1、2024/3/4,C&Wi售前網絡規(guī)劃部,LTE 基本原理Version 1.1,HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.,www.huawei.com,,Page 2,了解LTE產生的背景及網絡架構掌握LTE物理層和層2的基本原理了解LTE空口關鍵技術,目 標,Page 3,Charter 1 LTE背景介紹Charter 2 LTE網絡架構及協(xié)議棧介紹Charter 3 LTE物理層結

2、構介紹Charter 4 LTE層2結構介紹Charter 5 LTE空口關鍵技術介紹,,,,,內 容,Page 4,Charter 1 LTE背景介紹1.1 LTE的概念和設計目標1.2 LTE的標準化進程1.3 SAE簡介1.4 SON簡介1.5 3GPP簡介,,,,,內 容,Page 5,什么是LTE？長期演進LTE (Long Term Evolution)是3GPP主導的無線通信技術的演進

3、。接入網將演進為E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network)。連同核心網的系統(tǒng)架構將演進為SAE (System Architecture Evolution)。,LTE的設計目標帶寬靈活配置：支持1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10Mhz, 15Mhz, 20MHz峰值速率(20MHz帶寬）：下行100Mbps，上行50Mbps控制面延時小于100ms，

4、用戶面延時小于5ms能為速度>350km/h的用戶提供100kbps的接入服務支持增強型MBMS（E-MBMS）取消CS域，CS域業(yè)務在PS域實現(xiàn)，如VOIP系統(tǒng)結構簡單化，低成本建網,,LTE背景介紹,3GPP的目標是打造新一代無線通信系統(tǒng)，超越現(xiàn)有無線接入能力，全面支撐高性能數據業(yè)務的，“確保在未來10年內領先”。,Page 6,LTE的標準化進程2004年12月3GPP正式成立了LTE的研究項目。原定2006年6

5、月完成的研究項目SI（Study Item）推遲到2006年9月。完成可行性研究，并輸出技術報告。2006年9月正式開始工作項目WI（Work Item）/標準制定階段，原定為2007年9月完成第一個標準版本，現(xiàn)已延期。目前LTE處于Stage3 (Protocol)研究階段，正在各個子組會議上熱烈的討論。預計2008年年底會推出首個商用協(xié)議版本。LTE主要涉及36.xxx系列協(xié)議。目前協(xié)議仍在不斷完善中。,LTE背景介紹,Pa

6、ge 7,SAE簡介系統(tǒng)架構演進SAE（System Architecture Evolution），是為了實現(xiàn)LTE提出的目標而從整個系統(tǒng)架構上考慮的演進，主要包括：功能平扁化，去掉RNC的物理實體，把部分功能放在了E-NodeB，以減少時延和增強調度能力（如，單站內部干擾協(xié)調，負荷均衡等，調度性能可以得到很大提高）把部分功能放在了核心網，加強移動交換管理，采用全IP技術，實行用戶面和控制面分離。同時也考慮了對其它無線接入技術的

7、兼容性。,LTE背景介紹,Page 8,LTE背景介紹,SON簡介自組織網絡SON（Self Organization Network）是由下一代移動網NGMN（Next Generation Mobile Network）運營商發(fā)起的要求LTE實現(xiàn)的功能。運營商站在自己利益和感受的角度出發(fā)，鑒于早期通信系統(tǒng)在O&M兼容性和經濟性比較差，而對LTE提出新的要求，主要集中于FCAPSI的管理（Fault, Configurat

8、ion, Alarm, Performance, Security, Inventory）： 自規(guī)劃（Self-planning）自配置（Self-deployment）自優(yōu)化（Self-optimization）自維護（Self-maintenance）,SON的優(yōu)勢運營商可以減少規(guī)劃、優(yōu)化、維護的成本，降低OPEX。設備商可以促進性能特性、工具等的銷售，降低交付后網絡優(yōu)化的成本；低附加值和低技術含量的工作收益將減少。,P

9、age 9,LTE背景介紹,3GPP簡介3GPP （3rd Generation Partnership Project ）成立于1998年12月，是一個無線通信技術的標準組織，由一系列的標準聯(lián)盟作為成員（Organizational Partners）。目前有ARIB（日本）, CCSA（中國）, ETSI（歐洲）, ATIS（美洲）, TTA（韓國）, and TTC（日本） 等。3GPP分為標準工作組TSG和管理運維組兩個部分

10、。TSG主要負責各標準的制作修訂工作，管理運維組主要負責整理市場需求，并對TSG和整個項目的運作提供支持。,TSG（Technical Specification Groups ）TSG GERAN: GERAN無線側相關(2G)；TSG RAN: 無線側相關(3G and LTE)；TSG SA (Service and System Aspects):負責整體的網絡架構和業(yè)務能力；TSG CT (Core Network a

11、nd Terminals):負責定義終端接口以及整個網絡的核心網相關部分。,http://www.3gpp.org,Page 10,Charter 1 LTE背景介紹Charter 2 LTE網絡架構及協(xié)議棧介紹Charter 3 LTE物理層結構介紹Charter 4 LTE層2結構介紹Charter 5 LTE空口關鍵技術介紹,,,,,內 容,Page 11,Charter 2 LTE網絡架構及協(xié)議棧

12、介紹2.1 LTE的網絡架構2.2 LTE的網元功能2.3 LTE的協(xié)議棧介紹,,,,,內 容,Page 12,LTE的網絡架構,LTE的主要網元LTE的接入網E-UTRAN由e-NodeB組成，提供用戶面和控制面。LTE的核心網EPC由MME，S-GW和P-GW組成。LTE的網絡接口e-NodeB間通過X2接口相互連接，支持數據和信令的直接傳輸。S1接口連接e-NodeB與核心網EPC。其中，S1-MME是e-N

13、odeB連接MME的控制面接口，S1-U是e-NodeB連接S-GW 的用戶面接口。,RRC: Radio Resource ControlPDCP: Packet Data Convergence ProtocolRLC: Radio Link Control MAC: Medium Access ControlPHY: Physical layerEPC: Evolved Packet Core

14、MME: Mobility Management EntityS-GW: Serving GatewayP-GW: PDN Gateway,與傳統(tǒng)3G網絡比較，LTE的網絡結更加簡單扁平，降低組網成本，增加組網靈活性，并能大大減少用戶數據和控制信令的時延。,Page 13,LTE的網元功能,e-NodeB的主要功能包括：無線資源管理功能，即實現(xiàn)無線承載控制、無線許可控制和連接移動性控制，在上下行鏈路上完成UE上的動態(tài)資源分

15、配（調度）；用戶數據流的IP報頭壓縮和加密；UE附著狀態(tài)時MME的選擇；實現(xiàn)S-GW用戶面數據的路由選擇；執(zhí)行由MME發(fā)起的尋呼信息和廣播信息的調度和傳輸；完成有關移動性配置和調度的測量和測量報告。,MME的主要功能包括： NAS (Non-Access Stratum)非接入層信令的加密和完整性保護；AS (Access Stratum)接入層安全性控制、空閑狀態(tài)移動性控制；EPS (Evolved Packet Sy

16、stem)承載控制；支持尋呼，切換，漫游，鑒權。,S-GW的主要功能包括：分組數據路由及轉發(fā)；移動性及切換支持；合法監(jiān)聽；計費。,P-GW的主要功能包括：分組數據過濾；UE的IP地址分配；上下行計費及限速。,Page 14,LTE的協(xié)議棧介紹,LTE協(xié)議棧的兩個面：用戶面協(xié)議棧：負責用戶數目傳輸控制面協(xié)議棧：負責系統(tǒng)信令傳輸用戶面的主要功能：頭壓縮加密調度ARQ/HARQ,用戶面協(xié)議棧,控制面協(xié)議棧,控制面的主要功

17、能：RLC和MAC層功能與用戶面中的功能一致PDCP層完成加密和完整性保護RRC層完成廣播，尋呼，RRC連接管理，資源控制，移動性管理，UE測量報告控制NAS層完成核心網承載管理，鑒權及安全控制,Page 15,Charter 1 LTE背景介紹Charter 2 LTE網絡架構及協(xié)議棧介紹Charter 3 LTE物理層結構介紹Charter 4 LTE層2結構介紹Charter 5 LTE空口關鍵

18、技術介紹,,,,,內 容,Page 16,Charter 3 LTE物理層結構介紹3.1 LTE支持頻段3.2 無線幀結構3.3 物理信道3.4 物理信號3.5 物理層過程,,,,,內 容,Page 17,LTE支持頻段,TDD模式支持頻段,FDD模式支持頻段,根據2008年底凍結的LTE R8協(xié)議：支持兩種雙工模式：FDD和TDD支持多種頻段，從700MHz到2.6GHz支持多種帶寬配置，協(xié)議規(guī)定以下帶寬

19、配置：1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz協(xié)議還在更新中，部分頻段的支持情況可能會有所變動,Page 18,無線幀結構（1）,LTE共支持兩種無線幀結構：類型1，適用于頻分雙工FDD類型2，適用于時分雙工TDDFDD類型無線幀結構：LTE 采用OFDM技術，子載波間隔為?f=15kHz，2048階IFFT，則幀結構的時間單位為 Ts=1/(2048* 15000)秒FDD類型無線幀

20、長10ms，如下圖所示。每幀含有20個時隙，每時隙為0.5ms。普通CP配置下，一個時隙包含7個連續(xù)的OFDM符號（Symbol）,FDD類型無線幀結構,資源塊的概念：LTE具有時域和頻域的資源，資源分配的最小單位是資源塊RB（Resource Block），RB由RE（Resource Element）組成，如右圖示RE是二維結構，由時域符號（Symbol）和頻域子載波（Subcarrier）組成1個時隙和12個連續(xù)子載波組成一

21、個RB,Page 19,TDD類型無線幀結構：同樣采用OFDM技術，子載波間隔和時間單位均與FDD相同。幀結構與FDD類似，每個10ms幀由10個1ms的子幀組成；子幀包含2個0.5ms時隙。10ms幀中各個子幀的上下行分配策略可以設置。如右邊表格所示。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,DL/UL子幀分配,DwPTS: Downlink Pilot Time SlotGP: Guard Period

22、UpPTS: Uplink Pilot Time Slot,TDD類型無線幀結構,D: Downlink subframeU: Uplink subframeS: Special subframe,無線幀結構（2）,Page 20,無線幀結構（3）,CP長度配置：為克服OFDM系統(tǒng)所特有的符號間干擾ISI，LTE引入了循環(huán)前綴CP（Cyclic Prefix）。CP的長度與覆蓋半徑有關，一般情況下下配置普通CP（Normal C

23、P）即可滿足要求；廣覆蓋等小區(qū)半徑較大的場景下可配置擴展CP（Extended CP）。CP長度配置越大，系統(tǒng)開銷越大。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,上下行CP長度配置,上下行普通CP配置下時隙結構（△f=15kHz）,上下行擴展CP配置下時隙結構（△f=15kHz）,下行擴展CP配置下時隙結構?（△f=7.5kHz）,,Page 21,物理信道—概述,下行信道：Physical Broadcast C

24、hannel (PBCH)：物理廣播信道，承載小區(qū)ID等系統(tǒng)信息，用于小區(qū)搜索過程。Physical Downlink Control Channel (PDCCH)：物理下行控制信道，承載尋呼和用戶數據的資源分配信息，以及與用戶數據相關的HARQ信息。Physical Downlink Shared Channel (PDSCH)：物理下行共享信道，承載下行用戶數據。Physical Control Format Indicat

25、or Channel (PCFICH)：物理控制格式指示信道，承載控制信道所在OFDM符號的位置信息。Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH)：物理HARQ指示信道，承載HARQ的ACK/NACK信息。Physical Multicast Channel (PMCH)：物理多播信道，承載多播信息。上行信道：Physical Random Access Channel (PRAC

26、H)：物理隨機接入信道，承載隨機接入前導。 Physical Uplink Shared Channel (PUSCH)：物理上行共享信道，承載上行用戶數據。Physical Uplink Control Channel (PUCCH)：物理上行控制信道，承載HARQ的ACK/NACK，調度請求(Scheduling Request)，信道質量指示(Channel Quality Indicator)等信息,下行傳輸信道和物理信道的

27、映射關系,上行傳輸信道和物理信道的映射關系,,,Physical Layer,MAC Layer,Physical Layer,MAC Layer,Page 22,物理信道—下行,下行信道處理過程加擾：物理層傳輸的碼字都需要經過加擾；調制：對加擾后的碼字進行調制，生成復數值的調制符號；層影射：將復數調制符號影射到一個或多個發(fā)射層中；預編碼：對每個發(fā)射層中的復數調制符號進行預編碼，并影射到相應的天線端口；RE影射：將每個天線端口

28、的復數調制符號影射到相應的RE上；OFDM信號生成：每個天線端口信號生成OFDM信號。,下行信道的調制方式如右表所示,Page 23,物理信道—上行,上行信道處理過程加擾調制：對加擾后的碼字進行調制，生成復數值的調制符號；轉換預編碼：生成復數值的符號；RE影射：將復數符號影射到相應的RE上；SC-FDMA信號生成：每個天線端口信號生成SC-FDMA信號。,上行信道的調制方式如右表所示,,Page 24,物理信號—下行（1

29、）,下行參考信號RS（Reference Signal）：類似CDMA的導頻信號。用于下行物理信道解調及信道質量測量（CQI）。協(xié)議指定有三種參考信號。其中，小區(qū)特定參考信號（Cell-Specific Reference Signal）為必選，另外兩種參考信號（MBSFN Specific RS & UE-Specific RS）為可選。,小區(qū)特定參考信號在時頻域的位置示意圖,單天線端口,雙天線端口,四天線端口,天線端口0

30、,天線端口1,天線端口2,天線端口3,下行參考信號特點：小區(qū)特定參考信號由小區(qū)特定參考信號序列及頻移影射得到。RS本質上是在時頻域上傳播的偽隨機序列。在某一天線端口上，RS的頻域間隔為6個子載波。RS離散地分布在時頻域上，相當于對信道的時頻域特性進行抽樣，供下行信道估計和信號解調提供參考。RS分布越密集，則信道估計越精確，但開銷越大，影響系統(tǒng)容量。,MBSFN: Multicast/Broadcast over a Single

31、 Frequency Network,RE,該天線口不傳輸RS,該天線口的RS符號,,,,,R1：第一個天線口傳輸的RS,R2：第二個天線口傳輸的RS,R3：第三個天線口傳輸的RS,R4：第四個天線口傳輸的RS,Page 25,物理信號—下行（2）,同步信號（Synchronization Signal）：同步信號用于小區(qū)搜索過程中UE和E-UTRAN的時頻同步。同步信號包含兩個部分：主同步信號（Primary Synchroni

32、zation Signal）：用于符號timing對準，頻率同步，以及部分的小區(qū)ID偵測次同步信號（Secondary Synchronization Signal）：用于幀timing對準，CP長度偵測，以及小區(qū)組ID偵測,同步信號特點：無論系統(tǒng)帶寬是多少，同步信號只位于系統(tǒng)帶寬的中部，占用62個子載波。同步信號只在每個10ms幀的第1個和第11個時隙中傳送。主同步信號位于傳送時隙的最后一個符號，次同步信號位于傳送時隙的倒數第

33、二個符號。,同步信號結構,Page 26,上行參考信號RS（Reference Signal）：上行的導頻信號，用于E-UTRAN與UE的同步和上行信道估計。上行參考信號有兩種：解調參考信號DM RS (Demodulation Reference Signal), PUSCH和PUCCH傳輸時的導頻信號Sounding參考信號SRS (Sounding Reference Signal), 無PUSCH和PUCCH傳輸時的導頻

34、信號,上行參考信號特點：由于上行采用SC-FDMA，每個UE只占用系統(tǒng)帶寬的一部分，DM RS只在相應的PUSCH和PUCCH分配帶寬中傳輸。DM RS在時隙中的位置根據伴隨的PUSCH和PUCCH的不同格式而有所差異。Sounding RS的帶寬比單個UE分配到的帶寬要大，目的是為e-NodeB作全帶寬的上行信道估計提供參考。Sounding RS在每個子幀的最后一個符號發(fā)送，周期/帶寬可以配置。Sounding RS可以通過

35、系統(tǒng)調度由多個UE發(fā)送。,伴隨PUSCH傳輸的DM RS位置圖DM RS占用每個時隙的第4個符號,伴隨PUCCH傳輸的DM RS位置圖（PUCCH傳輸UL ACK信令）DM RS占用每個時隙的3個符號,伴隨PUCCH傳輸的DM RS位置圖（PUCCH傳輸CQI信令）DM RS占用每個時隙的2個符號,PUCCH在系統(tǒng)帶寬的兩端，并在兩個時隙間跳頻,,某用戶分配到的上行帶寬,,,,,系統(tǒng)帶寬,物理信號—上行,Page 27,物理層

36、過程—小區(qū)搜索,小區(qū)搜索（Cell Search）基本原理：小區(qū)搜索是UE實現(xiàn)與E-UTRAN下行時頻同步并獲取服務小區(qū)ID的過程。小區(qū)搜索分兩個步驟：第一步：UE解調主同步信號實現(xiàn)符號同步，并獲取小區(qū)組內ID；第二步：UE解調次同步信號實現(xiàn)幀同步，并獲取CP長度和小區(qū)組ID。,關于Cell ID：LTE協(xié)議規(guī)定物理層Cell ID分為兩個部分：小區(qū)組ID（Cell Group ID）和組內ID（ID within Cell

37、Group）。目前最新協(xié)議規(guī)定物理層小區(qū)組有168個，每個小區(qū)組由3個ID組成，因此共有168*3=504個獨立的Cell ID其中 代表小區(qū)組ID，取值范圍0~167； 代表組內ID，取值范圍0~2,初始化小區(qū)搜索（Initial Cell Search）：UE上電后開始進行初始化小區(qū)搜索，搜尋網絡。一般而言，UE第一次開機時并不知道網絡的帶寬和頻點。UE會重復基本的小區(qū)搜索

38、過程，歷遍整個頻譜的各個頻點嘗試解調同步信號。這個過程耗時，但一般對此的時間要求并不嚴格?？梢酝ㄟ^一些方法縮短以后的UE初始化時間，如UE儲存以前的可用網絡信息，開機后優(yōu)先搜索這些網絡。一旦UE搜尋到可用網絡并與網絡實現(xiàn)時頻同步，獲得服務小區(qū)ID，即完成小區(qū)搜索后，UE將解調下行廣播信道PBCH，獲取系統(tǒng)帶寬、發(fā)射天線數等系統(tǒng)信息。完成上述過程后，UE解調下行控制信道PDCCH，獲取網絡指配給這個UE的尋呼周期。然后在固定的尋呼周期

39、中從IDLE態(tài)醒來解調PDCCH，監(jiān)聽尋呼。如果有屬于該UE的尋呼，則解調指定的下行共享信道PDSCH資源，接收尋呼。,Page 28,,,物理層過程—隨機接入,隨機接入（Random Access）基本原理：隨機接入是UE與E-UTRAN實現(xiàn)上行時頻同步的過程。隨機接入前，物理層應該從高層接收到下面的信息：隨機接入信道PRACH參數：PRACH配置，頻域位置，前導（preamble）格式等；小區(qū)使用preamble根序列及其循

40、環(huán)位移參數，以解調隨機接入preamble。物理層的隨機接入過程包含兩個步驟：UE發(fā)送隨機接入preamble；E-UTRAN對隨機接入的響應。,隨機接入的具體過程：高層請求發(fā)送隨機接入preamble，繼而觸發(fā)物理層隨機接入過程；高層在請求中指示preamble index， preamble目標接收功率，相關的RA-RNTI，以及隨機接入信道的資源情況等信息；UE決定隨機接入信道的發(fā)射功率為preamble的目標接收功率

41、+路徑損耗。發(fā)射功率不超過UE最大發(fā)射功率，路徑損耗為UE通過下行鏈路估計的值；通過preamble index選擇preamble序列；UE以計算出的發(fā)射功率，用所選的preamble序列，在指定的隨機接入信道資源中發(fā)射單個preamble ；在高層設置的時間窗內，UE嘗試偵測以其RA-RNTI標識的下行控制信道PDCCH。如果偵測到，則相應的下行共享信道PDSCH則傳往高層，高層從共享信道中解析出20位的響應信息。,隨機接入信

42、道,隨機接入前導,下行控制信道,隨機接入響應,RA-RNTI: Random Access Radio Network Temporary Identifier,Page 29,物理層過程—功率控制,功率控制（Power Control）基本原理：下行功控決定了每個RE（Resource Element）上的能量EPRE（Energy per Resource Element）；上行功控決定了每個DFT-S-OFDM（上行SC-FD

43、MA的復用調制方式）符號上的能量。,上行功控：上行功控的方式有開環(huán)功控和閉環(huán)功控兩種?？梢酝ㄟ^X2接口交換各小區(qū)的過載指示OI（Overload Indicator）實現(xiàn)小區(qū)間的集中式功控，使得功控有可能提升整個系統(tǒng)的性能。上行功控可以分別控制PUSCH，PUCCH，PRACH和Sounding RS。各種信道/信號的功控大同小異，以PUSCH功控為例：PUSCH功控為慢速功控，補償路徑損耗和陰影衰落，以及控制小區(qū)間干擾。功控

44、的原理如上式。影響PUSCH的發(fā)射功率PPUSCH的因素有UE最大發(fā)射功率PMAX，UE分配的資源MPUSCH，初始發(fā)射功率PO_PUSCH，估計路徑損耗PL，調制編碼因子△TF，系統(tǒng)調整因子f（開環(huán)功控時f不起作用）,下行功控：下行RS一般以恒定功率發(fā)射，下行共享信道PDSCH的發(fā)射功率是與RS發(fā)射功率成一定比例的。下行功控根據UE上報的CQI與目標CQI的對比，調整下行發(fā)射功率。,EPRE: Energy per Resourc

45、e ElementDFT-SOFDM: Discrete Fourier Transform Spread OFDM,Page 30,Charter 1 LTE背景介紹Charter 2 LTE網絡架構及協(xié)議棧介紹Charter 3 LTE物理層結構介紹Charter 4 LTE層2結構介紹Charter 5 LTE空口關鍵技術介紹,,,,,內 容,Page 31,Charter 4 LTE層2結構介紹

46、4.1 LTE層2概述4.2 MAC層介紹4.3 RLC層介紹4.4 PDCP層介紹4.5 層1層2數據流小結,,,,,內 容,Page 32,LTE層2分為以下幾個子層：MAC層（Medium Access Control）RLC層（Radio Link Control）PDCP層（Packet Data Convergence Protocol）,層2的主要功能頭壓縮，加密分段/串接，ARQ調度，優(yōu)先

47、級處理，復用/解復用，HARQ,LTE層2概述,下行層2結構,上行層2結構,Page 33,MAC層的主要功能邏輯信道（Logical Channel）與傳輸信道（Transport Channel）間的映射將RLC層的協(xié)議數據單元PDU（Protocol Data Unit）復用到傳輸塊TB（Transport Block）中，然后通過傳輸信道傳送到物理層。相反的過程即是解復用的過程業(yè)務量測量報告通過HARQ糾錯對單個UE的

48、邏輯信道優(yōu)先級處理多個UE間的優(yōu)先級處理（動態(tài)調度）傳輸格式選擇填充,MAC層的邏輯信道控制信道（Control Channel）：傳輸控制面信息業(yè)務信道（Traffic Channel）：傳輸用戶面信息,MAC層介紹,MAC層結構,MAC層上行信道映射,MAC層下行信道映射,,,,,,,控制信道,業(yè)務信道,Page 34,RLC層的主要功能上層協(xié)議數據單元PDU的傳輸支持確認模式AM和非確認模式UM數據傳輸支持透傳模式T

49、M通過ARQ糾錯（無需CRC校驗，由物理層提供CRC校驗）對傳輸塊TB進行分段（Segmentation）處理：僅當RLC SDU不完全符合TB大小時，將SDU分段到可變大小的RLC PDU中，而不用進行填充對重傳的PDU進行重分段（Re-segmentation ）處理：僅當需要重傳的PDU不完全符合用于重傳的新TB大小時，對RLC PDU進行重分段處理多個SDU的串接（Concatenation）順序傳遞上層PDU （除切

50、換外）協(xié)議流程錯誤偵測和恢復副本偵測SDU丟棄復位,RLC PDU結構RLC header承載的PDU序列號與SDU序列號無關根據調度機制，RLC PDU的大小動態(tài)可變。RLC根據PDU的大小對SDU進行分段和串接，一個PDU的數據可能來自一個或多個SDU,RLC層介紹,RLC層結構,AM: Acknowledge ModeUM: Un-acknowledge ModeTM: Transparent ModeTB: T

51、ransport BlockSDU: Service Data UnitPDU: Protocol Data Unit,Page 35,PDCP層的主要功能為：用戶面的功能：頭壓縮/解壓縮：ROHC用戶數據傳輸：接收來自上層NAS層的PDCP SDU，然后傳遞到RLC層。反之亦然RLC確認模式AM下，在切換時將上層PDU順序傳遞RLC確認模式AM下，在切換時下層SDU的副本偵測RLC確認模式AM下，在切換時將PDCP S

52、DU重傳加密基于計時器的上行SDU丟棄控制面的功能：加密及完整性保護控制數據傳輸：接收來自上層RRC層的PDCP SDU，然后傳遞到RLC層。反之亦然,PDCP PDU結構：PDCP PDU和PDCP header均為8位格式PDCP header長度為1或2字節(jié),PDCP層介紹,PDCP層結構,ROHC: Robust Header Compression,,PDCP PDU結構,Page 36,層1和層2的數據傳遞來

53、自上層的數據包加頭封裝后傳遞到下層。反之，來自下層的數據包被拆封去頭后傳遞到上層。調度器在RLC，MAC和物理層均起作用。多個用戶的數據包在MAC層實現(xiàn)復用。物理層實現(xiàn)CRC校驗。,層1層2數據流小結,,Page 37,Charter 1 LTE背景介紹Charter 2 LTE網絡架構及協(xié)議棧介紹Charter 3 LTE物理層結構介紹Charter 4 LTE層2結構介紹Charter 5 LTE空口

54、關鍵技術介紹,,,,,內 容,Page 38,Charter 5 LTE空口關鍵技術介紹5.1 OFDM介紹5.2 MIMO介紹5.3 調度和鏈路自適應介紹5.4 E-MBMS介紹5.5 小區(qū)干擾控制介紹,,,,,內 容,Page 39,概述OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing）屬于調制復用技術，它把系統(tǒng)帶寬分成多個的相互正交的子載波，在多個子載波上并

55、行數據傳輸。各個子載波的正交性是由基帶IFFT實現(xiàn)的。由于子載波帶寬較小（15kHz），多徑時延將導致符號間干擾ISI，破壞子載波之間的正交性。為此，在OFDM符號間插入保護間隔，通常采用循環(huán)前綴CP來實現(xiàn)。,OFDM的意義OFDM具有很多能滿足E-UTRAN需求的優(yōu)點，是B3G和4G的核心技術之一。因此在3GPP制定LTE標準的過程中，OFDM技術被采納并寫入標準中。OFDM是一種調制復用技術，相應的多址接入技術為OFDMA，用

56、于LTE的下行。OFDMA其實是TDMA和FDMA的結合。相對應，LTE的上行采用SC-FDMA多址接入技術，其調制復用是通過DFT-Spread-OFDM實現(xiàn)的。,OFDM概述,OFDM與OFDMA的比較,Page 40,OFDMA的優(yōu)點頻譜分配方式靈活，能適應1.4MHz~20MHz的帶寬范圍配置。由于OFDM子載波間正交復用，不需要保護帶，頻譜利用率高；合理配置循環(huán)前綴CP，能有效克服無線環(huán)境中多徑干擾引起的ISI，保證小區(qū)

57、內用戶間的相互正交，改善小區(qū)邊緣的覆蓋；支持頻率維度的鏈路自適應和調度，對抗信道的頻率選擇性衰落，獲得多用戶分集增益，提高系統(tǒng)性能；子載波帶寬在10KHz的數量級，每個子載波經歷的是頻譜的平坦衰落，使得接收機的均衡容易實現(xiàn)；OFDM容易和MIMO技術相結合。,下行多址接入技術OFDMA,CDMA多載波頻譜不重疊，需要留有保護帶,OFDMA子載波頻譜重疊，頻譜利用率高,在時頻域上的多用戶分布（下行）,OFDMA的缺點對時域和頻域的

58、同步要求高。子載波間隔小，系統(tǒng)對頻率偏移敏感，收發(fā)兩端晶振的不一致也會引起ICI，頻偏估計不精確會導致信號檢測性能下降；移動場景中多普勒頻移引起的頻偏同樣會導致ICI，需要設置合理的頻率同步參數；OFDM的峰均功率比PAPR高，對功放的線性度和動態(tài)范圍要求很高。,Freq,Freq,F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7,Page 41,SC-FDMA的特點

59、受終端電池容量和成本的限制，上行需要采用PAPR比較低的調制技術，提高功放的效率。LTE的上行采用SC-FDMA（Single Carrier Frequency Division Multiple Accessing），能夠靈活實現(xiàn)動態(tài)頻帶分配，其調制是通過DFT-S-OFDM（Discrete Fourier Transform Spread OFDM）技術實現(xiàn)的。DFT-S-OFDM類似于OFDM，每個用戶占用系統(tǒng)帶寬中的某

60、一部分，占用帶寬大小取決于用戶的需求和系統(tǒng)調度結果。與傳統(tǒng)單載波技術相比，DFT-S-OFDM中不同用戶占用相互正交的子載波，用戶之間不需要保護帶，具有更高的頻率利用效率。,上行多址接入技術SC-FDMA,在時頻域上的多用戶分布（上行）,DFT-S-OFDM調制過程,兩種子載波映射方式,集中式（Localized）,分布式（Distributed）,集中式：將若干連續(xù)子載波分配給一個用戶，這種方式下系統(tǒng)通過頻域調度，選擇較優(yōu)的子載波組

61、進行傳輸，獲得多用戶分集增益。分布式：系統(tǒng)將分配給一個用戶的子載波分散到整個帶寬，獲得頻率分集增益。但這種方式信道估計較復雜，也無法進行頻域調度。,Page 42,下行MIMOLTE下行支持MIMO技術進行空間維度的復用?？臻g復用支持單用戶SU-MIMO模式或者多用戶MU-MIMO模式。SU-MIMO和MU-MIMO都支持通過Pre-coding的方法來降低或者控制空間復用數據流之間的干擾，從而改善MIMO技術的性能。SU-MI

62、MO中，空間復用的數據流調度給一個單獨的用戶，提升該用戶的傳輸速率和頻譜效率。MU-MIMO中，空間復用的數據流調度給多個用戶，多個用戶通過空分方式共享同一時頻資源，系統(tǒng)可以通過空間維度的多用戶調度獲得額外的多用戶分集增益。,上行MIMO受限于終端的成本和功耗，實現(xiàn)單個終端上行多路射頻發(fā)射和功放的難度較大。因此，LTE正研究在上行采用多個單天線用戶聯(lián)合進行MIMO傳輸的方法，稱為Virtual-MIMO調度器將相同的時頻資源調度給若

63、干個不同的用戶，每個用戶都采用單天線方式發(fā)送數據，系統(tǒng)采用一定的MIMO解調方法進行數據分離。采用Virtual-MIMO方式能同時獲得MIMO增益以及功率增益（相同的時頻資源允許更高的功率發(fā)送），而且調度器可以控制多用戶數據之間的干擾。同時，通過用戶選擇可以獲得多用戶分集增益。,MIMO技術,MU-MIMO,Virtual-MIMO,Page 43,用戶復用和調度LTE可以支持較大的系統(tǒng)帶寬（10/15/20MHz），通常會面臨頻

64、率選擇性衰落的問題。某用戶的子載波在相干帶寬內的衰落特性可以認為是相同的，但更遠的子載波上的衰落特性就不相同了。如果知道各個用戶在各個子載波上的衰落特性，則可以為不同的用戶盡量選擇條件比較好的子載波進行數據傳輸，從而使得絕大部分用戶的傳播條件比較好，實現(xiàn)多用戶分集增益，提高頻譜效率。相干帶寬內的子載波具有近似的衰落值，可以把相鄰的一些子載波劃成一個子帶Subband，以子帶為單位進行調度。接收方在一定的時間內針對每個子帶反饋一個信號

65、質量指示，而無需對每個子載波進行反饋，減少信令開銷。LTE的調度周期可以為一個或多個TTI長度。為了在頻域調度獲得多用戶分集增益，發(fā)射端必須知道所有用戶在所有子載波上的瞬時衰落值，F(xiàn)DD系統(tǒng)上下行衰落不一致，必須通過反向鏈路將信道信息回傳給發(fā)射端，這些信道質量指示均為額外開銷，占用資源越少越好。,調度和鏈路自適應,鏈路自適應LTE支持時間和頻率兩個維度的鏈路自適應，根據時頻域信道質量信息對不同的時頻資源選擇不同的調制編碼方式。功

66、率控制在CDMA系統(tǒng)中是一項重要的鏈路自適應技術，可以避免遠近效應帶來的多址干擾。在LTE系統(tǒng)中，上下行均采用正交的OFDM技術對多用戶進行復用。因此，功控主要用來降低對鄰小區(qū)上行的干擾，補償鏈路損耗，也是一種慢速的鏈路自適應機制。,Page 44,E-MBMS各個基站采用相同的頻率資源并且同步發(fā)送MBMS數據。在終端看來，不同基站的信號可以看作多徑的組成部分，終端可以不必區(qū)分不同基站的信號，自動完成軟合并。,增強型MBMS,E-M

67、BMS特性這種工作模式稱為SFN（Single Frequency Network）模式。MBMS主要受限于邊緣用戶的性能，SFN模式能極大改善小區(qū)邊緣的接收性能，從而改善MBMS的性能。SFN模式下，系統(tǒng)基站間需要下行空口同步。不同基站的傳播時延差別較大，不同基站的信號合并將導致傳播時延的增加，需要配置更長的CP長度。,Page 45,小區(qū)干擾的原因LTE系統(tǒng)中，系統(tǒng)中各小區(qū)采用相同的頻率進行發(fā)送和接收。與CDMA系統(tǒng)不同的

68、是，LTE系統(tǒng)并不能通過合并不同小區(qū)的信號來降低鄰小區(qū)信號的影響。因此必將在小區(qū)間產生干擾，小區(qū)邊緣干擾尤為嚴重。小區(qū)干擾控制的方法為了改善小區(qū)邊緣的性能，系統(tǒng)上下行都需要采用一定的方法進行小區(qū)干擾控制。目前正在研究方法有：干擾隨機化：被動的干擾控制方法。目的是使系統(tǒng)在時頻域受到的干擾盡可能平均，可通過加擾，交織，跳頻等方法實現(xiàn)；干擾對消：終端解調鄰小區(qū)信息，對消鄰小區(qū)信息后再解調本小區(qū)信息；或利用交織多址IDMA進行多小區(qū)信息