LTE基本原理與關(guān)鍵技術(shù)講義全

1、. . . . LTE基本原理與關(guān)鍵技術(shù)課程目標(biāo)：· 了解移動通信的發(fā)展過程以與LTE的位置和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)· 了解E-UTRAN的協(xié)議結(jié)構(gòu)和基本技術(shù)· 了解LTE應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)57 / 67目錄第1章 概述11.1 背景介紹11.1.1 移動通信演進(jìn)過程概述11.1.2 WCDMA、TD-SCDMA與CDMA2000制式對比21.1.3 WCDMA技術(shù)演進(jìn)過程21.1.4 TD-SCDMA技術(shù)演進(jìn)過程31.1.5 CDMA2000技術(shù)演進(jìn)過程41.2 LTE簡介和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展4第2章 LTE主要指標(biāo)和需求72.1 頻譜劃分82.2 峰值數(shù)據(jù)速率92.3 控制面延遲92.4

2、 用戶面延遲92.5 用戶吞吐量92.6 頻譜效率102.7 移動性102.8 覆蓋112.9 頻譜靈活性112.10 與現(xiàn)有3GPP系統(tǒng)的共存和互操作112.11 減小CAPEX和OPEX12第3章 LTE總體架構(gòu)133.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)133.2 無線協(xié)議結(jié)構(gòu)173.2.1 控制面協(xié)議結(jié)構(gòu)173.2.2 用戶面協(xié)議結(jié)構(gòu)183.3 S1和X2接口183.3.1 S1接口183.3.2 X2接口23第4章 物理層274.1 幀結(jié)構(gòu)274.2 物理資源274.3 物理信道294.4 傳輸信道314.5 傳輸信道與物理信道之間的映射324.6 物理信號334.7 物理層模型344.8 物理層過程374

3、.8.1 同步過程374.8.2 功率控制374.8.3 隨機(jī)接入過程37第5章 層2395.1 MAC子層405.1.1 MAC功能405.1.2 邏輯信道415.1.3 邏輯信道與傳輸信道之間的映射425.2 RLC子層435.2.1 RLC功能435.2.2 PDU結(jié)構(gòu)435.3 PDCP子層445.3.1 PDCP功能445.3.2 PDU結(jié)構(gòu)45第6章 RRC476.1 RRC功能476.2 RRC狀態(tài)486.3 NAS狀態(tài)與其與RRC狀態(tài)的關(guān)系496.4 RRC過程506.4.1 系統(tǒng)信息506.4.2 連接控制51第7章 LTE關(guān)鍵技術(shù)537.1 雙工方式537.2 多址方式53

4、7.3 多天線技術(shù)547.4 鏈路自適應(yīng)557.5 HARQ和ARQ557.5.1 HARQ557.5.2 ARQ567.5.3 HARQ/ARQ交互57第8章 縮略語59第9章 參考資料61第1章 概述& 知識點(diǎn)l 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程l WCDMA技術(shù)演進(jìn)過程l TD-SCDMA技術(shù)演進(jìn)過程l CDMA2000技術(shù)演進(jìn)過程1.1 背景介紹1.1.1 移動通信演進(jìn)過程概述移動通信從2G、3G到3.9G發(fā)展過程，是從低速語音業(yè)務(wù)到高速多媒體業(yè)務(wù)發(fā)展的過程。3GPP正逐漸完善R8的LTE標(biāo)準(zhǔn)：2008年12月R8 LTE RAN1凍結(jié)，2008年12月R8 LTE RAN2、RAN3、

5、RAN4完成功能凍結(jié)，2009年3月R8 LTE標(biāo)準(zhǔn)完成,此協(xié)議的完成能夠滿足LTE系統(tǒng)首次商用的基本功能。無線通信技術(shù)發(fā)展和演進(jìn)過程如下圖所示圖 1.11無線通信技術(shù)發(fā)展和演進(jìn)圖1.1.2 WCDMA、TD-SCDMA與CDMA2000制式對比表 1.11 3種制式對比制式WDMACDMA2000TD-SCDMA繼承基礎(chǔ)GSM窄帶CDMAGSM同步方式異步同步同步碼片速率3.84Mcps1.2288Mcps1.28Mcps系統(tǒng)帶寬5MHz1.25MHz1.6MHz核心網(wǎng)GSM MAPANSI-41GSM MAP語音編碼方式AMRQCELP,EVRC,VMR-WBAMR1.1.3 WCDMA技

6、術(shù)演進(jìn)過程WCDMA的技術(shù)發(fā)展路標(biāo)如下圖所示：圖 1.12WCDMA技術(shù)發(fā)展路標(biāo)1.1.4 TD-SCDMA技術(shù)演進(jìn)過程中興無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持TD近期演進(jìn)軟件平滑升級。TD 演進(jìn)可分為兩個階段，CDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)階段和OFDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)階段。CDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)階段可平滑演進(jìn)到HSPA+ 。頻譜效率接近LTE。圖 1.13 TD-SCDMA技術(shù)演進(jìn)過程1.1.5 CDMA2000技術(shù)演進(jìn)過程CDMA one是基于IS-95標(biāo)準(zhǔn)的各種CDMA產(chǎn)品的總稱，即所有基于CDMA one技術(shù)的產(chǎn)品，其核心技術(shù)均以IS-95作為標(biāo)準(zhǔn) 。CDMA2000 1x 在1.25MHz頻譜帶寬，單載扇提供307.2K高速分

7、組數(shù)據(jù)速率 ，1xEV-DO Rev.0提供2.4M下行峰值速率，Rev.A提供3.1M下行峰值速率。1 Mbps100 kbps1 Mbps10 Mbps100 Mbps3 Mbps2 Mbps100 MbpsEliminatingDeployingDevelopingCDMA2000 1xEV-DO Rev. 0CDMA2000 1xEV-DO Rev. AUplinkDown LinkCDMA2000 1xEV-DO Rev. BCDMA OneCDMA2000 1x圖 1.14 CDMA2000技術(shù)演進(jìn)過程1.2 LTE簡介和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展3GPP于2004年12月開始LTE相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)工作，

8、LTE是關(guān)于UTRAN和UTRA改進(jìn)的項(xiàng)目。3GPP標(biāo)準(zhǔn)制定分為提出需求、制定結(jié)構(gòu)、詳細(xì)實(shí)現(xiàn)、測試驗(yàn)證四個階段。3GPP以工作組的方式工作，與LTE直接相關(guān)的是RAN1/2/3/4/5工作組。圖 1.21 3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織與制定階段第2章 LTE主要指標(biāo)和需求& 知識點(diǎn)l 頻譜劃分l LTE系統(tǒng)需求l 與其他l 物理層信道與映射關(guān)系3GPP要求LTE支持的主要指標(biāo)和需求如下圖所示。圖 1.21LTE主要指標(biāo)和需求概括2.1 頻譜劃分E-UTRA的頻譜劃分如下表。表 2.11E-UTRA frequency bandsEUTRA Operating BandUplink (UL) ope

9、rating bandBS receiveUE transmitDownlink (DL) operating bandBS transmit UE receiveDuplex ModeFUL_low FUL_highFDL_low FDL_high11920 MHz 1980 MHz2110 MHz 2170 MHzFDD21850 MHz 1910 MHz1930 MHz1990 MHzFDD31710 MHz 1785 MHz1805 MHz1880 MHzFDD41710 MHz1755 MHz 2110 MHz2155 MHzFDD5824 MHz849 MHz869 MHz894M

10、HzFDD6830 MHz840 MHz875 MHz885 MHzFDD72500 MHz2570 MHz2620 MHz2690 MHzFDD8880 MHz915 MHz925 MHz960 MHzFDD91749.9 MHz1784.9 MHz1844.9 MHz1879.9 MHzFDD101710 MHz1770 MHz2110 MHz2170 MHzFDD111427.9 MHz 1452.9 MHz1475.9 MHz1500.9 MHzFDD12698 MHz716 MHz728 MHz746 MHzFDD13777 MHz787 MHz746 MHz756 MHzFDD14

11、788 MHz798 MHz758 MHz768 MHzFDD17704 MHz 716 MHz734 MHz746 MHzFDD.331900 MHz1920 MHz1900 MHz1920 MHzTDD342010 MHz2025 MHz 2010 MHz2025 MHzTDD351850 MHz 1910 MHz1850 MHz1910 MHzTDD361930 MHz 1990 MHz1930 MHz1990 MHzTDD371910 MHz 1930 MHz1910 MHz1930 MHzTDD382570 MHz 2620 MHz2570 MHz2620 MHzTDD391880

12、MHz 1920 MHz1880 MHz 1920 MHzTDD402300 MHz 2400 MHz2300 MHz 2400 MHzTDD2.2 峰值數(shù)據(jù)速率下行鏈路的瞬時峰值數(shù)據(jù)速率在20MHz下行鏈路頻譜分配的條件下，可以達(dá)到100Mbps（5 bps/Hz）（網(wǎng)絡(luò)側(cè)2發(fā)射天線，UE側(cè)2接收天線條件下）；上行鏈路的瞬時峰值數(shù)據(jù)速率在20MHz上行鏈路頻譜分配的條件下，可以達(dá)到50Mbps（2.5 bps/Hz）（UE側(cè)1發(fā)射天線情況下）。寬頻帶、MIMO、高階調(diào)制技術(shù)都是提高峰值數(shù)據(jù)速率的關(guān)鍵所在。2.3 控制面延遲從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)，也就是類似于從Release 6的空閑模式到CE

13、LL_DCH狀態(tài)，控制面的傳輸延遲時間小于100ms，這個時間不包括尋呼延遲時間和NAS延遲時間；從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)，也就是類似于從Release 6的CELL_PCH狀態(tài)到CELL_DCH狀態(tài)，控制面?zhèn)鬏斞舆t時間小于50ms，這個時間不包括DRX間隔。 另外控制面容量頻譜分配是5MHz的情況下，期望每小區(qū)至少支持200個激活狀態(tài)的用戶。 在更高的頻譜分配情況下，期望每小區(qū)至少支持400個激活狀態(tài)的用戶。2.4 用戶面延遲用戶面延遲定義為一個數(shù)據(jù)包從UE/RAN邊界節(jié)點(diǎn)（RAN edge node）的IP層傳輸?shù)絉AN邊界節(jié)點(diǎn)/UE的IP層的單向傳輸時間。這里所說的RAN邊界節(jié)點(diǎn)指的是RAN

14、和核心網(wǎng)的接口節(jié)點(diǎn)。在“零負(fù)載”（即單用戶、單數(shù)據(jù)流）和“小IP包”（即只有一個IP頭、而不包含任何有效載荷）的情況下，期望的用戶面延遲不超過5ms。2.5 用戶吞吐量下行鏈路：在5% CDF（累計分布函數(shù)）處的每MHz用戶吞吐量應(yīng)達(dá)到R6 HSDPA的23倍；每MHz平均用戶吞吐量應(yīng)達(dá)到R6 HSDPA的34倍。此時R6 HSDPA是1發(fā)1收，而LTE是2發(fā)2收。上行鏈路：在5% CDF處的每MHz用戶吞吐量應(yīng)達(dá)到R6 HSUPA的23倍；每MHz平均用戶吞吐量應(yīng)達(dá)到R6 HSUPA的23倍。此時R6 HSUPA是1發(fā)2收，LTE也是1發(fā)2收。2.6 頻譜效率下行鏈路：在一個有效負(fù)荷的網(wǎng)絡(luò)中

15、，LTE頻譜效率（用每站址、每Hz、每秒的比特數(shù)衡量）的目標(biāo)是R6 HSDPA的34倍。此時R6 HSDPA是1發(fā)1收，而LTE是2發(fā)2收。上行鏈路：在一個有效負(fù)荷的網(wǎng)絡(luò)中，LTE頻譜效率（用每站址、每Hz、每秒的比特數(shù)衡量）的目標(biāo)是R6 HSUPA的23倍。此時R6 HSUPA是1發(fā)2收，LTE也是1發(fā)2收。2.7 移動性E-UTRAN能為低速移動（015km/h）的移動用戶提供最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能，能為15120km/h的移動用戶提供高性能的服務(wù)，對120350km/h（甚至在某些頻段下，可以達(dá)到500km/h）速率移動的移動用戶能夠保持蜂窩網(wǎng)絡(luò)的移動性。在R6 CS域提供的話音和其它實(shí)時業(yè)務(wù)在

16、E-UTRAN中將通過PS域支持，這些業(yè)務(wù)應(yīng)該在各種移動速度下都能夠達(dá)到或者高于UTRAN的服務(wù)質(zhì)量。E-UTRA系統(tǒng)切換造成的中斷時間應(yīng)等于或者小于GERAN CS域的切換時間。超過250km/h的移動速度是一種特殊情況（如高速列車環(huán)境），E-UTRAN的物理層參數(shù)設(shè)計應(yīng)該能夠在最高350km/h的移動速度（在某些頻段甚至應(yīng)該支持500km/h）下保持用戶和網(wǎng)絡(luò)的連接。2.8 覆蓋E-UTRA系統(tǒng)應(yīng)該能在重用目前UTRAN站點(diǎn)和載頻的基礎(chǔ)上靈活地支持各種覆蓋場景，實(shí)現(xiàn)上述用戶吞吐量、頻譜效率和移動性等性能指標(biāo)。E-UTRA系統(tǒng)在不同覆蓋圍的性能要求如下：覆蓋半徑在5km：上述用戶吞吐量、頻譜

17、效率和移動性等性能指標(biāo)必須完全滿足；覆蓋半徑在30km：用戶吞吐量指標(biāo)可以略有下降，頻譜效率指標(biāo)可以下降、但仍在可接受圍，移動性指標(biāo)仍應(yīng)完全滿足；覆蓋半徑最大可達(dá)100km。2.9 頻譜靈活性頻譜靈活性一方面支持不同大小的頻譜分配，譬如E-UTRA可以在不同大小的頻譜中部署，包括1.4 MHz、3 MHz 、5 MHz、10 MHz、15 MHz 以與20 MHz，支持成對和非成對頻譜。頻譜靈活性另一方面支持不同頻譜資源的整合（diverse spectrum arrangements）。2.10 與現(xiàn)有3GPP系統(tǒng)的共存和互操作E-UTRA與其它3GPP系統(tǒng)的互操作需求包括但不限于：E-UT

18、RAN和UTRAN/GERAN多模終端支持對UTRAN/GERAN系統(tǒng)的測量，并支持E-UTRAN系統(tǒng)和UTRAN/GERAN系統(tǒng)之間的切換。E-UTRAN應(yīng)有效支持系統(tǒng)間測量。對于實(shí)時業(yè)務(wù)，E-UTRAN和UTRAN之間的切換中斷時間應(yīng)低于300ms。對于非實(shí)時業(yè)務(wù)，E-UTRAN和UTRAN之間的切換中斷時間應(yīng)低于500ms。對于實(shí)時業(yè)務(wù)，E-UTRAN和GERAN之間的切換中斷時間應(yīng)低于300ms。對于非實(shí)時業(yè)務(wù)，E-UTRAN和GERAN之間的切換中斷時間應(yīng)低于500ms。處于非激活狀態(tài)（類似R6 Idle模式或Cell_PCH狀態(tài)）的多模終端只需監(jiān)測GERAN，UTRA或E-UTRA

19、中一個系統(tǒng)的尋呼信息。2.11 減小CAPEX和OPEX體系結(jié)構(gòu)的扁平化和中間節(jié)點(diǎn)的減少使得設(shè)備成本和維護(hù)成本得以顯著降低。第3章 LTE總體架構(gòu)& 知識點(diǎn)l 無線協(xié)議結(jié)構(gòu)l S1接口l X2接口3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)LTE采用了與2G、3G均不同的空中接口技術(shù)、即基于OFDM技術(shù)的空中接口技術(shù)，并對傳統(tǒng)3G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，采用扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，亦即接入網(wǎng)E-UTRAN不再包含RNC，僅包含節(jié)點(diǎn)eNB，提供E-UTRA用戶面PDCP/RLC/MAC/物理層協(xié)議的功能和控制面RRC協(xié)議的功能。E-UTRAN的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見下圖的LTE E-UTRAN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示。圖 3.11E-UTRA

20、N結(jié)構(gòu)eNB之間由X2接口互連，每個eNB又和演進(jìn)型分組核心網(wǎng)EPC通過S1接口相連。S1接口的用戶面終止在服務(wù)網(wǎng)關(guān)S-GW上，S1接口的控制面終止在移動性管理實(shí)體MME上?？刂泼婧陀脩裘娴牧硪欢私K止在eNB上。上圖中各網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)的功能劃分如下：eNB功能LTE的eNB除了具有原來NodeB的功能之外，還承擔(dān)了原來RNC的大部分功能，包括有物理層功能、MAC層功能（包括HARQ）、RLC層（包括ARQ功能）、PDCP功能、RRC功能（包括無線資源控制功能）、調(diào)度、無線接入許可控制、接入移動性管理以與小區(qū)間的無線資源管理功能等。具體包括有：無線資源管理：無線承載控制、無線接納控制、連接移動性控制、

21、上下行鏈路的動態(tài)資源分配（即調(diào)度）等功能IP頭壓縮和用戶數(shù)據(jù)流的加密當(dāng)從提供給UE的信息無法獲知到MME的路由信息時，選擇UE附著的MME路由用戶面數(shù)據(jù)到S-GW調(diào)度和傳輸從MME發(fā)起的尋呼消息調(diào)度和傳輸從MME或O&M發(fā)起的廣播信息用于移動性和調(diào)度的測量和測量上報的配置調(diào)度和傳輸從MME發(fā)起的ETWS（即地震和海嘯預(yù)警系統(tǒng)）消息MME功能MME是SAE的控制核心，主要負(fù)責(zé)用戶接入控制、業(yè)務(wù)承載控制、尋呼、切換控制等控制信令的處理。MME功能與網(wǎng)關(guān)功能分離，這種控制平面/用戶平面分離的架構(gòu)，有助于網(wǎng)絡(luò)部署、單個技術(shù)的演進(jìn)以與全面靈活的擴(kuò)容。NAS信令NAS信令安全AS 安全控制3GPP

22、無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)間移動信令idle狀態(tài)UE的可達(dá)性（包括尋呼信號重傳的控制和執(zhí)行）跟蹤區(qū)列表管理P-GW 和S-GW 的選擇切換中需要改變MME時的MME選擇切換到2G或3GPP網(wǎng)絡(luò)時的SGSN選擇漫游鑒權(quán)包括專用承載建立的承載管理功能支持ETWS信號傳輸S-GW功能S-GW作為本地基站切換時的錨定點(diǎn)，主要負(fù)責(zé)以下功能：在基站和公共數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)之間傳輸數(shù)據(jù)信息；為下行數(shù)據(jù)包提供緩存；基于用戶的計費(fèi)等。eNB間切換時，本地的移動性錨點(diǎn)3GPP系統(tǒng)間的移動性錨點(diǎn)E-UTRAN idle狀態(tài)下，下行包緩沖功能、以與網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)業(yè)務(wù)請求過程的初始化合法偵聽包路由和前轉(zhuǎn)上、下行傳輸層包標(biāo)記運(yùn)營商間的計費(fèi)時，基于用戶

23、和QCI粒度統(tǒng)計分別以UE、PDN、QCI為單位的上下行計費(fèi)PDN網(wǎng)關(guān)（P-GW）功能公共數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)P-GW作為數(shù)據(jù)承載的錨定點(diǎn)，提供以下功能：包轉(zhuǎn)發(fā)、包解析、合法監(jiān)聽、基于業(yè)務(wù)的計費(fèi)、業(yè)務(wù)的QoS控制，以與負(fù)責(zé)和非3GPP網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)等?；诿坑脩舻陌^濾（例如借助深度包探測方法）合法偵聽UE 的IP地址分配下行傳輸層包標(biāo)記上下行業(yè)務(wù)級計費(fèi)、門控和速率控制基于聚合最大比特速率（AMBR）的下行速率控制從上圖中可見，新的LTE架構(gòu)中，沒有了原有的Iu和Iub以與Iur接口，取而代之的是新接口S1和X2。E-UTRAN和EPC之間的功能劃分圖，可以從LTE在S1接口的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖來描述，如下圖所示

24、黃色框?yàn)檫壿嫻?jié)點(diǎn)，白色框?yàn)榭刂泼婀δ軐?shí)體，藍(lán)色框?yàn)闊o線協(xié)議層。圖 3.12E-UTRAN和EPC的功能劃分3.2 無線協(xié)議結(jié)構(gòu)3.2.1 控制面協(xié)議結(jié)構(gòu)控制面協(xié)議結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖 3.21控制面協(xié)議棧PDCP在網(wǎng)絡(luò)側(cè)終止于eNB，需要完成控制面的加密、完整性保護(hù)等功能。RLC和MAC在網(wǎng)絡(luò)側(cè)終止于eNB，在用戶面和控制面執(zhí)行功能沒有區(qū)別。RRC在網(wǎng)絡(luò)側(cè)終止于eNB，主要實(shí)現(xiàn)廣播、尋呼、RRC連接管理、RB控制、移動性功能、UE的測量上報和控制功能。NAS控制協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)側(cè)終止于MME，主要實(shí)現(xiàn)EPS承載管理、鑒權(quán)、ECM（EPS連接性管理）idle狀態(tài)下的移動性處理、ECM idle狀態(tài)下發(fā)起

25、尋呼、安全控制功能。3.2.2 用戶面協(xié)議結(jié)構(gòu)用戶面協(xié)議結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖 3.22 用戶面協(xié)議棧用戶面PDCP、RLC、MAC在網(wǎng)絡(luò)側(cè)均終止于eNB，主要實(shí)現(xiàn)頭壓縮、加密、調(diào)度、ARQ和HARQ功能。3.3 S1和X2接口與2G、3G都不同，S1和X2均是LTE新增的接口。3.3.1 S1接口S1接口定義為E-UTRAN和EPC之間的接口。S1接口包括兩部分：控制面S1-MME接口和用戶面S1-U接口。S1-MME接口定義為eNB和MME之間的接口；S1-U定義為eNB和S-GW之間的接口。下圖為S1-MME和S1-U接口的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)。圖 3.31S1 接口控制面 (eNB-MME)圖 3.

26、32S1接口用戶面（(eNB- S-GW)已經(jīng)確定的S1接口支持功能包括有：E-RAB業(yè)務(wù)管理功能建立，修改，釋放UE在ECM-CONNECTED狀態(tài)下的移動性功能LTE系統(tǒng)切換與3GPP系統(tǒng)間切換S1尋呼功能NAS信令傳輸功能S1接口管理功能：錯誤指示復(fù)位網(wǎng)絡(luò)共享功能漫游和區(qū)域限制支持功能NAS節(jié)點(diǎn)選擇功能初始上下文建立功能UE上下文修改功能MME負(fù)載均衡功能位置上報功能ETWS消息傳輸功能過載功能RAN信息管理功能已經(jīng)確定的S1接口的信令過程有：E-RAB信令過程：E-RAB建立過程E-RAB修改過程MME發(fā)起的E-RAB釋放過程eNB發(fā)起的E-RAB釋放過程切換信令過程：切換準(zhǔn)備過程切換

27、資源分配過程切換結(jié)束過程切換取消過程尋呼過程N(yùn)AS傳輸過程：上行直傳（初始UE消息）上行直傳（上行NAS傳輸）下行直傳（下行NAS傳輸）錯誤指示過程：eNB發(fā)起的錯誤指示過程MME 發(fā)起的錯誤指示過程復(fù)位過程eNB發(fā)起的復(fù)位過程MME發(fā)起的復(fù)位過程初始上下文建立過程UE上下文修改過程S1建立過程eNB配置更新過程MME配置更新過程位置上報過程：位置上報控制過程位置報告過程位置報告失敗指示過程過載啟動過程過載停止過程寫置換預(yù)警過程直傳信息轉(zhuǎn)移過程下圖是一個S1接口信令過程示例：圖 3.33初始上下文建立過程（藍(lán)色部分) in Idle-to-Active procedureS1接口和X2接口類似

28、的地方是：S1-U和X2-U使用同樣的用戶面協(xié)議，以便于eNB在數(shù)據(jù)反傳（data forward）時，減少協(xié)議處理。3.3.2 X2接口X2接口定義為各個eNB之間的接口。X2接口包含X2-CP和X2-U兩部分，X2-CP是各個eNB之間的控制面接口，X2-U是各個eNB之間的用戶面接口。下圖為X2-CP和X2-U接口的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)。圖 3.34X2接口控制面圖 3.35X2接口用戶面X2-CP支持以下功能：UE在ECM-CONNECTED狀態(tài)下LTE系統(tǒng)的移動性支持上下文從源eNB到目標(biāo)eNB的轉(zhuǎn)移源eNB和目標(biāo)eNB之間的用戶面通道控制切換取消上行負(fù)荷管理通常的X2接口管理和錯誤處理功能：

29、錯誤指示已經(jīng)確定的X2-CP接口的信令過程包括有：切換準(zhǔn)備切換取消UE上下文釋放錯誤指示負(fù)載管理小區(qū)間負(fù)載管理通過X2接口來實(shí)現(xiàn)。LOAD INDICATOR消息用做eNB間的負(fù)載狀態(tài)通訊，如下圖所示：圖 3.36X2接口LOAD INDICATOR消息第4章 物理層4.1 幀結(jié)構(gòu)LTE支持兩種類型的無線幀結(jié)構(gòu)：類型1，適用于FDD模式；類型2，適用于TDD模式；幀結(jié)構(gòu)類型1如下圖所示。每一個無線幀長度為10ms，分為10個等長度的子幀，每個子幀又由2個時隙構(gòu)成，每個時隙長度均為0.5ms。圖 4.11 幀結(jié)構(gòu)類型1對于FDD，在每一個10ms中，有10個子幀可以用于下行傳輸，并且有10個子幀

30、可以用于上行傳輸。上下行傳輸在頻域上進(jìn)行分開。4.2 物理資源LTE上下行傳輸使用的最小資源單位叫做資源粒子（RE：Resource Element）。LTE在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，將上下行時頻域物理資源組成資源塊（RB：Resource Block），作為物理資源單位進(jìn)行調(diào)度與分配。一個RB由若干個RE組成，在頻域上包含12個連續(xù)的子載波、在時域上包含7個連續(xù)的OFDM符號（在Extended CP情況下為6個），即頻域?qū)挾葹?80kHz，時間長度為0.5ms。下行和上行時隙的物理資源結(jié)構(gòu)圖分別如下面兩個圖所示。圖 4.21 下行時隙的物理資源結(jié)構(gòu)圖圖 4.22 上行時隙的物理資源結(jié)構(gòu)圖4.3 物

31、理信道下行物理信道有：1.物理廣播信道PBCH已編碼的BCH傳輸塊在40ms的間隔映射到4個子幀；40ms定時通過盲檢測得到，即沒有明確的信令指示40ms的定時；在信道條件足夠好時，PBCH所在的每個子幀都可以獨(dú)立解碼。2.物理控制格式指示信道PCFICH將PDCCH占用的OFDM符號數(shù)目通知給UE；在每個子幀中都有發(fā)射。3.物理下行控制信道PDCCH將PCH和DL-SCH的資源分配、以與與DL-SCH相關(guān)的HARQ信息通知給UE；承載上行調(diào)度賦予信息。4.物理HARQ指示信道PHICH承載上行傳輸對應(yīng)的HARQ ACK/NACK信息。5.物理下行共享信道PDSCH承載DL-SCH和PCH信息

32、。6.物理多播信道PMCH承載MCH信息。上行物理信道有：1.物理上行控制信道PUCCH承載下行傳輸對應(yīng)的HARQ ACK/NACK信息；承載調(diào)度請求信息；承載CQI報告信息。2.物理上行共享信道PUSCH承載UL-SCH信息。3.物理隨機(jī)接入信道PRACH承載隨機(jī)接入前導(dǎo)。4.4 傳輸信道下行傳輸信道類型有：1.廣播信道BCH固定的預(yù)定義的傳輸格式；要求廣播到小區(qū)的整個覆蓋區(qū)域。2.下行共享信道DL-SCH支持HARQ；支持通過改變調(diào)制、編碼模式和發(fā)射功率來實(shí)現(xiàn)動態(tài)鏈路自適應(yīng)；能夠發(fā)送到整個小區(qū)；能夠使用波束賦形；支持動態(tài)或半靜態(tài)資源分配；支持UE非連續(xù)接收（DRX）以節(jié)省UE電源；支持MB

33、MS傳輸。3.尋呼信道PCH支持UE DRX以節(jié)省UE電源（DRX周期由網(wǎng)絡(luò)通知UE）；要求發(fā)送到小區(qū)的整個覆蓋區(qū)域；映射到業(yè)務(wù)或其它控制信道也動態(tài)使用的物理資源上。4.多播信道MCH要求發(fā)送到小區(qū)的整個覆蓋區(qū)域；對于單頻點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)MBSFN支持多小區(qū)的MBMS傳輸?shù)暮喜?；支持半靜態(tài)資源分配。上行傳輸信道類型有：1.上行共享信道UL-SCH能夠使用波束賦形；支持通過改變發(fā)射功率和潛在的調(diào)制、編碼模式來實(shí)現(xiàn)動態(tài)鏈路自適應(yīng)；支持HARQ；支持動態(tài)或半靜態(tài)資源分配。2.隨機(jī)接入信道RACH承載有限的控制信息；有碰撞風(fēng)險。4.5 傳輸信道與物理信道之間的映射下行和上行傳輸信道與物理信道之間的映射關(guān)系分別如

34、下面兩個圖所示。圖 4.51 下行傳輸信道與物理信道的映射關(guān)系圖圖 4.52 上行傳輸信道與物理信道的映射關(guān)系圖4.6 物理信號物理信號對應(yīng)物理層若干RE，但是不承載任何來自高層的信息。下行物理信號包括有參考信號（Reference signal）和同步信號（Synchronization signal）。1.參考信號下行參考信號包括下面3種：小區(qū)特定（Cell-specific）的參考信號，與非MBSFN傳輸關(guān)聯(lián)MBSFN參考信號，與MBSFN傳輸關(guān)聯(lián)UE特定（UE-specific）的參考信號2.同步信號同步信號包括下面2種：主同步信號（Primary synchronization si

35、gnal）輔同步信號（Secondary synchronization signal）對于FDD，主同步信號映射到時隙0和時隙10的最后一個OFDM符號上，輔同步信號則映射到時隙0和時隙10的倒數(shù)第二個OFDM符號上。上行物理信號包括有參考信號（Reference signal）。3.參考信號上行鏈路支持兩種類型的參考信號：解調(diào)用參考信號（Demodulation reference signal）：與PUSCH或PUCCH傳輸有關(guān)探測用參考信號（Sounding reference signal）：與PUSCH或PUCCH傳輸無關(guān)解調(diào)用參考信號和探測用參考信號使用一樣的基序列集合。4.7

36、物理層模型下邊幾個圖形分別描述各類信道的物理層模型。圖中的NodeB在LTE中都稱為eNode B或eNB。圖 4.71DL-SCH物理層模型圖 4.72BCH 物理層模型圖 4.73PCH 物理層模型圖 4.74MCH物理層模型圖 4.75UL-SCH 物理層模型4.8 物理層過程4.8.1 同步過程小區(qū)搜索UE通過小區(qū)搜索過程來獲得與一個小區(qū)的時間和頻率同步，并檢測出該小區(qū)的小區(qū)ID。E-UTRA小區(qū)搜索基于主同步信號、輔同步信號、以與下行參考信號完成。定時同步定時同步（Timing synchronisation）包括無線鏈路監(jiān)測（Radio link monitoring）、小區(qū)間同步

37、（Inter-cell synchronisation）、發(fā)射定時調(diào)整（Transmission timing adjustment）等。4.8.2 功率控制下行功率控制決定每個資源粒子的能量（EPRE：energy per resource element）。資源粒子能量表示插入CP之前的能量。資源粒子能量同時表示應(yīng)用的調(diào)制方案中所有星座點(diǎn)上的平均能量。上行功率控制決定物理信道中一個DFT-SOFDM符號的平均功率。上行功率控制（Uplink power control）上行功率控制控制不同上行物理信道的發(fā)射功率。下行功率分配（Downlink power allocation）eNB決定每

38、個資源粒子的下行發(fā)射能量。4.8.3 隨機(jī)接入過程在非同步物理層隨機(jī)接入過程初始化之前，物理層會從高層收到以下信息： 隨機(jī)接入信道參數(shù)（PRACH配置，頻率位置和前導(dǎo)格式）； 用于決定小區(qū)中根序列碼與其在前導(dǎo)序列集合中的循環(huán)移位值的參數(shù)（根序列表格索引，循環(huán)移位，集合類型（非限制集合或限制集合）。從物理層的角度看，隨機(jī)接入過程包括隨機(jī)接入前導(dǎo)的發(fā)送和隨機(jī)接入響應(yīng)。被高層調(diào)度到共享數(shù)據(jù)信道的剩余消息傳輸不在物理層隨機(jī)接入過程中考慮。物理層隨機(jī)接入過程包括如下步驟：1.由高層通過前導(dǎo)發(fā)送請求來觸發(fā)物理層過程。2.高層請求中包括前導(dǎo)索引（preamble index），前導(dǎo)接收功率目標(biāo)值（PREAM

39、BLE_RECEIVED_TARGET_POWER），對應(yīng)的隨機(jī)接入無線網(wǎng)絡(luò)臨時標(biāo)識（RA-RNTI），以與PRACH資源。3.確定前導(dǎo)發(fā)射功率：PPRACH = minPmax, PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER + PL，其中Pmax表示高層配置的最大允許功率，PL表示UE計算的下行路損估計。4.使用前導(dǎo)索引在前導(dǎo)序列集中選擇前導(dǎo)序列。5.使用選中的前導(dǎo)序列，在指示的PRACH資源上，使用傳輸功率PPRACH進(jìn)行一次前導(dǎo)傳輸。6.在高層控制的隨機(jī)接入響應(yīng)窗中檢測與RA-RNTI關(guān)聯(lián)的PDCCH。如果檢測到，對應(yīng)的PDSCH傳輸塊將被送往高層，高層解析傳輸塊、并將

40、20比特的UL-SCH授權(quán)指示給物理層。第5章 層2層2包括PDCP、RLC和MAC三個子層，下行和上行的層2結(jié)構(gòu)分別如下面兩個圖所示。圖 4.81層 2下行結(jié)構(gòu)圖圖 4.82層2上行結(jié)構(gòu)圖圖中各個子層之間的連接點(diǎn)稱為服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）。PDCP向上提供的服務(wù)是無線承載，提供可靠頭壓縮（ROHC）功能與安全保護(hù)。物理層和MAC子層之間的SAP提供傳輸信道，MAC子層和RLC子層之間的SAP提供邏輯信道。MAC子層提供邏輯信道（無線承載）到傳輸信道（傳輸塊）的復(fù)用與映射。非MIMO情形下，不論上行和下行，在每個TTI（1ms）只產(chǎn)生一個傳輸塊。5.1 MAC子層5.1.1 MAC功能MAC子層

41、的主要功能包括有：邏輯信道與傳輸信道之間的映射；MAC業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU）的復(fù)用/解復(fù)用；調(diào)度信息上報；通過HARQ進(jìn)行錯誤糾正；同一個UE不同邏輯信道之間的優(yōu)先級管理；通過動態(tài)調(diào)度進(jìn)行的UE之間的優(yōu)先級管理；傳輸格式選擇；填充。5.1.2 邏輯信道MAC提供不同種類的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。每個邏輯信道類型根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的種類來定義。邏輯信道總體上可以分為下面兩大類：控制信道（Control Channel，用于控制面信息傳輸）業(yè)務(wù)信道（Traffic Channel，用于用戶面信息傳輸）控制信道包括有：廣播控制信道（Broadcast Control Channel，BCCH）下行信道，廣播系統(tǒng)控制

42、信息尋呼控制信道（Paging Control Channel，PCCH）下行信道，傳輸尋呼信息和系統(tǒng)信息改變通知。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不知道UE小區(qū)位置時用此信道進(jìn)行尋呼。公共控制信道（Common Control Channel，CCCH）用于UE和網(wǎng)絡(luò)之間傳輸控制信息。該信道用于UE與網(wǎng)絡(luò)沒有RRC連接的情況。多播控制信道（Multicast Control Channel，MCCH）點(diǎn)到多點(diǎn)的下行信道，為1條或多條MTCH信道傳輸網(wǎng)絡(luò)到UE的MBMS控制信息。該信道只對能夠接收MBMS的UE有效。專用控制信道（Dedicated Control Channel，DCCH）點(diǎn)到點(diǎn)的雙向信道，在UE和網(wǎng)

43、絡(luò)之間傳輸專用控制信息。用于UE存在RRC連接的情況。業(yè)務(wù)信道包括有：專用業(yè)務(wù)信道（Dedicated Traffic Channel，DTCH）點(diǎn)到點(diǎn)雙向信道，專用于一個UE，用于傳輸用戶信息。多播業(yè)務(wù)信道（Multicast Traffic Channel，MTCH）點(diǎn)到多點(diǎn)下行信道，用于網(wǎng)絡(luò)向UE發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。該信道只對能夠接收MBMS的UE有效。5.1.3 邏輯信道與傳輸信道之間的映射下行和上行傳輸信道與物理信道之間的映射關(guān)系分別如下面兩個圖所示。圖 5.11 下行邏輯信道與傳輸信道映射關(guān)系圖圖 5.12 上行邏輯信道與傳輸信道映射關(guān)系圖5.2 RLC子層5.2.1 RLC功能RLC子

44、層的主要功能包括有：上層PDU傳輸；通過ARQ進(jìn)行錯誤修正（僅對AM模式有效）；RLC SDU的級聯(lián)，分段和重組（僅對UM和AM模式有效）；RLC數(shù)據(jù)PDU的重新分段（僅對AM模式有效）；上層PDU的順序傳送（僅對UM和AM模式有效）；重復(fù)檢測（僅對UM和AM模式有效）；協(xié)議錯誤檢測與恢復(fù)；RLC SDU的丟棄（僅對UM和AM模式有效）；RLC重建。5.2.2 PDU結(jié)構(gòu)RLC PDU結(jié)構(gòu)如下圖所示：RLC頭攜帶的PDU序列號與SDU序列號（即PDCP序列號）獨(dú)立；圖中紅色的虛線表示分段的位置；圖 5.21 RLC PDU結(jié)構(gòu)5.3 PDCP子層5.3.1 PDCP功能PDCP子層用戶面的主要

45、功能包括有：頭壓縮與解壓縮：只支持ROHC算法；用戶數(shù)據(jù)傳輸；RLC AM模式下，PDCP重建過程中對上層PDU的順序傳送；RLC AM模式下，PDCP重建過程中對下層SDU的重復(fù)檢測；RLC AM模式下，切換過程中PDCP SDU的重傳；加密、解密；上行鏈路基于定時器的SDU丟棄功能。PDCP子層控制面的主要功能包括有：加密和完整性保護(hù)；控制面數(shù)據(jù)傳輸。5.3.2 PDU結(jié)構(gòu)下圖是PDCP PDU結(jié)構(gòu)圖：PDCP PDU和PDCP頭均為8位組的倍數(shù)；PDCP頭可以是一個字節(jié)或者兩個字節(jié)長。圖 5.31PDCP PDU結(jié)構(gòu)第6章 RRC6.1 RRC功能RRC的主要功能包括有：1.NAS層相關(guān)

46、的系統(tǒng)信息廣播；2.AS層相關(guān)的系統(tǒng)信息廣播；3.尋呼；4.UE和E-UTRAN間的RRC連接建立、保持和釋放，包括：UE和E-UTRAN之間的臨時標(biāo)識符分配；為RRC連接配置信令無線承載（SRB）：低優(yōu)先級和高優(yōu)先級的SRB。5.包括密鑰管理在的安全管理；6.建立、配置、保持和釋放點(diǎn)對點(diǎn)RB；7.移動性管理，包括：針對小區(qū)間和RAT間移動性的UE測量上報和上報控制；切換；UE小區(qū)選擇和重選，以與小區(qū)選擇和重選控制；切換過程中的上下文轉(zhuǎn)發(fā)。8.MBMS業(yè)務(wù)通知；9.為MBMS業(yè)務(wù)建立、配置、保持和釋放RB；10.QoS管理功能；11.UE測量上報與上報控制；12.NAS直傳消息傳輸。6.2 R

47、RC狀態(tài)RRC的狀態(tài)分為RRC_IDLE和RRC_CONNECTED兩種：1.空閑狀態(tài)（RRC_IDLE）：PLMN選擇；NAS配置的DRX；系統(tǒng)信息廣播；尋呼；小區(qū)重選移動性；UE將被分配一個在跟蹤區(qū)（TA）圍唯一的標(biāo)識；eNB中沒有存儲RRC上下文。2.連接狀態(tài)（RRC_CONNECTED）：UE有一個E-UTRAN-RRC連接；UE在E-UTRAN中有上下文；E-UTRAN知道UE歸屬哪個小區(qū)；網(wǎng)絡(luò)可以與UE之間進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)；網(wǎng)絡(luò)控制的移動性（切換）；鄰區(qū)測量；RRC_CONNECTED狀態(tài)的PDCP/RLC/MAC特點(diǎn)：UE可以與網(wǎng)絡(luò)之間收發(fā)數(shù)據(jù)；UE監(jiān)聽與共享數(shù)據(jù)信道相關(guān)的控制信令信

48、道來查看在共享數(shù)據(jù)信道上是否有分配給此UE的傳輸； UE也上報信道質(zhì)量信息和反饋信息給eNB；DRX周期可以根據(jù)UE的活動水平來配置以達(dá)到終端節(jié)電和提高資源利用率的目的。該功能由eNB控制。6.3 NAS狀態(tài)與其與RRC狀態(tài)的關(guān)系NAS狀態(tài)模型可以用EPS移動性管理（EMM）狀態(tài)和EPS連接管理（ECM）狀態(tài)兩維狀態(tài)模型來描述：1.EMM狀態(tài)：EMM-DEREGISTERED狀態(tài)；EMM-REGISTERED狀態(tài)。2.ECM狀態(tài)：ECM-IDLE狀態(tài)；ECM-CONNECTED狀態(tài)。注意EMM狀態(tài)和ECM狀態(tài)是相互獨(dú)立的。NAS狀態(tài)與RRC狀態(tài)之間的關(guān)系如下所示：1.EMM-DEREGISTE

49、RED狀態(tài) + ECM-IDLE狀態(tài) Þ RRC_IDLE狀態(tài)：移動性特征包括有：PLMN選擇；UE位置：不被網(wǎng)絡(luò)所知。2.EMM-REGISTERED狀態(tài) + ECM-IDLE狀態(tài) Þ RRC_IDLE狀態(tài)：移動性特征包括有：小區(qū)選擇；UE位置：在跟蹤區(qū)級別被網(wǎng)絡(luò)所知。3.EMM-REGISTERED狀態(tài) + ECM-CONNECTED狀態(tài) +無線承載已建立 Þ RRC_CONNECTED狀態(tài)：移動性特征包括有：切換；UE位置：在小區(qū)級別被網(wǎng)絡(luò)所知。6.4 RRC過程RRC過程主要包括：系統(tǒng)信息（System Information）、連接控制（Connecti

50、on Control）、移動性過程、測量、信息直傳等。6.4.1 系統(tǒng)信息系統(tǒng)信息分為主信息塊（MIB：MasterInformationBlock）和一系列系統(tǒng)信息塊（SIB：SystemInformationBlock）：主信息塊（MasterInformationBlock）：定義小區(qū)最重要的物理層信息，用于接收進(jìn)一步的系統(tǒng)信息；系統(tǒng)信息塊類型1（SystemInformationBlockType1）：包含評估UE是否允許被接入一個小區(qū)的相關(guān)信息，以與對其它系統(tǒng)信息塊的調(diào)度進(jìn)行定義；系統(tǒng)信息塊類型2（SystemInformationBlockType2）：包含公共享信道信息；系統(tǒng)信息

51、塊類型3（SystemInformationBlockType3）：包含小區(qū)重選信息，主要與服務(wù)小區(qū)相關(guān)；系統(tǒng)信息塊類型4（SystemInformationBlockType4）：包含小區(qū)重選相關(guān)的服務(wù)頻點(diǎn)和同頻鄰小區(qū)信息；系統(tǒng)信息塊類型5（SystemInformationBlockType5）：包含小區(qū)重選相關(guān)的其它E-UTRA頻點(diǎn)和異頻鄰小區(qū)信息；系統(tǒng)信息塊類型6（SystemInformationBlockType6）：包含小區(qū)重選相關(guān)的UTRA頻點(diǎn)和UTRA鄰小區(qū)信息；系統(tǒng)信息塊類型7（SystemInformationBlockType7）：包含小區(qū)重選相關(guān)的GERAN頻點(diǎn)信息；

52、系統(tǒng)信息塊類型8（SystemInformationBlockType8）：包含小區(qū)重選相關(guān)的CDMA2000頻點(diǎn)和CDMA2000鄰小區(qū)信息；系統(tǒng)信息塊類型9（SystemInformationBlockType9）：包含家庭基站標(biāo)識（HNBID：home eNB identifier）；系統(tǒng)信息塊類型10（SystemInformationBlockType10）：包含ETWS主通知（ETWS primary notification）；系統(tǒng)信息塊類型11（SystemInformationBlockType11）：包含ETWS輔通知（ETWS secondary notification）；MIB（主信息塊）映射到BCCH和BCH上，其它SI（系統(tǒng)信息）消息映射到BCCH和DL-SCH上、此時通過SI-RNTI（System Information RNTI）進(jìn)行標(biāo)識。MIB使用固定的調(diào)度周期40ms，SystemInformationBlockType1使