LTE基礎(chǔ)知識介紹

LTE/LTE-A基礎(chǔ)

知識介紹1LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024目錄概述網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)空中接口MAC層介紹物理層技術(shù)物理層過程2LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024陸地移動通信標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展

3LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/20243GPP組織結(jié)構(gòu)

4LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE需求(1/2)

什么是LTE?——UTRA的長期演進(jìn)，LongTimeEvolution滿足更低傳輸時(shí)延、提供更高用戶傳輸速率、增加容量和覆蓋、減少運(yùn)營費(fèi)用、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、采用更大載波帶寬，優(yōu)化分組數(shù)據(jù)域業(yè)務(wù)傳輸容量提升峰值速率：下行100Mbps，上行50Mbps(20MHz帶寬）頻譜效率：下行是HSDPA的3-4倍，上行是HSUPA的2-3倍覆蓋增強(qiáng)提高“小區(qū)邊緣比特率”，5km滿足最優(yōu)容量，30km輕微下降，支持100km的覆蓋半徑質(zhì)量優(yōu)化時(shí)延：用戶面小于5ms，控制面小于100ms5LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE需求(2/2)

移動性提高0~15km/h性能最優(yōu)，15~120km/h高性能，支持120~350km/h，甚至在某些頻段支持500km/h服務(wù)內(nèi)容綜合多樣化高性能的廣播業(yè)務(wù)，MBMS，提高實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)支持能力，VoIP達(dá)到UTRAN電路域性能運(yùn)維成本降低扁平、簡化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，降低運(yùn)營維護(hù)成本6LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024從3G到LTE/LTE-A

LTE與3G技術(shù)的區(qū)別：上下行鏈路分別選擇SC-FDMA和OFDMA無線接入方式同時(shí)支持時(shí)域和頻域的調(diào)度提供點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)傳輸?shù)暮唵涡诺澜Y(jié)構(gòu)簡單的RRC狀態(tài)模式（僅有RRC_CONNECTED和RRC_IDLE）減少了傳輸信道的數(shù)量（無需專用信道）MAC功能簡化7LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE/LTE-A標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

82004年底提出，2008年底完成2008年底開始，2009年底完成2008年初即提出概念，2011年年底完成LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE

R8基本特點(diǎn)(1/2)

91、良好的抗衰落特性（每個(gè)子載波看成是多個(gè)平坦衰落的信道）2、抗多徑時(shí)延引起的碼間干擾（CP的時(shí)間間隔長于信道的最大時(shí)延擴(kuò)展）3、能夠靈活地進(jìn)行多用戶調(diào)度4、易實(shí)現(xiàn)（DFT快速算法的成熟）1、相比于OFDMA具有較小的峰均功率比（PAPR），適用于功率較小的終端2、LTE采用基于頻域生成的單載波方法——DFT擴(kuò)展OFDM（DFT-S-OFDM）

作為具體實(shí)現(xiàn)方法多址技術(shù)LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE

R8基本特點(diǎn)(2/2)

10MIMO技術(shù)在LTE中得到了充分了的利用，不僅收發(fā)的天線數(shù)明顯增加，MIMO傳輸模式也更加豐富。下行MIMO技術(shù)空間復(fù)用空間分集波束賦型空分多址（多用戶MIMO）上行MIMO技術(shù)上行傳輸天線選擇多用戶MIMOLTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE

R9基本特點(diǎn)

11基于R8的增強(qiáng)BECDA終端定位業(yè)務(wù)

（LoCationService）增強(qiáng)下行傳輸

（引入雙流Beamforming）增強(qiáng)的多媒體廣播多播業(yè)務(wù)（MBMS）家庭基站（HomeeNodeB）功能增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)自優(yōu)化（SON）LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE-A

R10~R12基本特點(diǎn)12多個(gè)小區(qū)協(xié)同

為用戶服務(wù)，能有效提高小區(qū)邊緣的通信質(zhì)量增加一些新的

中繼節(jié)點(diǎn)，

拉近天線和終端的距離通過增加天線的數(shù)量以提高峰值頻譜效率通過對頻域進(jìn)行擴(kuò)充，進(jìn)一步

提高帶寬載波

聚合多天線擴(kuò)展多點(diǎn)協(xié)作中繼技術(shù)為了滿足IMT-A的指標(biāo)要求，LTE-A的提升和增強(qiáng)主要包括：LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024TDD-LTE與FDD-LTE

13LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024TDD-LTE與FDD-LTE

FS1_幀結(jié)構(gòu)（FDD-LTE）14LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024TDD-LTE與FDD-LTE

基于TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保留三個(gè)特殊時(shí)隙DwPTS、GP、UpPTS可靈活配置，支持各種尺寸的小區(qū)，提供與各種上下行比例的TD-SCDMA的共存的可能性FS2_幀結(jié)構(gòu)（TD-LTE）15LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024目錄概述網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)空中接口MAC層介紹物理層技術(shù)物理層過程16LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

17演進(jìn)后的核心網(wǎng)EPC演進(jìn)后的接入網(wǎng)E-UTRANLTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

18演進(jìn)后的核心網(wǎng)EPCMME：移動性管理實(shí)體（MobilityManagementEntity），EPC的控制面結(jié)點(diǎn)。處理UE和核心網(wǎng)間信令交互的控制節(jié)點(diǎn)。S-GW：業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)（ServiceGateway），EPC和E-UTRAN之間的用戶面結(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)路由前傳、移動錨點(diǎn)。用戶IP包通過S-GW發(fā)送。P-GW：分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)（PacketDataNetworkGateway），連接EPC和Internet。負(fù)責(zé)UEIP地址分配、數(shù)據(jù)包過濾和QoS保證。HSS：本地子載波服務(wù)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫（HomeSubcarrierService）。存儲子載波的信息。LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

19演進(jìn)后的接入網(wǎng)E-UTRAN扁平的RAN結(jié)構(gòu)：取消了RNC，由eNB組成；eNB通過S1-U連接到S-GW，通過S1-C連接到MME，降低時(shí)延。eNB間通過X2接口進(jìn)行連接LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

20eNB是E-UTRAN側(cè)的S1接入點(diǎn)，MME或S-GW是EPC側(cè)的S1接入點(diǎn)。邏輯節(jié)點(diǎn)、功能實(shí)體和協(xié)議層之間的關(guān)系及功能劃分LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024目錄概述網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)空中接口MAC層介紹物理層技術(shù)物理層過程21LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE空中接口

22無線接口是指終端和接入網(wǎng)之間的接口，簡稱Uu接口，通常我們也稱為空中接口。無線接口協(xié)議主要是用來建立、重配置和釋放各種無線承載業(yè)務(wù)的。（UE-eNB）沿襲了承載和控制相分離的思想，S1接口也分為用戶平面和控制平面?？刂泼鎱f(xié)議：控制無線業(yè)務(wù)的接入及UE和網(wǎng)絡(luò)間各方面的連接控制用戶面協(xié)議：實(shí)現(xiàn)無線承載業(yè)務(wù)的接入和信令的接入LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE空中接口

23控制面協(xié)議棧NAS控制協(xié)議實(shí)體位于終端UE和移動管理實(shí)體MME內(nèi)，主要負(fù)責(zé)對非接入層部分的控制和管理RRC協(xié)議實(shí)體位于UE和eNB網(wǎng)絡(luò)實(shí)體內(nèi)，主要負(fù)責(zé)對接入層的控制和管理（廣播、尋呼、RRC連接管理、無線承載控制、移動性管理等）PDCP完成對控制平面RRC協(xié)議數(shù)據(jù)的加解密和完整性保護(hù)功能數(shù)據(jù)鏈路層和物理層提供對RRC消息的數(shù)據(jù)傳輸功能LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE空中接口

24用戶面協(xié)議棧PDCP完成對業(yè)務(wù)平面數(shù)據(jù)的加解密和完整性保護(hù)功能物理層為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸功能。物理層通過傳輸信道為MAC子層提供相應(yīng)的服務(wù)MAC子層通過邏輯信道向RLC子層提供相應(yīng)的服務(wù)。RLC子層通過無線承載向上層提供相應(yīng)的服務(wù)LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE空中接口

25協(xié)議棧功能示意（用戶平面）LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTEMAC架構(gòu)

26LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTEMAC功能

27eNB和UE中MAC實(shí)體共有的功能：邏輯信道和傳輸信道的映射復(fù)用：將來自邏輯信道的MACSDU復(fù)用為傳輸塊，通過傳輸信道傳到物理層解復(fù)用：將傳輸信道上來自物理層的傳輸塊解復(fù)用為邏輯信道上的MACSDUHARQ實(shí)體eNB和UE中MAC實(shí)體特有的功能：用戶無線資源分配：時(shí)域和頻域、發(fā)射層數(shù)、天線數(shù)、發(fā)射功率通過動態(tài)調(diào)度在UE之間的優(yōu)先級處理一個(gè)UE的邏輯信道優(yōu)先級的處理傳輸格式選擇UE中MAC實(shí)體特有的功能：邏輯信道優(yōu)先級控制調(diào)度信息報(bào)告LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024TD-LTEMAC架構(gòu)

28LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTEMAC信道

29控制信道BCCH：廣播控制信道，傳輸廣播的系統(tǒng)控制信息（D）PCCH：尋呼控制信道，傳輸尋呼信息和系統(tǒng)信息改變通知消息（D）

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)沒有終端所在小區(qū)信息時(shí)，使用該信道尋呼終端CCCH：公共控制信道，當(dāng)終端和網(wǎng)絡(luò)間沒有RRC連接的時(shí)候，終端級別控制信息的傳輸使用該信道（D&U）DCCH：專用控制信道，用于終端和網(wǎng)絡(luò)間存在RRC連接的時(shí)候?qū)Ｓ每刂菩畔⒌膫鬏敚―&U）MCCH：多播控制信道，用于UE接收MBMS業(yè)務(wù)時(shí)的控制信令使用（MP,D）傳輸信道DTCH：專用業(yè)務(wù)信道，針對單個(gè)用戶的點(diǎn)到點(diǎn)的業(yè)務(wù)傳輸信道（D&U）MTCH：多播業(yè)務(wù)信道，用于UE接收MBMS業(yè)務(wù)時(shí)的傳輸信道（MP,D）LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024目錄概述網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)空中接口MAC層介紹物理層技術(shù)物理層過程30LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024

ResourceBlock頻率上連續(xù)的12個(gè)子載波，時(shí)域上對應(yīng)1個(gè)時(shí)隙。這是LTE里調(diào)度的最小單元。ResourceElementRB內(nèi)各個(gè)時(shí)頻單元，以（k,l）來表征，k為子載波，l為OFDM符號。ResourceElementGroup4個(gè)RE為一組，用于表征下行控制信道映射、交織等操作31LTE物理單元LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE多址技術(shù)(1/3)傳統(tǒng)FDM/FDMA技術(shù)頻分復(fù)用，將較寬的頻帶分成若干較窄的子載波進(jìn)行并行發(fā)送缺點(diǎn)：需要大量的獨(dú)立的調(diào)制/解調(diào)器；頻譜效率低OFDM技術(shù)基本原理利用IFFT/FFT實(shí)現(xiàn)了調(diào)制/解調(diào)的功能通過實(shí)現(xiàn)子載波正交解決了頻譜效率低的問題

32LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE多址技術(shù)(2/3)下行多址方式——OFDMAOFDM技術(shù)優(yōu)勢頻譜效率高帶寬擴(kuò)展性強(qiáng)抗多徑衰落：OFDM將寬帶傳輸轉(zhuǎn)化為很多子載波上的窄帶傳輸，每個(gè)子載波上的信道可看作平坦衰落信道頻域調(diào)度和自適應(yīng)：OFDM的子載波可靈活調(diào)度和分配；且根據(jù)不同頻帶特性自適應(yīng)選擇不同的調(diào)制編碼方式實(shí)現(xiàn)MIMO技術(shù)較簡單OFDM技術(shù)缺點(diǎn)PAPR（峰均功率比）問題：OFDM將很多子載波的信號疊加在一起，當(dāng)信號相位相同時(shí)，會引起很高的峰值功率時(shí)間和頻率同步問題

33LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE多址技術(shù)(3/3)

上行多址方式——SC-FDMA具有單載波特性，峰均功率比（PAPR）較低，降低了對終端線性功放的需求帶寬靈活分配可大量重用LTE下行技術(shù)34LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTEMIMO(1/6)

MIMO－多入多出：提高信道容量及頻譜利用率利用多天線來抑制信道衰落35傳輸分集(TransmitDiversity,TD)主要原理就是利用空間信道的弱相關(guān)性，結(jié)合時(shí)間/頻率上的選擇性，為信號的傳遞提供更多副本，提高信號傳輸?shù)目煽啃?，從而改善接收信號的信噪比?？臻g復(fù)用(SpatialMultiplexing,SM)也是利用空間信道的弱相關(guān)性，其主要原理是在多個(gè)相互獨(dú)立的空間信道上傳遞不同的數(shù)據(jù)流，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾?。但其性能卻很大程度受到天線空間相關(guān)性的影響，隨著天線相關(guān)性的增大，性能有很大程度地惡化。波束賦形(Beamforming,BF)一種應(yīng)用于小間距天線陣列的多天線傳輸技術(shù)，其主要原理是利用空間信道強(qiáng)相關(guān)性，利用波的干涉原理產(chǎn)生強(qiáng)方向性的輻射圖，使得輻射方向圖的主瓣自適應(yīng)地指向用戶來波方向，從而提高信噪比，提高系統(tǒng)容量或覆蓋范圍。LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024

SFBC-空頻編碼在相鄰子載波上傳輸相互正交的符號接收端利用正交性恢復(fù)信號36LTEMIMO(2/6)LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024

CDD-循環(huán)延時(shí)分集目的：得到多徑分集或頻率分集方法：人為制造信道的頻率選擇性實(shí)現(xiàn)：對不同天線的同一頻域符號乘以不同的相位偏移37LTEMIMO(3/6)LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024

Beamforming–波束賦形原理：利用空間信道強(qiáng)相關(guān)性對發(fā)送信號進(jìn)行加權(quán)，使輻射方向圖對準(zhǔn)用戶來波方向只有相位加權(quán)，沒有幅度加權(quán)加權(quán)值由用戶的位置決定，與快衰無關(guān)38LTEMIMO(4/6)LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024

預(yù)編碼利用天線之間低相關(guān)性，對發(fā)送信號做線性預(yù)處理，從而簡化接收端操作基于碼本的預(yù)編碼：收發(fā)端共同擁有一套碼本集合，UE可根據(jù)信道信息選擇碼本，將其序號反饋給基站39LTEMIMO(5/6)LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024

下行多用戶MIMO－空分多址基站將占用相同時(shí)頻資源的多個(gè)數(shù)據(jù)流發(fā)送給不同用戶上行多用戶MIMO虛擬MIMO系統(tǒng)：多個(gè)終端占用相同時(shí)頻資源各發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)流，從接收端來看，這些來自不同終端的數(shù)據(jù)流可看做來自一個(gè)終端的多根天線的數(shù)據(jù)40LTEMIMO(6/6)LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024

41LTEHARQ(1/3)什么是HARQ指的是ARQ和FEC的混合使用ARQ：自動重傳請求，接收端通過CRC校驗(yàn)信息判斷接收到的數(shù)據(jù)包是否正確，如正確接收則發(fā)送ACK告知發(fā)射端，如接收失敗則發(fā)送NACK通知發(fā)送端重傳。FEC：前向糾錯(cuò)編碼，通過在信息比特中增加一定的校驗(yàn)比特，在糾錯(cuò)能力范圍內(nèi)自動糾正錯(cuò)誤。同時(shí)由于增加了校驗(yàn)比特，會降低編碼速率。如果單獨(dú)使用ARQ，在信道條件很差的情況下，由于收端沒有自動糾錯(cuò)能力，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)包經(jīng)常重傳；如果單獨(dú)使用FEC，在要求誤碼率極低的場合，冗余度和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度都很高。因此ARQ和FEC結(jié)合使用是一種折中的方案LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024

增量冗余（IR）HARQ42LTEHARQ(2/3)CC：Chase合并。重傳數(shù)據(jù)與前面發(fā)送的分組數(shù)據(jù)完全相同（包含信息位和校驗(yàn)冗余位），只有一種冗余版本，接收端將重傳數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行軟合并后進(jìn)行譯碼。PIR：部分增量冗余。每次重傳包含相同信息位和不同增量冗余位，可有多個(gè)冗余版本，接收端對重傳的的信息位進(jìn)行軟合并，并將新的校驗(yàn)位合并到碼字后再進(jìn)行譯碼。LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024

下行采用自適應(yīng)異步HARQ異步：重傳時(shí)不限制HARQ進(jìn)程的子幀號自適應(yīng)：根據(jù)無線信道條件，自適應(yīng)調(diào)整每次重傳采用的資源塊、調(diào)制方式、傳輸塊大小和重傳周期等參數(shù)上行采用同步非自適應(yīng)HARQ同步：傳輸或重傳是發(fā)生在固定的時(shí)刻非自適應(yīng)：傳輸參數(shù)相對于接收端而言都是預(yù)先已知的43LTEHARQ(3/3)LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024

44LTE-A載波聚合載波聚合（CarrierAggregation，CA），即通過聯(lián)合調(diào)度和使用多個(gè)成員載波（ComponentCarrier，CC）上的資源，使得LTE-Advanced系統(tǒng)可以支持最大100MHz的帶寬，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的系統(tǒng)峰值速率。成員載波是指可配置的LTE系統(tǒng)載波，且每個(gè)成員載波的帶寬都不大于LTE系統(tǒng)所支持的上限（20MHz）。連續(xù)和非連續(xù)載波聚合，如上圖所示。LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024

45LTE-ACoMP技術(shù)協(xié)作多點(diǎn)（CoMP，CoordinatedMultiplePoints）傳輸技術(shù)是指協(xié)調(diào)的多點(diǎn)發(fā)射/接收技術(shù)，這里的多點(diǎn)是指地理上分離的多個(gè)天線接入點(diǎn)。CoMP技術(shù)通過移動網(wǎng)絡(luò)中多節(jié)點(diǎn)（基站、用戶、中繼節(jié)點(diǎn)等）協(xié)作傳輸，解決現(xiàn)有移動蜂窩單跳網(wǎng)絡(luò)中的單小區(qū)單站點(diǎn)傳輸對系統(tǒng)頻譜效率的限制，更好地克服小區(qū)間干擾，提高無線頻譜傳輸效率，提高系統(tǒng)的平均和邊緣吞吐量，進(jìn)一步擴(kuò)大小區(qū)的覆蓋。eNB之間的CoMP技術(shù)采用X2接口進(jìn)行有線傳輸，eNB與Relay之間的CoMP技術(shù)采用空口進(jìn)行無線傳輸。LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024

46LTE-A中繼技術(shù)系統(tǒng)的吞吐量隨著小區(qū)數(shù)目增加呈現(xiàn)指數(shù)增長，但是需要考慮無線承載耗費(fèi)的資源。提高中高速率數(shù)據(jù)應(yīng)用的覆蓋提高小區(qū)的吞吐量，尤其是邊緣吞吐量不采用宏NodeB和有線承載，有效的增加容量LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024目錄概述網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)空中接口MAC層介紹物理層技術(shù)物理層過程47LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE小區(qū)搜索(1/2)RSSI：ReceivedSignalStrengthIndicator48LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE小區(qū)搜索(2/2)

49LTE基礎(chǔ)知識介紹5/9/2024LTE隨機(jī)接入(1/3)

基于競爭的隨