數字移動通信第十八講

4G移動通信系統–1

4G系統的網絡結構及核心技術數字移動通信第十八講4G移動通信系統–124G移動通信系統內容提要14G發展背景24G網絡結構34G協議棧 44G核心技術5LTE系統的無線接口64G增強技術第一次課第二次課24G移動通信系統內容提要第一次課第二次課

本次課的要求與重難點要求與重點理解4G網絡結構。理解MIMO技術的基本原理。重點：MIMO技術的抗衰落原理難點：Alamouti碼抗衰落的原理本次課的要求與重難點要求與重點本次課需要解決的主要問題4G移動通信系統有何基本特征？相比前幾代移動通信系統，4G系統網絡架構的主要有哪些變化？從信號處理角度，MIMO技術可分為哪三類？為何Alamouti碼可實現空間分集？為何LST

碼可實現空間復用？協同通信和分布式MIMO出現的背景是什么？本次課需要解決的主要問題4G移動通信系統有何基本特征？54G移動通信系統14G發展背景24G網絡結構34G協議棧 44G核心技術5LTE系統的無線接口64G增強技術54G移動通信系統14G發展背景移動通信系統演進示意圖4G發展背景1)3G能提供Mbit/s量級的傳輸速率，仍與人們的需求相去甚遠；2)2005年，4G被正式命名為IMT-Advanced。移動通信系統演進示意圖4G發展背景1)3G能提供Mbit/LTE技術發展示意圖4G發展背景3GPP組織啟動了以MIMO和OFDM為核心技術的LTE（LongTermEvolution）項目，LTE應運而生：LTE技術發展示意圖4G發展背景3GPP組織啟動了以MIMO4G基本特征4G移動通信系統具有以下基本特征：1、很高的傳輸速率和大范圍覆蓋100Mbit/s~1Gbit/s的峰值傳輸速率較大地域的連續覆蓋性能2、豐富的業務和QoS保證全面支持語音、圖像、視頻等豐富的數據及多媒體業務容納龐大的用戶群提供用戶滿意的QoS保證4G基本特征4G移動通信系統具有以下基本特征：4G基本特征4G移動通信系統具有以下基本特征：3、開放而融合的平臺移動終端、業務節點及移動網絡機制具有“開放性”用戶能夠自由地選擇協議、應用和網絡各類媒體、通信主機及網絡之間“無縫”鏈接用戶能夠自由地在各種網絡環境間無縫漫游4、高度智能化的網絡高度自治、自適應的網絡具有很好的重構性、可變性、自組織性4G基本特征4G移動通信系統具有以下基本特征：4G基本特征4G移動通信系統具有以下基本特征：5、高度可靠的鑒權及安全機制數據的安全可靠性直接影響到整個網絡的生存力直接影響到用戶對整個網絡的信任程度概括地說，4G技術是在傳統通信網絡和技術的基礎上，進一步提高了無線通信的網絡效率和功能。它包含的不僅僅是一項技術，而是多種技術的融合。4G基本特征4G移動通信系統具有以下基本特征：概括地說，4GLTE設計目標目標分項目標要求主要實現方法頻譜靈活使用支持的系統帶寬包括：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz帶寬可擴展的OFDMA技術峰值速率在20MHz帶寬下，下行峰值速率可達100Mb/s

下行MIMO，高階QAM在20MHz帶寬下，上行峰值速率可達50Mb/sUE配置1根發送天線，高階QAM天線配置

下行支持：

高效的控制信令設計，支持天線端口數為2/4的高效導頻圖案

上行支持：

更高的頻譜效率下行：3~4倍于HSDPAR6（HSDPA：1發2收，LTE：2發2收）MIMO-OFDM，自適應編碼調制，小區間干擾協調(ICIC)上行：2~3倍于HSUPAR6（HSUPA：1發2收，LTE：1發2收）LTE設計目標目標分項目標要求主要實現方法頻譜靈支持的系統帶LTE設計目標（續）目標分項目標要求主要實現方法低延遲控制平面的時延應小于50ms，建立用戶平面的時延要小于100ms取消RNC節點，采用扁平化網絡結構，優化設計空中接口中的層2、層3設計從UE到服務器的用戶平面時延應小于10ms移動性對低于15km/h的移動條件進行優化設計采用了相對較寬的15kHz子載波間隔，在開環MIMO、導頻密度上也有所考慮對低于120km/h的移動條件應該保持高性能對達到350km/h的移動條件應該能夠保持連接覆蓋性能針對覆蓋半徑<5km的場景優化設計OFDM采用了長、短兩種CP長度，以適應不同的覆蓋范圍針對覆蓋半徑在5~30km之間的場景，允許性能略有下降針對覆蓋半徑達到30~100km之間的場景，仍應該能夠工作LTE設計目標（續）目標分項目標要求主要實現方法低延遲控制平1999年9月，ITU-R提出4G的最初提法是SystemBeyondIMT-2000(B3G)。2003年，ITU-R對未來B3G的框架和目標進行了初步定義，未來移動通信系統應能在高速移動狀態下達到100Mbit/s的傳輸速率，在低速移動時能夠實現1Gbit/s的速率，并支持更多的業務和更靈活的頻率分配。2005年10月，ITU-R正式將SystemBeyondIMT-2000命名為IMT-Advanced，也就是所謂的4G。4G研究計劃1999年9月，ITU-R提出4G的最初提法是System2008年2月，ITU-R完成了IMT-Advanced需求定義，完成并發出了征集IMT-Advanced候選技術提案的通函。4G研究計劃2009年10月，ITU-R一共收到了6項來自不同政府或者標準化組織提交的候選技術提案，并開始了后續評估和標準融合的開發工作。2010年10月，在中國重慶舉行的ITU-RWP5D第9次會議上最終確定了IMT-Advanced的國際標準。2008年2月，ITU-R完成了IMT-Advanced需求編號提交組織技術方案技術基礎1IEEEFDD和TDD，UL/DLbasedonOFDMA基于IEEE802.16m2日本FDD和TDD，UL/DLbasedonOFDMA基于IEEE802.16m3韓國FDD和TDD，UL/DLbasedonOFDMA基于IEEE802.16m43GPPFDD和TDD，ULbasedonSC-FDMA(DFT-spreadOFDM)，DLbasedonOFDMA基于3GPPLTERelease10&beyond(LTE-Advanced)5日本FDD和TDD，ULbasedonSC-FDMA(DFT-spreadOFDM)，DLbasedonOFDMA基于3GPPLTERelease10&beyond(LTE-Advanced)6中國TDD,TD-LTE-Advanced，ULbasedonSC-FDMA(DFT-spreadOFDM)，DLbasedonOFDMA基于3GPPLTERelease10&beyond(LTE-Advanced)ITU認定的6個有效4G候選提案4G研究計劃編號提交組織技術方案技術基礎1IEEEFDD和TDD，UL/從采用的技術方案和技術基礎的淵源看，提案1、2和3是同一類，提案4和5是同一類，中國的TD-LTE-Advanced提案僅包括TDD模式，且根源于3GPP-LTERelease10&beyond(LTE-Advanced)，因此，提案可以分為兩大陣容：3GPPLTE-Advanced和IEEE802.16m。最終LTE-Advanced和IEEE802.16m成為IMT-Advanced國際標準。4G研究計劃從采用的技術方案和技術基礎的淵源看，提案1、2和3是同一類，我國4G的產業發展首推中國移動公司的TD-LTE系統。4G產業發展中國移動"4G"：TD-LTE(Release9)4G國際標準：LTE-A(Release10+)在頻段方面，目前已部署的包括Band41中的60MHz頻段2575-2635MHz、Band39中的20M頻段(1880~1900MHz)和Band40(2320~2370MHz)頻段，其中Band40僅用于室內覆蓋。我國4G的產業發展首推中國移動公司的TD-LTE系統。4G產4G產業發展目前，中國移動的商用移動蜂窩網絡處于4G規模發展、2G/3G存續發展的階段，在移動接入網和無線接入網方面，形成了四網共存的格局代表2G的GSM網代表3G的TD-SCDMA網代表4G的TD-LTE網代表無線熱點接入的WLAN網絡。四網共存的格局4G產業發展目前，中國移動的商用移動蜂窩網絡處于4G規模發展4G產業發展高速數據率的實現，催生了物聯網、車聯網等新業態的產生；新業態的發展要求，反過來推動著移動通信產業的進一步發展。如何引入4G演進技術，以平滑演進到5G？如何對5G進行技術、產業和頻譜推進，以實現引領與先發？如何應用非授權頻段資源，實現低成本高性能運營？如何引入無線物聯技術，為垂直行業提供多樣化連接……新機遇新挑戰4G產業發展高速數據率的實現，催生了物聯網、車聯網等新業態的204G移動通信系統14G發展背景24G網絡結構34G協議棧 44G核心技術5LTE系統的無線接口64G增強技術204G移動通信系統14G發展背景4G網絡結構在Rel-6中，RNC主要負責對各種接口的管理，是無線資源管理的主體，主要包括移動性管理、呼叫控制、切換控制、功率控制、宏分集合并等功能。一個RNC控制一個或多個NodeB。NodeB主要實現空中接口與物理層間的相關處理并完成一部分無線資源管理功能，比如快功率控制。3GPPRel-6(HSDPA)4G網絡結構在Rel-6中，RNC主要負責對各種接口的管理，4G網絡結構為了達到簡化信令流程、縮短延遲和降低成本的目的，LTE舍棄了UTRAN的無線網絡控制器-基站(RNC-NodeB)結構，精簡為核心網加基站(eNodeB)模式。具體為：取消RNC節點，整個LTE網絡由演進分組核心網（EPC）和演進無線接入網（E-UTRAN）組成。核心網由許多網元節點組成，而接入網只有一個節點，即與用戶終端（UE）相連的eNodeB。網絡結構圖4G網絡結構為了達到簡化信令流程、縮短延遲和降低成本的目的，4G網絡結構相比前幾代移動通信系統，4G系統網絡架構的主要變化為：實現了控制與承載的分離，MME負責移動性管理、信令處理等功能，AGW負責媒體流處理及轉發等功能;核心網取消了CS(電路域)，實現了網絡全IP化;取消了RNC，原來RNC功能被分散到了eNodeB和網關(GW)中，eNodeB直接接入EPC，LTE網絡結構更加扁平化;傳輸帶寬需求大幅增加，峰值速率將達到1Gbit/s。4G網絡結構相比前幾代移動通信系統，4G系統網絡架構的主要變244G移動通信系統14G發展背景24G網絡結構34G協議棧

44G核心技術5LTE系統的無線接口64G增強技術244G移動通信系統14G發展背景空中接口是終端和接入網之間的接口，簡稱Uu接口，通常也稱之為無線接口。在4G中，空中接口是終端UE和eNodeB之間的接口。空中接口協議主要是用來建立、配置和釋放各種無線承載業務的。空中接口協議棧主要分為三層兩面，三層指物理層、數據鏈路層、網絡層，兩面指用戶平面和控制平面。4G協議棧空中接口是終端和接入網之間的接口，簡稱Uu接口，通常也稱之為用戶平面用于執行無線接入承載業務，主要負責用戶發送和接收的所有信息的處理。用戶平面協議棧4G協議棧用戶平面協議子層媒體訪問控制層（MAC）無線鏈路控制層（RLC）分組數據匯聚層(PDCP)用戶平面用于執行無線接入承載業務，主要負責用戶發送和接收的所控制平面負責用戶無線資源的管理，無線連接的建立，業務的QoS保證和最終的資源釋放。控制平面協議棧4G空中接口控制平面協議子層非接入層（NAS）無線資源控制層（RRC）分組數據匯聚層(PDCP)無線鏈路控制子層（RLC）媒體接入控制子層（MAC）控制平面負責用戶無線資源的管理，無線連接的建立，業務的QoS284G移動通信系統14G發展背景24G網絡結構34G協議棧 44G核心技術5LTE系統的無線接口64G增強技術284G移動通信系統14G發展背景4G關鍵技術為了滿足4G移動通信系統的高數據率、高終端移動性、高頻譜利用率和功率效率等方面的要求，人們發展了眾多的新理論與新技術。以MIMO為代表的多天線技術以OFDM為代表的多載波技術無線資源管理技術……4G關鍵技術為了滿足4G移動通信系統的高數據率、高終端移動性隨著用戶需求的不斷增加，移動通信系統在覆蓋、系統容量、業務動態性等方面的矛盾不斷增加，突出表現在頻譜資源嚴重不足。而MIMO技術的出現為解決頻譜利用率問題開辟了一條新路。MIMO技術

研究表明，MIMO技術在室內傳播環境下的頻譜效率可以達20～40bit/s/Hz，遠高于傳統蜂窩無線通信技術的1～5bit/s/Hz。隨著用戶需求的不斷增加，移動通信系統在覆蓋、系統容量、業務動MIMO技術的關鍵是有效地利用了隨機衰落和可能存在的多徑傳播，其本質是引入了空間維進行通信，從而能在不增加帶寬和總發射功率的情況下，顯著地提高系統的頻譜利用率，改善無線信號傳輸質量。MIMO技術作為提高數據傳輸率的重要手段得到了人們的認可，并被認為是新一代無線通信技術的革命。MIMO技術MIMO技術的關鍵是有效地利用了隨機衰落和可能存在的多徑傳播空時編碼是MIMO技術的核心!從信號處理角度，MIMO技術可分為三類：提高分集增益和編碼增益的空間分集技術空時格型編碼（STTC，Space-TimeTrellisCodes）空時分組編碼（STBC，Space-TimeBlockCodes）提高系統容量的空間復用技術垂直結構的分層空時編碼方案（V-BLAST，VerticalBellLabsLayeredSpace-Time）抑制干擾的空時預編碼技術波束賦形（Beamforming）有限反饋技術MIMO技術空時編碼是MIMO技術的核心!MIMO技術MIMO系統原理及分類示意圖MIMO技術

空間復用技術與分集技術的綜合優化，能夠在復用增益與分集增益/編碼增益之間達到最優折衷；分集技術與預編碼技術的聯合優化，能夠在天線增益與分集增益/編碼增益之間達到最優折衷。MIMO系統原理及分類示意圖MIMO技術空間復用技術MIMO空間分集舉例——Alamouti碼STBC編碼最先是由Alamouti提出的，采用了簡單的兩天線發射分集編碼的方式—Alamouti碼。在這種編碼方案中，每組m比特信息首先調制為M=2m進制符號。然后編碼器選取連續的兩個符號，根據下述變換將其映射為發送信號矩陣。天線1發送信號矩陣的第一行，而天線2發送信號矩陣的第二行。MIMO空間分集舉例——Alamouti碼STBC編碼最先Alamouti空時塊編碼器結構Alamouti空時編碼是在空域和時域上進行編碼。令天線1和2的發送信號向量分別為：MIMO空間分集舉例——Alamouti碼Alamouti空時塊編碼器結構Alamouti空時編碼是在這種空時編碼的關鍵思想在于兩個天線發送的信號向量相互正交，編碼矩陣具有如下性質：其中I2是2×2的單位矩陣。MIMO空間分集舉例——Alamouti碼這種空時編碼的關鍵思想在于兩個天線發送的信號向量相互正交，編假設接收機采用單天線接收。發送天線1和2的塊衰落信道響應系數為：在接收端，相鄰兩個符號周期接收到的信號可以表示為：其中n1和n2表示第一個符號和第二個符號的加性白高斯噪聲樣值。

MIMO空間分集舉例——Alamouti碼假設接收機采用單天線接收。MIMO空間分集舉例——Alamo假設接收機可以獲得理想信道估計，則最大似然譯碼算法要求在信號星座圖上最小化如下的歐式距離度量：其中都是星座圖上的信號點。將和代入上式中，最大似然譯碼可以表示為其中，C表示調制符號對的組合，和是判決統計量。MIMO空間分集舉例——Alamouti碼假設接收機可以獲得理想信道估計，則最大似然譯碼算法要求在信號由此可知，給定信道響應，則兩個判決統計量分別只是各自發送信號的函數。則最大似然譯碼準則可以分解為獨立的兩個準則：MIMO空間分集舉例——Alamouti碼由此可知，給定信道響應，則兩個判決統計量分別只是各自發送信號下圖給出了幾種Alamouti編碼方案在準靜態衰落信道下的性能。仿真中接收端采用理想信道估計，調制方式是相干BPSK調制。

MIMO空間分集舉例——Alamouti碼下圖給出了幾種Alamouti編碼方案在準靜態衰落信道下的性由圖可知，2發1收Alamouti編碼的分級增益與1發2收最大比合并收分集系統的分級增益相同，但信噪比損失3dB。這主要是由于在Alamouti編碼系統中，每個天線的發送信號功率是1發2收分集接收系統的發送信號功率的一半造成的。如果將每天線的發射功率提高一倍，則兩者的系統性能相同。

同理對于2發2收Alamouti系統和1發4收系統也有同樣的結果。一般的，2發nR收系統獲得的分集增益與1發2nR收分集系統所獲得的增益相同。MIMO空間分集舉例——Alamouti碼由圖可知，2發1收Alamouti編碼的分級增益與1發2收最分層空時碼(LayeredSpace-TimeCodes，簡稱LST)最早是貝爾實驗室的Foschini等人提出的。最初提出的對角分層空時碼（D-BLAST）可以達到MIMO信道容量的下界。分層空時碼將信源數據分為多個子數據流，獨立地進行編碼、調制。不是基于發送分集（而是信道空間復用）。分層空時碼最大的優點在于允許采用一維的處理方法對多維空間信號進行處理，因此極大地降低了譯碼復雜度。一般的，分層空時碼的接收機復雜度與數據速率成線性關系。MIMO空間復用舉例——LST碼分層空時碼(LayeredSpace-TimeCodesEncoder1Encoder2Encoder3Encoder4MIMO空間復用舉例——LST碼Encoder1Encoder2Encoder3EncInfo

EncoderinterleavingS/PMod.....EncoderinterleavingMod.........H-BLAST水平分層空時碼水平分層空時碼實現簡單，但空時特性較差，實際中很少采用。MIMO空間復用舉例——LST碼InfoEncoderinterleavingS/PModV-BLAST垂直分層空時碼InfoEncoderinterleavingS/PMod.Mod.....垂直分層空時碼實現簡單，空時特性和層次結構較好，且沒有傳輸冗余，實際中應用較多。MIMO空間復用舉例——LST碼V-BLAST垂直分層空時碼InfoEncoderinteInfoEncoderinterleavingS/PMod.....EncoderinterleavingMod.........SpatialInt.D-BLAST對角分層空時碼對角分層空時碼采用了空時二維交織，具有較好的空時特性和層次結構，可以達到MIMO系統理論容量，但實現復雜，且有nT(nT-1)/2的傳輸冗余，故在實際中較少采用。MIMO空間復用舉例——LST碼InfoEncoderinterleavingS/PMod.分層空時碼的譯碼有多種算法。最優算法當然是最大似然譯碼算法。但最大似然算法是指數復雜度的，無法實用化，因此學者們提出了各種簡化算法。常用的檢測算法包括：迫零(ZF)算法QR分解算法MMSE算法球形譯碼算法MIMO空間復用舉例——LST碼分層空時碼的譯碼有多種算法。最優算法當然是最大似然譯碼算法。MIMO技術將多徑無線信道與發射、接收視為一個整體進行優化，從而實現高的通信容量和頻譜利用率。隨著新技術和人們新要求不斷出現，MIMO技術也在進一步發展，值得一提的有以下兩個方面：MIMO技術-擴展協同通信分布式MIMOMIMO技術將多徑無線信道與發射、接收視為一個整體進行優化，MIMO技術實際應用的限制因素因視距傳播、天線間距等因素引起的天線之間的相關性會使MIMO系統性能大大降低。很多移動通信終端節點由于受到設備硬件的限制，只能配備一個天線。協同通信為突破這些限制，人們提出了協同通信（CooperativeCommunication）技術來提升無線網絡性能。MIMO技術實際應用的限制因素協同通信為突破這些限制，人們提

思想：用戶間共享彼此的天線，通過無線中繼的方式形成一個虛擬的多天線陣列，從而將單輸入單輸出（Single-inputSingle-output,SISO）系統構建成一個虛擬的MIMO系統，以獲得MIMO系統的優點。協同通信協同通信技術同時吸收了中繼技術和MIMO技術的特點，可以增加無線通信系統容量，減少數據傳輸的中斷概率，擴大無線覆蓋范圍及連通性，減少傳輸節點的能量消耗。不過，要想構建有效的協同通信系統，涉及協同策略與協議、協同信號處理以及基于協同通信的網絡協議等問題仍有待研究解決。思想：用戶間共享彼此的天線，通過無線中繼的方式形成一個虛思想：分散在小區內的多個天線通過光纖、電纜或無線傳輸方式連接到基站，具有多天線的移動臺和分散在附近的基站天線進行通信，與基站建立MIMO鏈路，構成分布式MIMO系統。分布式MIMO集中式MIMO分布式MIMO思想：分散在小區內的多個天線通過光纖、電纜或無線傳輸方式連分布式MIMO這種系統不僅具有傳統分布式天線系統的優勢，減小了路徑損耗，克服了陰影效應，而且因不同天線與移動臺之間形成的不相關信道，帶來了信道容量的明顯提升，具有較高的系統功率效率。當然，由于基站端的多個天線信號到達移動臺的延時不同所引出的同步、信道估計、信號檢測等諸多問題仍有待解決。分布式MIMO這種系統不僅具有傳統分布式天線系統的優勢，減小1、4G系統基本特征2、4G系統網絡架構3、MIMO技術空間分集空間復用空時預編碼小結1、4G系統基本特征小結作業與思考題作業P37813思考題4G移動通信系統還采用了哪些抗多徑衰落的措施？作業與思考題作業謝謝！數字移動通信謝謝！數字移動通信數字移動通信第十八講

4G移動通信系統–1

4G系統的網絡結構及核心技術數字移動通信第十八講4G移動通信系統–1574G移動通信系統內容提要14G發展背景24G網絡結構34G協議棧 44G核心技術5LTE系統的無線接口64G增強技術第一次課第二次課24G移動通信系統內容提要第一次課第二次課

本次課的要求與重難點要求與重點理解4G網絡結構。理解MIMO技術的基本原理。重點：MIMO技術的抗衰落原理難點：Alamouti碼抗衰落的原理本次課的要求與重難點要求與重點本次課需要解決的主要問題4G移動通信系統有何基本特征？相比前幾代移動通信系統，4G系統網絡架構的主要有哪些變化？從信號處理角度，MIMO技術可分為哪三類？為何Alamouti碼可實現空間分集？為何LST

碼可實現空間復用？協同通信和分布式MIMO出現的背景是什么？本次課需要解決的主要問題4G移動通信系統有何基本特征？604G移動通信系統14G發展背景24G網絡結構34G協議棧 44G核心技術5LTE系統的無線接口64G增強技術54G移動通信系統14G發展背景移動通信系統演進示意圖4G發展背景1)3G能提供Mbit/s量級的傳輸速率，仍與人們的需求相去甚遠；2)2005年，4G被正式命名為IMT-Advanced。移動通信系統演進示意圖4G發展背景1)3G能提供Mbit/LTE技術發展示意圖4G發展背景3GPP組織啟動了以MIMO和OFDM為核心技術的LTE（LongTermEvolution）項目，LTE應運而生：LTE技術發展示意圖4G發展背景3GPP組織啟動了以MIMO4G基本特征4G移動通信系統具有以下基本特征：1、很高的傳輸速率和大范圍覆蓋100Mbit/s~1Gbit/s的峰值傳輸速率較大地域的連續覆蓋性能2、豐富的業務和QoS保證全面支持語音、圖像、視頻等豐富的數據及多媒體業務容納龐大的用戶群提供用戶滿意的QoS保證4G基本特征4G移動通信系統具有以下基本特征：4G基本特征4G移動通信系統具有以下基本特征：3、開放而融合的平臺移動終端、業務節點及移動網絡機制具有“開放性”用戶能夠自由地選擇協議、應用和網絡各類媒體、通信主機及網絡之間“無縫”鏈接用戶能夠自由地在各種網絡環境間無縫漫游4、高度智能化的網絡高度自治、自適應的網絡具有很好的重構性、可變性、自組織性4G基本特征4G移動通信系統具有以下基本特征：4G基本特征4G移動通信系統具有以下基本特征：5、高度可靠的鑒權及安全機制數據的安全可靠性直接影響到整個網絡的生存力直接影響到用戶對整個網絡的信任程度概括地說，4G技術是在傳統通信網絡和技術的基礎上，進一步提高了無線通信的網絡效率和功能。它包含的不僅僅是一項技術，而是多種技術的融合。4G基本特征4G移動通信系統具有以下基本特征：概括地說，4GLTE設計目標目標分項目標要求主要實現方法頻譜靈活使用支持的系統帶寬包括：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz帶寬可擴展的OFDMA技術峰值速率在20MHz帶寬下，下行峰值速率可達100Mb/s

下行MIMO，高階QAM在20MHz帶寬下，上行峰值速率可達50Mb/sUE配置1根發送天線，高階QAM天線配置

下行支持：

高效的控制信令設計，支持天線端口數為2/4的高效導頻圖案

上行支持：

更高的頻譜效率下行：3~4倍于HSDPAR6（HSDPA：1發2收，LTE：2發2收）MIMO-OFDM，自適應編碼調制，小區間干擾協調(ICIC)上行：2~3倍于HSUPAR6（HSUPA：1發2收，LTE：1發2收）LTE設計目標目標分項目標要求主要實現方法頻譜靈支持的系統帶LTE設計目標（續）目標分項目標要求主要實現方法低延遲控制平面的時延應小于50ms，建立用戶平面的時延要小于100ms取消RNC節點，采用扁平化網絡結構，優化設計空中接口中的層2、層3設計從UE到服務器的用戶平面時延應小于10ms移動性對低于15km/h的移動條件進行優化設計采用了相對較寬的15kHz子載波間隔，在開環MIMO、導頻密度上也有所考慮對低于120km/h的移動條件應該保持高性能對達到350km/h的移動條件應該能夠保持連接覆蓋性能針對覆蓋半徑<5km的場景優化設計OFDM采用了長、短兩種CP長度，以適應不同的覆蓋范圍針對覆蓋半徑在5~30km之間的場景，允許性能略有下降針對覆蓋半徑達到30~100km之間的場景，仍應該能夠工作LTE設計目標（續）目標分項目標要求主要實現方法低延遲控制平1999年9月，ITU-R提出4G的最初提法是SystemBeyondIMT-2000(B3G)。2003年，ITU-R對未來B3G的框架和目標進行了初步定義，未來移動通信系統應能在高速移動狀態下達到100Mbit/s的傳輸速率，在低速移動時能夠實現1Gbit/s的速率，并支持更多的業務和更靈活的頻率分配。2005年10月，ITU-R正式將SystemBeyondIMT-2000命名為IMT-Advanced，也就是所謂的4G。4G研究計劃1999年9月，ITU-R提出4G的最初提法是System2008年2月，ITU-R完成了IMT-Advanced需求定義，完成并發出了征集IMT-Advanced候選技術提案的通函。4G研究計劃2009年10月，ITU-R一共收到了6項來自不同政府或者標準化組織提交的候選技術提案，并開始了后續評估和標準融合的開發工作。2010年10月，在中國重慶舉行的ITU-RWP5D第9次會議上最終確定了IMT-Advanced的國際標準。2008年2月，ITU-R完成了IMT-Advanced需求編號提交組織技術方案技術基礎1IEEEFDD和TDD，UL/DLbasedonOFDMA基于IEEE802.16m2日本FDD和TDD，UL/DLbasedonOFDMA基于IEEE802.16m3韓國FDD和TDD，UL/DLbasedonOFDMA基于IEEE802.16m43GPPFDD和TDD，ULbasedonSC-FDMA(DFT-spreadOFDM)，DLbasedonOFDMA基于3GPPLTERelease10&beyond(LTE-Advanced)5日本FDD和TDD，ULbasedonSC-FDMA(DFT-spreadOFDM)，DLbasedonOFDMA基于3GPPLTERelease10&beyond(LTE-Advanced)6中國TDD,TD-LTE-Advanced，ULbasedonSC-FDMA(DFT-spreadOFDM)，DLbasedonOFDMA基于3GPPLTERelease10&beyond(LTE-Advanced)ITU認定的6個有效4G候選提案4G研究計劃編號提交組織技術方案技術基礎1IEEEFDD和TDD，UL/從采用的技術方案和技術基礎的淵源看，提案1、2和3是同一類，提案4和5是同一類，中國的TD-LTE-Advanced提案僅包括TDD模式，且根源于3GPP-LTERelease10&beyond(LTE-Advanced)，因此，提案可以分為兩大陣容：3GPPLTE-Advanced和IEEE802.16m。最終LTE-Advanced和IEEE802.16m成為IMT-Advanced國際標準。4G研究計劃從采用的技術方案和技術基礎的淵源看，提案1、2和3是同一類，我國4G的產業發展首推中國移動公司的TD-LTE系統。4G產業發展中國移動"4G"：TD-LTE(Release9)4G國際標準：LTE-A(Release10+)在頻段方面，目前已部署的包括Band41中的60MHz頻段2575-2635MHz、Band39中的20M頻段(1880~1900MHz)和Band40(2320~2370MHz)頻段，其中Band40僅用于室內覆蓋。我國4G的產業發展首推中國移動公司的TD-LTE系統。4G產4G產業發展目前，中國移動的商用移動蜂窩網絡處于4G規模發展、2G/3G存續發展的階段，在移動接入網和無線接入網方面，形成了四網共存的格局代表2G的GSM網代表3G的TD-SCDMA網代表4G的TD-LTE網代表無線熱點接入的WLAN網絡。四網共存的格局4G產業發展目前，中國移動的商用移動蜂窩網絡處于4G規模發展4G產業發展高速數據率的實現，催生了物聯網、車聯網等新業態的產生；新業態的發展要求，反過來推動著移動通信產業的進一步發展。如何引入4G演進技術，以平滑演進到5G？如何對5G進行技術、產業和頻譜推進，以實現引領與先發？如何應用非授權頻段資源，實現低成本高性能運營？如何引入無線物聯技術，為垂直行業提供多樣化連接……新機遇新挑戰4G產業發展高速數據率的實現，催生了物聯網、車聯網等新業態的754G移動通信系統14G發展背景24G網絡結構34G協議棧 44G核心技術5LTE系統的無線接口64G增強技術204G移動通信系統14G發展背景4G網絡結構在Rel-6中，RNC主要負責對各種接口的管理，是無線資源管理的主體，主要包括移動性管理、呼叫控制、切換控制、功率控制、宏分集合并等功能。一個RNC控制一個或多個NodeB。NodeB主要實現空中接口與物理層間的相關處理并完成一部分無線資源管理功能，比如快功率控制。3GPPRel-6(HSDPA)4G網絡結構在Rel-6中，RNC主要負責對各種接口的管理，4G網絡結構為了達到簡化信令流程、縮短延遲和降低成本的目的，LTE舍棄了UTRAN的無線網絡控制器-基站(RNC-NodeB)結構，精簡為核心網加基站(eNodeB)模式。具體為：取消RNC節點，整個LTE網絡由演進分組核心網（EPC）和演進無線接入網（E-UTRAN）組成。核心網由許多網元節點組成，而接入網只有一個節點，即與用戶終端（UE）相連的eNodeB。網絡結構圖4G網絡結構為了達到簡化信令流程、縮短延遲和降低成本的目的，4G網絡結構相比前幾代移動通信系統，4G系統網絡架構的主要變化為：實現了控制與承載的分離，MME負責移動性管理、信令處理等功能，AGW負責媒體流處理及轉發等功能;核心網取消了CS(電路域)，實現了網絡全IP化;取消了RNC，原來RNC功能被分散到了eNodeB和網關(GW)中，eNodeB直接接入EPC，LTE網絡結構更加扁平化;傳輸帶寬需求大幅增加，峰值速率將達到1Gbit/s。4G網絡結構相比前幾代移動通信系統，4G系統網絡架構的主要變794G移動通信系統14G發展背景24G網絡結構34G協議棧

44G核心技術5LTE系統的無線接口64G增強技術244G移動通信系統14G發展背景空中接口是終端和接入網之間的接口，簡稱Uu接口，通常也稱之為無線接口。在4G中，空中接口是終端UE和eNodeB之間的接口。空中接口協議主要是用來建立、配置和釋放各種無線承載業務的。空中接口協議棧主要分為三層兩面，三層指物理層、數據鏈路層、網絡層，兩面指用戶平面和控制平面。4G協議棧空中接口是終端和接入網之間的接口，簡稱Uu接口，通常也稱之為用戶平面用于執行無線接入承載業務，主要負責用戶發送和接收的所有信息的處理。用戶平面協議棧4G協議棧用戶平面協議子層媒體訪問控制層（MAC）無線鏈路控制層（RLC）分組數據匯聚層(PDCP)用戶平面用于執行無線接入承載業務，主要負責用戶發送和接收的所控制平面負責用戶無線資源的管理，無線連接的建立，業務的QoS保證和最終的資源釋放。控制平面協議棧4G空中接口控制平面協議子層非接入層（NAS）無線資源控制層（RRC）分組數據匯聚層(PDCP)無線鏈路控制子層（RLC）媒體接入控制子層（MAC）控制平面負責用戶無線資源的管理，無線連接的建立，業務的QoS834G移動通信系統14G發展背景24G網絡結構34G協議棧 44G核心技術5LTE系統的無線接口64G增強技術284G移動通信系統14G發展背景4G關鍵技術為了滿足4G移動通信系統的高數據率、高終端移動性、高頻譜利用率和功率效率等方面的要求，人們發展了眾多的新理論與新技術。以MIMO為代表的多天線技術以OFDM為代表的多載波技術無線資源管理技術……4G關鍵技術為了滿足4G移動通信系統的高數據率、高終端移動性隨著用戶需求的不斷增加，移動通信系統在覆蓋、系統容量、業務動態性等方面的矛盾不斷增加，突出表現在頻譜資源嚴重不足。而MIMO技術的出現為解決頻譜利用率問題開辟了一條新路。MIMO技術

研究表明，MIMO技術在室內傳播環境下的頻譜效率可以達20～40bit/s/Hz，遠高于傳統蜂窩無線通信技術的1～5bit/s/Hz。隨著用戶需求的不斷增加，移動通信系統在覆蓋、系統容量、業務動MIMO技術的關鍵是有效地利用了隨機衰落和可能存在的多徑傳播，其本質是引入了空間維進行通信，從而能在不增加帶寬和總發射功率的情況下，顯著地提高系統的頻譜利用率，改善無線信號傳輸質量。MIMO技術作為提高數據傳輸率的重要手段得到了人們的認可，并被認為是新一代無線通信技術的革命。MIMO技術MIMO技術的關鍵是有效地利用了隨機衰落和可能存在的多徑傳播空時編碼是MIMO技術的核心!從信號處理角度，MIMO技術可分為三類：提高分集增益和編碼增益的空間分集技術空時格型編碼（STTC，Space-TimeTrellisCodes）空時分組編碼（STBC，Space-TimeBlockCodes）提高系統容量的空間復用技術垂直結構的分層空時編碼方案（V-BLAST，VerticalBellLabsLayeredSpace-Time）抑制干擾的空時預編碼技術波束賦形（Beamforming）有限反饋技術MIMO技術空時編碼是MIMO技術的核心!MIMO技術MIMO系統原理及分類示意圖MIMO技術

空間復用技術與分集技術的綜合優化，能夠在復用增益與分集增益/編碼增益之間達到最優折衷；分集技術與預編碼技術的聯合優化，能夠在天線增益與分集增益/編碼增益之間達到最優折衷。MIMO系統原理及分類示意圖MIMO技術空間復用技術MIMO空間分集舉例——Alamouti碼STBC編碼最先是由Alamouti提出的，采用了簡單的兩天線發射分集編碼的方式—Alamouti碼。在這種編碼方案中，每組m比特信息首先調制為M=2m進制符號。然后編碼器選取連續的兩個符號，根據下述變換將其映射為發送信號矩陣。天線1發送信號矩陣的第一行，而天線2發送信號矩陣的第二行。MIMO空間分集舉例——Alamouti碼STBC編碼最先Alamouti空時塊編碼器結構Alamouti空時編碼是在空域和時域上進行編碼。令天線1和2的發送信號向量分別為：MIMO空間分集舉例——Alamouti碼Alamouti空時塊編碼器結構Alamouti空時編碼是在這種空時編碼的關鍵思想在于兩個天線發送的信號向量相互正交，編碼矩陣具有如下性質：其中I2是2×2的單位矩陣。MIMO空間分集舉例——Alamouti碼這種空時編碼的關鍵思想在于兩個天線發送的信號向量相互正交，編假設接收機采用單天線接收。發送天線1和2的塊衰落信道響應系數為：在接收端，相鄰兩個符號周期接收到的信號可以表示為：其中n1和n2表示第一個符號和第二個符號的加性白高斯噪聲樣值。

MIMO空間分集舉例——Alamouti碼假設接收機采用單天線接收。MIMO空間分集舉例——Alamo假設接收機可以獲得理想信道估計，則最大似然譯碼算法要求在信號星座圖上最小化如下的歐式距離度量：其中都是星座圖上的信號點。將和代入上式中，最大似然譯碼可以表示為其中，C表示調制符號對的組合，和是判決統計量。MIMO空間分集舉例——Alamouti碼假設接收機可以獲得理想信道估計，則最大似然譯碼算法要求在信號由此可知，給定信道響應，則兩個判決統計量分別只是各自發送信號的函數。則最大似然譯碼準則可以分解為獨立的兩個準則：MIMO空間分集舉例——Alamouti碼由此可知，給定信道響應，則兩個判決統計量分別只是各自發送信號下圖給出了幾種Alamouti編碼方案在準靜態衰落信道下的性能。仿真中接收端采用理想信道估計，調制方式是相干BPSK調制。

MIMO空間分集舉例——Alamouti碼下圖給出了幾種Alamouti編碼方案在準靜態衰落信道下的性由圖可知，2發1收Alamouti編碼的分級增益與1發2收最大比合并收分集系統的分級增益相同，但信噪比損失3dB。這主要是由于在Alamouti編碼系統中，每個天線的發送信號功率是1發2收分集接收系統的發送信號功率的一半造成的。如果將每天線的發射功率提高一倍，則兩者的系統性能相同。

同理對于2發2收Alamouti系統和1發4收系統也有同樣的結果。一般的，2發nR收系統獲得的分集增益與1發2nR收分集系統所獲得的增益相同。MIMO空間分集舉例——Alamouti碼由圖可知，2發1收Alamouti編碼的分級增益與1發2收最分層空時碼(LayeredSpace-TimeCodes，簡稱LST)最早是貝爾實驗室的Foschini等人提出的。最初提出的對角分層空時碼（D-BLAST）可以達到MIMO信道容量的下界。分層空時碼將信源數據分為多個子數據流，獨立地進行編碼、調制。不是基于發送分集（而是信道空間復用）。分層空時碼最大的優