移動(dòng)通信理論與實(shí)戰(zhàn)第7章 LTE通信系統(tǒng)

第7章

LTE通信系統(tǒng)課程內(nèi)容LTE概述LTE〔LongTermEvolution長期演進(jìn)〕是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的演進(jìn)LTE概述課程內(nèi)容LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)——SAE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化E-UTRAN只有一種節(jié)點(diǎn)網(wǎng)元—E-NodeB全I(xiàn)PRNC+NodeB=eNodeB媒體面控制面別離eNodeB功能eNodeB具有現(xiàn)有3GPPR5/R6/R7的NodeB功能和大局部的RNC功能，包括物理層功能〔HARQ等〕，MAC，RRC，調(diào)度，無線接入控制，移動(dòng)性管理等等。LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)RNCNodeBeNodeBE-UTRAN采用由NodeB構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于簡化網(wǎng)絡(luò)和減少時(shí)延，實(shí)現(xiàn)了低時(shí)延、低復(fù)雜度和低本錢的要求。LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互通重點(diǎn)接口S1接口包括eNodeB和S-GW的用戶面接口S1-U，eNodeB與MME的控制面接口S1-MMELTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)核心網(wǎng)EPCMME〔MobilityManagementEntity〕負(fù)責(zé)處理用戶業(yè)務(wù)的信令，完成移動(dòng)用戶的管理，并與eNodeB、HSS和SGW等設(shè)備進(jìn)行交互，從而實(shí)現(xiàn)用戶鑒權(quán)、漫游控制、網(wǎng)關(guān)選擇、承載管理等功能。SGW〔ServingGateWay業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)〕負(fù)責(zé)處理用戶面的業(yè)務(wù)，完成移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載，并與eNodeB、MME和PGW等設(shè)備進(jìn)行交互。PGW〔PDNGateWayPDN網(wǎng)關(guān)〕負(fù)責(zé)與PDN〔Internet〕接口，并與PCRF和PGW等設(shè)備進(jìn)行交互，從而實(shí)現(xiàn)外網(wǎng)互聯(lián)的接入、用戶IP地址分配、數(shù)據(jù)包路由和轉(zhuǎn)發(fā)、策略控制執(zhí)行等功能。SGW和PGW可以在一個(gè)物理節(jié)點(diǎn)或不同物理節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)核心網(wǎng)EPCHSS〔HomeSubscribersServer〕HLR的升級(jí)，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)用戶的關(guān)鍵信息，提供移動(dòng)性管理、鑒權(quán)、用戶簽約等功能。PCRF〔PolicyandChargingRulesFunction〕策略控制及計(jì)費(fèi)效勞器，用于控制效勞質(zhì)量QoS和資源管控。LTE接口協(xié)議架構(gòu)eNodeB完成接入層的功能，非接入層的信令透傳；白色框內(nèi)為控制面功能實(shí)體；藍(lán)色框內(nèi)為無線協(xié)議層LTE接口協(xié)議架構(gòu)空中接口用戶面主要完成用戶數(shù)據(jù)的報(bào)頭壓縮、加密、調(diào)度、ARQ和HARQ等功能，包括物理(PHY)層、媒體訪問控制(MAC)層、無線鏈路控制(RLC)層以及分組數(shù)據(jù)會(huì)聚(PDCP)層四個(gè)層次，這些子層在網(wǎng)絡(luò)側(cè)均終止于eNodeB實(shí)體。LTE接口協(xié)議架構(gòu)空中接口控制面負(fù)責(zé)系統(tǒng)的連接建立、無線資源管理、移動(dòng)性管理及平安性管理等。從網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇K端的控制消息既可以源于位于核心網(wǎng)的MME，也可源于位于eNodeB的無線資源控制RRC節(jié)點(diǎn)。 LTE接口協(xié)議架構(gòu)S1接口課程內(nèi)容LTE物理層多址方式什么是OFDM？OFDM:正交頻分復(fù)用OFDM〔OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing〕是一種多載波傳輸方式。LTE物理層多址方式FDMAVS.OFDMALTE物理層多址方式下行OFDMA接入導(dǎo)頻信號(hào)、CP的作用？IFFT的作用？下行OFDMA接入需要考慮的幾個(gè)問題相鄰子載波間的間隔有多少？〔多普勒〕給定頻帶內(nèi)能放置幾個(gè)子載波？(效率)OFDM時(shí)域符號(hào)長度為多少？(有效長度)在一定的CP長度下，子載波間隔越小，OFDM符號(hào)周期越長，系統(tǒng)頻譜效率越高。但過小的子載波間隔對多普勒頻移和相位噪聲過于敏感，會(huì)影響系統(tǒng)性能下行OFDMA接入不同信道寬度下OFDM參數(shù)配置LTE物理層多址方式上行SC-FDMA接入實(shí)現(xiàn)方式——DFT-S-OFDM上行SC-FDMA接入通過改變不同用戶的DFT的輸出到IDFT輸入端的對應(yīng)關(guān)系，輸入數(shù)據(jù)符號(hào)的頻譜可以被搬移至不同的位置，從而實(shí)現(xiàn)多用戶多址接入?；贒FTS-OFDM的集中式、分布式頻分多址OFDMVS.SC-FDMASC-FDMA實(shí)質(zhì)是將有限帶寬內(nèi)數(shù)據(jù)做了一個(gè)相應(yīng)的時(shí)域到頻域的頻譜搬移上行SC-FDMA接入LTE系統(tǒng)上行SC-FDMA的參數(shù)配置MIMO為無線資源增加了空間維的自由度，能獲得比SISO、SIMO和MISO更高的系統(tǒng)容量；通過空時(shí)處理，充分利用空間資源，在無需增加頻譜資源和發(fā)射功率的情況下，成倍的提升系統(tǒng)容量和可靠性，提高了頻譜利用率；MIMO傳輸模式(TM)課程內(nèi)容LTE物理幀結(jié)構(gòu)雙工方式

FDD上行傳輸和下行傳輸在不同的載波頻段上進(jìn)行；

TDD上行傳輸和下行傳輸在相同的載波頻段上進(jìn)行基站/終端在不同的時(shí)間進(jìn)行信道的發(fā)送/接收或者接收/發(fā)送；LTE物理幀結(jié)構(gòu)信道帶寬支持1.4MHz,3.0MHz,5MHz,10MHz,15MHz以及20MHz的信道帶寬LTE系統(tǒng)上下行的信道帶寬可以不同下行信道帶寬大小通過主播送信息〔MIB〕進(jìn)行播送上行信道帶寬大小通過系統(tǒng)信息〔SIB〕進(jìn)行播送子載波間隔15kHz，用于單播〔unicast〕和多播〔MBSFN〕傳輸7.5kHz，僅僅可以應(yīng)用于獨(dú)立載波的MBSFN傳輸LTE物理幀結(jié)構(gòu)FDD-LTE幀結(jié)構(gòu)---幀結(jié)構(gòu)類型FS1一個(gè)長度為10ms的無線幀由10個(gè)長度為1ms的子幀構(gòu)成；每個(gè)子幀由兩個(gè)長度為0.5ms的時(shí)隙構(gòu)成；每個(gè)時(shí)隙中有數(shù)據(jù)符號(hào)和CP組成；常規(guī)CP，每個(gè)時(shí)隙的符號(hào)數(shù)為7個(gè)；擴(kuò)展CP，每個(gè)時(shí)隙的符號(hào)數(shù)為6個(gè)；LTE物理幀結(jié)構(gòu)TDD-LTE幀結(jié)構(gòu)——幀結(jié)構(gòu)類型FS2一個(gè)長度為10ms的無線幀由2個(gè)長度為5ms的半幀構(gòu)成每個(gè)半幀由4個(gè)常規(guī)子幀和1個(gè)特殊子幀構(gòu)成，長度均為1ms常規(guī)子幀：由兩個(gè)長度為0.5ms的時(shí)隙構(gòu)成特殊子幀：由DwPTS、GP以及UpPTS構(gòu)成LTE物理幀結(jié)構(gòu)TDD幀結(jié)構(gòu)——特殊子幀符號(hào)配置DwPTS+GP+UpPTS==14個(gè)OFDM符號(hào)特殊子幀配置NormalCPDwPTSGPUpPTS031011941210313112141211539269327102281112LTE物理幀結(jié)構(gòu)TDD幀結(jié)構(gòu)－上下行配置支持5ms和10ms上下行切換點(diǎn)子幀0、5和DwPTS總是用于下行發(fā)送，2固定上行；FDDVS.TDDFDDVS.TDDLTE物理資源無線幀OFDM符號(hào)天線端口根本時(shí)間單位時(shí)隙-slot子幀物理資源接收機(jī)用來區(qū)分資源在空間上的差異；端口與實(shí)際物理天線端口沒有一一對應(yīng)的關(guān)系資源單位最小的資源單位，時(shí)域上為1個(gè)符號(hào)，頻域上為1個(gè)子載波RE(ResourceElement)資源粒子REG(ResourceElementGroup)RB(ResourceBlock)資源塊CCE(ChannelControlElement)RBG(ResourceBlockGroup)資源單位業(yè)務(wù)信道的資源單位，時(shí)域上為1個(gè)時(shí)隙，頻域上為12個(gè)子載波為控制信道資源分配的資源單位，由4個(gè)RE組成為PDCCH資源分配的資源單位，由9個(gè)REG組成為業(yè)務(wù)信道資源分配的資源單位，由一組RB組成物理資源塊LTE信道與物理信號(hào)同步信號(hào)與物理小區(qū)ID同步信號(hào)作用：用于小區(qū)搜索中UE和E-UTRA的時(shí)頻同步；SSS：10ms定時(shí)同步，與小區(qū)ID組一一對應(yīng)，范圍0-167PSS：5ms定時(shí)同步，與組內(nèi)ID號(hào)一一對應(yīng)，范圍0-2小區(qū)ID：PSS+SSS，504種可能性FDD/TDD系統(tǒng)識(shí)別，常規(guī)CP/擴(kuò)展CP識(shí)別下行參考信號(hào)小區(qū)專用參考信號(hào)(Cell-SpecificReferenceSignal，CRS)類似于CDMA的導(dǎo)頻信號(hào)，用于終端的信道估計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對下行傳輸?shù)南嚓P(guān)解調(diào)；也可以被終端用來獲取信道狀態(tài)信息(CQI)，基于該參考信號(hào)的終端測試可用做小區(qū)選擇和切換判決的根底。UE專用參考信號(hào)(UE-SpecificReferenceSignal，UE-RS)可用于波束賦形時(shí)下行鏈路共享信道的信道估計(jì)及相關(guān)解調(diào)。MBSFN參考信號(hào)：多播/組播單頻網(wǎng)絡(luò)參考信號(hào)(MultimediaBroadcastmulticastserviceSingleFrequencyNetworkReferenceSignal，MBSFNRS)只在MBSFN子幀發(fā)送，用于MBSFN的信道估計(jì)和相關(guān)解調(diào)。上行參考信號(hào)上行數(shù)據(jù)解調(diào)參考信號(hào)(DeModulationReferenceSignal，DMRS)主要用于上行信道估計(jì)，即eNB是在對上行物理信道(PUSCH和PUCCH)的相干解調(diào)進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)使用的。它和數(shù)據(jù)或上行控制信令一起發(fā)送，所占帶寬與PUSCH和PUCCH所占帶寬相同。此外，DMRS還可用于上行信道質(zhì)量測量。上行探測參考信號(hào)(SoudingReferenceSignal，SRS)主要被網(wǎng)絡(luò)用于估計(jì)不同頻率的上行信道質(zhì)量，從而在上行鏈路中進(jìn)行頻率選擇性調(diào)度。此外，SRS還具有初始化調(diào)制和編碼方案選擇、為傳輸數(shù)據(jù)而進(jìn)行的初始化功率控制、定時(shí)提前及頻率半選擇性調(diào)度等功能。物理信道一般處理流程LTE下行物理信道的根本處理過程LTE物理層過程小區(qū)搜索與同步隨機(jī)接入獲得唯一的C-RNTI——小區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)識(shí)隨機(jī)接入信道PRACHPreamble碼隨機(jī)接入前導(dǎo)碼共64個(gè)，PRACH信道在每個(gè)子幀只能配置一個(gè)，那么在無沖突的情況下，每個(gè)小區(qū)最多可支持64個(gè)UE同時(shí)接入；eNodeB會(huì)通過播送系統(tǒng)信息SIB-2來通知所有的UE，允許在哪些時(shí)頻資源上傳輸preamble；短Preamble碼——TD系統(tǒng)獨(dú)有將PRACH信道承載在UpPTS上；最多覆蓋1.4km的小區(qū)；長Preamble碼將PRACH信道承載在正常的上行子幀上；有四種可能的配置，對應(yīng)的小區(qū)半徑從14km到100km不等；隨機(jī)接入信道PRACH

時(shí)間長度序列長度小區(qū)半徑使用范圍preamble01ms800μs<14.53km小、中型小區(qū)preamble12ms800μs<77.34km大型小區(qū)preamble22ms1600μs<29.53km中型小區(qū)preamble33ms1600μs<100.16km超大型小區(qū)Preamble4(僅TDD)157.292μs133μs<1.4km短距離覆蓋Preamble碼隨機(jī)接入前導(dǎo)碼每個(gè)小區(qū)最多可支持64個(gè)UE同時(shí)接入；隨機(jī)接入隨機(jī)接入前導(dǎo)(Preamble)的發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)隨機(jī)接入過程Preamble當(dāng)UE收到eNB的播送信息需要接入時(shí)，從序列集中隨機(jī)選擇一個(gè)preamble序列發(fā)給eNB,然后根據(jù)不同的前導(dǎo)序列來區(qū)分不同的UE.競爭的隨機(jī)接入流程適用于初始接入0~53preamble碼，UE申請，系統(tǒng)隨機(jī)分配；非競爭的隨機(jī)接入流程適用于切換或有下行數(shù)據(jù)到達(dá)且需要重新建立上行同步時(shí)54~63preamble碼，系統(tǒng)直接指定給UE；功率控制下行功率分配功率分配策略保證下行鏈路傳輸?shù)挠行陨闲泄β士刂乒β士刂埔种菩^(qū)間干擾功率控制課程內(nèi)容過渡方案——CSFB在CSFB中，LTE網(wǎng)絡(luò)只參與了局部呼叫建立過程，并不參與語音傳遞過渡方案——單卡雙待機(jī)終端支持雙待，可同時(shí)駐留在LTE和2G/3G網(wǎng)絡(luò)。語音、短信等電路域業(yè)務(wù)承載于2G/3G網(wǎng)絡(luò)電路域；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)那么優(yōu)先選擇承載于LTE，假設(shè)無LTE覆蓋，那么由2G/3G網(wǎng)絡(luò)分組域承載。常見的有：SGLTE(SimultaneousGSMandLTE)SVLTE(SimultaneousVoiceandLTE)VoLTE(VoiceoverLTE)由IP多媒體子系統(tǒng)(IPMultimediaSubsystem，IMS)承載的語音業(yè)務(wù)。LTE中的語音業(yè)務(wù)課程內(nèi)容TD-LTE-Advanced載波聚合載波聚合〔CarrierAggregation,CA〕通過聯(lián)合調(diào)度和使用多個(gè)成員載波上的資源，使LTE-A系統(tǒng)可以支持最大100MHz的帶寬，從而能實(shí)現(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)；載波聚合載波聚合的類型載波聚合載波聚合方式MAC聚合載波聚合載波聚合方式物理層聚合多點(diǎn)協(xié)作協(xié)作多點(diǎn)(CoMP)地理位置上別