LTE移动通信系统 第1章 LTE的发展
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FDD系统空口上下行采用成对的频段接收和发送数据，而 TDD系统上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输， 较FDD双工方式，TDD有着较高的频谱利用率
LTE系统的性能指标
LTE概述
第1章 LTE的发展
➢ 移动通信发展历程 ➢ LTE概述 ➢ 3GPP演进系统架构 ➢ LTE关键技术 ➢移动通信技术的发展
3GPP的演进系统架构
在无线接入技术不断演进的同时，3GPP还开展了系统 架构演进(SAE，System Architecture Evolution)的研究。
LTE的分组核心网称为EPC(Evolved Packet Core)，采用 全IP结构，旨在帮助运营商通过采用无线接入技术来提 供先进的移动宽带服务。EPC和EUTRAN合称演进分组 系统(EPS，Evolved Packet System)
3GPP的演进系统架构
3G UMTS网络结构的演进
UMTS逐步在PS域上面增加了一个新的域：IP多媒体 子系统(IMS，IP Multimedia Subsystem)。IMS的主要 目标是制订一个新的标准，在3GPP的各种无线网络间 采用统一的方法来实现IP业务 IMS业务具有较好的互操作性。 IMS标准通过信令和媒体网关支持VoIP(Voice over
LTE的全共享无线接入演进采用和WiFi(IEEE 802.11) 或WiMAX(IEEE 802.16)无线以太网标准相似的机制， 是一种更为简单的方法。但是，这种无线接入方案 需要专门的无线资源管理方案，来确保可以满足所 有实时业务的比特速率和传输时延的需求。
LTE基站组成
3GPP的演进系统架构
移动通信的发展历程
移动通信发展历程
第1章 LTE的发展
➢ 移动通信发展历程 ➢ LTE概述 ➢ 3GPP演进系统架构 ➢ LTE关键技术 ➢移动通信技术的发展
LTE概述
LTE(Long Term Evolution，长期演进)是由3GPP组织制定 的通用移动通信系统(UMTS) 的长期演进标准
上行链路传输
3GPP的演进系统架构
每一个收发无线模块可以从一个或多个扇区接收 信号。这些信号经过放大、滤波并通过模/数转换 器将其转换成数字信号
数字信号发送到核心控制模块，并路由到信道基 本模块(CEM)，信道基本模块中包括了对每个信 号进行解调的各处理过程(删除循环前缀、FFT等)。
信号通过信道模块解调后，使用支持分组传输协 议的路由模块发送到IP网络
分布式基站
3GPP的演进系统架构
易于安装(重量轻、功率消耗小等)、具有更少的 工程限制
收发无线模块(TRM)模块和射频(RF)部分安装在 室外，它们通过光纤或RF链路(连接到核心模块 (CCM)，这种方式称为射频拉远（RRM)
其他接入技术
3GPP的演进系统架构Fra bibliotekIEEE提出了许多基于WLAN或无线区域网络的高 速、高性能无线接口，包括众所周知的WiFi系列 (例如IEEE 802.11b、IEEE 802.11和IEEE 802.11n) 以及WiMAX系列(IEEE 802.16)等
OFDM技术
OFDM把系统带宽划分成多个相互正交的子载波， 在多个子载波上并行传输数据；各个子载波的正 交性是由基带反快速傅里叶变换(IFFT)实现的。
由于子载波带宽较小(15kHz)，多径时延将导致符 号间干扰，破坏子载波之间的正交性。为此，在 OFDM符号间插入保护间隔，采用循环前缀来实 现；下行采用正交频分多址接入技术(OFDMA)， 上行采用单载波频分多址接入技术(SC-FDMA)
主要3G系统参数对照表
移动通信发展历程
移动通信发展历程
HSPA的引入，使得移动网络由话音业务占统治地 位的网络转换为数据业务占统治地位的网络
占用大量带宽的便携式应用：互联网和内联网的接 入、文件共享、用于分发视频内容的流媒体业务、 移动电视以及交互式游戏，视频、数据和话音业务 的集成
因此，3GPP提出了比HSPA具有更高性能的LTE以 及其高级标准LTE-A，以改善用户的性能
分组优化接入网络可以有效支持基于IP的非实时业 务和类似电路交换的需要恒定时延和恒定比特速率 传输的业务
简单的核心网络仅由一个分组域组成，支持所有的 PS业务(可以基于IMS)，能够与传统的PSTN互通。
共享无线接口
3GPP的演进系统架构
在早期3G版本中，用户使用的是专用资源，系统 需要为用户分配固定的资源，这在一段时间内可 以很好地满足容量需求。
IP)，并且能够与传统PSTN进行互通。 由于现有IMS机制不支持与CS网络间话音业务的无
缝移动，因此传统网络运营商没有把IMS作为一个面 向所有业务的公共平台(包括话音、实时和非实时业 务)
网络结构演进
3GPP的演进系统架构
3GPP的演进系统架构
EPS的目标：在简单的公共平台上综合所有业务
主要组成：分组优化接入网络和简单的核心网络
3GPP的演进系统架构
无线网络演进的主要过程
2G GSM蜂窝网络最初是为话音和电路交换业务而设 计，网络结构相对简单，主要由接入网络(AN， Access Network)和电路交换核心网络域(CS域)两部分 组成。接入网络部分包括无线接口以及支持无线相关 功能的网络节点和其他接口。
随着IP和Web业务的出现，2G GSM网络逐步演进到 能够支持分组数据传输方式的阶段，例如GPRS和 EDGE。系统在接入网中引入了支持分组发送和共享 资源分配的方案。此外，还增加了与CS域并行的分 组交换核心网络域(PS域)。PS域与CS域具有相同的作 用，即支持分组发送(包括认证和计费)以及与公共或 私有Internet(或IP)网络的互通。
WiFi和WiMAX可以提供接近UTRAN和LTE的目 标数据速率。IEEE规范主要研究无线接口的数据 链路层，没有给出更高层的规范，例如网络结构
和接口、用户管理、业务以及网络服务质量策略 等
IEEE无线接入技术
3GPP的演进系统架构
支持不同接入网络间的无缝移动性也是LTE的一个发展方向
第1章 LTE的发展
LTE关键技术
小区干扰控制
在LTE系统中，各小区采用相同的频率进行发送和接收。 LET系统并不能通过合并不同小区的信号来降低邻小 区信号的影响。因此必将在小区间产生干扰，小区边 缘干扰尤为严重
常用的小区干扰控制方法： 干扰随机化 干扰对消 干扰抑制 干扰协调
LTE关键技术
干扰随机化是一种被动的干扰控制方法，目的是使 系统在时频域受到的干扰尽可能平均，可通过加扰， 交织，跳频等方法实现
➢ 移动通信发展历程 ➢ LTE概述 ➢ 3GPP演进系统架构 ➢ LTE关键技术 ➢移动通信技术的发展
LTE关键技术
LTE采用了多项新技术 OFDM技术 MIMO技术 链路自适应技术(如自适应编码调制(AMC)) 混合自动重传请求(HARQ) 小区干扰抑制技术(ICIC)
LTE关键技术
在多用户MIMO中，空间复用的数据流调度给多 个用户，多个用户通过空分方式共享同一时频资 源，系统可以通过空间维度的多用户调度获得额 外的多用户分集增益。
MIMO技术
LTE关键技术
受限于终端的成本和功耗，实现单个终端上行多路 射频发射和功放的难度较大。因此，LTE在上行还 可以采用多个单天线用户联合进行MIMO传输的方 法，称为虚拟MIMO。调度器将相同的时频资源调
过渡技术
移动通信发展历程
HSPA 高速分组接入，包括高速下行链路分组接入 (HSDPA)和高速上行链路分组接入(HSUPA)
HSPA+，是HSDPA和HSUPA技术的增强，目标是 在3G长期演进(LTE)成熟之前，提供一种3G后向兼 容演进技术。采用了大量新技术，例如，多输入多 输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)技术和 高阶调制(例如下行采用64QAM，上行采用 16QAM)，HSPA+有望在WCDMA系统的5MHz带宽 上达到与LTE相同的效率。
第1章 LTE的发展
第1章 LTE的发展
➢ 移动通信发展历程 ➢ LTE概述 ➢ 3GPP演进系统架构 ➢ LTE关键技术 ➢移动通信技术的发展
第1章 LTE的发展
➢ 移动通信发展历程 ➢ LTE概述 ➢ 3GPP演进系统架构 ➢ LTE关键技术 ➢移动通信技术的发展
移动通信发展历程
1G：模拟移动通信系统，AMPS NMT 2G：无限数字系统，GSM CDMAOne PDC 2.5G：引入分组交换业务，GPRS IS-95B GSM到3G过渡：EDGE技术 3G：WCDMA CDMA 2000 TD-SCDMA HSPA：对WCDMA的进一步增强 HSPA+：3G后向兼容演进技术，HSPA和LTE间的
LTE的主要目标：设计一种高性能无线接口，也称之为 演进的陆地无线接入网 (E-UTRAN) LTE引入关键技术：正交频分复用(OFDM)和多输入多输 出(MIMO)等，显著提高了频谱效率和数据传输速率 LTE传输速率：在20M带宽、2×2天线配置、64QAM情 况下，LTE的理论下行最大传输速率为201Mbps，除去信 令开销后大概为150Mbps。实际组网以及终端能力限制， 一般认为LTE下行峰值速率为100Mbps，上行峰值速率为 50Mbps。
LTE概述
LTE的特点
支持多种带宽分配，频谱分配更加灵活，系统容量 和覆盖也显著提升
网络架构更加扁平化简单化，减少了网络节点和系 统复杂度，从而减小了系统时延，也降低了网络部 署和维护成本
支持与其他3GPP系统互操作
LTE概述
根据双工方式不同，LTE系统分为FDD-LTE和TDD-LTE， 二者的主要区别在于空口的物理层，如时分设计、同步等。
LTE全部采用共享无线资源分配方案，在一组共 享高速比特速率无线管道上合并所有无线承载， 从而最大化资源利用率。
专用和共享资源分配
3GPP的演进系统架构
3GPP的演进系统架构
LTE与UMTS陆地无线接入网(UTRAN)无线接口不 同，UTRAN接口可以在同一小区内分配专用资源 (通常是CS域的有保证的比特速率业务)和HSDPA高 速共享信道。
LTE关键技术
LTE支持时间和频率两个维度的链路自适应，根据时 频域信道质量信息对不同的时频资源选择不同的调 制编码方式。功率控制在CDMA系统中是一项重要 的链路自适应技术，可以避免远近效应带来的多址 干扰。在LTE系统中，上下行均采用OFDM技术对多 用户进行复用。因此，功率控制主要用来降低对邻 小区上行的干扰，补偿链路损耗，也是一种慢速的 链路自适应机制。
LTE关键技术
MIMO技术
LTE下行支持MIMO技术进行空间维度的复用。 空间复用支持单用户MIMO(SU-MIMO)模式和多 用户MIMO(MU-MIMO)模式。
两者都支持通过预编码的方法来降低或者控制空 间复用数据流之间的干扰，从而改善MIMO技术 的性能。
在单用户MIMO中，空间复用的数据流调度给一 个单独的用户，提升该用户的传输速率和频谱效 率。
3GPP的演进系统架构
来自核心网的分组(经服务网关)首先到达IP路由模块 (也称为核心控制模块，CCM)。接着，每一个分组 被转发到调制解调器—信道基本模块(CEM)
CEM模块能够并行处理N个信道(流)，在每一个信道 上实现编码，形成无线信号：OFDM调制、插入循 环前缀等。
每个信道基本模块把与扇区有关的信号交给路由模 块，通过路由模块再连接到相关扇区的收发无线模 块(TRM)。
度给若干个不同的用户，每个用户都采用单天线方 式发送数据，系统采用一定的MIMO解调方法进行 数据分离。采用虚拟MIMO方式能同时获得MIMO 增益以及功率增益(相同的时频资源允许更高的功率 发送)，而且调度器可以控制多用户数据之间的干扰。 同时，通过用户选择可以获得多用户分集增益。
调度和链路自适应技术
3GPP的演进系统架构
基站通过光纤、高数据速率的同步传输模块(STM1， Synchronous Transfer Module - 1)，甚至是传统的E1/T1 等2Mbps物理接口连接到骨干网。基站通过支持IP分 组传输协议从服务网关接收用户数据信息。
下行链路传输 上行链路传输
下行链路传输
LTE系统的性能指标
LTE概述
第1章 LTE的发展
➢ 移动通信发展历程 ➢ LTE概述 ➢ 3GPP演进系统架构 ➢ LTE关键技术 ➢移动通信技术的发展
3GPP的演进系统架构
在无线接入技术不断演进的同时，3GPP还开展了系统 架构演进(SAE，System Architecture Evolution)的研究。
LTE的分组核心网称为EPC(Evolved Packet Core)，采用 全IP结构，旨在帮助运营商通过采用无线接入技术来提 供先进的移动宽带服务。EPC和EUTRAN合称演进分组 系统(EPS，Evolved Packet System)
3GPP的演进系统架构
3G UMTS网络结构的演进
UMTS逐步在PS域上面增加了一个新的域：IP多媒体 子系统(IMS，IP Multimedia Subsystem)。IMS的主要 目标是制订一个新的标准，在3GPP的各种无线网络间 采用统一的方法来实现IP业务 IMS业务具有较好的互操作性。 IMS标准通过信令和媒体网关支持VoIP(Voice over
LTE的全共享无线接入演进采用和WiFi(IEEE 802.11) 或WiMAX(IEEE 802.16)无线以太网标准相似的机制， 是一种更为简单的方法。但是，这种无线接入方案 需要专门的无线资源管理方案，来确保可以满足所 有实时业务的比特速率和传输时延的需求。
LTE基站组成
3GPP的演进系统架构
移动通信的发展历程
移动通信发展历程
第1章 LTE的发展
➢ 移动通信发展历程 ➢ LTE概述 ➢ 3GPP演进系统架构 ➢ LTE关键技术 ➢移动通信技术的发展
LTE概述
LTE(Long Term Evolution，长期演进)是由3GPP组织制定 的通用移动通信系统(UMTS) 的长期演进标准
上行链路传输
3GPP的演进系统架构
每一个收发无线模块可以从一个或多个扇区接收 信号。这些信号经过放大、滤波并通过模/数转换 器将其转换成数字信号
数字信号发送到核心控制模块，并路由到信道基 本模块(CEM)，信道基本模块中包括了对每个信 号进行解调的各处理过程(删除循环前缀、FFT等)。
信号通过信道模块解调后，使用支持分组传输协 议的路由模块发送到IP网络
分布式基站
3GPP的演进系统架构
易于安装(重量轻、功率消耗小等)、具有更少的 工程限制
收发无线模块(TRM)模块和射频(RF)部分安装在 室外，它们通过光纤或RF链路(连接到核心模块 (CCM)，这种方式称为射频拉远（RRM)
其他接入技术
3GPP的演进系统架构Fra bibliotekIEEE提出了许多基于WLAN或无线区域网络的高 速、高性能无线接口，包括众所周知的WiFi系列 (例如IEEE 802.11b、IEEE 802.11和IEEE 802.11n) 以及WiMAX系列(IEEE 802.16)等
OFDM技术
OFDM把系统带宽划分成多个相互正交的子载波， 在多个子载波上并行传输数据；各个子载波的正 交性是由基带反快速傅里叶变换(IFFT)实现的。
由于子载波带宽较小(15kHz)，多径时延将导致符 号间干扰，破坏子载波之间的正交性。为此，在 OFDM符号间插入保护间隔，采用循环前缀来实 现；下行采用正交频分多址接入技术(OFDMA)， 上行采用单载波频分多址接入技术(SC-FDMA)
主要3G系统参数对照表
移动通信发展历程
移动通信发展历程
HSPA的引入，使得移动网络由话音业务占统治地 位的网络转换为数据业务占统治地位的网络
占用大量带宽的便携式应用：互联网和内联网的接 入、文件共享、用于分发视频内容的流媒体业务、 移动电视以及交互式游戏，视频、数据和话音业务 的集成
因此，3GPP提出了比HSPA具有更高性能的LTE以 及其高级标准LTE-A，以改善用户的性能
分组优化接入网络可以有效支持基于IP的非实时业 务和类似电路交换的需要恒定时延和恒定比特速率 传输的业务
简单的核心网络仅由一个分组域组成，支持所有的 PS业务(可以基于IMS)，能够与传统的PSTN互通。
共享无线接口
3GPP的演进系统架构
在早期3G版本中，用户使用的是专用资源，系统 需要为用户分配固定的资源，这在一段时间内可 以很好地满足容量需求。
IP)，并且能够与传统PSTN进行互通。 由于现有IMS机制不支持与CS网络间话音业务的无
缝移动，因此传统网络运营商没有把IMS作为一个面 向所有业务的公共平台(包括话音、实时和非实时业 务)
网络结构演进
3GPP的演进系统架构
3GPP的演进系统架构
EPS的目标：在简单的公共平台上综合所有业务
主要组成：分组优化接入网络和简单的核心网络
3GPP的演进系统架构
无线网络演进的主要过程
2G GSM蜂窝网络最初是为话音和电路交换业务而设 计，网络结构相对简单，主要由接入网络(AN， Access Network)和电路交换核心网络域(CS域)两部分 组成。接入网络部分包括无线接口以及支持无线相关 功能的网络节点和其他接口。
随着IP和Web业务的出现，2G GSM网络逐步演进到 能够支持分组数据传输方式的阶段，例如GPRS和 EDGE。系统在接入网中引入了支持分组发送和共享 资源分配的方案。此外，还增加了与CS域并行的分 组交换核心网络域(PS域)。PS域与CS域具有相同的作 用，即支持分组发送(包括认证和计费)以及与公共或 私有Internet(或IP)网络的互通。
WiFi和WiMAX可以提供接近UTRAN和LTE的目 标数据速率。IEEE规范主要研究无线接口的数据 链路层，没有给出更高层的规范，例如网络结构
和接口、用户管理、业务以及网络服务质量策略 等
IEEE无线接入技术
3GPP的演进系统架构
支持不同接入网络间的无缝移动性也是LTE的一个发展方向
第1章 LTE的发展
LTE关键技术
小区干扰控制
在LTE系统中，各小区采用相同的频率进行发送和接收。 LET系统并不能通过合并不同小区的信号来降低邻小 区信号的影响。因此必将在小区间产生干扰，小区边 缘干扰尤为严重
常用的小区干扰控制方法： 干扰随机化 干扰对消 干扰抑制 干扰协调
LTE关键技术
干扰随机化是一种被动的干扰控制方法，目的是使 系统在时频域受到的干扰尽可能平均，可通过加扰， 交织，跳频等方法实现
➢ 移动通信发展历程 ➢ LTE概述 ➢ 3GPP演进系统架构 ➢ LTE关键技术 ➢移动通信技术的发展
LTE关键技术
LTE采用了多项新技术 OFDM技术 MIMO技术 链路自适应技术(如自适应编码调制(AMC)) 混合自动重传请求(HARQ) 小区干扰抑制技术(ICIC)
LTE关键技术
在多用户MIMO中，空间复用的数据流调度给多 个用户，多个用户通过空分方式共享同一时频资 源，系统可以通过空间维度的多用户调度获得额 外的多用户分集增益。
MIMO技术
LTE关键技术
受限于终端的成本和功耗，实现单个终端上行多路 射频发射和功放的难度较大。因此，LTE在上行还 可以采用多个单天线用户联合进行MIMO传输的方 法，称为虚拟MIMO。调度器将相同的时频资源调
过渡技术
移动通信发展历程
HSPA 高速分组接入，包括高速下行链路分组接入 (HSDPA)和高速上行链路分组接入(HSUPA)
HSPA+，是HSDPA和HSUPA技术的增强，目标是 在3G长期演进(LTE)成熟之前，提供一种3G后向兼 容演进技术。采用了大量新技术，例如，多输入多 输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)技术和 高阶调制(例如下行采用64QAM，上行采用 16QAM)，HSPA+有望在WCDMA系统的5MHz带宽 上达到与LTE相同的效率。
第1章 LTE的发展
第1章 LTE的发展
➢ 移动通信发展历程 ➢ LTE概述 ➢ 3GPP演进系统架构 ➢ LTE关键技术 ➢移动通信技术的发展
第1章 LTE的发展
➢ 移动通信发展历程 ➢ LTE概述 ➢ 3GPP演进系统架构 ➢ LTE关键技术 ➢移动通信技术的发展
移动通信发展历程
1G：模拟移动通信系统，AMPS NMT 2G：无限数字系统，GSM CDMAOne PDC 2.5G：引入分组交换业务，GPRS IS-95B GSM到3G过渡：EDGE技术 3G：WCDMA CDMA 2000 TD-SCDMA HSPA：对WCDMA的进一步增强 HSPA+：3G后向兼容演进技术，HSPA和LTE间的
LTE的主要目标：设计一种高性能无线接口，也称之为 演进的陆地无线接入网 (E-UTRAN) LTE引入关键技术：正交频分复用(OFDM)和多输入多输 出(MIMO)等，显著提高了频谱效率和数据传输速率 LTE传输速率：在20M带宽、2×2天线配置、64QAM情 况下，LTE的理论下行最大传输速率为201Mbps，除去信 令开销后大概为150Mbps。实际组网以及终端能力限制， 一般认为LTE下行峰值速率为100Mbps，上行峰值速率为 50Mbps。
LTE概述
LTE的特点
支持多种带宽分配，频谱分配更加灵活，系统容量 和覆盖也显著提升
网络架构更加扁平化简单化，减少了网络节点和系 统复杂度，从而减小了系统时延，也降低了网络部 署和维护成本
支持与其他3GPP系统互操作
LTE概述
根据双工方式不同，LTE系统分为FDD-LTE和TDD-LTE， 二者的主要区别在于空口的物理层，如时分设计、同步等。
LTE全部采用共享无线资源分配方案，在一组共 享高速比特速率无线管道上合并所有无线承载， 从而最大化资源利用率。
专用和共享资源分配
3GPP的演进系统架构
3GPP的演进系统架构
LTE与UMTS陆地无线接入网(UTRAN)无线接口不 同，UTRAN接口可以在同一小区内分配专用资源 (通常是CS域的有保证的比特速率业务)和HSDPA高 速共享信道。
LTE关键技术
LTE支持时间和频率两个维度的链路自适应，根据时 频域信道质量信息对不同的时频资源选择不同的调 制编码方式。功率控制在CDMA系统中是一项重要 的链路自适应技术，可以避免远近效应带来的多址 干扰。在LTE系统中，上下行均采用OFDM技术对多 用户进行复用。因此，功率控制主要用来降低对邻 小区上行的干扰，补偿链路损耗，也是一种慢速的 链路自适应机制。
LTE关键技术
MIMO技术
LTE下行支持MIMO技术进行空间维度的复用。 空间复用支持单用户MIMO(SU-MIMO)模式和多 用户MIMO(MU-MIMO)模式。
两者都支持通过预编码的方法来降低或者控制空 间复用数据流之间的干扰，从而改善MIMO技术 的性能。
在单用户MIMO中，空间复用的数据流调度给一 个单独的用户，提升该用户的传输速率和频谱效 率。
3GPP的演进系统架构
来自核心网的分组(经服务网关)首先到达IP路由模块 (也称为核心控制模块，CCM)。接着，每一个分组 被转发到调制解调器—信道基本模块(CEM)
CEM模块能够并行处理N个信道(流)，在每一个信道 上实现编码，形成无线信号：OFDM调制、插入循 环前缀等。
每个信道基本模块把与扇区有关的信号交给路由模 块，通过路由模块再连接到相关扇区的收发无线模 块(TRM)。
度给若干个不同的用户，每个用户都采用单天线方 式发送数据，系统采用一定的MIMO解调方法进行 数据分离。采用虚拟MIMO方式能同时获得MIMO 增益以及功率增益(相同的时频资源允许更高的功率 发送)，而且调度器可以控制多用户数据之间的干扰。 同时，通过用户选择可以获得多用户分集增益。
调度和链路自适应技术
3GPP的演进系统架构
基站通过光纤、高数据速率的同步传输模块(STM1， Synchronous Transfer Module - 1)，甚至是传统的E1/T1 等2Mbps物理接口连接到骨干网。基站通过支持IP分 组传输协议从服务网关接收用户数据信息。
下行链路传输 上行链路传输
下行链路传输