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LTE 常规移动通信的调制方法 2020 3 20 1 目录 CONTENTS LTE简介 1 LTE关键技术 2 LTE网络架构 3 LTE无线接口协议 4 LTE业务及应用 5 2020 3 20 2 移动通信技术的发展历程 2020 3 20 3 3G技术演进简介 2001 2005 2006 2007 WCDMA无线移动技术标准演进路线 CDMA2000无线移动技术标准演进路线 HSDPA P1 1 8M 3 6Mbps HSDPA P2 7 2 14 4Mb sHSUPA6 8Mbps WCDMAR99 R4 384kb s HSPA FDDLTE HSDPA单载波 2 8Mbps MC HSDPA 8 4Mb sHSUPA R4 384kb s HSPA TDDLTE TD SCDMA无线移动技术标准演进路线 DL 100MbpsUL 50Mbps DL 100MbpsUL 50Mbps 10Mbps DL 40MbpsUL 10Mbps 802 16a c d 802 16e4 70Mbps 802 16m1Gbps WiMAX宽带无线演进路线 2008 2010 1xEV DORev 0DL 2 4MbpsUL 153 6kbps 1xEV D0Rev ADL 3 1MbpsUL 1 8Mbps DORev B 多载波DO DL 46 5MbpsUL 27Mbps UMB DORev C 1xEV D0Rev ADL 3 1MbpsUL 1 8Mbps LBCDL 100Mbps 1GbpsUL 50 100Mbps IMT Advanced 市场或工业界接受 进一步增强 2020 3 20 4 LTE定义 LTE是英文LongTermEvolution的缩写 LTE也被通俗的称为3 9G 具有100Mbps的数据下载能力 被视作从3G向4G演进的主流技术 2020 3 20 5 产生原因 性价比更高的系统 以更低的复杂度实现更优化的分组系统 保证3G系统竞争力的连续性 与WIMAX 用户需求更高的数据传输速率以及更高的服务质量 带宽分配更加灵活 更加支持MIMO系统 设计一种运营商可以共享的网络架构 2020 3 20 6 LTE背景 LTE表示3GPP长期演进 LongTermEvolution 2004年11月3GPPTSGRANworkshop启动LTE项目 2020 3 20 7 LTE的目标 LTE 2020 3 20 8 LTE技术特征 技术特征 3GPP从 系统性能要求 网络的部署场景 网络架构 业务支持能力 等方面对LTE进行了详细的描述 与3G相比 LTE具有如下技术特征 2020 3 20 9 LTE技术特征 与3G相比 LTE更具技术优势 具体体现在 高数据速率 分组传送 延迟降低 广域覆盖和向下兼容 2020 3 20 10 LTE目标 2 3 目标 2020 3 20 11 移动性 E UTRAN系统应能够支持 对较低的移动速度 0 15km h 优化在更高的移动速度下 15 120km h 可实现较高的性能在120 350km h的移动速度 在某些频段甚至应该支持500km h 下要保持网络的移动性在各种移动速度下 所支持的语音和实时业务的服务质量都要达到或超过UTRAN下所支持的 2020 3 20 12 频谱 频谱灵活性E UTRA系统可部署在不同尺寸的频谱中 包括1 4 3 5 10 15和20MHz 支持对已使用频率资源的重复利用上行和下行支持成对或非成对的频谱共存与GERAN 3G系统在相同地区邻频与其他运营商在相同地区邻频在边境两侧重合的或相邻的频谱内与UTRAN和GERAN切换与非3GPP技术 CDMA2000 WiFi WiMAX 切换 2020 3 20 13 LTE关键技术 频谱灵活支持更多的频段灵活的带宽灵活的双工方式先进的天线解决方案分集技术MIMO技术Beamforming技术新的无线接入技术OFDMASC FDMA 2020 3 20 14 LTE标准组织 功能需求 标准制定 技术验证 2020 3 20 15 3GPP组织架构 ProjectCo ordinationGroup PCG TSGGERAN GSMEDGERadioAccessNetwork GERANWG1 RadioAspects GERANWG2ProtocolAspectsGERANWG3TerminalTesting TSGRAN RadioAccessNetworkRANWG1RadioLayer1specRANWG2RadioLayer2specRadioLayer3RRspecRANWG3lubspec lurspec luspecUTRANO MrequirementsRANWG4RadioPerformanceProtocolaspectsRANWG5MobileTerminalConformanceTesting TSGSA Service SystemsAspectsSAWG1ServicesSAWG2ArchitectureSAWG3SecuritySAWG4CodecSAWG5TelecomManagement TSGCN CoreNetwork TerminalsCTWG1MM CC SM lu CTWG3InterworkingwithexternalnetworksCTWG4MAP GTP BCH SSCTWG6SmartCardApplicationAspects 2020 3 20 16 2005 2006 2007 2008 2009 LTE标准化进展 LTEstart WorkItemStart StudyItemStage1Finish WorkItemStage3Finish WorkItemStage2Finish FirstMarketApplication 3GPPR8定义了LTE的基本功能 该版本已于2009年3月冻结 3GPPR9主要完善了LTE家庭基站 管理和安全方面的性能 以及LTE微微基站和自组织管理功能 华为与高通 共同宣布采用高通新一代处理器SnapdragonS4MSM8960 完成基于3GPPR9协议的FlashCSFB CircuitSwitchedFallback 电路交换回落 语音测试和优化 在LTEFDD网络上首次打通语音电话 2010 2020 3 20 17 NGMN简介 2020 3 20 18 NGMN工作组介绍 NGMN Spectrum 频谱 IPR 知识产权 Ecosystem 生态系统 TWG 技术组 Trial 试验 寻找可统一利用的频谱与ITU 国家 地区频谱管理部门协调 沟通 推动IPR改革 使IPR透明和费率可预见 与互联网行业合作 构建 多方共赢 生态环境 对技术进行早期验证向LSTI提测试需求 从运营的角度 提出各种需求并与制造商讨论可行性驱动标准 从5个方面推动下一代移动宽带发展 2020 3 20 19 LSTI组织架构 2020 3 20 20 LSTI工作计划 2020 3 20 21 IEEEComms LSTI各组活动里程碑 2007 2008 2009 2010 M1SIMO M2MIMO M3RRM M4Mobility M5start M6aFeatureset M6bAgreebaseline M7IODTComplete reporting LaunchPR M1M2Webcast LTEBerlin M1PR LTEAsia MWC09 LTEUSA LTELondon LTEBerlin MWC10 NGMNConf Website M8Testsdefined M9IOTComplete reporting IODTPR ProofofConcept PR Marketing IODT IOT CTIA CTIA FriendlyCustomerTrials M1 TDD M2 M3 M4 M10Testsdefined M11Setup M12aRadio M12bEndtoendtrialscomplete CurrentprojectionsforFCT LTEAsia LTEAmericas ATIS 2020 3 20 22 NGMNTrialGroup LSTI LTE SAETrialInitiative ProgressReports NGMN Spectrum IPR Ecosystem TWG Trial NGMNTrial不做具体测试 只向LSTI提需求 LSTI开展测试需求 制定测试计划等NGMN测试包含LTEandWiMAX LSTI只包含LTE测试 TestingRequirements NGMNTrial和LSTI的合作关系 2020 3 20 23 目录 CONTENTS LTE简介 1 LTE关键技术 2 LTE网络架构 3 LTE无线接口协议 4 LTE业务及应用 5 2020 3 20 24 LTE关键技术 2020 3 20 25 LTE多址技术的要求 更大的带宽和带宽灵活性随着带宽的增加 OFDMA信号仍将保持正交 而CDMA的性能会受到多径的影响 在同一个系统 使用OFDMA可以灵活处理多个系统带宽 扁平化架构当分组调度的功能位于基站时 可以利用快速调度 包括频域调度来提高小区容量 频域调度可通过OFDMA实现 而CDMA无法实现 便于上行功放的实现SC FDMA相比较OFDMA可以实现更低的峰均比 有利于终端采用更高效率的功放 简化多天线操作OFDMA相比较CDMA实现MIMO容易 2020 3 20 26 LTE关键技术 OFDM SC FDMA 物理层多址接入下行基于OFDM技术 OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing 上行基于SC FDMA技术 SingleCarrierFrequencyDivisionMultipleAccessing OFDMModulation OFDM 对于UE OFDM用来做数据调制方案以克服多径效应 获取频率分集增益 OFDMA 对于一个eNodeB OFDMA用来作为一种多址方式以获取多用户分集增益 不同的子载波衰落有差异 2020 3 20 27 OFDM定义 OFDM OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing 属于调制复用技术 它把系统带宽分成多个的相互正交的子载波 在多个子载波上并行数据传输 各个子载波的正交性是由基带IFFT实现的 由于子载波带宽较小 15kHz 多径时延将导致符号间干扰ISI 破坏子载波之间的正交性 为此 在OFDM符号间插入保护间隔 通常采用循环前缀CP来实现 2020 3 20 28 OFDM OFDM的意义OFDM具有很多能满足E UTRAN需求的优点 是B3G和4G的核心技术之一 因此在3GPP制定LTE标准的过程中 OFDM技术被采纳并写入标准中 OFDM与OFDMA的比较 OFDM是一种调制复用技术 相应的多址接入技术为OFDMA 用于LTE的下行 OFDMA其实是TDMA和FDMA的结合 相对应 LTE的上行采用SC FDMA多址接入技术 其调制复用是通过DFT Spread OFDM实现的 2020 3 20 29 OFDM特点 易于实现对多径干扰的抑制高频谱效率接收机简化灵活的频谱扩展使用能力易受频偏的影响 如多普勒频偏 相噪等很高的峰均比 引起高峰值功率规模连续组网 需要异频组网 需要更多的频谱 2020 3 20 30 OFDM基本思想 OFDM将频域划分为多个子信道 各相邻子信道相互重叠 但不同子信道相互正交 将高速的串行数据流分解成若干并行的子数据流同时传输OFDM子载波的带宽 信道 相干带宽 时 可以认为该信道是 非频率选择性信道 所经历的衰落是 平坦衰落 OFDM符号持续时间 信道 相干时间 时 信道可以等效为 线性时不变 系统 降低信道时间选择性衰落对传输系统的影响 2020 3 20 31 OFDM的正交性 时域描述 2020 3 20 32 OFDM的正交性 频域描述 2020 3 20 33 OFDM调制的各个子载波信号在频域上正交 OFDM系统框图 2020 3 20 34 OFDMA示例 最大支持64QAM通过CP解决多径干扰兼容MIMO 2020 3 20 35 下行多址接入技术OFDMA OFDMA的优点频谱分配方式灵活 能适应1 4MHz 20MHz的带宽范围配置 由于OFDM子载波间正交复用 不需要保护带 频谱利用率高 合理配置循环前缀CP 能有效克服无线环境中多径干扰引起的ISI 保证小区内用户间的相互正交 改善小区边缘的覆盖 支持频率维度的链路自适应和调度 对抗信道的频率选择性衰落 获得多用户分集增益 提高系统性能 子载波带宽在10KHz的数量级 每个子载波经历的是频谱的平坦衰落 使得接收机的均衡容易实现 OFDM容易和MIMO技术相结合 OFDMA的缺点对时域和频域的同步要求高 子载波间隔小 系统对频率偏移敏感 收发两端晶振的不一致也会引起ICI 频偏估计不精确会导致信号检测性能下降 移动场景中多普勒频移引起的频偏同样会导致ICI 需要设置合理的频率同步参数 OFDM的峰均功率比PAPR高 对功放的线性度和动态范围要求很高 CDMA多载波频谱不重叠 需要留有保护带 OFDMA子载波频谱重叠 频谱利用率高 Freq Freq F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F1F2F3F4F5F6F7 2020 3 20 36 上行多址技术 SC FDMA SC FDMA即DFT spreadOFDMA峰均比小于OFDMA 有利于提高功放效率传输信号的瞬时功率变化易于实现频域的低复杂度的高效均衡器易于对FDMA采用灵活的带宽分配 2020 3 20 37 SC FDMA示例 最大支持64QAM单载波调制降低峰均比 PAPR FDMA可通过FFT实现 2020 3 20 38 上行多址接入技术SC FDMA SC FDMA的特点受终端电池容量和成本的限制 上行需要采用PAPR比较低的调制技术 提高功放的效率 LTE的上行采用SC FDMA SingleCarrierFrequencyDivisionMultipleAccessing 能够灵活实现动态频带分配 其调制是通过DFT S OFDM DiscreteFourierTransformSpreadOFDM 技术实现的 DFT S OFDM类似于OFDM 每个用户占用系统带宽中的某一部分 占用带宽大小取决于用户的需求和系统调度结果 与传统单载波技术相比 DFT S OFDM中不同用户占用相互正交的子载波 用户之间不需要保护带 具有更高的频率利用效率 2020 3 20 39 上行多址接入技术SC FDMA 两种子载波映射方式 集中式 Localized 分布式 Distributed 集中式 将若干连续子载波分配给一个用户 这种方式下系统通过频域调度 选择较优的子载波组进行传输 获得多用户分集增益 分布式 系统将分配给一个用户的子载波分散到整个带宽 获得频率分集增益 但这种方式信道估计较复杂 也无法进行频域调度 2020 3 20 40 LTE关键技术 2020 3 20 41 多天线技术 MIMO 多天线技术MIMO 多入多出 MultipleInputMultipleOutput SISO 单入单出 SingleInputSingleOutput SIMO 单入多出 SingleInputMultipleOutput LTE的基本配置是DL2 2和UL1 2 最大支持4 4 2020 3 20 42 MIMO的概念及优点 MIMO技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流 在指定的带宽内由多个发射天线上同时刻发射 经过无线信道后 由多个接收天线接收 并根据各个并行数据流的空间特性 SpatialSignature 利用解调技术 最终恢复出原数据流 2020 3 20 43 数据流 DeMUX MIMO原理机制 2020 3 20 44 下行MIMO LTE下行支持MIMO技术进行空间维度的复用 空间复用支持单用户SU MIMO模式或者多用户MU MIMO模式 MU MIMO 2020 3 20 45 LTE下行的SU MIMO SU MIMO 空分复用两个数据流在一个TTI中传送给UE SU MIMO 发射分集只传给UE一个数据流 2020 3 20 46 LTE下行的MU MIMO MU MIMO结合SDM 给每个UE传送两个数据流 MU MIMO结合发射分集 给每个UE传送一个数据流 2020 3 20 47 上行MIMO 受限于终端的成本和功耗 实现单个终端上行多路射频发射和功放的难度较大 因此 LTE正研究在上行采用多个单天线用户联合进行MIMO传输的方法 称为Virtual MIMO调度器将相同的时频资源调度给若干个不同的用户 每个用户都采用单天线方式发送数据 系统采用一定的MIMO解调方法进行数据分离 采用Virtual MIMO方式能同时获得MIMO增益以及功率增益 相同的时频资源允许更高的功率发送 而且调度器可以控制多用户数据之间的干扰 同时 通过用户选择可以获得多用户分集增益 2020 3 20 48 LTE上行中的MIMO 上行支持MU MIMO目前支持的配置是1x2或1x4 将来支持2x2或4x4 2020 3 20 49 LTE关键技术 2020 3 20 50 LTE的双工方式 LTE系统支持两种双工方式 FDD 频分双工 在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送 用保护频段来分离接收和发送信道 FDD必须采用成对的频率 依靠频率区分上下行链路 其单方向上的资源在时间上是连续的 TDD 时分双工 在同一频率信道上进行接收和发送 用时间来分离接收和发送信道 在TDD方式下 接受和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载 其单方向上的资源在时间上是不连续的 2020 3 20 51 TD LTE与LTEFDD技术综合对比 2020 3 20 52 双工方式对比 用时间来分离接收和发送信道 时间资源在两个方向上进行分配 基站和移动台之间须协同一致才能顺利工作 在支持对称业务时 能充分利用上下行的频谱 但在支持非对称业务时 频谱利用率将大大降低 TDD FDD 2020 3 20 53 TDD与FDD同步信号设计差异 LTE同步信号的周期是5ms 分为主同步信号 PSS 和辅同步信号 SSS TD LTE和LTEFDD帧结构中 同步信号的位置 相对位置不同利用主 辅同步信号相对位置的不同 终端可以在小区搜索的初始阶段识别系统是TDD还是FDD 2020 3 20 54 TDD与FDD组网对比 FDD和TDD采用的链路级关键技术基本一致 解调性能相近TDD系统多天线技术的灵活运用 能够较好的抗干扰并提升性能和覆盖 覆盖方面的对比 同频组网能力的对比 具体机制的不同 系统内干扰来源 频率规划 时隙规划 均可做到业务信道基于ICIC基础上的同频组网 信令信道和控制信道有大体相同的链路增益 理论上都能够支持同频组网 切换 功控机制相同 同步 重选 物理层信道编解码等能力上没有本质区别 TDD系统是时分系统 上下行时隙之间可能有干扰 需要通过时隙规划来进行协调 FDD只有频率规划 结合ICIC来完成TDD系统有频率规划和时隙规划 频率规划结合ICIC来完成 时隙规划根据业务分布 干扰隔离等方面在组网中进行考虑 2020 3 20 55 LTE关键技术 2020 3 20 56 调制和编码调制方式 下行支持QPSK 16QAM和64QAM 上行支持QPSK 16QAM和64QAM 64QAM对于手机是可选功能 编码 Turbo编码 其它像LDPC等 64QAM星座图 101111 调制和编码 2020 3 20 57 高阶调制 高阶调制可提高峰值速率 LTE支持BPSK QPSK 16QAM和64QAM 2020 3 20 58 LTE关键技术 2020 3 20 59 链路自适应AMC原理 QPSK 16QAM和64QAM 连续 的编码速率 0 07 0 93 2020 3 20 60 链路自适应 链路自适应LTE支持时间和频率两个维度的链路自适应 根据时频域信道质量信息对不同的时频资源选择不同的调制编码方式 功率控制在CDMA系统中是一项重要的链路自适应技术 可以避免远近效应带来的多址干扰 在LTE系统中 上下行均采用正交的OFDM技术对多用户进行复用 因此 功控主要用来降低对邻小区上行的干扰 补偿链路损耗 也是一种慢速的链路自适应机制 2020 3 20 61 LTE关键技术 2020 3 20 62 混合自动重传请求 HARQ FEC 前向纠错编码 ForwardErrorCorrection ARQ 自动重传请求 AutomaticRepeatreQuest HARQ FEC ARQ 2020 3 20 63 FEC通信系统 劣势 可靠性较低 对信道的自适应能力较低为保证更高的可靠性需要较长的码 因此编码效率较低 复杂度和成本较高 优势 更高的系统传输效率 自动错误纠正 无需反馈及重传 低时延 2020 3 20 64 ARQ通信系统 劣势 连续性和实时性较低 传输效率较低 优势 复杂性较低 可靠性较高 适应性较高 2020 3 20 65 HARQ机制 HARQ实际上整合了ARQ的高可靠性和FEC的高效率 2020 3 20 66 LTE关键技术 2020 3 20 67 宏分集 软切换 网络扁平化的构架决定暂不考虑宏分集 不支持软切换方式 下行宏分集只是在提供多小区广播 broadcast 业务时 由于放松了对频谱效率的要求 可以通过采用较大的循环前缀 CP 解决小区之间的同步问题 从而可能采用下行宏分集 而对于单播业务不考虑宏分集 2020 3 20 68 分组交换 LTE是完全面向分组的多服务系统 使用分组交换 可以令分组的长度与相关时间可比 使得分组都落在信道质量较好的时间段 时间 无线衰落信道 快速自适应的分组调度 电路交换的资源分配 2020 3 20 69 目录 CONTENTS LTE简介 1 LTE关键技术 2 LTE网络架构 3 LTE无线接口协议 4 LTE业务及应用 5 2020 3 20 70 LTE网络结构 LTE采用 扁平 的无线访问网络结构 取消RNC节点 简化网络设计 实现了全IP路由 各个网络节点之间与Internet没有什么太大的区别 网络结构趋近于IP宽带网络结构 2020 3 20 71 LTE网络构架 MME S GW MME S GW X2 S1 EPC E UTRAN EPS eNodeB X2 X2 eNodeB eNodeB Uu E UTRAN中只有一种网元 eNodeB演进分组核心网 EPC演进分组系统 EPS 在LTE系统架构中 RAN将演进成E UTRAN 且只有一个结点 eNodeB UE与eNodeB连接间的接口 无线接口 LTE E UTRANE UTRAN UE eNBeNb NodeB RNCEPC MEE SGW PGW 2020 3 20 72 LTE全网架构 网络结构扁平化E UTRAN只有一种网元 E NodeB 全IP媒体面控制面分离与传统网络互通 2020 3 20 73 EPS概述 LTE致力于无线接入网的演进 E UTRAN 系统架构演进 SAE 则致力于分组网络的演进 演进型分组核心网EPC LTE和SAE共同组成演进型分组系统 EPS EPS网络结构 EPC E UTRAN 用户设备 2020 3 20 74 eNodeB功能 eNodeB具有现有3GPPR5 R6 R7的NodeB功能和大部分的RNC功能 包括物理层功能 HARQ等 MAC RRC 调度 无线接入控制 移动性管理等等 RNC NodeB eNodeB eNodeB实现的功能 具体来讲 包括 无线资源管理无线承载控制无线准入控制连接移动性控制UE上下行动态资源分配IP数据包头压缩和用户数据流加密UE连接期间选择MME寻呼消息的调度和传输广播信息的调度和传输移动和调度的测量 并进行测量量报告的配置 2020 3 20 75 核心网 EPC HSS P GW S GW MME PCRF E UTRAN SGi S5 S8 S1 U S6a S1 MME Gx Rx Operator sIPservices e g IMS PSS LTE SAE核心网负责UE的控制和承载建立 EPC包含的逻辑节点有 PDNGateway P GW ServingGateway S GW MobilityManagementEntity MME HomeSubscribierServer HSS PolicyControlandChargingRulesFunction PCRF EPC组成结构 2020 3 20 76 核心网节点功能 LTE SAE核心网负责UE的控制和承载建立 EPC包含的逻辑节点及其功能为 2020 3 20 77 EPC的结构 2020 3 20 78 E UTRAN和EPC的功能划分 E UTRAN和EPC之间的功能划分图 可以从LTE在S1接口的协议栈结构图来描述 如下图所示黄色框内为逻辑节点 白色框内为控制面功能实体 蓝色框内为无线协议层 2020 3 20 79 S1接口 S1接口定义为E UTRAN和EPC之间的接口 S1接口包括两部分 控制面的S1 C接口 用户面的S1 U接口 S1 C接口定义为eNB和MME功能之间的接口 S1 U定义为eNB和SAE网关之间的接口 EPC和eNBs之间的关系是多到多 即S1接口实现多个EPC网元和多个eNB网元之间接口功能 2020 3 20 80 S1接口 原则 1 信令和数据传输网络逻辑分割2 E UTRAN和EPC的功能完全区分于传输功能 某些E UTRAN或者EPC的功能可能会放置在同一设备中 某些传输功能并不能分成E UTRAN部分的传输功能和EPC部分的传输功能 3 RRC连接的移动性完全由EUTRAN控制 4 当定义E UTRAN接口时应尽可能减少接口功能划分的选项数量 5 一个物理网元可以包含多个逻辑节点 报告的配置 功能 1 SAE承载业务管理功能 例如建立和释放2 UE在LTE ACTIVE状态下的移动性功能 例如Intra LTE切换和Inter 3GPP RAT切换 3 S1寻呼功能4 NAS信令传输功能5 S1接口管理功能 例如错误指示等6 网络共享功能7 漫游和区域限制支持功能8 NAS节点选择功能9 初始上下文建立功能报告的配置 2020 3 20 81 X2接口 定义 1 X2接口定义为各个eNB之间的接口 2 X2接口包含X2 C和X2 U两部分 3 X2 C是各个eNB之间控制面间接口 X2 U是各个eNB之间用户面之间的接口 4 S1接口和X2接口类似的地方是 S1 U和X2 U使用同样的用户面协议 以便于eNB在数据前向时 减少协议处理 报告的配置 功能 1 移动性功能 支持UE在各个eNB之间的移动性 例如切换信令和用户面隧道控制 2 多小区RRM功能 支持多小区的无线资源管理 例如测量报告 3 通常的X2接口管理和错误处理功能 4 X2 U接口支持终端用户分组在各个eNB之间的隧道功能 2020 3 20 82 目录 CONTENTS LTE简介 1 LTE关键技术 2 LTE网络架构 3 LTE无线接口协议 4 LTE业务及应用 5 2020 3 20 83 无线接口协议 用户面 控制面 用户面主要执行头压缩 调度 加密等功能 控制面主要执行系统信息广播 RRC连接管理 RB控制 寻呼 移动性管理 测量配置及报告等 无线接口协议根据用途分为用户面 Userplane 协议栈和控制面 Controlplane 协议栈 2020 3 20 84 eNB PHY UE PHY MAC RLC MAC S GW PDCP PDCP RLC 用户面协议结构 用户面各协议体主要完成信头压缩 加密 调度 ARQ和HARQ等功能 2020 3 20 85 LTE无线接口 控制平面 eNB MAC UE MAC RLC PDCP RLC MME PDCP NAS NAS RRC RRC PHY PHY RRC完成广播 寻呼 RRC连接管理 RB控制 移动性功能和UE的测量报告和控制功能 RLC和MAC子层在用户面和控制面执行功能没有区别 2020 3 20 86 LTE SAE的协议结构 信令流 数据流 PDCP RLC和MAC协议合称L2协议 2020 3 20 87 层2结构 下行链路 2020 3 20 88 层2结构 上行链路 2020 3 20 89 PDCP子层模型 分组数据汇聚协议 PDCP PacketDataConvergenceProtocol 加密用户面数据和控制面数据 1 控制面 PDCPPDU的数据部分和MAC I部分 messageauthenticationcode 被加密 2 用户面 PDCPPDU的数据部分被加密 加密的算法和密钥都是高层设置的 加密的激活也是由高层来做的 完整性保护应用于控制面数据 SRB 包括完整性保护和完整性验证 完整性保护的算法和密钥都是高层设置的 它的激活也是由高层来做的 PDCP丢包处理 PDCP实体收到上层递交的一个PDCPSDU 就会为这个SDU启动一个Discard Timer 当一个PDCPSDU的Discard Timer超期时 UE就会丢弃这个PDCPSDU以及由它生成的PDCPPDU 2020 3 20 90 RLC层 UM实体结构图 2020 3 20 91 RRC级功能划分 RRC的状态设计为RRC IDLE和RRC CONNECTED两类 LTE中RRC子层功能与原有UTRAN系统中的RRC功能相同 包括有系统信息广播 寻呼 建立释放维护RRC连接等 2020 3 20 92 RRC IDLE状态 NAS配置UE指定的DRX 系统信息广播 寻呼 小区重选移动性 UE将分配一个标识来独立的在一个跟踪区中唯一识别该UE eNB中没有存储RRC上下文 2020 3 20 93 RRC CONNECTED状态 UE建立一个E UTRAN RRC连接 E UTRAN中存在UE的上下文 E UTRAN知道UE归属的小区 网络可以与UE之间进行数据收发 网络控制移动性过程 例如切换 邻区测量 在PDCP RLC MAC级 UE可以与网络之间收发数据 UE监测控制信令信道来判定是否正在传输的共享数据信道已经被分配给UE UE报告信道质量信息和反馈信息给eNB eNB控制实现按照UE的激活级别来配置DRX DTX周期 以便于UE省电和有效利用资源 2020 3 20 94 MAC层 MAC层的功能 2020 3 20 95 MAC层主要功能 媒体接入控制层 MAC MediaAccessControl 主要功能 逻辑信道和传输信道的映射 将来自RLC层的PDU按照传输块大小映射到物理层 传输流量测量报告 HARQ的纠错 属于一个UE的不同逻辑信道的优先级处理 不同UE间的优先级处理和传输格式选择等 2020 3 20 96 PCCH BCCH CCCH DCCH DTCH MCCH MTCH PCH BCH DL SCH MCH 下行逻辑信道 下行传输信道 下行逻辑信道与传输信道映射关系图 MAC可以将不同的逻辑信道进行复用并将逻辑信道映射到适当的传输信道 逻辑信道到传输信道的映射有一定的约束 MAC层 2020 3 20 97 逻辑信道 专用业务信道 DTCH DedicatedTrafficChannel 承载用户数据 组播控制信道 MCCH MulticastControlChannel 用于承载MTCH接收所必须的控制信息 承载控MBMS制信令 组播业务信道 MTCH MulticastTrafficChannel 用于承载MBMS业务的下行传输 承载MBMS应用数据 广播控制信道 BCCH BroadcastControlChannel 通过该信道向所有用户广播网络的控制信息 在接入系统之前 UE需要读取BCCH上的接入消息 寻呼控制信道 PCCH PagingControlChannle 网络通过寻呼信道对网络已知位置的移动终端发起寻呼 专用控制信道 DCCH DedicatedControlChannel 用于承载发向或者来自移动终端的控制信息 用于每个移动终端的先关配置 上行共享信道 UP SCH 与DL SCH对应的上行传输共享信道 2020 3 20 98 传输信道 寻呼信道 PCH 用于传输PCCH所承载的寻呼信息 下行共享信道 DL SCH 通过该信道传输下行的数据 组播信道 MCH 用于支持MBMS业务 与WCDMA HSPA相比 LTE的信道结构进行了简化 信道类型有所减少 广播信道 BCH 具有固定传输格式 用于传输BCCH逻辑信道承载的信息 2020 3 20 99 物理层 物理层周围的无线接口协议结构 2020 3 20 100 物理层 物理层是基于资源块 PRB 以带宽不可知的方式进行定义的 从而允许LTE的物理层适用于不同的频谱分配 一个资源块在频域上或者占用12个宽度为15kHz的子载波 或者占用24个宽度为7 5kHz的子载波 LTE支持两种类型的无线帧结构 类型1 适用于FDD模式 类型2 适用于TDD模式 每一个无线帧的长度为10ms 由20个时隙构成 每个时隙长度为0 5ms 2020 3 20 101 无线帧结构 类型1 每个10ms无线帧被分为10个子帧每个子帧包含两个时隙 每时隙长0 5msTs 1 15000 2048 是基本时间单元 1个RB在时域上占一个时隙 任何一个子帧即可以作为上行 也可以作为下行 2020 3 20 102 1个子帧 DwPTS GP UpPTS 1个半帧153600TS 5ms 1个子帧 DwPTS GP UpPTS 30720TS 1个时隙Tslot 15360TS 1个无线帧Tf 307200Ts 10ms 无线帧结构 类型2 每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧 每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成特殊子帧包括3个特殊时隙 DwPTS GP和UpPTS 总长度为1ms支持5ms和10ms上下行切换点子帧0 5和DwPTS总是用于下行发送 2020 3 20 103 上下行配比方式 D 代表此子帧用于下行传输 U 代表此子帧用于上行传输 S 是由DwPTS GP和UpPTS组成的特殊子帧 特殊子帧中DwPTS和UpPTS的长度是可配置的 满足DwPTS GP和UpPTS总长度为1ms 2020 3 20 104 系统占用带宽分析 占用带宽 子载波宽度x每RB的子载波数目xRB数目子载波宽度 15KHz每RB的子载波数目 12 2020 3 20 105 资源分组 2020 3 20 106 LTE上行 下行信道 BCCH PCCH CCCH DCCH DTCH MCCH MTCH PCH DL SCH MCH BCH PBCH PDSCH PMCH 逻辑信道 传输信道 物理信道 CCCH DCCH DTCH UL SCH PRACH PUSCH RACH PUCCH 下行信道 上行信道 逻辑信道 传输信道 物理信道 2020 3 20 107 物理信道和信号 上行物理信道PUSCHPUCCHPRACH上行物理信号参考信号 ReferenceSignal RS 下行物理信道PDSCH PBCHPMCHPCFICHPDCCHPHICH下行物理信号同步信号 SynchronizationSignal 参考信号 ReferenceSignal 物理信道一系列资源粒子 RE 的集合 用于承载源于高层的信息物理信号一系列资源粒子 RE 的集合 这些RE不承载任何源于高层的信息 2020 3 20 108 UL SCH传输的物理层模型 2020 3 20 109 BCH传输的物理层模型 2020 3 20 110 DL SCH传输的物理层模型 2020 3 20 111 下行RS 2020 3 20 112 上行RS 2020 3 20 113 物理层过程 小区搜索 Step1 搜索PSCH 确定5ms定时 获得小区IDStep2 解SSCH 取得10ms定时 获得小区ID组 Step3 检测下行参考信号 获取BCH的天线配置 然后UE就可以读取PBCH的系统消息 PCH配置 RACH配置 邻区列表等 SCH结构基于1 25MHz固定带宽 UE必需的小区信息有 小区总发射带宽 小区ID 小区天线配置 CP长度配置 BCH带宽 2020 3 20 114 物理层过程 随机接入 通过PRACH发送RACHpreambleUE监控PDCCH获得相应的上下行资源配置 从相应的PDSCH获取随机接入响应 包含上行授权 定时消息和分配给UE的标识UE从PUSCH发送连接请求eNB从PDSCH发送冲突检测 2020 3 20 115 LTE移动性管理 2020 3 20 116 目录 CONTENTS LTE简介 1 LTE关键技术 2 LTE网络架构 3 LTE无线接口协议 4 LTE业务及应用 5 2020 3 20 117 LTE业务及应用 LTE LongTermEvolution 是3GPP在R8中提出的一种新的宽带无线空中接口技术 可分为FDD和TDD两种模式 TD LTE是一种新一代亮带穆动通信技术是我国拥有自主知识产权的TD SCDMA的后续演进技术 在继承了TDD优点的同时还引入了天线MIMO与频率复用OFDM技术 相比于3G TD LTE在系统性能上有了跨越式提高 能够为用户提供更加丰富多彩的移动互联网业务 2020 3 20 118 LTE业务及应用 2020 3 20 119 LTE特色业务 国展 ITU 世界通信大会展示了高速上网 高清视频监控 高清视频点播 在线游戏等多种业务 高清视频点播 TD LTE无线数据传输下行速率可达100Mbps 可实时观看在线高清赛事直播 每路高清视频需15Mbps左右的吞吐率 在线游戏 TD LTE一大显著技术优势即低时延 仅10ms 用户基于TD LTE网络网上冲浪玩游戏 画面和声音更加流畅 给玩家以更好的游戏体验 2020 3 20 120 实时高清视频监控业务 1 本地视频监控场馆中的摄像头与网关连接 控制台可以将现场监控视频推送到手机 使执勤人员实时观察场馆动态 也可以通过手机来切换监控的画面 2 异地视频监控监控人员可以通过软终端或手机发送消息到服务器 远程启动摄像头 并可通过软终端遥控摄像头转向观察异地场馆的实时动态 高清视频监控 基于TD LTE的视频监控业务可以利用高带宽的无线接入 支持在任意地点上传与接收图像 主要应用于交通 家庭 公共多媒体和应急指挥等领域 是TD LTE多媒体业务的典型应用 2020 3 20 121 基于共享的多媒体会议业务 P CSCF I CSCF S CSCF SBC MultimediaConferenceServer MRF MediaResource MFCF MGW TD LTE PC TD LTE TD LTE IMSCore TD LTE 2020 3 20 122 视频PoC业务 TD LTE网络 视频PoC可同时将语音和实时图像传送到各个终端 2020 3 20 123 LTE业务及应用 2020 3 20 124 无线城市应用 总体定位无线政务无线产业无线生活 2020 3 20 125 无线政务 满足城市市政管理 公共交通 社会治安管理等方面对无线通信的需求 实现 管理型政府 向 服务型政府 的转变 无线生活 将无线应用渗透到人们生活的方方面面 丰富人们的生活 享受无线城市带来的精彩生活 无线产业 满足企业对信息化的需求 提高各行业企业的生产效率和综合竞争能力 总体应用定位 2020 3 20 126 无线城市应用 总体定位无线政务无线产业无线生活 2020 3 20 127 无线政务 无线政务 提高办公效率 促进城市发展 提高办公效率 实现阳光行政 2020 3 20 128 行政办公公文批复 实现在手机上公文的批复 及时方便的处理重要公文 移动邮件 强大的随身邮件系统 可随时接收 发送 回复电脑上的邮件 通讯录 集团通讯录 包含各单位机关人员的联系方式 可以随时增减和调整 日程管理 可自主设置日程事项 还支持领导 秘书等有权限的人远程安排他人任务 即时通知 可将单位的内部通知 直接强制推送到工作人员手机上 不开程序也能看到 避免错漏重要信息 手机硬盘 随身的信息资料库 可以远程下载公司端的已存储数据 方便随时查看相关需要的文档 高效办公 2020 3 20 129 整合协作 2020 3 20 130 市长热线纪检邮箱投诉及反馈献计献策意见征集百姓畅言互动论坛企业服务信息发布 例如 12345市长热线政府wap论坛 政务公开 2020 3 20 131 服务大众 服务于民服务于企业应用于社会 FORTHEPEOPLE 服务大众 2020 3 20 132 认证服务器 VPN网关 公安内部网 派出所 巡逻民警 巡逻警车 巡逻交警 移动办公 便民信息 指挥调度 移动警务 2020 3 20 133 矿厂 XX矿厂触发安全告警 需要尽快处理 有安全告警信息 需要大家立刻处理 无线安防 2020 3 20 134 应急联动 2020 3 20 135 信息中心 伺服器群 电子站牌 基站 公交车 民众 政府部门 公交车采集各种信息 控