的出現,將無線通信的接入速率提升到了100Mb/s的范疇,同時開始加強對于終端移動性的支持,這給正處在3G發展期的傳統蜂窩移動通信帶來了強大的競爭壓力。在這樣的背景下,作為傳統移動通信領域的領導者,無論是為了促進新技術的產業化,還是應對行業內激烈的技術競爭,保持移動通信領域的領導地位,都要求3GPP作出進一步的努力。同時,移動多媒體業務對帶寬要求越來越高,“寬帶化”成為移動通信技術的發展趨勢。
圖1.1.2給出了移動寬帶業務需求示意圖。
圖1.1.2移動寬帶業務需求示意圖為了應對寬帶接入技術的挑戰,同時為了滿足新型業務需求,3GPP標準組織在2004年底啟動了其長期演進(LTE)技術的標準化工作。2004年11月,根據眾多移動通信運營商、制造商和研究機構的要求,3GPP通過了關于“EvolvedUTRAandUTRAN”(又稱為LongTermEvolution(LTE),即“3G長期演進”)的立項工作,希望達到以下幾個主要目標:
·保持3GPP在移動通信領域的技術及標準優勢。
·填補第三代移動通信系統和第四代移動通信系統之間存在的巨大技術差距。
·希望使用已分配給第三代移動通信系統的頻譜,保持無線頻譜資源的優勢。
·解決第三代移動通信系統存在的專利過分集中的問題。1.1.2LTE技術特點
為了在未來移動通信技術競爭激烈的環境中處于有利位置,LTE項目開始以后,作為技術研究工作的基礎,在3GPP中對演進型系統的市場需求進行了詳細的討論,從系統性能要求、網絡的部署場景、網絡架構、業務支持能力以及與現有各個系統的演進和互通關系等方面進行了詳細的描述。相比目前各個第三代移動通信系統,LTE演進具有如下主要技術特點:
(1)提高了通信速率和頻譜效率。系統的最大帶寬為20MHz,在這樣的帶寬下,下行峰值速率為100Mb/s、上行峰值速率為50Mb/s。
(2)分組交換與QoS保證。系統在整體架構上將基于分組交換,同時通過系統設計和嚴格的QoS機制,保證實時業務(VoIP、視頻流等)的服務質量。
(3)支持各種系統帶寬。除了20MHz的最大帶寬以外,還能夠支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz和15MHz等系統帶寬,以及“成對”與“非成對”頻段的部署,以保證將來在系統部署上的靈活性。
(4)明確提出系統在支持高移動速率的基礎上,需要考慮為低移動速率用戶提供優化條件,同時改善小區邊緣用戶的吞吐量等具體的系統需求。
這些市場需求比較全面地描述了LTE系統在各個方向上的設計目標,為具體的系統設計工作奠定了良好的基礎。在LTE系統的技術研究方面,2005年3月,3GPP制定了相應的工作計劃,各工作小組開始了各個方面的具體研究工作,其中包括:
·RAN1工作組:對于LTE系統物理層的研究。
·RAN2、RAN3和SA2工作組:對于網絡架構和接入網協議功能的研究。
·RAN4工作組:對于無線射頻以及接入網性能評估的研究。物理層作為空中接口的基礎在移動通信系統中扮演著重要的角色,而無線接入的多址方式作為物理層的基礎,在移動通信系統的演進中起著重要的作用。
3GPPRAN1工作組對各個公司提交的候選提案進行了概括和收斂,確定了六種備選的多址方式,包括:
方式1:FDD,上行SCFDMA(SingleCarrierFDMA),下行OFDMA。
方式2:FDD,上行OFDMA,下行OFDMA。
方式3:FDD,MCWCDMA。
方式4:TDD,MCTDSCDMA。
方式5:TDD,上行OFDMA,下行OFDMA。
方式6:TDD,上行SCFDMA,下行OFDMA。
這六種備選方案中,方式3和方式4是對于現有基于CDMA技術的第三代移動通信系統進行多載波演進的方案,方式1、2、5、6是以OFDM技術為基礎的多址方式。隨后,工作組開始了對于上述六種方案的篩選過程,由于多址方式對于移動通信系統至關重要,因此相關的篩選過程受到了廣泛的重視。在2005年12月結束的3GPPRAN全會上,首先從六種候選的多址技術方案中選擇了方式1和方式6為LTE關于多址方式的工作假設,同時開展后續的研究工作。方式3和方式4作為對現有3G系統更加直接的演進方式,在目前3GPP已有的版本演進路線上進行,由此確定了LTE系統將采用以OFDM技術為基礎的多址方式。
關于網絡架構的研究也在積極地進行,在整體方向上與第三代移動通信系統相比較,LTE的網絡架構將向“扁平化”方向發展,其中涉及若干具體問題,例如扁平網絡的簡單與靈活、多層次網絡的移動性支持與安全性等內容也得到深入討論,以尋求良好的解決方案。
總體說來,隨著項目的進展以及若干系統設計基礎問題的解決,LTE系統的技術發展方向已經明確進入到具體技術細節的設計與完善階段。1.1.3LTE標準進展
2008年12月正式發布了LTER8版本,它定義了LTE的基本功能。在R9階段,是3GPP很小的版本,在這個版本里主要增加了兩層Beamforming、定位等功能,同時繼續完善LTE家庭基站,特別是增強了管理和安全方面以及LTE微微基站和自組織管理的功能。未來的4G是作為3GPPR10/R11版本,和ITU的4G標準基本進程一致,估計在2011年左右完成。R10版本可以運行在100MHz帶寬上,并且進一步提升LTE的上行傳輸性能,同時增強MBNS以及SON功能。國內的CCSA標準組織在2008年開展了整體技術研究工作,包括核心網絡和無線接口的網絡總體技術要求,以及在核心網絡方面的設備研制工作,在2009年制定LTETDD設備規范和核心網絡的系列行業標準。
3GPPLTE項目以制定3G演進型系統技術規范作為目標,在時間上按照3GPP的工作流程分為兩個階段:從2004年12月到2006年6月為“StudyItem”,即技術可行性研究階段;從2006年6月到2007年6月為“WorkItem”,即具體技術規范的撰寫階段。按照計劃,2007年6月3GPP開始發布3G演進型系統第一個版本的技術規范。具體LTE標準進展如圖1.1.3所示,并且在2009年3月開始凍結R8協議。
圖1.1.3LTE標準進展示意圖為了更好地推動LTE標準的發展,3GPP將36序列規范編號分配給LTE專用,其主要編號和主要內容見表1.1.1。
表1.1.1LTE協議規范序列
續表續表1.1.4LTE產業進展
目前整個寬帶無線市場的發展方向更加清晰,一方面,3GPP2放棄了UMB技術,明確了向LTE長期發展路線,使得3GPP2的技術路線更加清晰;另一方面,來自于市場的原動力以及迫于市場對于移動寬帶業務快速發展的需求(例如北美和日本市場),很多運營商開始在2009年推出LTE網絡部署。2009年巴塞羅那會議上,包括Verizon已經宣布在2010年初期部署LTE,在2015年達到全北美的覆蓋,在瑞典也已經開始部署。NTTDoCoMo也計劃在2010年左右推出LTE網絡。圖1.1.4顯示了主要運營商LTEFDD網絡部署時間。
圖1.1.4主要運營商LTEFDD網絡部署時間
3G演進項目在移動通信領域開始了新一輪的技術發展,國內包括政府、企業、高校和研究機構等單位都高度重視。2005年7月由信息產業部、科學技術部和國家發展與改革委員會聯合發起成立了“寬帶無線移動通信技術專家組(即BWM專家組)”,負責國內關于新型寬帶無線移動通信技術(其中包括3G演進型技術和寬帶無線接入技術)的策略和標準推進的研究工作。該專家組由國內相關方面領導和專家組成,成員包括國內無線通信領域的各個主要運營商、制造商和研究機構,同時國內的各相關高校作為我國863高科技計劃的重要成員,也在其中積極地參與了各項工作并已經取得了一些成果。圖1.1.5顯示了LTETDD研究與開發路標。
圖1.1.5LTETDD研究與開發路標整個LTETDD測試驗證分成三個階段:
第一階段:概念驗證。該階段包括室內和室外工作,主要對LTETDD的關鍵技術進行驗證。
第二階段:技術試驗。該階段又分成兩個子階段,子階段1為單系統室內測試,從2009年8月開始,主要針對系統和終端測試。之后進入子階段2,主要集中在外場測試,對LTETDD外場系統和網絡的性能以及IOT做全面認證。
第三階段:規模試驗。這個階段在2010年下半年開始,其目標是希望提供的測試產品應該是面向可商用版本的系統設備。目前CMCC已經組織國內外的一些廠家完成了室內PoC測試階段,進入外場驗證階段。在室內測試階段,主要對LTETDD主要的性能參數進行了驗證,包括峰值速率、小區吞吐量、AMC等關鍵技術,還將各項系統指標(如支持的移動速度、傳輸時延、功控等)和原有3GPP設計進行了對比。
總體來看,移動寬帶數據的爆炸式和井噴式發展,促進了LTE快速部署,使得LTE成為行業共識的寬帶移動通信的發展方向,產業研發和各方面的資源也在向LTE方向聚集。在我國,LTE-TDD工作組的工作已經全面啟動,工信部和CMCC在積極推進LTE整個產業鏈的部署以及測試認證和終端一致性認證等工作,目的是通過工作組的工作,加速LTE-TDD產業鏈的全面形成和健康發展。1.1.5LTE頻譜劃分
LTE作為寬帶無線的應用,頻譜是至關重要的,表1.1.2為E-UTRA所支持的頻段范圍。表1.1.2EUTRA頻段范圍
3.4GHz、3.6GHz等高端頻段在2007年也新分配給了LTE,目前各個運營商在積極促進低頻段的頻率在LTE寬帶無線方面的應用,主要集中在400MHz、700MHz,2.3GHz和2.5GHz頻段。大家普遍達成共識:在低頻段意味著低成本、良好的覆蓋和性能。其中400MHz作為低頻段的代表,在2009年巴塞羅那會議上得到大家的共識性呼吁,希望在400MHz頻段為寬帶無線移動提供100MHz帶寬的資源。另外,由于逐漸從模擬電視向數字電視過渡,700MHz的廣播頻段在發達國家也明確了轉網時間,因此2008年北美完成了700MHz的拍賣,歐洲也在積極規劃這個頻段。從2007年底開始,2.5GHz到2.6GHz頻段逐漸被拍賣,日本、挪威、瑞典已經完成了拍賣,我國香港也于2008年完成了該頻段的拍賣,2009年歐洲很多國家繼續拍賣這個頻段。我國內地比較早地規劃了2.3GHz到2.4GHz頻段作為TDD頻段,這個頻段可能作為TDDLTE的主體頻段使用,目前也在規劃2.6GHzTDD頻段。
根據LTE協議,EUTRA系統可以在表1.1.2的各頻段中運營。表1.1.3給出了LTE系統可以支持的信道帶寬及對應的RB(ResourceBlock)數目。
表1.1.3不同帶寬下RB數目圖1.1.6顯示了總信道帶寬與系統傳輸帶寬(RB)之間的關系,為了防止本系統帶寬內的信號泄露到相鄰信道而造成干擾,實際中的傳輸帶寬相比系統帶寬略小,兩側均留有一定的保護間隔,即保護帶,這個保護帶可以用來形成濾波器的滾降。另外,對于下行OFDM系統,中央的直流(DC)子載波留空不用。
圖1.1.6總信道帶寬與系統傳輸帶寬之間的關系1.1.6LTE系統架構
LTE以OFDM技術為基礎,構成新一代無線網絡,該系統無線側以MIMO和64QAM等技術為基礎,可實現100Mb/s以上速率。同時LTE系統只存在PS域,在系統架構上,LTE在3GPP原有系統架構上進行演進,但對3G系統的NodeB、RNC、CN進行功能整合,系統設備簡化為eNodeB和EPC兩種網元,其中3G系統中的NodeB和RNC合并為eNodeB。整個LTE系統由核心網(EPC)、基站(eNodeB或eNB)和用戶設備(UE)三部分組成。其中eNodeB負責接入網部分,也稱EUTRAN;EPC負責核心網部分,EPC信令處理部分稱MME,數據處理部分稱為SAEGateway。eNodeB與EPC通過S1接口連接,eNodeB間通過X2接口連接,UE與eNodeB通過Uu接口連接。和3G相比,X2接口類似于IuR接口,S1接口類似于Iu接口,但有較大簡化。另外,由于NodeB和RNC融合為網元eNodeB,LTE比3G少了Iub接口。
LTE系統網絡架構如圖1.1.7所示。
LTE中協議棧描述如圖1.1.8所示。
圖1.1.7LTE系統網絡架構
圖1.1.8LTE協議棧示意圖
LTE空中接口是EUTRAN與UE之間的接口,分為用戶面和控制面。圖1.1.9和圖1.1.10分別是用戶面和控制面示意圖。
用戶面部分包括PDCP子層、RLC子層、MAC子層和物理層。在網絡側,PDCP子層位于aGW(接入網關),RLC子層、MAC子層和物理層位于eNB。PDCP子層完成IP頭壓縮、完整性保護和加密,RLC子層、MAC子層完成調度、ARQ和HARQ功能,物理層完成信道編/解碼、調制解調、MIMO處理、測量和指示、HARQ合并、功率控制、頻率和時間同步、切換、鏈路適配、物理資源映射、射頻信號傳輸等。
圖1.1.9用戶面協議棧圖1.1.10控制面協議??刂泼娌糠职∟AS、PDCP子層、RRC子層、RLC子層、MAC子層和物理層。LTEEUTRAN和核心網功能劃分如圖1.1.11所示。
圖1.1.11無線側與核心網功能劃分
3GPP把LTE作為3G系統的演進是從2004年11月加拿大多倫多的3GPP接入網演進學術討論會(RANEvolutionWorkshop)開始的。當時考慮到WiMAX等寬帶無線通信技術的迅速發展,3GPP需要提出自己的標準,參與寬帶無線通信技術的競爭。討論會上確定了一些高層需求,主要包括以下內容:①降低每比特成本;②增強對未來業務的支持能力;③可以靈活地在已有和新的頻段上部署;④結構簡單,接口開放;⑤考慮終端適當地省電。1.2LTE基本需求
3GPP于2004年12月正式成立了LTE研究項目(StudyItem),其目標為:發展3GPP無線接入技術,向著“高數據速率、低延遲和優化分組數據應用”方向演進。負責LTE研究項目的工作組為RAN1(RadioAccessNetworksWG1)、RAN2、RAN3、RAN4。根據計劃,研究項目在2006年6月完成新的空中接口技術和接入網結構的甄選,之后轉入到3GPP工作項目(WorkItem),開始標準制定,2007年6月完成標準,2009年實現系統商用。
3GPP在開展LTE研究工作的同時,啟動了SAE(SystemArchitectureEvolution)研究項目,該項目由SA2(Services&SystemAspectsWG2)工作組牽頭,RAN3配合。LTE與SAE之間有著緊密的聯系,共同構建了3GPP的系統整體演進。
LTE項目首先從定義需求開始,僅用6個月就完成了系統需求的制定,各項需求指標直指WiMAX。在2005年6月TSGRAN#28的魁北克全會上,通過了LTE的需求報告,需求指標寫入需求報告TR25.913。各項需求概括描述如下:
·峰值速率:上、下行各20MHz帶寬條件下,下行峰值速率為100Mb/s,上行峰值速率為50Mb/s。
·控制面延遲:空閑狀態到激活狀態的轉換時間小于100ms。
·控制面容量:5MHz帶寬下,每小區應至少支持200個激活用戶。
·用戶面延遲:系統在單用戶、單業務流以及小IP包條件下,用戶面延遲小于5ms。
·用戶吞吐量:下行用戶平均吞吐量3~4倍于Release6HSDPA;上行用戶平均吞吐量2~3倍于Release6HSDPA。
·頻譜效率:在有負荷的網絡中,下行頻譜效率(bit/sec/Hz/site)3~4倍于Release6HSDPA;下行頻譜效率2~3倍于Release6HSDPA。
·移動性:演進系統需優化在低速(0~15km/h)情況下;較高的性能下仍支持高移動速度(15~120km/s);系統在120~350km/h的移動速度下可用。
·系統覆蓋:小區半徑5km情況下,系統吞吐量、頻譜效率和移動性等指標符合需求定義要求;小區半徑30km情況下,上述指標略有降低;系統能夠支持100km半徑的小區。演進系統支持在1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz帶寬部署,支持成對和非成對頻譜。
·系統共存以及與其他3GPP接入技術的互聯互通:支持UTRAN和GERAN的演進系統多模終端,應該能夠支持與UTRAN和GERAN之間的測量和切換。
·系統結構:基于分組的、單一的、支持端到端QoS的系統結構。
·無線資源管理需求:增強支持端到端QoS(QualityofService,服務質量);支持在不同接入網技術之間負荷分擔和策略管理。
·系統復雜度方面:最小化可選項,無冗余的必選項。
表1.2.1為LTE需求匯總。
表1.2.1LTE需求匯總續表
LTE系統同時定義了頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)兩種方式。2007年11月,3GPPRAN1會議通過了27家公司聯署的LTETDD融合幀結構的建議,統一了LTETDD的兩種幀結構。融合后的LTETDD幀結構是以TDSCDMA的幀結構為基礎的,這就為TDSCDMA成功演進到LTE乃至4G標準奠定了基礎。TDD幀結構的融合使更多的廠商參與到TDD的標準化進程中,LTETDD技術受到了廣泛的重視,其產業化進程也有了顯著的發展。1.3LTETDD/FDD協議綜述圖1.3.1、圖1.3.2分別給出了當前LTEFDD和LTETDD協議定義的無線幀格式。它們都統一定義10ms的無線幀,每個無線幀都包含10個子幀,每個子幀1ms。每個子幀又定義成兩個時隙,每個時隙0.5ms。每個無線幀包括兩個長度為Tf=153600×Ts=5ms的半幀。
圖1.3.1LTEFDD幀結構圖1.3.2LTETDD幀結構對于LTETDD而言,每個半幀由8個長度為Tslot=15360Ts=0.5ms的時隙和3個特殊區域DwPTS、GP和UpPTS組成。DwPTS、GP和UpPTS的總長度等于30720Ts=1ms,DwPTS和UpPTS的長度可配置。子幀1和6由DwPTS、GP和UpPTS組成,所有其他子幀由2個時隙組成,即子幀i包括時隙2i和2i+1。
子幀0和子幀5總是用作下行。LTE支持5ms和10ms上/下行切換點。對于5ms上/下行切換周期,子幀2和子幀7總是用作上行。對于10ms上/下行切換周期,每個半幀都有DwPTS;只在第一個半幀內有GP和UpPTS,第二個半幀的DwPTS長度為30720Ts=1ms。UpPTS和子幀2用作上行,子幀7和子幀9用作下行。
LTEFDD/TDD固定每子載波帶寬為Δf=15kHz(PRACH/MBMS除外,因為它們子載波帶寬分別為1.25kHz和7.5kHz),為了支持最大20MHz的信號帶寬(協議定義為1200個子載波,即有效帶寬為1200×15kHz=18MHz),同時也為了最近FFT點數的需要,離1200最近的2N,就是2048點,即代表2048個子載波,因此確定20MHz最低采樣頻率也為30.72MHz,對應時域采樣間隔為1/30.72MHz,即32.55ns。1.3.1下行傳輸方案
LTE下行傳輸方案采用傳統的帶循環前綴(CP)的OFDM,每一個子載波占用15kHz,循環前綴的持續時間為4.7μs和16.7μs,分別對應短CP和長CP。為了滿足數據傳輸延遲的要求(在輕負載情況下,用戶面延遲小于5ms),LTE系統采用很短的交織長度(TTI)和自動重傳請求(ARQ)周期,因此,10ms無線幀被分成20個同等大小的時隙,長度為0.5ms。下行數據的調制主要采用QPSK、16QAM和64QAM這三種方式。針對廣播業務,一種獨特的分層調制(hierarchicalmodulation)方式也被考慮采用。分層調制的思想是,在應用層將一個邏輯業務分成兩個數據流,一個是高優先級的基本層,另一個是低優先級的增強層。在物理層,這兩個數據流分別映射到信號星座圖的不同層。由于基本層數據映射后的符號距離比增強層的符號距離大,因此,基本層的數據流可以被包括遠離基站和靠近基站的用戶接收,而增強層的數據流只能被靠近基站的用戶接收。也就是說,同一個邏輯業務可以在網絡中根據信道條件的優劣提供不同等級的服務。在目前的LTE標準中,業務數據的信道編碼是以R6的Turbo編碼為基礎,以新的內交織器代替原交織器。控制信道采用的編碼器是tail-biting卷積碼。此外,很多公司也在研究其他編碼方式,并期望被引入LTE中,如低密度奇偶校驗(LDPC)碼。在大數據量情況下,LDPC碼可獲得比Turbo碼高的編碼增益,在解碼復雜度上也略有減小。
MIMO技術在R7中已經被引入,是UTRAN增強的一個重要特性。而在LTE中,MIMO被認為是達到用戶平均吞吐量和頻譜效率要求的最佳技術。下行MIMO天線的基本配置是,在基站設兩個發射天線,在UE設兩個接收天線,即2×2的天線配置。更高的下行配置,如4×4的MIMO也可以支持。開環發射分集和開環MIMO在無反饋的傳輸中可以被應用,如下行控制信道和增強的廣播多播業務。
雖然宏分集技術在3G時代扮演了相當重要的角色,但在HSDPA/HSUPA中已基本被摒棄。LTE沿用了HSDPA/HSUPA思想,即只通過鏈路自適應和快速重傳來獲得增益,而放棄了宏分集這種需要網絡架構支持的技術。在2006年3月的RAN總會上,確認了E-UTRAN中不再包含RNC節點,因而,除廣播業務外,需要中心節點(如RNC)進行控制的宏分集技術在LTE中不再考慮。小區搜索的設計主要集中在同步信道的設計和小區序列的設計上??紤]到小區搜索的復雜性,LTE傾向采用主同步信道進行小區同步,輔同步信道進行小區標識(ID)的檢測。在主同步信道采用公共的導頻序列,而在輔同步信道上各小區采用不同的導頻序列。其中在小區導頻序列的設計中,序列必須兼顧性能和復雜度要求。目前可供參考的碼類型有PN、ZC(Zadoff-Chu)、Frank等。
目前下行單用戶多天線傾向于無層間打亂,主要采取基于酉矩陣的預編碼技術,終端的反饋為酉矩陣的指數,其他一些技術還需要進一步研究。下行多用戶多天線傾向于終端的反饋基于酉矩陣,但基站的預編碼矩陣不一定為酉矩陣。1.3.2上行傳輸方案
上行傳輸方案采用帶循環前綴的SC-FDMA,使用DFT獲得頻域信號,然后插入零符號進行擴頻,擴頻信號再通過IFFT。這個過程簡寫為DFT-S-OFDM。這樣做的目的是,上行用戶間能在頻域相互正交,以及在接收機一側得到有效的頻域均衡。
子載波映射決定了哪一部分頻譜資源被用來傳輸上行數據,剩余部分則被插入若干個零值。頻譜資源的分配有兩種方式:一是局部式(localized)傳輸,即DFT的輸出映射到連續的子載波上;另一個是分布式(distributed)傳輸,即DFT的輸出映射到離散的子載波上。目前上行方案確定采用局部式資源映射。
上行調制主要采用QPSK、16QAM、64QAM。上行信道編碼與下行相同。上行單用戶MIMO天線的基本配置為:UE有兩個發射天線,eNB有兩個接收天線。在上行傳輸中,一種特殊的被稱為虛擬(Virtual)MIMO的技術在LTE中被采納。通常是2×2的虛擬MIMO,兩個UE各自有一個發射天線,并共享相同的時-頻域資源。這些UE采用相互正交的參考信號圖譜,以簡化eNB的處理。從UE的角度看,2×2虛擬MIMO與單天線傳輸的不同之處,僅僅在于參考信號圖譜的使用必須與其他UE配對?;窘邮諜C可以對這兩個UE發送的信號進行虛擬MIMO檢測。隨機接入主要分為非同步的隨機接入和同步的隨機接入。在非同步的隨機接入中,為了提高基站對用戶接入的控制效率,傾向于在用戶的簽名序列中隱含用戶的消息比特(例如用戶的接入目的、用戶的信道質量指示等)。用戶的簽名序列采用ZC序列。在小區覆蓋大小的考慮上,對于大區的覆蓋討論集中在采用更長的碼還是簡單的短碼重復,最后從復雜度和對頻偏的抵抗性考慮,LTE傾向采用后者的方案。對于同步的隨機接入,目前的討論還不是很多。從功能上而言,許多公司都提議取消同步隨機接入的信道,因為用戶的資源請求可以通過很多的傳輸方式遞交給基站,所以沒有必要單獨設計一個同步的隨機接入信道供同步的用戶發送資源請求。
對于隨機接入而言,協議定義了Format0~Format4,其中Format4定義為TDD獨有形式,可以在UpPTS上發射。1.3.3層2技術
為了制定一個盡量統一的標準,層2標準的制定將不考慮FDD和TDD的差異,也就是說希望FDD和TDD在層2進行融合和統一。1.3.3.1層2簡化協議結構
由于基于全分組的協議,3GPPLTE的協議結構得到極大簡化,RLC和MAC都位于節點eNB,因此調度器可以根據信道質量對RLC服務數據單元(SDU)進行切割,從而減少填充和充分利用信道的傳輸能力,同時可以對RLC層的自動重發請求(ARQ)和MAC層的混合自動重發請求(HARQ)進行聯合優化。
圖1.3.3給出了下行層2的協議結構,由于電路域交換的去除,協議結構變得非常簡單。
圖1.3.3下行層2的協議結構與3G的協議相比,HARQ和ARQ實體都位于eNB,RLCSDU的長度是可變長的,同時支持RLC協議數據單元(PDU)的重分割,從而使業務載荷能夠很好地適應信道質量;另一方面,由于苛刻的時延需求,要求填充小,因此3GPPLTE的層2協議支持屬于同一終端的多個無線承載在MAC層的復接。
圖1.3.4給出了目前3GPPLTE傾向的RLC和MAC結構,該結構較好地支持了由于苛刻時延要求導致的開銷增加較大問題。
圖1.3.4RLC和MAC結構1.3.3.2ARQ和HARQ設計原則
ARQ和HARQ實現最重要的數據可靠傳輸保證,同時由于ARQ和HARQ都位于eNB,有利于系統的聯合設計。
ARQ的設計原則:保證協議層間的相互獨立性,RLC序號與包數據匯聚協議(PDCP)的序號各自獨立;減少RLC頭開銷(RLC序號基于RLCPDU,ARQ的重傳基于RLCPDU);ARQ的重傳支持重分割(適配信道質量),重分割的次數大于1。與R6的ARQ協議相比,HARQ協議得到巨大簡化。ARQ和HARQ互協作的主要目的是快速觸發ARQ的重傳,減少空中接口傳輸時延和避免傳輸控制協議(TCP)因確認/非確認(ACK/NACK)誤判激活。HARQ主要措施有:若HARQ發端發現包傳輸失敗,HARQ發端可以觸發ARQ進行重傳;而HARQ收端進行合并。1.3.3.3VoIP業務的調度和信令設計
由于VoIP業務在相當長時間內是殺手級應用,因此3GPPLTE對VoIP業務采取了許多措施進行優化。
VoIP業務的特點:業務到達時間間隔為20ms左右,業務載荷為40B左右,靜音間隔為160ms。
VoIP業務調度的設計原則:由于VoIP包比較小和傳輸時間間隔短,因此與VoIP相關的信令開銷必須也比較小(或開銷為零);對于靜態或半靜態調度,調度器必須支持資源的再分配;調度器必須能處理VoIP的重發和業務載荷突變。1.3.3.4單播業務和多播業務的融合
應業務需求和運營商的強烈要求,3GPPLTE特別加強了對廣播和多播業務的支持。當多播業務只在一個小區有需求時,可以使用下行共享信道(DLSCH)進行傳輸,多播業務也可以使用多播信道(MCH)進行傳輸,從而獲得多小區傳輸合并分集。應運營商的要求,3GPPLTE給出了如圖1.3.5所示的在MBMS專有小區的傳輸模式。
圖1.3.5中,圖(a)、(d)為傳輸模式一,即單小區模式;圖(b)、(c)為傳輸模式二,即多小區模式。
圖1.3.5MBMS專有小區的傳輸模式1.3.4FDD和TDD的差異
從協議層面,FDD和TDD做了最大可能的融合,但兩者在一些細節方面還略有差異,主要有如下幾方面:
1)雙工方式
FDD為頻分雙工;TDD為時分雙工。
2)上行和下行頻段
FDD必須在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收和發送,用保護頻段來分離接收和發送信道。FDD必須采用成對的頻率,依靠頻率來區分上、下行鏈路,其單方向的資源在時間上是連續的。TDD用時間來分離接收和發送信道。在TDD方式的移動通信系統中,接收和發送使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載,其單方向的資源在時間上是不連續的,時間資源在兩個方向上進行了分配。
3)頻譜配置
FDD在支持對稱業務時,能充分利用上、下行的頻譜,但在支持非對稱業務時,頻譜利用率將大大降低。TDD具有如下優勢:能夠靈活配置頻率,使用FDD系統不易使用的零散頻段;可以通過調整上、下行時隙轉換點,提高下行時隙比例,很好地支持非對稱業務。根據LTETDD幀結構的特點,LTETDD系統可以根據業務類型靈活配置LTETDD幀的上、下行配比。如瀏覽網頁、視頻點播等業務,下行數據量明顯大于上行數據量,系統可以根據業務量的分析,配置下行幀多于上行幀情況,如6DL∶3UL、7DL∶2UL、8DL∶1UL、3DL∶1UL等。而在提供傳統的語音業務時,系統可以配置下行幀等于上行幀,如2DL∶2UL。
4)智能天線的使用
智能天線技術能降低多址干擾,增加系統的吞吐量。在LTETDD系統中,上、下行鏈路使用相同頻率,且間隔時間較短,鏈路無線傳播環境差異不大,在使用賦形算法時,上、下行鏈路可以使用相同的權值。與之不同的是,由于FDD系統上、下行鏈路信號傳播的無線環境受頻率選擇性衰落影響不同,根據上行鏈路計算得到的權值不能直接應用于下行鏈路。因此LTETDD系統能有效地降低移動終端的處理復雜性。另外,在LTETDD系統中,由于上、下行信道一致,基站的接收和發送可以共用部分射頻單元,從而在一定程度上降低了基站的制造成本。
5)與TDSCDMA共存
LTETDD系統還有一個LTEFDD無法比擬的優勢,就是LTETDD系統能夠與TDSCDMA系統共存。對現有通信系統來說,目前的數據傳輸速率已經無法滿足用戶日益增長的需求,運營商必須提前規劃現有通信系統向B3G/4G系統的平滑演進。由于LTETDD幀結構是基于我國TD-SCDMA的幀結構,因此能夠方便地實現LTE-TDD系統與TDSCDMA系統的共存和融合。綜合起來,TDD雙工方式具有頻譜配置靈活、頻譜利用率高、上行和下行信道互惠性等特點,能夠滿足下一代移動通信系統對帶寬的要求以及頻率分配零散化的趨勢,在B3G和4G移動通信系統中具有較強的優勢。LTETDD在頻譜利用、非對稱業務支持、智能天線技術支持、與TDSCDMA系統共存等方面有很大的優勢,在未來的通信系統中具有很強的競爭力。隨著LTETDD技術研究的深入和國際市場的推廣,它將成為未來無線通信系統中的主流技術。
隨著移動通信與因特網的快速發展,通信市場呈現出話音業務移動化、數據業務寬帶化的發展趨勢。到2009年6月,中國移動通信用戶數已經接近6億,互聯網寬帶用戶數已經超過1億。在新增的因特網用戶中,63%為寬帶用戶。同時,WiFi、GPRS、EDGE和cdma1x等技術的發展使得無線數據業務應用日益廣泛。
HSDPA與WiMAX作為能夠提供高速移動數據業務的兩種技術,正在引起越來越多的重視。1.4LTE與HSPA、WiMAX對比從市場定位上,WiMAX與HSPA都是提供高速數據業務,同時也都支持移動性,因此兩者存在一定的競爭關系。但兩者又有其各自的技術特點,所以還在一定程度上可以互為補充。而LTE雖然目前還處于預商用階段,但作為3G的發展方向,需要運營商給予足夠的重視。本節簡單從調制、重傳、組網方式以及技術成熟度等幾個方面對三者進行分析和比較,為下一步網絡演進和技術方案選擇提供參考。1.4.1調制技術
為了適應不斷變化的無線信道,HSDPA、WiMAX和LTE都采用了多種調制方式,同時都可以根據無線信道質量的變化,動態改變調制方式,以使得傳輸的性能最優。WiMAX采用了BPSK、QPSK、16QAM和64QAM四種調制方式,而HSPA采用了QPSK和16QAM兩種調制方式。802.16系列標準規定了在不同的信道帶寬下,系統中為了達到10-6的誤碼率要求各種調制和編碼方式所需要的最低信號強度。對于HSDPA系統,3GPP規范定義了12類能力不同的終端,針對每種終端統一規定了30種CQI級別。不同CQI級別反映了不同的信道質量條件,同時也對應著一種傳輸格式,并且分別規定了所使用的傳輸塊大小、編碼速率、調制方式、碼道數等。LTE支持最高到64QAM的調制方式,同時也采用CQI方式,利用終端報告無線網絡質量,網絡根據其報告值決定采用相應的網絡參數,進而決定最終的數據傳輸速率。在物理層技術中,HSDPA采用單載波CDMA方式接入。而WiMAX采用多載波的方式,數據經過交織和星座映射后根據頻偏序號按遞增順序調制到分配數據的子載波上。從數據星座映射器中送出的第一個符號應該被調制到具有最低頻偏序號的子載波上。同時WiMAX還允許使用OFDMA進行接入,這些都在一定程度上提高了WiMAX系統的頻率利用率。LTE標準下行為OFDMA,上行為SCFDMA。LTE已確定采用多天線技術,其中MIMO天線個數的基本配置是下行2×2、上行1×2,同時也完全支持4×4的高階天線配置。1.4.2ARQ機制
由于無線移動信道具有時變和多徑導致的衰落特點,常有較高的誤碼率,因此為了減小高層重傳,提高正確接收的概率,降低時延,WiMAX、HSPA和LTE都采用前向糾錯(FEC)和自動重傳請求(ARQ)兩種差錯控制方法,以確保服務質量(QoS),HSDPA和LTE更進一步采用了HARQ機制。
ARQ機制中,在發送方,ARQ塊有四種狀態:未發送、未完成、等待重傳和丟棄。這四種狀態之間的轉換如圖1.4.1所示。
圖1.4.1ARQ狀態轉移圖三個標準ARQ協議是:
(1)停等(SAW)協議。該協議是最簡單,也是對信頭要求最少的協議。它的特點是發端一直對當前數據分組進行處理,直到它被成功接收。協議的正確性由1比特(用來表示當前和下一個數據分組)信息就可以表述,所以,它的控制頭很小,確認頭也很小。而且由于一次只能傳送一個數據分組,所以對用戶端存儲容量的要求就很小。
(2)回退N步(GBN)協議。GBN方式在發端可連續發送多個數據分組。發端發送第一個分組后不必等待回執,經過一個往返延遲后,該分組的回執才到達發端。往返延遲定義為送出一個分組到收到其回執之間的時間間隔。在此時間間隔內,另外N-1個分組已被傳送。當接收端反饋回來的是NAK時,發端退到此NAK對應的分組,重發該分組及其后的N-1個分組。GBN方式因為采用連續的發送和重傳,提高了停等協議的效率,并且接收端只需儲存當前分組即可。但當往返延遲較大、數據傳輸速率較高時,由于要重傳許多無錯分組,GBN方式就不太有效了。
(3)選擇性重傳(SR)協議。相比之下SR協議效率最高,但要求存儲容量很大而且實現起來復雜。它的特點是只重傳錯誤數據分組,要求用序列號識別數據分組。而且,在等待響應的時候,為了充分利用信道容量,發端要發送大量數據分組。另外,收端在組合那些分隔重傳的信息前必須知道序列號,因此,序列號要和數據分別編碼,而且序列號需要更可靠的編碼以克服任何時候出現在數據里的錯誤,這樣就增加了對信令要求的帶寬。
HARQ技術綜合了FEC和ARQ兩種差錯控制方式的優點而克服了各自的缺點,將二者進行適當的組合,使SAW-ARQ、GBN-ARQ或者SRARQ系統嵌入一個FEC子系統便構成了HARQ系統。目前HARQ技術分為type-Ⅰ和type-Ⅱ。而HSPA系統主要采用基于RCPT碼的Chase合并方法和遞增冗余方法實現type-ⅡHARQ技術。1.4.3資源調度機制
為了能夠高效地利用無線資源,HSDPA、WiMAX和LTE都采用了有效資源調度機制。
WiMAX的MAC層支持點對多點的寬帶無線接入應用,主要是在上行和下行鏈路上進行高速傳輸。為了讓多個用戶共享一個物理信道,MAC層必須具備有效的接入和帶寬分配算法,以支持各種業務的QoS保證。每個連接與單個數據業務關聯,每個數據業務與一系列的QoS參數關聯,這些QoS參數量化了數據業務的行為。這些參數通過DSA和DCS消息對話管理。WiMAX標準支持四種不同的業務類型,它們分別為主動授予服務(UGS)、實時輪詢業務(rtPS)、非實時輪詢業務(nrlPS)、盡力傳輸業務(BE)。
WiMAX可以根據不同的QoS動態分配帶寬,具有較大的靈活性。WiMAX的MAC層是基于連接的,為了映射各個用戶的服務,提供不同級別的QoS,所有的數據通信都是建立在連接的基礎之上的。因此,業務流實際上提供了上、下行QoS管理的機制,并且和帶寬分配的進程緊密聯系。一個用戶以基于每個連接的方式請求上行帶寬。BS在某個時間調度間隔內,對一個SS的所有請求授予一個帶寬,或者按每個連接來授予帶寬。因此從以上的分析可以看出,WiMAX可以在無線接入網部分為不同業務提供不同質量的服務。
HSDPA可以采用多種資源調度算法,每種算法在服務效率和服務公平性上有不同的特點。這些算法包括輪詢式調度算法、公平吞吐量調度算法、平均C/I調度算法、最大C/I調度算法、部分公平性調度算法以及快速公平吞吐量調度算法。其中,前三種算法不考慮信道質量的變化,而后三種算法考慮信道環境的變化,同時根據這些變化調整分配策略。輪詢式調度算法對所有激活用戶公平服務,處于小區不同位置的用戶都將等概率地獲得無線資源;公平吞吐量調度算法優先選擇當前吞吐量最低的用戶;平均C/I調度算法選擇在一個調度周期內平均C/I值最大的用戶進行服務;最大C/I調度算法選擇在一個TTI間隔內無線環境最好的用戶進行服務,這種方法對無線信道變化響應快,能夠獲得最大的小區吞吐量性能,但公平性較差;部分公平性調度算法,綜合考慮用戶當前所處無線環境質量以及歷史吞吐量情況,選擇相對質量較好的用戶進行服務;快速公平吞吐量調度算法結合考慮信道的快速變化特性的同時,盡量為小區內的所有用戶提供公平的吞吐量分布。
LTE采用多種資源調度方式來保障網絡的高效運行,主要包括以下幾方面:
·無線承載控制(RBC);
·無線接納控制(RAC);
·連接移動性控制(CMC);
·分組調度(PSC);
·小區間干擾協調(ICIC);
·負荷均衡(LB)。1.4.4網絡結構
WiMAX的網絡結構如圖1.4.2所示,其中包括接入網絡(ASN)和連接服務網絡(CSN)。
ASN的功能是管理空中接口,主要包括:
·發現網絡并選擇合適的CSN,并在基站和移動用戶臺(MSS)之間建立層2連接。
·協助完成鑒權、業務授權和計費。
·協助高層與MSS建立層3連接。
·分配IP地址。
圖1.4.2WiMAX網絡結構示意圖
·無線資源管理。
·根據分級結構進行ASN內移動性管理。
·ASN內尋呼和位置管理
·ASN和CSN之間隧道建立和管理。
·存儲臨時用戶信息。
一個ASN
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網頁內容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經權益所有人同意不得將文件中的內容挪作商業或盈利用途。
- 5. 人人文庫網僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內容的表現方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權或不適當內容,請與我們聯系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 數據庫事務管理的核心概念與應用試題及答案
- 2024年寧波工程學院輔導員考試真題
- 2024年南京林業大學輔導員考試真題
- 2024年西安市雁塔區第六小學招聘筆試真題
- 戰略管理中的法律風險識別試題及答案
- 2024年廣州市培藝學校老師招聘筆試真題
- 2024年成都理工大學選調工作人員筆試真題
- 生物與藝術結合的跨界教學探索計劃
- 企業戰略創新與市場風險試題及答案
- 優化系統資源的使用策略試題及答案
- 實驗室精密儀器全面維護保養服務協議
- (三模)2025年沈陽市高中三年級教學質量監測 (三)生物試卷(含答案)
- 拓撲優化與異形結構打印-洞察闡釋
- 【綏化】2025年黑龍江綏化市“市委書記進校園”事業單位引進人才287人筆試歷年典型考題及考點剖析附帶答案詳解
- 粉筆協議班電子合同
- 2025年電纜購銷合同范本9篇
- 2025+CSCO非小細胞肺癌診療指南解讀課件
- 中學生學憲法班會課件
- 醫院后勤考試試題及答案
- 縣人民醫院老住院樓裝修改造項目可行性研究報告申請報告編寫
- 腎內科健康科普護理
評論
0/150
提交評論