5G NR标准 第4章 LTE概述

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5G NR标准 第4章 LTE概述

LTE的工作始于2004年底,其总体目标是提供一种仅关注分组交换数据的新型无线接入技术。 LTE规范的第一个版本,即第8版,已于2008年完成,商业网络的运营于2009年末开始。第8版之后是后续的LTE版本,如图所示,它们在不同领域引入了附加的功能。 第10版是LTE-Advanced的第一个版本,第13版是LTE-Advanced Pro的第一个版本,于2015年年底完成。 当前,截至本文撰写之日,3GPP正在研究版本15,该版本除NR外还包含LTE的进一步发展。
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4.1 LTE Release 8-基本的无线接入

版本8是第一个LTE版本,并构成了所有后续LTE版本的基础。与LTE无线电接入方案并行,开发了一个新的核心网络,即演进分组核心(EPC)。

LTE发展的一项重要要求是频谱灵活性。对于从1 GHz以下到大约3 GHz的载波频率,支持高达20 MHz(包括20 MHz)的一系列载波带宽。频谱灵活性的一个方面是使用频分双工(FDD)和时分双工(TDD)分别支持成对和不成对的频谱,尽管这是两种不同的帧结构,但采用的是通用设计。开发工作的重点主要是带有屋顶天线和相对较大小区的宏网络。因此,对于TDD,上行链路下行链路分配本质上是静态的,所有小区之间的上行链路下行链路分配相同。

LTE中的基本传输方案是正交频分多路复用(OFDM)。由于其对时间分散的鲁棒性以及易于利用时域和频域,因此这是一个有吸引力的选择。此外,还结合了作为LTE固有部分的空间复用(MIMO),也可以实现合理的接收机复杂性。由于LTE主要是针对宏网络而设计的,载波频率高达几GHz,因此发现15 kHz的单个子载波间隔和大约4.7μs1的循环前缀是一个不错的选择。在20 MHz频谱分配中总共使用了1200个子载波。对于可用传输功率明显低于下行链路的上行链路,LTE设计选择了峰均比低的方案,以提供高功率放大器效率。上行选择DFT预编码OFDM,并在下行链路中使用相同的数字,以实现此目的。 DFT预编码OFDM的缺点是接收机侧的复杂性更高,但考虑到LTE版本8不支持上行链路中的空间复用,这并不是一个主要问题。

在时域中,LTE将传输组织成10毫秒的帧,每个帧包含10个1毫秒的子帧。对应于14个OFDM符号的1 ms子帧持续时间是LTE中最小的可调度单位。

特定于小区的参考信号是LTE中的基石。基站连续发送一个或多个参考信号(每层一个),而不管是否有下行数据要发送。对于LTE所针对的场景而言,这是一个合理的设计-相对较大的小区,每个小区有许多用户。特定于小区的参考信号用于LTE中的许多功能:用于相干解调的下行链路信道估计,用于调度目的的信道状态报告,设备侧频率误差的校正,初始访问以及移动性测量等。参考信号密度取决于在小区中建立的传输层的数量,但是对于2x2 MIMO的常见情况,每隔两个子载波,每隔子帧中14个OFDM符号中有四个都用作参考信号。因此,在时域中,参考信号之间的间隔约为200μs,这限制了关闭发送器以降低功耗的可能性。

LTE中的数据传输主要是在上行链路和下行链路中动态调度的。为了利用通常迅速变化的无线电条件,可以使用依赖于信道的调度。对于每个1毫秒子帧,调度程序控制要发送或接收哪些设备以及以什么频率资源。通过调整Turbo码的编码率以及从QPSK到64-QAM的调制方案,可以选择不同的数据速率。为了处理传输错误,LTE中使用了具有软组合功能的快速混合ARQ。在下行链路接收时,终端设备向基站指示解码操作的结果,基站可以重新发送错误接收的数据块。通过物理下行链路控制信道(PDCCH)将调度决策提供给设备。如果在同一子帧中调度了多个设备(这是常见情况),则存在多个PDCCH,每个调度的设备一个PDCCH。子帧的前三个OFDM符号用于下行链路控制信道的传输。每个控制信道跨越整个载波带宽,从而使频率分集最大化。这也意味着所有设备必须支持最大20 MHz的最大载波带宽。来自设备的上行链路控制信令(例如,混合ARQ确认和用于下行链路调度的信道状态信息)承载在物理上行链路控制信道(PUCCH)上,其基本持续时间为1 ms。

多天线方案,尤其是单用户MIMO,是LTE不可或缺的一部分。借助于大小为NA x NL的预编码器矩阵,将多个传输层映射到最多四个天线,其中,层NL的数量(也称为传输秩)小于或等于天线的数量。网络可以根据终端执行和报告的信道状态测量结果选择传输等级以及精确的预编码器矩阵,这也称为闭环空间复用。也有可能在没有闭环反馈的情况下进行预编码器选择。尽管商业部署通常仅使用两层,但在下行链路中最多可以有四层。在上行链路中,仅单层传输是可能的。在空间复用的情况下,通过选择秩为1传输,该编码器矩阵(然后成为NA x 1预编码器矢量)执行(单层)波束形成功能。这种波束形成可以更具体地称为基于码本的波束赋形,因为只能根据有限的一组预定义波束形成(预编码器)矢量来完成波束赋形。

使用以上讨论的基本特征,LTE版本8在理论上能够使用20 MHz的两层传输和上行链路的75 Mbit/s在下行链路中提供高达150 Mbit/s的峰值数据速率。时延性LTE在混合ARQ协议中提供了8ms的往返时间,并且(理论上)在LTE RAN中提供了小于5 ms的单向延迟。在实际的部署中,包括传输和核心网络处理,在部署良好的网络中,大约10毫秒的总端到端延迟并不罕见。

4.2 LTE演进

版本8和版本9构成了LTE的基础,提供了功能强大的移动宽带标准。但是,为了满足新的要求和期望,基本发行版之后的发行版在不同领域提供了额外的增强功能。图4.2说明了LTE自推出以来的10年中发展的一些主要领域,以下提供了详细信息。
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版本10标志着LTE演进的开始。 LTE版本10的主要目标之一是确保LTE无线电接入技术完全符合IMT-Advanced要求,因此LTE Advanced通常用于LTE版本10及更高版本。但是,除了ITU要求之外,3GPP还为LTE Advanced 定义了自己的目标和要求。这些目标/要求不仅在更具挑战性而且包括其他要求方面扩展了ITU的要求。一个重要的要求是向后兼容。从本质上讲,这意味着较早发布的LTE设备应该能够访问支持LTE版本10功能的运营商,尽管显然不能利用该运营商的所有版本10功能。向后兼容的原则很重要,并且已在所有LTE版本中得到保留,但对可能的增强功能也有一些限制。定义新标准(例如NR)时不存在的限制。 LTE版本10于2010年末完成,通过载波聚合,进一步扩展的多天线传输,对中继的支持以及异构网络部署中小区间干扰协调方面的改进,引入了增强的LTE频谱灵活性

版本11进一步扩展了LTE的性能和功能。 LTE版本11的最引人注目的功能(于2012年底完成)是用于协调多点(CoMP)传输和接收的无线电接口功能。版本11的其他改进示例包括载波聚合增强功能,新的控制信道结构(EPDCCH)以及对更高级的设备接收器的性能要求。

版本12已于2014年完成,其重点是具有双重连接,微小区开/关和(半)动态TDD等功能,以及引入了直接设备间通信和通信的新方案。提供降低复杂性的机器类型通信。

版本13于2015年底完成的,标志着LTE Advanced Pro的开始。它有时在市场上被称为4.5G,被视为LTE的首个版本定义的4G与5G NR空口之间的中间技术步骤。来自许可频段的支持,以支持非许可频谱作为对许可频谱的补充,对机器类型通信的改进支持以及载波聚合,多天线传输和设备到设备通信的各种增强,这些都是第13版。

版本14已于2017年春季完成。除了对早期版本中引入的某些功能进行了增强(例如对无执照频谱的操作进行了增强)之外,它还引入了对车辆到车辆(V2V)和车辆-到所有(V2X)通信以及具有减小的子载波间隔的广域广播支持。

版本15将于2018年年中完成。通过所谓的sTTI功能显著减少延迟,以及使用天线进行通信是此版本中增强功能的两个示例。

总体而言,将LTE扩展到传统移动宽带以外的新用例的重点一直放在以后的版本中,并且将来还将继续发展。这也是5G整体的重要组成部分,并说明LTE仍然是整体5G无线电接入的重要组成部分。

4.3 频谱灵活性

LTE的第一版已经在多带宽支持和FDD / TDD联合设计方面提供了一定程度的频谱灵活性。 在以后的版本中,此灵活性得到了显着增强,以通过使用载波聚合来支持更高的带宽和碎片化频谱,并通过使用授权辅助接入(LAA)作为补充来访问非授权频谱。

4.3.1 载波聚合

如前所述,LTE的第一个发行版已为各种特性的频谱分配中的部署提供了广泛的支持,不同带宽并共同用于与单个设备之间的传输。版本10中最多可以聚合五个分量载波,可能每个载波的带宽不同,从而允许高达100 MHz的传输带宽。所有分量载波都必须具有相同的双工方案,并且在TDD的情况下,必须具有相同的上行链路下行链路配置。在以后的版本中,此要求得到了放松。可以聚合的分量载波数量增加到32,导致总带宽为640 MHz。由于每个组件载体都使用release-8结构,因此确保了向后兼容性。因此,对于R8/9设备,每个分量载波将显示为LTE R8载波,而具有载波聚合功能的设备可以利用总聚合带宽,从而实现更高的数据速率。在一般情况下,可以为下行链路和上行链路聚合不同数量的分量载波。从设备复杂性的角度来看,这是一个重要的属性,可以在需要非常高数据速率的下行链路中支持聚合而不会增加上行链路的复杂性。分量载波不必在频率上连续,这样可以利用碎片频谱。频谱碎片化的运营商即使不拥有单个宽带频谱分配,也可以基于较宽的整体带宽提供高数据率服务。
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从基带角度来看,图4.3中的情况之间没有区别,并且所有情况都得到LTE R10的支持。但是,RF实现的复杂性有很大的不同,第一种情况是最不复杂的。因此,尽管基本规范支持载波聚合,但并非所有设备都支持它。此外,与为物理层和相关信令指定的版本相比,版本10对RF规范中的载波聚合有一些限制,而在以后的版本中,则存在大量内部和之间的载波聚合支持。版本11为TDD载波的聚合提供了额外的灵活性。在版本11之前,所有聚合的载波都需要相同的下行链路上行链路分配。在聚合不同频带的情况下,这可能是不必要的限制,因为每个频带中的配置可以通过与该特定频带中的其他无线电接入技术共存来给出。聚合不同的下行链路上行链路分配的一个有趣方面是,设备可能需要同时接收和发送数据,以充分利用两个载波。因此,与以前的版本不同,与具有FDD功能的设备类似,具有TDD功能的设备可能需要双工滤波器。版本11还引入了对带间和不连续带内聚合的RF要求,并支持更大的一组带间聚合方案。在FDD和TDD载波之间发布12种定义的聚合,不同于早期版本仅支持一种双工类型内的聚合。 FDD和TDD聚合可有效利用运营商的频谱资产。通过依赖FDD载波上连续上行传输的可能性,它也可以用于改善TDD的上行覆盖。版本13将可能聚合的载波数量从5增加到32,从而导致最大带宽为640 MHz,并且下行链路的理论峰值数据速率约为25 Gbit / s。增加副载波数量的主要动机是在未许可频谱中允许很大的带宽,这将在下面结合许可辅助的访问进行进一步讨论。载波聚合是迄今为止LTE最成功的增强功能之一,每个版本中都添加了新的频段组合。

4.3.2 授权辅助接入

最初,LTE是为许可频谱而设计的,运营商拥有特定频率范围的专有许可。许可频谱提供了许多好处,因为运营商可以规划网络并控制干扰状况,但是获得频谱许可通常会产生成本,并且许可频谱的数量也受到限制。因此,使用非授权频谱作为补充以在本地区域提供更高的数据速率和更高的容量是很重要的。一种可能性是用Wi-Fi补充LTE网络,但通过在许可频谱和非许可频谱之间进行更紧密的耦合,可以实现更高的性能。因此,LTE版本13引入了许可证辅助的访问,其中载波聚合框架用于聚合主要在5 GHz范围内的未许可频段中的下行链路载波,以及在许可频段中的载波,如图4.4所示。

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要求高服务质量的移动性,关键控制信号和服务依赖于许可频谱中的运营商,而运营商可以使用非许可频谱来处理(部分)要求不高的流量。目标是由运营商控制的微蜂窝部署。与其他系统(特别是Wi-Fi)公平共享频谱资源是LAA的重要特征,因此会导致先听后说(listen before talk)机制。在版本14中,增强了许可证辅助访问以解决上行链路传输。尽管3GPP中标准化的LTE技术仅支持许可证辅助访问,但在需要许可运营商的情况下,MulteFire联盟在3GPP之外开展了一些工作,从而形成了基于3GPP标准的独立操作模式。

4.4 多天线增强

在不同版本中增强了对多天线的支持,将下行链路中的传输层数增加到八层,并引入了多达四层的上行链路空间复用。 多维MIMO和二维波束成形是其他增强功能,同时引入了协调多点传输。

4.4.1 扩展的多天线传输

在R10中,下行链路空间复用被扩展为最多支持八个传输层。这可以看作是Release-9双层波束成形的扩展,可以支持多达八个天线端口和八个相应的层。加上对载波聚合的支持,这使R10中使用100个100 MHz频谱中的下行链路数据速率高达3 Gbit / s,在R13中使用32个载波,八层空间复用和256QAM的下行链路数据速率提高至25 Gbit / s。作为LTE版本10的一部分,还引入了多达四层的上行链路空间多路复用,再加上上行链路载波聚合的可能性,这允许在100 MHz频谱中上行链路数据速率高达1.5 Gbit / s。上行空间复用由基站控制下的基于码本的方案组成,这意味着该结构也可用于上行链路发射机侧波束成形。 LTE版本10中多天线扩展的重要结果是引入了增强的下行链路参考信号结构,该结构将信道估计的功能与获取信道状态信息的功能更加广泛地分离了。其目的是以灵活的方式更好地实现新颖的天线布置和新功能,例如更精细的多点协调/传输。在版本13中,并在版本14中继续进行,主要是在更广泛地反馈信道状态信息方面,引入了对大型天线阵列的改进支持。较大的自由度可用于例如仰角和方位角的波束成形以及大规模多用户MIMO,其中使用同一时频资源同时为几个空间上分离的设备提供服务。这些增强功能有时被称为全尺寸MIMO,并向具有大量可控天线元件的大规模MIMO迈出了一步。

4.4.2 多点协作和传输

LTE的第一个版本包括对传输点之间协调的特定支持,称为小区间干扰协调(ICIC),以控制小区之间的干扰。但是,作为LTE版本11的一部分,对此类协调的支持已大大扩展,包括在传输点之间进行更多动态协调的可能性。与版本8 ICIC限于基站之间的某些消息的定义以协助小区之间的协调相反,版本11的活动侧重于无线电接口功能和设备功能以协助不同的协调方式,包括对信道的支持,包括多个传输点的状态反馈传输/接收。这些特性和功能合在一起称为协调多点(CoMP)。完善对参考信号结构的支持也是CoMP支持的重要组成部分,作为版本11的一部分引入的增强型控制通道结构也见下文。对CoMP的支持包括多点协调,即从一个特定的传输点传输到设备但在传输点之间协调调度和链路自适应的情况下,以及在这种情况下传输到设备的多点传输,可以从多个传输点进行传输,使得传输可以在不同传输点之间动态切换(动态点选择),也可以从多个传输点联合执行(联合传输)(见图4.5)。

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可以对上行链路做出类似的区分,在上行链路中,可以区分(上行链路)多点协调和多点接收。通常,上行链路CoMP主要是网络实施问题,对设备的影响很小,在无线接口规范中的可见性也很小。版本11中的CoMP工作假定是“理想的”回程,实际上意味着使用低延迟光纤连接将集中式基带处理连接到天线站点。版本12中引入了对使用非集中式基带处理的轻松回程场景的扩展。这些增强主要包括在基站之间定义新的X2消息,以交换有关所谓CoMP假设的信息,本质上是潜在的资源分配,以及相关的增益/成本。

4.4.3 增强的控制信道结构

在版本11中,引入了一种新的互补控制信道结构,以支持小区间干扰协调并利用新的参考信号结构的额外灵活性,不仅用于数据传输(如版本10中的情况),而且还用于控制信令。 因此,新的控制信道结构可以看作是许多CoMP方案的前提,尽管它对波束形成和频域干扰协调也有好处。 它还用于支持版本12和13中MTC增强功能的窄带操作。

4.5 密集度、微蜂窝和异构部署

微蜂窝和密集部署已成为多个版本的重点,以提供非常高的容量和数据速率。 中继,微基站开/关,动态TDD和异构部署是对该版本进行增强的一些示例。 第4.3.2节中讨论的许可证辅助访问是另一个主要针对小型小区的功能。

4.5.1 中继
在LTE的上下文中,中继意味着设备通过中继节点与网络进行通信,该中继节点使用LTE无线接口技术无线连接到主小区(请参见图4.6)。 从设备的角度来看,中继节点将显示为普通小区。 这具有简化设备实施并使中继节点向后兼容的重要优势,即LTE版本8/9设备也可以通过中继节点访问网络。 本质上,中继是无线连接到网络其余部分的低功率基站。

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4.5.2 异构部署
异构部署是指混合了具有不同发射功率和重叠地理覆盖的网络节点的部署(图4.7)。 典型的例子是放置在宏小区覆盖范围内的微微节点。 尽管在版本8中已经支持此类部署,但版本10引入了新的方法来处理可能在例如微微层和重叠宏之间发生的层间干扰。 版本11中引入的多点协调技术进一步扩展了用于支持异构部署的工具集。 版本12中引入了增强功能,以提高微微层和宏层之间的移动性。
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4.5.3 微蜂窝开关
在LTE中,无论小区中的业务活动如何,小区都在连续发送小区特定参考信号和广播系统信息。原因之一是使空闲模式设备能够检测到小区的存在。如果没有来自小区的传输,则设备无需测量,因此不会检测到该小区。此外,在大型宏小区部署中,存在相对较高的可能性,至少一个设备在小区中处于活动状态,从而激励参考信号的连续传输。但是,在具有许多相对较小的小区的密集部署中,在某些情况下,并非所有小区都同时为设备提供服务的可能性可能相对较高。对于设备而言,由于来自相邻,可能为空的小区的干扰而导致的信号干扰比非常低时,设备所经历的下行链路干扰情形也可能更为严重,尤其是在存在大量视线传播的情况下。为了解决这个问题,版本12引入了用于根据业务情况打开/关闭单个小区的机制,以减少平均小区间干扰并降低功耗。

4.5.4 双连接
双重连接意味着一个设备同时连接到两个小区,请参见图4.8,这与基线情况相反,该设备仅连接到单个设备。 用户平面聚合(设备正在从多个站点接收数据传输),控制平面和用户平面的分离以及上行链路下行链路分离(其中下行链路传输不同于上行链路接收节点的节点)是其中一些示例。 双重连接带来的好处,在某种程度上,它可以看作是载波聚合扩展到非理想回程的情况。 对于将其他无线接入方案(例如WLAN)集成到3GPP网络中,双重连接框架也被证明是非常有前途的。 对于NR在非独立模式下运行且LTE提供移动性和初始访问权限时,这也是必不可少的。
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4.5.5 动态TDD
在TDD中,在上行链路和下行链路之间的时域中共享相同的载波频率。在LTE以及许多其他TDD系统中,实现此目的的基本方法是将资源静态拆分为上行链路和下行链路。在较大的宏小区中,具有静态拆分是一个合理的假设,因为存在多个用户,并且上行链路和下行链路中的合计每小区负载相对稳定。但是,随着对本地部署的兴趣日益增加,与迄今为止的广域部署相比,TDD预计将变得更加重要。原因之一是,不成对的频谱分配在不适合广域覆盖的较高频段中更为常见。另一个原因是,在小节点的屋顶下部署中,广域TDD网络中存在许多有问题的干扰场景。现有的广域FDD网络可以通过使用TDD的局域层进行补充,通常每个节点的输出功率较低。为了更好地处理局域中的高流量动态情况,在这种情况下,发送到局域访问节点或从局域访问节点接收的设备数量可能非常少,因此动态TDD很有用。在动态TDD中,网络可以动态地将资源用于上行链路或下行链路传输,以匹配瞬时流量情况,与传统的在上行链路和下行链路之间静态拆分资源相比,最终用户的性能得到改善。为了利用这些好处,LTE版本12包括对动态TDD或增强型干扰缓解和流量自适应(eIMTA)的支持,这是3GPP中此功能的正式名称。

4.5.6 WLAN互通
3GPP体系结构允许集成非3GPP接入,例如WLAN,但也可以集成cdma2000。本质上,这些解决方案将非3GPP接入连接到EPC,因此在LTE无线电接入网络中不可见。这种WLAN互通方式的缺点是缺乏网络控制。即使停留在LTE上可以提供更好的用户体验,设备也可以选择Wi-Fi。这种情况的一个例子是Wi-Fi网络负载沉重而LTE网络负载较轻。因此,版本12引入了网络协助设备进行选择过程的装置。基本上,网络会配置一个信号强度阈值,以控制设备何时选择LTE或Wi-Fi。版本13在WLAN互通方面提供了进一步的增强,并通过LTE RAN对设备何时应使用Wi-Fi和何时使用LTE提供了更明确的控制。此外,版本13还包括LTE WLAN聚合,其中使用非常类似于双重连接的框架在PDCP级别聚合LTE和WLAN。

4.6 终端增强

从根本上讲,终端供应商可以自由设计设备接收器,只要它支持规范中定义的最低要求即可。厂商鼓励提供更好的接收器,因为这可以直接转化为改善的最终用户数据速率。但是,网络可能无法充分利用此类接收器的改进,因为它可能不知道哪些设备的性能要好得多。因此,网络部署需要基于最低要求。由于已知配备了高级接收器的设备的最低性能,因此定义更高级的接收器类型的性能要求在一定程度上缓解了这种情况。第11版和第12版都将重点放在接收机改进上,在第11版中取消了一些开销信号,而在第12版中采用了更多通用方案,包括网络辅助干扰消除(NAICS),网络可以在其中为设备提供信息。辅助小区间干扰消除。

4.7 新场景

LTE最初被设计为移动宽带系统,旨在在广阔的区域内提供高数据速率和高容量。 LTE的演进不仅增加了提高容量和数据速率的功能,还增强了功能,使LTE也与新用例高度相关。 在没有网络覆盖的区域(例如在灾区)中的操作是一个示例,导致对设备到设备的通信的支持被包括在LTE中。 另一个例子是大规模的机器类型通信,其中大量低成本设备(例如传感器)连接到蜂窝网络。 V2V / V2X和远程控制无人机是新方案的其他示例。

4.7.1 设备到设备通信
在假设设备连接到基站进行通信的前提下设计了诸如LTE之类的蜂窝系统。在大多数情况下,这是一种有效的方法,因为具有感兴趣内容的服务器通常不在设备附近。但是,如果设备有兴趣与相邻设备进行通信,或者仅检测是否存在感兴趣的相邻设备,则以网络为中心的通信可能不是最佳方法。类似地,为了公共安全,例如急救人员在灾难情况下寻找需要帮助的人,通常要求在没有网络覆盖的情况下也可以进行通信。为了解决这些情况,版本12引入了使用部分上行链路频谱的网络辅助设备到设备的通信(图4.9)。在开发设备到设备的增强功能时,考虑了两个场景,以实现公共安全的覆盖范围和覆盖范围之外的通信,以及用于商业用例的相邻设备的覆盖范围。在版本13中,通过中继解决方案扩展了设备到设备的通信,以扩展覆盖范围。设备到设备的设计还充当版本14中V2V和V2X工作的基础。
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4.7.2 机器类型通信
机器类型通信(MTC)是一个非常宽泛的术语,基本上涵盖了机器之间的所有类型的通信。尽管MTC应用程序涵盖了多种不同的应用程序,但其中许多尚不为人所知,但可以分为两大类,大型MTC和超可靠的低延迟通信(URLLC)。大型MTC场景的示例是不同类型的传感器,执行器和类似的设备。这些设备通常必须具有非常低的成本,并且具有非常低的能量消耗,从而具有非常长的电池寿命。同时,每个设备生成的数据量通常很小,而延迟很短也不是关键要求。另一方面,URLLC对应于工业过程中的应用,例如交通安全/控制或无线连接,并且在通常情况下需要非常高的可靠性和可用性,同时又需要低延迟。为了更好地支持大规模MTC,引入了一些增强功能,从版本12开始,并引入了一个新的低端设备类别cat0,支持高达1 Mbit/s的数据速率。还定义了一种省电模式以降低设备功耗。版本13通过定义类别catM1进一步改善了MTC支持,该类别进一步扩展了覆盖范围并支持1.4 MHz的设备带宽,而与系统带宽无关,从而进一步降低了设备成本。从网络角度来看,这些设备是普通的LTE设备,尽管功能有限,并且可以与运营商上功能更强大的LTE设备自由混合。窄带物联网(NB-IoT)是在版本13中完成的并行LTE轨道。它的目标是在180 kHz带宽,250 kbit / s或更低的成本和数据速率下,比M1类更低。甚至进一步提高了覆盖。由于使用了具有15 kHz子载波间隔的OFDM,因此可以将其带内部署在LTE载波之上,带外部署在单独的频谱分配中或LTE的保护频带中,从而为运营商提供了高度的灵活性。在上行链路中,支持在单频上传输以获得最低的数据速率的非常大的覆盖范围。 NB-IoT使用与LTE相同的更高层协议系列(MAC,RLC和PDCP),并具有扩展功能,可适用于NB-IoT和类别M1的更快的连接设置,因此可以轻松集成到现有部署中。 eMTC和NB-IoT都将在大规模机器类型通信的5G网络中扮演重要角色。因此,已经包括了将NR部署在用于大规模机器类型通信的现有载波之上的特殊方法(请参阅第17章)。 LTE的更高版本中增加了对URLLC的支持。例如,版本15中的sTTI功能(请参见下文)以及版本15中URLLC可靠性部分的常规工作。

4.7.3 降低时延——sTTI
在版本15中,已经进行了减少总体延迟的工作,从而产生了所谓的短TTI(sTTI)功能。 具有此功能的目标是在重要的用例(例如工厂自动化)中提供极低的延迟。 它使用与NR中使用的类似技术,例如几个OFDM符号的传输持续时间和减少的设备处理延迟,以向后兼容的方式并入LTE中。 这允许将低延迟服务包含在现有网络中,但与纯净设计(例如NR)相比,也意味着某些限制。

4.7.4 V2V和V2X
智能交通系统(ITS)是指用于改善交通安全和提高效率的服务。 例如,为了安全起见,车辆与车辆之间进行通信,例如,当前车出现故障时,将消息传输到后车。 另一个例子是,其中几辆卡车彼此非常接近,并跟随排中的第一辆卡车,从而节省了燃料并减少了CO2排放。 车辆与基础设施之间的通信也很有用,例如,获取有关交通状况,天气更新以及拥堵情况下的替代路线的信息(图4.10)。 在版本14中,基于版本12中引入的设备到设备技术和网络中的服务质量增强,3GPP在该领域指定了增强功能。 在车辆之间以及车辆与基础设施之间使用相同的技术进行通信很有吸引力,既可以提高性能,又可以降低成本。
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4.7.5 飞行器
版本15中有关天线的工作涵盖了通过充当中继器的无人机进行的通信,以在原本没有覆盖的区域提供蜂窝覆盖范围,还涵盖了用于各种工业和商业应用的无人机的远程控制。 由于地面与空中无人驾驶飞机之间的传播条件与地面网络不同,因此,作为版本15的一部分,开发了新的信道模型。由于数量较多,无人驾驶飞机的干扰情况与设备上的设备不同,无人机可见的基站数量的增加,呼吁采用诸如波束成形之类的干扰缓解技术,以及增强功率控制机制。


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