第11章LTE及各移動(dòng)通信系統(tǒng)的演進(jìn)

1、移動(dòng)通信技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP在經(jīng)過(guò)討論后提岀實(shí) 現(xiàn)峰值速率100Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，需設(shè)計(jì)岀7 50倍于當(dāng)前系統(tǒng)傳輸速率的新技術(shù)，且具有 很好的向下兼容性，以保護(hù)現(xiàn)有投資。這一新的系統(tǒng)被稱作增強(qiáng)型3G或3GPP的 長(zhǎng)期演進(jìn)(Long Tenn Evolution, LTE)。本章 將主要介紹LTE的發(fā)展、LTE的關(guān)鍵技術(shù)，以 及各種移動(dòng)通信系統(tǒng)的演進(jìn)方案。11.1 3GPP標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展3GPP成立于1998年，主要負(fù)責(zé)UMTS系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) 化工作。3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織王要包括項(xiàng)目合作組（PCG）和技 術(shù)規(guī)范組（TSG）兩類。其中PCG主要負(fù)責(zé)總體管理、時(shí)間計(jì)劃、工作分 配等，具體的技術(shù)工作則

2、由各TSG完成。目前，3GPP包括4個(gè)TSG,分別負(fù)責(zé)EDGE無(wú)線接 入網(wǎng)（GERAN）、無(wú)線接入網(wǎng)（RAN）、系統(tǒng)和業(yè)務(wù) 方面（SA）、核心網(wǎng)與終端（CT） o每個(gè)TSG進(jìn)一步分為不同的工作子組，每個(gè)丄作 子組分配具體的任務(wù)。目前，3GPP已正式發(fā)布R99、R4、R5、 R6、R7和R8共6個(gè)版本，R8版本于2009年3月 正式發(fā)布，R9標(biāo)準(zhǔn)工作也已正式啟動(dòng)。 其中，R99R7版本已基本穩(wěn)定，R8部分 功能特性正在完善過(guò)程中。 R99、R4、R5和R6版本在前面已作介紹， 在此簡(jiǎn)單介紹R7、R8和R9版本基本內(nèi)容。 各版本的發(fā)布時(shí)間和主要功能增強(qiáng)如圖11- 1所示。R99R4R5R6R7R8

3、十IMT-(WCDMA)(HSDPA)A(HSUPA)(HSPA+)(LTE)Advanced111111384kbit/s/384kbti/s 5MHz帶寬)1111111111114.4kbit/s/384kbti/s (5MHz帶寬)11114.4 MHz/5.72MHz (5MHz帶寬)11142MHz/11 MHz (5MHz帶寬)111100MHz/50MHz (20MHz 帶寬)111 2000年3月2001年3月2002年6月2004年12月2007年3月2009年3月 標(biāo)準(zhǔn)完成時(shí)而圖111 3GPP標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)路線倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS

4、倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS1R7R7版本在R6版本的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步的 功能與性能增強(qiáng)。無(wú)線接入網(wǎng)方面主要進(jìn)行了 HSPA的增強(qiáng)與演進(jìn)（HSPA+）,即通過(guò)引入MIMO、高 階調(diào)制（上行16QAM、下行64QAM）、連續(xù) 性分組連接（CPC）、干擾刪除、L2增強(qiáng)、高 級(jí)接收機(jī)、發(fā)射分集等高級(jí)無(wú)線傳輸技術(shù)，將 HSPA +系統(tǒng)的峰值數(shù)據(jù)速率提高至耳匚 42Mbit/s、上行 11 Mbit/s o核心網(wǎng)方面，R7版本繼續(xù)對(duì)IMS技術(shù)進(jìn)行了增強(qiáng)，提出了語(yǔ)音連續(xù)性VCC、CS域與IMS 域融合業(yè)務(wù)CSI等重要課題；在安全性方面弓ATEarly IMS技術(shù)，以

5、解決2G卡接入IMS網(wǎng)絡(luò) 的問(wèn)題；并將R6版本的PDF與流計(jì)費(fèi)FEC相融 合，提出了策略控制與計(jì)費(fèi)PCC的新架構(gòu)，完 成資源接納控制和業(yè)務(wù)質(zhì)量控制功能，但R7版 本的PCC是一個(gè)不可商用部署的版本。業(yè)務(wù)方面，R7版本對(duì)組播業(yè)務(wù)、IMS多媒 體電話、緊急呼叫等業(yè)務(wù)進(jìn)行了嚴(yán)格定義，使 整個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)能力大大豐富。 -2. R8迫于WiMAX等移動(dòng)通信技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)壓力，為繼續(xù) 保證3GPP系統(tǒng)在未來(lái)10年內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，3GPP標(biāo)準(zhǔn)組 織在R8版本正式啟動(dòng)了長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)與系統(tǒng)架構(gòu) 演進(jìn)(SAE)兩大重要項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)制定工作。R8版本重點(diǎn)針對(duì)LTE/SAE網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)、無(wú)線 傳輸關(guān)鍵技術(shù)、接口協(xié)議與

6、功能、基未消息流程、系 統(tǒng)安全等方面均進(jìn)行了細(xì)致的研究和標(biāo)準(zhǔn)化。隹無(wú)線接入網(wǎng)方西，將系統(tǒng)的峰值數(shù)據(jù)速率提高 至下行100Mbit/s上行50Mbit/s；在核心網(wǎng)方面，引入 了純分組域核心網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)，并支持多種非3GPP接入 網(wǎng)技耒接入該統(tǒng)一矗核心網(wǎng)。在完成LTE/SAE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范制定的同時(shí)，R8 版本還進(jìn)行了一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)和完善工作。(1) HSPA +增強(qiáng)與演進(jìn)具體包括FDD HSDPA的64QAM與MIMO 的合并使用、增強(qiáng)型服務(wù)小區(qū)改嘗E-SCC、CS over HSPA雙載波HSDPA、上行L2增強(qiáng)、增 強(qiáng)型上行CELL_FACH、語(yǔ)音呼叫連續(xù)性VCC 等子課題。(2) 家庭

7、基站技術(shù)為解決3G系統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋難題，增強(qiáng)室內(nèi) 用戶的數(shù)據(jù)傳輸能力，R8版本專門針對(duì)3G家 庭基站(Home Node E)及演進(jìn)型家庭基站( Home eNode B)進(jìn)行立項(xiàng)研究。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS(3) IMS技術(shù)的增強(qiáng)主要包括IMS中心化業(yè)務(wù)(ICS)、單射頻 語(yǔ)音呼叫連續(xù)性(SR-VCC)、多媒體業(yè)務(wù)連 續(xù)性(MMSC)、IMS接入企業(yè)網(wǎng)等子課題。Tv 另外，R8版本還提岀了Common IMS課題， 即重點(diǎn)解決3G理與3GPP2、TISPAN等幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 化組織間的IMS技術(shù)的融合與統(tǒng)一。3R9R9版本與R8版本相比，將針對(duì)SAE緊急呼

8、 叫、增強(qiáng)型MBMS (E-MBMS)、基于控制面 的定位業(yè)務(wù)，及LTE與WiMAX系統(tǒng)間的單射 頻切換優(yōu)化等課題進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。另外，R9版本還將開展一些新課題的研究 與標(biāo)潅花工作，包括公共告警系統(tǒng)(Public Warning System, PWS)、業(yè)務(wù)管理與遷移( Service Alignment and Migration, SAM )、個(gè) 性回鈴音CRS、多PDN接入及IP流的總性、 Home (e)Node B安全性，及LTE技術(shù)的進(jìn)一步 演進(jìn)與增強(qiáng)(LTE-Advanced )筆。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS11.2 LTE/SAE的發(fā)展為

9、滿足用戶不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求，同時(shí)適應(yīng)新 技術(shù)的發(fā)展和移勵(lì)通信理念的變革，3GPP在2004 年年底啟動(dòng)了LTE/SAE標(biāo)準(zhǔn)化工作，希望能繼續(xù)保 持3GPP在移動(dòng)通信領(lǐng)域的技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)勢(shì)，同時(shí) 有效填補(bǔ)3G和4G間存在的巨大技術(shù)差距。Tv1. LTE/SAE概念LTE/SAE網(wǎng)絡(luò)的總體目標(biāo)包含兩個(gè)方面:一是性能提高，即提供更高的用戶數(shù)據(jù)速率， 提升系統(tǒng)容量和覆蓋率，減小時(shí)延，并減少運(yùn)營(yíng)成本；二是實(shí)現(xiàn)一個(gè)能支持多種接入技術(shù)靈 活接入的、基于全I(xiàn)P的分組核心網(wǎng)絡(luò)，并保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性。LTE/SAE網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)具有高數(shù)據(jù)率、低 時(shí)延和基于全分組花的移劫通信系統(tǒng)，具體如 下所述：(1) 實(shí)現(xiàn)靈活的頻譜帶

10、寬配置。(2) 提高數(shù)據(jù)傳輸率和頻譜利用率。提升小區(qū)邊緣傳輸速率，以保證一倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS致的用戶體驗(yàn)。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS(3) 減小系統(tǒng)時(shí)延，增強(qiáng)對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的支持。(4) 支持增強(qiáng)型QoS與安全機(jī)制。(5) 支持扁平化的網(wǎng)絡(luò)層次架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)盡 量壓縮。(6) 支持全面分組化。(7) 支持多接入技術(shù)接入至統(tǒng)一的核心網(wǎng)。2. LTE的發(fā)展3GPP LTE相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)工作可分為兩個(gè)階 段：SI （Study Item,技術(shù)可行性研究階段）和 WI （Work Item,具體技術(shù)規(guī)范撰寫階段）。3. S

11、AE的發(fā)展SAE標(biāo)準(zhǔn)化工作從2005年開始正式啟動(dòng)， 到2006年12月完成了SAE的需求定義及技術(shù)研 究報(bào)告。同時(shí)從2006年年底，3GPP開始進(jìn)行第2階 段SAE技術(shù)規(guī)范的制定工作，并于2007年12月 ，凍結(jié)了R8版本的系統(tǒng)扁求，完成了大部分的 Stage2標(biāo)準(zhǔn)討論工作。由于Stage 1階段提出的需求和議題太多， 且對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵性課題的方案遲遲不能確定，R8 版本SAE標(biāo)準(zhǔn)Stage2的工作最終推遲到2008年6 月才全部?jī)鼋Y(jié)。'2008年12月，3GPP完成了大部分的SAE信 令協(xié)議規(guī)范Stage3的制定工作。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS2

12、004200520062007200820092010Q2Q3Q4QIQ2Q3Q4QlQ2Q3Q4QlQ2Q3Q4QlQ2Q3Q4QlQ2Q3Q4QlQ2Q3Q4標(biāo)準(zhǔn)制定Study Item>>LTEWork Item核心規(guī)范完成測(cè)試規(guī)范完成Study ItemSAE1Work Item1核心規(guī)范完成測(cè)試規(guī)范完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 與原型機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)Demo系統(tǒng)商用系統(tǒng)預(yù)商用系統(tǒng)開發(fā)圖112 LTE/SAE時(shí)間進(jìn)度倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS4其他組織圖11-3與LTE/SAE相關(guān)的組織及關(guān)系人民郵電出版社P（）SI S & TELECOM P

13、RESS(1) NGMN組織。 頻譜方面 技術(shù)方面 試驗(yàn)方面 知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面 產(chǎn)業(yè)鏈方面(2) LSTI組織。 概念驗(yàn)證(Proof of Concept, POC)。 互操作開發(fā)測(cè)試(Interoperability Development Test, IODT) o 互操作測(cè)試(Interoperability Test, IOT)。 預(yù)商用測(cè)試(Friendly Customer Trials，F(xiàn)CT )。Tv11.3 LTE系統(tǒng)簡(jiǎn)介在TS 36.300和TS 36.401 中對(duì)LTE,即E-UTRAN的 系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，如圖114所示。E-UTRAN 由 eNode B 構(gòu)成，

14、eNode B 間的接口為 X2 ,每個(gè)eNode B都與演進(jìn)的分組核心網(wǎng)(Evolved Packet Core, EPC)相連，二著間的接口為SI。S1接口的用戶面終止在業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)S-GW±, S1接口 的控制面終止在移動(dòng)性管理實(shí)體MME±O控制面和用戶面另一端終止于eNode B上。eNode B的功能如圖11-5所示，可提供以下功能。人民郵電出版社posts & TELECOM PRESSMME/S-GWMME/S-GWHI 11-4 LTE的系統(tǒng)架構(gòu)倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESSeNode B小區(qū)間RRM無(wú)線承載控制連接移

15、動(dòng)性控制無(wú)線許可控制MMEeNB測(cè)量配置與提供NAS安全性動(dòng)態(tài)資源分配調(diào)度空閑狀態(tài)移動(dòng)性管理RRCSAE承載控制PDCPRLCMACS-GWPHY移動(dòng)牲錨點(diǎn)S1圖115 E-UTRAN和EPC的功能架構(gòu)(1) 實(shí)現(xiàn)無(wú)線資源管理。實(shí)現(xiàn)無(wú)線承載控制、無(wú)線許可控 制、連接移動(dòng)性控制、上行和下行資源動(dòng)態(tài)分配調(diào)度。(2) 對(duì)IP的數(shù)據(jù)包頭進(jìn)行壓縮并對(duì)用戶數(shù)據(jù)流進(jìn)行加密。(3) 當(dāng)從提供給UE的信息中無(wú)法獲知MME路由信息時(shí), 選擇UE附著的MME。、(4) 用戶面數(shù)據(jù)向S-GW的路由。(5) 從MME發(fā)起的尋呼消息的調(diào)度和發(fā)送。(6) 從MME或O&M發(fā)起的廣播信息的調(diào)度和發(fā)送。(7) 用于移動(dòng)

16、性和調(diào)度的測(cè)量與測(cè)量上報(bào)配置。確定E-UTRA N架構(gòu)和E-UTRA N接口的總體原 則如下。(1) 信令和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的邏輯分割。(2) E-UTRAN與EPC的功能完全區(qū)分于傳輸 功能。E-UTRAN、EPC采用的尋址方法不應(yīng)和傳輸 功能的尋址方法綁定。事實(shí)上，某些E-UTRAN或EPC的功能可能會(huì) 放置在同一設(shè)備中，某些傳輸功能并不能分成E- UTRAN部分的傳輸功能和EPC部分的傳輸功能。Ar (3 ) RRC連接的移動(dòng)性完全由E-UTRAN 控制。(4)當(dāng)定義E-UTRAN接口時(shí)，應(yīng)盡可能減少接口功能劃分的選項(xiàng)藪量。(5) 一個(gè)接口應(yīng)該基于通過(guò)該接口控制的 實(shí)體邏輯模型來(lái)設(shè)計(jì)(6)

17、一個(gè)物理網(wǎng)元可包含多個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)。11.4 LTE的關(guān)鍵技術(shù)LTE系統(tǒng)相對(duì)于UMTS系統(tǒng)，在空中接口的無(wú)線傳輸能力方面有了很大的提高，尤其是 在多址技術(shù)方面進(jìn)行了革命性的改進(jìn)，這也是 整個(gè)LTE系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作的核心。同時(shí)，LTE在其他一些技術(shù)領(lǐng)域也進(jìn)行了局 部的改進(jìn)，如多天線技術(shù)、自適應(yīng)技術(shù)、調(diào)度算 法與重傳機(jī)制等。另外，LTE系統(tǒng)還引入了一些新技術(shù)用于優(yōu) 化系統(tǒng)的整體性能，如小區(qū)間干擾抑制技術(shù)、網(wǎng) 絡(luò)自組織技術(shù)等。本節(jié)主要介紹LTE中的多址技術(shù)、多天線技 術(shù)、鏈路自適應(yīng)技術(shù)、分組調(diào)度技術(shù)、小區(qū)間干 擾抑制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)自組織技術(shù)。11.4.1多址技術(shù)從LTE系統(tǒng)的目標(biāo)需求可以看出，下行1

18、 OOMbit/s 和上行5OMbit/s的傳輸能力對(duì)物理層無(wú)線傳輸技術(shù)提出 了較高要求，傳統(tǒng)的3G空中接口技術(shù)已經(jīng)難以滿足此 要求，因此，必須使用全新的空中接口技術(shù)。LTE系統(tǒng)下行物理層傳輸方案采用O FDMA以提高 頻譜效率，上行物理層傳輸方案采用單載波頻分復(fù)用 (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access, SC-FDMA),以降低系統(tǒng)的峰均功率比(Peakto Average Power Ratio, PAPR),從而減少終端體積和 成本。1下行多址接入技術(shù)(1) OFDMo倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM

19、PRESS倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS串行輸出串仃輸入并串變換倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESSHll-6 OFDM收發(fā)機(jī)框圖倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESSOFDM具有如下優(yōu)點(diǎn)。 頻譜利用予高。 抗多徑與頻率選擇性衰落能力強(qiáng)。 動(dòng)態(tài)子載波分配，提高了系統(tǒng)效率。 易于實(shí)現(xiàn)。(2) OFDMAoOFDM 1圖117 LTE系統(tǒng)下行多址方式OFDMAOFDMA的關(guān)鍵技術(shù)如下。 時(shí)頻同步。 隨機(jī)跳頻 動(dòng)態(tài)載波分配。2. 上行多址接入

20、技術(shù)行鏈路中，信號(hào)由用戶終端發(fā)射，過(guò)高的發(fā) 射功率將會(huì)降低電池的使用壽命，提高對(duì)系統(tǒng)功放的 要求，增加終端設(shè)備的成未。LTE最終決定菜用單載波頻分多址SC-FDMA作為 上行多址方我;，這是相對(duì)于OFDMA提岀的一種多址方 案，特點(diǎn)是可降低上行發(fā)射信號(hào)的PAPRoSC-FDMA在每個(gè)傳輸時(shí)間間隔TTI內(nèi)，基站會(huì)給 每個(gè)UE分配一個(gè)獨(dú)立的頻段，以便發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣就 將不同用戶的數(shù)據(jù)在時(shí)間和頻率上完全分開，保證小 區(qū)內(nèi)同一時(shí)刻不同用戶所使用主fi1載波的正交性，避 免了小區(qū)內(nèi)同頻干擾。上行SC-FDMA信號(hào)可以用“時(shí)域”和“ 頻域”兩種方法實(shí)現(xiàn)，時(shí)域?qū)崿F(xiàn)方法又稱為交 織FDMA (Interlea

21、ved FDMA, IFDMA),頻 域?qū)崿F(xiàn)方法又稱為DFT擴(kuò)展OFDM (Discrete Fourier Transform-Spread OFDM, DFT-S- OFDM) o符號(hào)塊HI復(fù)插入CP腓沖成形Gfi復(fù)系數(shù)L)(成S遊波信道編刊 與調(diào)制用八持定的相位 旋轉(zhuǎn)序列(1) IFDMAoCP：循環(huán)前綴 ZP:補(bǔ)零圖118 IFDMA發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)(2) DFT-S-OFDMoOPDMSll-9 LTE系統(tǒng)上行多址方式DFT-S-OFDM11.4.2多天線技術(shù) 多天線技術(shù)能將多徑作為一個(gè)有利因素加 以利用。多入多出MIMO技術(shù)利用空間中的多徑因 素，在發(fā)送端和接收端采用多天線同時(shí)發(fā)送信 號(hào)

22、，可實(shí)現(xiàn)分集增益或復(fù)用增益，進(jìn)而提高小 區(qū)容量、擴(kuò)大覆蓋范圍、提升數(shù)據(jù)傳輸速率等 性能指標(biāo)。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS1. 下行MIMO技術(shù) （1）空間分集。 空日矗魏馬。 時(shí)間/頻睪切換分集。循環(huán)延遲分集。人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS(2)空間復(fù)用。 開環(huán)空間復(fù)用。 預(yù)編碼 下行多用戶MIMOo倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS（3）波束賦形。2. 上行MIMO技術(shù)LTE系統(tǒng)的上行MIMO技術(shù)也包括空間分集和空間 復(fù)用。在LTE中，應(yīng)用MIMO技術(shù)的上行基本天線配置為 1 X 2,即一

23、根發(fā)送天線和兩根接收天線?？紤]終端實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，目前對(duì)上行并不支持一 個(gè)終端同時(shí)使用兩根天線進(jìn)行信號(hào)發(fā)送。當(dāng)前上行技術(shù)僅支持上行天線選擇和多用戶 MIMO兩種方案。在R9版本會(huì)考慮更多的上行MIMO技術(shù)。(1) 上線選擇。(2) 上行多用戶MIMOo 正交配對(duì)。 隨機(jī)配對(duì)。 基于路徑損耗和慢衰落排序的配對(duì)方法。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS11.4.3鏈路自適應(yīng)技術(shù)要實(shí)現(xiàn)高速傳輸?shù)囊蠹皩?duì)多種業(yè)務(wù)的支 持能力，系統(tǒng)需根據(jù)信道條件自適應(yīng)地對(duì)無(wú)線 資源和無(wú)線鏈路進(jìn)行調(diào)整。鏈路自適應(yīng)技術(shù)包括動(dòng)態(tài)功率控制、自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）及自動(dòng)請(qǐng)求重傳（ARQ倉(cāng)人民郵電出版

24、社POSTS & TELECOM PRESS）技術(shù)等。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS1功率控制LTE的設(shè)計(jì)目標(biāo)要求高系統(tǒng)容量和通信質(zhì)量。 為有效降低系統(tǒng)干擾、提高系統(tǒng)容量、保證通 信鏈路質(zhì)量，需對(duì)無(wú)線資源進(jìn)行合理的動(dòng)態(tài)分配， 盡量使系統(tǒng)資源得到最充分的利用。發(fā)射功率作為重要的無(wú)線資源，被所有用戶共享，合理有效的功率分配方案是整個(gè)系統(tǒng)高容量、咼質(zhì)量的關(guān)鍵。功率控制準(zhǔn)則是執(zhí)行功率控制的基本依據(jù)，可分 為功率平衡準(zhǔn)則與信號(hào)干擾比平衡準(zhǔn)則。對(duì)單小區(qū)蜂窩系統(tǒng)的上行鏈路，當(dāng)各移動(dòng)臺(tái)到達(dá) 基站的信號(hào)功率相等時(shí)，所對(duì)應(yīng)的SIR也相等。即在單小區(qū)系統(tǒng)中，上行鏈路功率平

25、衡準(zhǔn)則與SIR 平衡準(zhǔn)則是等效的。但在單小區(qū)系統(tǒng)中下行鏈路及多小區(qū)系統(tǒng)中，功 率平衡準(zhǔn)則與SIR平衡準(zhǔn)則有不同含義。LTE中可能既存在單小區(qū)情況，也存在多小區(qū)網(wǎng) 絡(luò)架構(gòu)，需針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)選擇合適的功率控制 準(zhǔn)則。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS(1) 平均分配法。路徑損耗補(bǔ)償法。人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS2.自適應(yīng)調(diào)制編碼自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）是根據(jù)信道條件 的瞬時(shí)變化，自適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)的調(diào)制與編碼 格式。 、如對(duì)靠近小區(qū)基站的用戶分配較高碼率、 較高階的調(diào)制（如64QAM, R = 3/4Turbo碼）； 對(duì)小區(qū)邊

26、緣用戶分配具有較低碼率的較低階調(diào) 制（如QPSK, R = l/2Turbo碼）。AMC擴(kuò)展了系統(tǒng)自送應(yīng)信道條件的能力， 在FDD系統(tǒng)中，信道條件應(yīng)基于從接收機(jī)反饋 信息來(lái)估計(jì)；而在TDD中，可根據(jù)信道的互易 性，直接將上行估計(jì)結(jié)果用于下行鏈路。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS3. 混合自動(dòng)請(qǐng)求重傳為克服無(wú)線移動(dòng)信道時(shí)變和多徑衰落對(duì)信號(hào)傳輸 的影響，可采用基于前向糾錯(cuò)（FEC）和自動(dòng)重傳請(qǐng) 求（ARQ）等差錯(cuò)控制方法來(lái)降低系統(tǒng)的誤碼率以確 保服務(wù)質(zhì)量。雖然FEC方案聲生的時(shí)延較小，但存在的編碼冗 余卻降低了系統(tǒng)的吞吐量；ARQ在誤碼率不大時(shí)可得 到理想的吞吐量

27、，但產(chǎn)生的時(shí)延較大，不宜提供實(shí)時(shí) 服務(wù)。為克服兩者的缺點(diǎn)，采用混合自動(dòng)請(qǐng)求重傳（ HARQ）:即在ARQ中包含一個(gè)FEC子系統(tǒng),當(dāng)FEC糾 錯(cuò)能力可糾正錯(cuò)誤時(shí)不使用ARQ；當(dāng)FEC無(wú)法正常糾 錯(cuò)時(shí)，通過(guò)ARQ反饋信道請(qǐng)求重發(fā)錯(cuò)誤碼組。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS常用的自動(dòng)重傳請(qǐng)求協(xié)議包括停等式SAW、 反退N步式及選擇重發(fā)式SR等。 (1) HARQ類型。 (2)同步和異步HARQ。(3) ARQ與HARQ的交互。11.4.4分組調(diào)度技術(shù)調(diào)度就是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動(dòng)態(tài)將最適合的時(shí)/ 頻資源分配給某

28、用戶。系統(tǒng)可根據(jù)CQI反饋、待調(diào)度數(shù)據(jù)量、UE 能力等參數(shù)決定資源分配，并通過(guò)控制信令通 知用戶。在引入HSPA前的UMTS中，分組調(diào)度由 RNC控制,在RNC中進(jìn)行分組調(diào)度，不能很好 反映當(dāng)前時(shí)變信道的傳輸信息，從而無(wú)法進(jìn)行 快速的鏈路自適應(yīng)和快速的分組調(diào)度。在引入HSPA后，UMTS將分組調(diào)度功能下 移至Node B,這樣分組數(shù)據(jù)調(diào)度可及時(shí)根據(jù)信 道的衰落特性自適應(yīng)地改變調(diào)制方式，同時(shí)減 少系統(tǒng)的傳輸時(shí)延。對(duì)HSPA和LTE,提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)種類既 包括實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)（如流媒體），也包括非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù) （如WWW瀏覽）o如何為具有不同帶寬需求、不同時(shí)延保障、 不同QoS等級(jí)的各種業(yè)務(wù)合理分配資源，并

29、在滿 足業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，提高網(wǎng)絡(luò)的總體吞吐量和 頻譜效率，是分組調(diào)度算法的主要任務(wù)。11.4.5小區(qū)間干擾抑制技術(shù)LTE系統(tǒng)下行OFDMA多址方式使本小區(qū) 內(nèi)用戶信息均承載在相互正交的不同載波上, 因此，大部分干擾都來(lái)自于其他小區(qū)。雖然小區(qū)整體的吞吐量較高，但小區(qū)邊緣 用戶的服務(wù)質(zhì)量卻較差，吞吐量較低。小區(qū)邊緣由于信干比較低，難支持多流傳輸， 在小區(qū)中心可使用的高階調(diào)制方式也很難在小區(qū)邊 緣使用，造成小區(qū)中心和小區(qū)邊緣性能差距越來(lái)越 大，因此抑制小區(qū)間干擾更重要了。3GPP討論的LTE系統(tǒng)小區(qū)間干擾抑制技術(shù)主要有3種：小區(qū)間干擾隨機(jī)化、小區(qū)間干擾刪除以及小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)與避免。LTE對(duì)干擾抑

30、制方案的比較如下：(1)干擾隨機(jī)化技術(shù)繼續(xù)沿用CDMA系統(tǒng)成熟的加擾技術(shù)，簡(jiǎn)單可行，但將干擾視為白 噪聲可能會(huì)造成由于統(tǒng)計(jì)特性不同而帶來(lái)的測(cè) 量誤羞；(2)干擾刪除技術(shù)可顯著提高小區(qū)邊緣的 系統(tǒng)性能，獲得較高的頻譜效率，但對(duì)帶寬較 小的業(yè)務(wù)(VoIP)則不太適用； (3)干擾協(xié)調(diào)/避免簡(jiǎn)單，可適應(yīng)于各種帶 寬的業(yè)務(wù)，且對(duì)干擾抑制有很好的效果，適合 OFDMA方式，但在提高小區(qū)邊緣用戶性能的同 時(shí)會(huì)帶來(lái)一定的小區(qū)整體吞吐量的損失。這3種小區(qū)間的干擾抑制方法可相互結(jié)合， 相互補(bǔ)充，以獲得更高的系統(tǒng)增益。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS11.4.6網(wǎng)絡(luò)自組織技術(shù) L

31、TE提高了網(wǎng)絡(luò)自組織（SON）需求，一 方面可齊現(xiàn)基站的自配置與自優(yōu)化，降低布網(wǎng) 成本與運(yùn)營(yíng)成本；一方面可用于Home eNode E等數(shù)量繁多、難于遠(yuǎn)程控制的節(jié)點(diǎn)類型。 SON功能主要包括自配置、自優(yōu)化、自安 裝、自規(guī)劃、自愈合、自回傳等。 在此主要介紹基站設(shè)備的自配置與口優(yōu)化 功能。自配置過(guò)程是指對(duì)新部署的節(jié)點(diǎn)通過(guò)自動(dòng)安裝 過(guò)程進(jìn)行配置，獲得必要的基本配置信息，該過(guò)程 工作在預(yù)運(yùn)行狀態(tài)（可理解為從eNode B上電，具 有基本連接直到射頻發(fā)送器開啟），預(yù)操作狀態(tài)中 需處理的功能包括基本建立及初始無(wú)線配置。網(wǎng)絡(luò)自配置過(guò)程包括基本建立和無(wú)線參數(shù)配置 兩個(gè)主要階段。自配置過(guò)程形成節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)必要的

32、配置數(shù)據(jù)。自優(yōu)化過(guò)程指系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，為適應(yīng) 無(wú)線環(huán)境變化，通過(guò)UE和eNode B提供測(cè)量結(jié) 果信息，eNode B自適應(yīng)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行參 數(shù)，該過(guò)程工作在運(yùn)行狀態(tài)（可理解為射頻接 口已經(jīng)打開的狀態(tài)），需要處理的功能為優(yōu)化 與自適應(yīng)調(diào)整。自優(yōu)化為系統(tǒng)提供保障所必窗的手段：相 鄰小區(qū)列表的優(yōu)化；覆蓋、容量控制。11.5移動(dòng)通信系統(tǒng)的演進(jìn) 多數(shù)通信系統(tǒng)都需在技術(shù)、特性、業(yè)務(wù)和 支持的性能方面進(jìn)行不斷的發(fā)展、演進(jìn)，從20 世紀(jì)90年代主要支持語(yǔ)音業(yè)務(wù)的窄帶系統(tǒng)，逐 漸發(fā)展到今天支持多媒體業(yè)務(wù)的寬帶系統(tǒng)。 本節(jié)主要介紹各種移動(dòng)通信系統(tǒng)的演進(jìn)。11.5.1 HSPA 的演進(jìn)R6版本中HSPA的定義

33、是對(duì)WCDMA分組數(shù)據(jù)功能的一個(gè)重要增強(qiáng)，而在R7版本和以后的版本 中對(duì)該性能還進(jìn)行了進(jìn)一步的增強(qiáng)，在此稱為 “HSPA演進(jìn)”，包括新引入的重要技術(shù)。在HSPA演進(jìn)中引入了如多輸入多輸出技術(shù)、 咼階調(diào)制等技未。 在此不再贅述。11.5.2 UTRATDD的演進(jìn)UTRA TDD模式是3GPP中3G無(wú)線接入網(wǎng)技術(shù) 演進(jìn)的一部分。'、UTRA TDD作為IMT-2000 CDMA TDD技術(shù)， 是IMT-2000家族的一部分。該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到WCDMA/HSDPA (UTRAN TDD)中，它們的完成時(shí)間在3GPP標(biāo)準(zhǔn)形成的過(guò) 程中比較靠后。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELEC

34、OM PRESS1- HSDPA2. 增強(qiáng)的上行鏈路3. MBMS(1) 1.28Mchip/s TDD (低碼率TDD)。(2) 7.68Mchip/s的TDD。11.5.3 cdma2000的演進(jìn)cdma2000是IS-95的演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，后成為 IMT-2000家族的一部分。當(dāng)成為IMT-2000技術(shù)時(shí)改為cdma2000,且 其規(guī)范由3GPP2主要負(fù)責(zé)。cdma2000標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)過(guò)程與 WCDMA/HSPA 相似。在不同的演進(jìn)過(guò)程中都是把語(yǔ)音和電路交 換鑿據(jù)業(yè)務(wù)向盡力而為的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和寬帶業(yè)務(wù) 轉(zhuǎn)麥。對(duì)于cdma2000而言，為改善其性能所采用 的手段和技耒基未相似。Bhcdma2000的演

35、進(jìn)在cdma2000 lx后有兩條 并行的演進(jìn)路智第一條為cdma2000 lxEV-DO,這是演進(jìn) 的主要路徑；另一個(gè)并行的路線是cdma2000 1 xEV-DV,可在相同的載頻上同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè) 務(wù)和電路業(yè)務(wù)，但在3GPP2中沒(méi)有得到進(jìn)一步 發(fā)展。1 cdma2000 1 x 2. cdma2000 1 xEV-DO Rev.O (1)共享信道傳輸。 (2)信道相關(guān)調(diào)度。 (3)較短的TTI。 (4)速率控制。'、 (5)高階調(diào)制。 (6) HARQo (7)虛SOHO。 (8)移動(dòng)終端的接收分集。3. cdma2000 1xEV-D0 Rev.A 下行cdma2000 lxEV-

36、DO Rev.A主要基于 EV-DO Rev.O的下行，區(qū)別如下： (1)較高的胡值速率。I (2)更短的分組八倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS與Rev.O相比，Rev.A的重要增強(qiáng)是在上行,倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS從而使上行具有更高的容量和數(shù)據(jù)速率，最高 可支持1.8Mbit/s的峰值數(shù)據(jù)。 主要技術(shù)如下：(1)咼階調(diào)制。 (2) HARQo (3)降低延時(shí)。(4)容量、延時(shí)的平衡。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS4. cdma2000 lxEV-DO Rev.B5. cdma200

37、0 lxEV-DO Rev.C (UMB)下行主要特點(diǎn)如下。 (1) OFDM采用9.6kHz的子載波空間，其 FFT大小為 128、256、512、1024或2048,取決 于帶寬和抽樣速率。 循環(huán)前綴長(zhǎng)度可變，其長(zhǎng)度約為OFDM符 號(hào)周期的6%23%。 (2)下行專用信道妥持QPSK43PSK、 16QAM 和 64QAM 調(diào) 制。(?)下行調(diào)度和速率自適應(yīng)基于終端的 CQI報(bào)告。CQI報(bào)告還指示切換所需的下行鏈路用于 功控。宀f支疙里碼字SCW和多碼字的MIMO ( 仝同復(fù)用)技術(shù)。W最為蕭瞬蕊總MO時(shí)，可支持(6) SDMA機(jī)制正在研究中。上行傳輸基于OFDMA, CDMA是可選的，其

38、特 點(diǎn)如下。(1) OFDMA的CDMA上行業(yè)務(wù)是頻率復(fù)用的。(2) CDMA主要適用于低速率且時(shí)間敏感的突發(fā) 業(yè)務(wù)。CDMA較彳氐的峰均比對(duì)于功率受限用戶很有利o(3) 上行OFDMA和CDMA都使用功率控制。在OFDMA模式下，控制信道是閉環(huán)控制的，而業(yè) 務(wù)信道相對(duì)于控制信道有一個(gè)delta功率設(shè)置。 激活集中，基站的其他扇區(qū)干擾信道OSICH可對(duì) 上行卡連韓動(dòng)家進(jìn)一步扌空制。(4) OFDMA模式括跳頻，可實(shí)現(xiàn)全頻率分集。 通過(guò)子頻帶調(diào)度可獲得復(fù)用分集。 (5)使用空間處理的準(zhǔn)正交上行機(jī)制，可對(duì)每條上行仁匕辺仃帕臥小區(qū)間的跳頻隨機(jī)化可實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)干擾分集。kr cdma2000 lxEV-

39、DO Rev.C的其他典型特 性如下。(1) 對(duì)分段的頻譜支持半雙工模式。當(dāng)移 動(dòng)接收頻帶和發(fā)射頻帶非常接近時(shí)，移動(dòng)雙工 器將較復(fù)雜，所以可采用半雙工，上行、下行 幀不重疊，控制信息要交替發(fā)送。(2) cdma2000 lxEV-DO Rev.C可進(jìn)行單頻 率重用，但需要對(duì)其進(jìn)行規(guī)劃以增強(qiáng)覆蓋和 QoSo需在較低的帶寬和低容量間平衡。11.5.4 GSM/EDGE的演進(jìn)jGSM的增強(qiáng)稱為增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率的EDGE oEDGE是在GSM基礎(chǔ)上引入高階調(diào)制，增加 了其他高級(jí)無(wú)線接口，包括鏈路自適應(yīng)、具有軟 合并的HARQ、高級(jí)調(diào)度等技術(shù)。隨后演進(jìn)到WCDMA/HSPA oGSM/EDGE是窄帶技術(shù)，W

40、CDMA/HSPA和 cdma2000是寬帶技術(shù)，即EDGE的速率要低些。HSDPA和cdma2000增加了時(shí)分結(jié)構(gòu)，可完 全利用高級(jí)調(diào)度技術(shù)。1 演進(jìn)目標(biāo)(1)改善的頻譜效率。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS(2)增加的峰值數(shù)據(jù)速率。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS (3)改善語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的覆蓋。(4)改善有效性。'倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS(5

41、)減小延時(shí)。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS2.雙天線終端多接收天線可有效改善多徑衰落，從而通 過(guò)組合天線信號(hào)來(lái)改善信噪比，對(duì)干擾受限和 噪聲受限場(chǎng)景都適用。通過(guò)多天線還可實(shí)現(xiàn)干擾抵消。對(duì)GSM/EDGE,雙天線解決方案被稱為移 動(dòng)臺(tái)援收分集MSRD,已經(jīng)逸行了標(biāo)淮龍。雙天線的使用可使GSM終端的覆蓋改善 6dBo采用雙天線后，即使噪聲增加10dB終端也 能正常工作。倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS 3.多載波EDGE 4.更短的TTI和快速反饋5. 改善的調(diào)制和編碼人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRE

42、SS倉(cāng)人民郵電出版社POSTS & TELECOM PRESS6較高的符號(hào)速率 (1) 16QAM調(diào)制，符號(hào)速率271ksymbol/s, 每時(shí)隙速率為80kbit/s； (2) 16QAM調(diào)制，符號(hào)速率325ksymbol/s, 每時(shí)隙速率為96kbit/s ；(3) 32QAM調(diào)制，符號(hào)速率325ksymbol/s,每時(shí)隙速率為120kbit/so11.5.5 WiMAX的演進(jìn) (1) OFDM-PHY,基于256大小的FFT,其 目標(biāo)是固定網(wǎng)絡(luò)； (2) OFDMA-PHY, FFT的大小為 128 2048,用于802.16e1234567頻譜、帶寬選項(xiàng)和雙工安排可擴(kuò)展的OFDMATDD幀結(jié)構(gòu)調(diào)制、編碼和HARQ業(yè)務(wù)質(zhì)量處欺、 移動(dòng)性 多天線技術(shù)部分頻率重用11.