LTE技术基础简介.

LTE技术基础简介全业务支撑中心传输班2014年11月14日21.LTE技术背景及关键技术2.LTE时代的承载网PTN3.4G的发展及未来应用目录31LTE技术背景及关键技术41.什么是4G？奚国华：过去4G是未来，今天4G是现实。51.什么是4G？4G:是第四代移动通信的技术的简称。4G是集3G与WLAN于一体，能够有效实现移动状态下的高速数据业务，并能够高质量视频图像，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。LTE:即LongTermEvolution,长期演进。4G有LTE和WiMax两种技术标准，LET已经成为各国主流运营商首选的宽带移动通信技术。LTE这一标准有TDD-LTE和FDD-LTE两种通讯模式。6200kps2.5G-2.75G3G10kps2G1G2.通信技术的演进TACSGSMAMPSNMTIS-95ACDMAGPRSHSPATD-SCDMAWCDMAEDGECDMA20001XIS-95BCDMATD-HSPATD-HSPA+HSPA+EV-DORel.0EV-DORel.AEV-DORel.BEV-DORel.C/DWiMax300bps-10Mbps20Mbps72.通信技术的演进单用户下载速率可达到3G的5~10倍峰值数据率：上行50Mbps下行100Mbps支持灵活组网支持1.4MHz~20MHz带宽LTE的技术特点8LTE的技术特点2.通信技术的演进取消CS（电路交换）域，CS域业务在PS（包交换）域实现，如采用VoIP主要面向移动宽带业务，同时也支持语音业务用户面延迟小于5ms，控制面延迟小于100ms更好的用户体验，业务建立和切换快速，不易察觉用户面数据断流92.通信技术的演进LTE的技术特点效率达到HSDPA/HSUPA的2~4倍更低的每比特成本，仅为3G系统的1/4，2G系统的1/20对低速移动优化系统，同时高速移动350km/h的速度下依然具有连接性能103.LTE的关键技术——OFDMOFDM（正交频分复用）的本质就是一个频分系统，而频分是无线通信最朴素的实现方式•多采用几个频率并行发送，实现宽带传输•提高频谱效率传统FDM系统中，载波之间需要很大的保护带，频谱效率很低生活中的应用：电台广播OFDM系统允许载波之间紧密相临，甚至部分重合，可以实现很高的频谱效率－子载波如何做到这一点？依赖FFT（快速傅立叶变换）为什么直到最近20年才逐渐实用？有赖于数字信号处理（DSP）芯片的发展113.LTE的关键技术——MIMOABA123.LTE的关键技术——波束赋形利用较小间距的天线阵元之间的相关性（天线间距通常为λ/2），通过阵元发射的波之间形成干涉，集中能量于某个（或某些）特定方向上，形成波束，从而实现更大的覆盖和干扰增强覆盖抑制干扰13发射分集空间复用波束赋形多路信道传输同样信息•包括时间分集，空间分集和频率分集•提高接收的可靠性和提高覆盖•适用于需要保证可靠性或覆盖的环境分集合并多路信道同时传输不同信息•理论上成倍提高峰值速率•适合密集城区信号散射多地区，不适合有直射信号的情况最小均方误差或串行干扰删除多路天线阵列赋形成单路信号传输最大比合并•通过对信道的准确估计，针对用户形成波束，降低用户间干扰•可以提高覆盖能力，同时降低小区内干扰，提升系统吞吐量3.LTE的关键技术——多天线技术144.OFDM概述2000s1990s1970s1960sOFDM在高速调制器中的应用开始研究OFDM应用在高频军事系统OFDM应用于宽带数据通信和广播等OFDM应用于802.11a,802.16,LTE154.OFDM概述正交频分复用技术，多载波调制的一种。将一个宽频信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。宽频信道频域波形f正交子信道164.OFDM概述传统FDM:为避免载波间干扰，需要在相邻的载波间保留一定保护间隔，大大降低了频谱效率。OFDM:各(子)载波重叠排列，同时保持(子)载波的正交性（通过FFT实现）。从而在相同带宽内容纳数量更多(子)载波，提升频谱效率。FDMOFDM17Mode传输模式技术描述应用场景1单天线传输信息通过单天线进行发送无法布放双通道室分系统的室内站2发射分集同一信息的多个信号副本分别通过多个衰落特性相互独立的信道进行发送信道质量不好时，如小区边缘3开环空间复用终端不反馈信道信息，发射端根据预定义的信道信息来确定发射信号信道质量高且空间独立性强时4闭环空间复用需要终端反馈信道信息，发射端采用该信息进行信号预处理以产生空间独立性信道质量高且空间独立性强时。终端静止时性能好5多用户MIMO基站使用相同时频资源将多个数据流发送给不同用户，接收端利用多根天线对干扰数据流进行取消和零陷。6单层闭环空间复用终端反馈RI=1时，发射端采用单层预编码，使其适应当前的信道7单流Beamforming发射端利用上行信号来估计下行信道的特征，在下行信号发送时，每根天线上乘以相应的特征权值，使其天线阵发射信号具有波束赋形效果信道质量不好时，如小区边缘8双流Beamforming结合复用和智能天线技术，进行多路波束赋形发送，既提高用户信号强度，又提高用户的峰值和均值速率•传输模式是针对单个终端的。同小区不同终端可以有不同传输模式•eNB自行决定某一时刻对某一终端采用什么传输模式，并通过RRC信令通知终端•模式3到模式8中均含有发射分集。当信道质量快速恶化时，eNB可以快速切换到模式内发射分集模式5.LTE传输模式18LTE时代的承载网PTN2192.LTE时代的承载网PTNTDMATMIPGSM,R99,R4,R5,R6…LTE2G&3G并存20092010201120122013GSMWCDMAmillion3,5002,5001,500500GlobalMobileSubs.ForecastSource：Informa2009Q1forecastreportPTN承载网产生背景--移动网络向LTE演进和2G、3G并存现状趋势●移动网络正逐渐由2G演进到3G和LTE●2G/3G将在很长的一段时间内并存运营压力●2G网络带宽在扩展●3G网络在加大部署●4G网络指日可待20199019952000200520102015MobileVoIPFixedvoiceVoiceDataVoiceData2GARPU2.5G3G●移动业务的快速发展●移动语音业务的ARPU值仍是主要收入●移动语音业务收入在未来5到10年将持续快速发展，语音业务的ARPU值在3G时代仍然高于数据业务，是移动运营商收入的主要部分●数据业务也在迅猛增长，大颗粒的数据业务使用IP承载效率更高；同时大客户专线的数据业务不仅带来高带宽的需求，还带来了高可靠性、高QoS、低时延、低抖动的要求●高质量的移动语音和数据业务需要高质量的网络保证，对QoS、OAM、同步、端到端网络管理提出了更高的要求2.LTE时代的承载网PTN--移动业务需要高质量网络保证212.LTE时代的承载网PTN--移动发展对承载网络的需求和挑战Challenge1:ALLIP的业务和网络业务类型IP化，接入IP化基于分组的交换和传送高效的网络和解决方案_Challenge3:多场景接入能力Challenge2:移动宽带需要更大网络带宽Challenge4:高质量业务保证更大和更高效的带宽提供高速上行接口LTE-Ready兼容传统的TDM/ATM业务微波接入方案的集成xDSL接入方案的集成业务的QoS保障，网络的OAM电信级的时钟/时间同步方案E2E的网络管理、维护方案面对移动业务的发展趋势带来的挑战，移动承载网络需要满足IP化、移动宽带化、高质量业务保证、多业务接入的需求，并提供性价比最优的解决方案.22IPCorePEPEPPxPONNodeBResidentialPCPhoneMobileTerminalBSCRNCBRASMSCGIPMetroIPAccessGE/FEDSLAMBusinessBTS2.LTE时代的承载网PTNSPOP传统的承载网络主要有以下3种方式：MSTP/SDH：电路交换核心，承载IP业务效率低，带宽独占，调度灵活度差交换机：缺乏OAM故障检测机制，QoS能力不足，网络管理手段严重缺乏，多业务承载和同步传送能力差路由器：投资效率低，网络保护能力偏弱，组大网能力弱，网络管理手段严重缺乏，同步传送能力差，语音业务承载能力弱，部分功能相对于RAN是多余的。对传送网维护人员技能要求高23COREAccessIPBackboneSRSRQoS保障能力不足多业务承载能力满足不了需求缺乏有效和方便的网络管理、操作、维护手段2.LTE时代的承载网PTN•缺乏适合的网络保护方案,网络越大,保护倒换的时间越长，满足不了电信级的保护倒换要求•基于包交换，转发的包长短不一，造成高优先级短包受长包影响，造成抖动•Lanswitch缺乏有效的QoS保障机制,没有专用的流量控制模块•缺乏有效和方便的网络管理、操作、维护手段，从这一角度来看,难以成为一个健壮的通信网络.•难以在其网络中部署多业务的统一承载,尤其是移动业务,IPTV业务等具有高质量网络需求的业务...WhynotLanswitch?Lanswitch在网络保护、QoS、OAM、网络管理等方面都存在非常明显的缺陷，不是建设电信级IP城域网的合适技术24Router是具备一定的多业务承载能力，采用可编程转发引擎，支持L2/L3功能；采用流量控制单元，为业务提供层次化调度功能；交换单元采用等长信元交换，可以保证高优先级业务优先通过。但是…网络操作维护体验:缺乏基于硬件的OAM监控手段,仍然大多通过软件轮询方式，无法确保快速的故障检测以保证在50ms内完成网络保护，尤其是当大量的业务同时发生故障时设备和网络的管理体验:缺乏端到端的业务配置，一键式业务操作手段，无法和现有的传送网络如WDM、SDH、Microwave统一管理，增加了管理维护的成本.缺少全面的同步传送解决方案，尤其在做为移动承载时是必须的.具有少量的设备级、网络级保护措施，但是在应用中还是显得非常缺乏。在所有备选的解决方案里是对投资要求最高的，但大多的功能在城域网中是用不到的。比方说，转发表项上，路由器要识别每个终端用户地址，所以一般业务路由器有百万级转发表，这对于IPRAN承载网是多余的。IPMetroWhynotRouter?2.LTE时代的承载网PTNRouter方案缺乏良好的网络操作、管理、维护体验，同时无法提供移动承载所必需的同步传送能力,等…25VC1VC2VC3SDHVCTun1Tun2Tun3FlexibleTunnelFreeBandwidthRNCSPOP…3G/HSxPALTE/Wimax3G/HSxPALTE/WimaxRNCRNC3G/HSxPALTE/WimaxCBDResidentialDownTownFiberApplicationModelTrafficModelWhynotSDH/MSTP？2.LTE时代的承载网PTN不是面向未来的技术:，网络很难扩展到ALLIP，MSTP虽然在IP化前进了一步，但不够彻底，IP化体现在用户接口，内核仍然是电路交换；导致传送分组业务时效率低SDH/MSTP还不能对以太业务提供足够的QoS能力，实现以太业务的公平性接入，不具备动态的路由发现功能，路径采用静态机制，不利于分组业务的调度和扩展26需求归纳PTN实现高效分组内核增强交换架构（1:1主备，信元交换）多业务承载TDM/ATM/Eth业务PWE3仿真端到端管理端到端业务点击提供，端到端整个承载网络统一管理综合接入方式综合接入xDSL双绞线、微波、铜缆、光纤等全面的同步方案TDM时钟、外时钟、SyncEth、1588V2、TOP、ACR、NTR等QoS能力5级H-QoS高可靠保护方案50ms内的网络内业务保护（LMSP/tunnelAPS）;网络级保护（LAG/TPS）设备级保护等OAM能力Ether