TD-LTE学习总结.ppt

1 2 LTE网络结构 eNodeB主要负责无线资源管理 MME主要负责移动性管理功能 SGW负责本地网络接入处理 PDNGW提供承载控制 计费 地址分配和非3GPP接入等功能 HSS负责用户鉴权和签约等处理 PCRF是帐号秘密认证和资源分配 全IP 扁平化网络架构eNB集成了更多的功能块 物理层 PHY 媒体接入层 MAC 无线链路控制 RLC 分组数据汇聚协议 PDCP 无线资源控制 RRC 无线资源分配和调度 小区间无线资源管理 RRM 更短的无线网络时延 单向用户数据延迟 5ms 控制信令延迟 100mseNB之间通过X2接口进行通信 实现小区间优化的无线资源管理 Uu 3 LTE网络结构 续 4 E UTRAN与EPC功能划分 无限资源管理无线承载控制无线接入控制动态资源分配Enodeb测量连接态移动性管理 MME功能 NAS安全空闲态移动性管理EPC承载控制 SGW功能 移动性管理接入点 PGW功能 UEIP地址分配基于每用户的包过滤 S1 MME S1 U S11 S5 8 E UTRAN EPC 5 E UTRAN与EPC功能划分 续 eNodeB具有以下功能 1 无线资源管理 包括无线承载控制 无线接入控制 连接态移动性控制 UE的上下行动态资源分配 调度 2 IP头压缩及用户数据流加密3 UE附着时的MME选择4 路由用户平面数据至SGW5 寻呼消息的组织和发送6 广播信息的组织和发送7 以移动性或调度为目的的测量及测量报告配置 MME处理控制平面功能 主要包括1 非介入层 NAS 信令的处理2 分发寻呼消息至eNodeB3 接入层安全控制4 移动性管理涉及核心网节点之间的信令控制5 空闲状态移动性控制6 SAE承载控制7 NAS信令的加密与完整性保护8 跟踪区列表管理9 PGW与SGW的选择10 向2G 3G切换时的SGSN选择11 漫游 鉴权 SGW处理用户平面功能 主要包括1 终止因为寻呼产生的用户平面数据2 支持UE的移动性的用户平面切换3 分组数据的路由与转发4 传输层分组数据的标记5 运营商间计费的统计6 用户计费 合法监听 PGW主要功能 1 UE的IP地址分配2 QoS保证3 计费4 IP数据包过滤 6 无线接口协议栈 信令流 数据流 7 无线接口控制平面协议栈 控制平面协议栈主要负责无线接口的管理和控制 包括RRC协议 MAC RLC PDCP协议和物理层协议 NAS层是UE EPC通信的一部分 控制面各协议层主要功能如下 NAS控制协议实体位于终端UE和移动性管理实体MME内 主要负责提供对非接入层的管理和控制RRC协议实体位于UE和ENB内 主要负责对接入层的管理和控制 主要功能包括广播 寻呼 RRC连接管理 无线承载控制 移动性管理以及UE测量报告和测量上报的控制功能控制平面RRC协议数据的加密和完整性保护功能 在LTE协议栈中 交由PDCP子层完成数据链路层和物理层提供对RRC协议消息的数据传输功能 NAS消息可以串接在RRC消息内 也可以单独在RRC消息中携带 8 无线接口用户平面协议栈 没有NAS层和RRC层用户平面协议主要为数据链路层协议 MAC RLC PDCP 和物理层协议 物理层为数据链路层提供数据传输功能 物理层通过传输信道为MAC子层提供相应的服务 MAC子层通过逻辑信道为RLC子层提供相应的服务 9 无线接口协议栈功能划分 物理层 物理层位于无线接口协议栈最底层 提供物理介质中比特流传输所需要的所有功能 负责处理编译码 调制解调 多天线映射以及其它电信物理层功能 物理层以传输信道的方式为MAC层提供服务 物理层将包含如下功能 传输信道的错误检测并向高层提供指示 传输信道的前向纠错编码 FEC 与译码 混合自动重传请求 HARQ 软合并 传输信道与物理信道之间的速率匹配及映射 物理信道的功率加权 物理信道的调制与解调 时间及频率同步 射频特性测量并向高层提供指示 MIMO天线处理 传输分集 波束赋形 射频处理 10 无线接口协议栈功能划分 MAC层 MAC子层只有一个MAC实体 包括传输调度功能 UE级别功能 MBMS功能 MAC控制功能以及传输块生成功能等功能块 具体功能包括逻辑信道到传输信道的映射来自多个逻辑信道的MAC服务数据单元 SDU 的复用和解复用上行调度信息上报 包括终端待发送数据量信息的上行功率余量信息HARQ传输终端内的多个逻辑信道的优先级处理通过动态调度实现UE间的优先级处理 ENB侧 MBMS业务识别传输格式选择 包括传输使用的调制方式和编码速率填充功能 即当实际传输数据量不能填满整个授权的数据块大小时使用该功能 11 无线接口协议栈功能划分 RLC层 针对不同的服务模式 RLC子层包含的功能也有所不同 具体如下 对确认模式和非确认模式的RLC实体 支持对RLCSDU的串接 分段和重组对确认模式和非确认模式的RLC实体 由于数据包中携带序号信息 故支持对高层数据的按序递交 重复检测功能和RLCSDU丢弃功能对配置确认模式的RLC实体 支持ARQ传输对配置确认模式的RLC实体 在数据重传时候支持RLCdataPDU重分段功能支持RLC重建立功能 12 无线接口协议栈功能划分 PDCP层 PDCP子层用户平面的功能包括支持头压缩和解压缩 包含ROHC算法在PDCP重建立过程中 支持确认RLC模式下逻辑信道向高层进行按需递交 及对底层SDU数据的重复检测切换过程中 支持确认RLC模式的逻辑信道的PDCPSDU的重传加密和解密业务面数据的传输上行基于定时器的SDU丢弃机制 PDCP子层用户控制平面的功能包括加密和完整性保护控制平面数据的传输 PDCP头 PDCPSDU PDCPPDU PDCPPDU的结构如又图所示 其中PDCPPDU和PDCP头都是字节对齐 13 无线接口协议栈功能划分 RRC层 RRC协议模块功能包括 系统消息广播 寻呼 RRC连接建立 维护 释放 安全功能密匙管理 无线承载管理 移动性管理 包括UE测量上报和控制 切换 UE小区选择和重选 切换时候上下文传输 MBMS服务通知 MBMS服务承载管理 QoS管理 UE测量报告和控制 NAS直传消息传输 在LTE中 RRC状态只有两种 即RRC IDLE和RRC CONNECTED状态 每个状态特征见右表 14 处理UE和MME之间信息的传输 传输的内容可以是用户信息或控制信息 如业务的建立 释放或者移动性管理信息 它与接入信息无关 只是通过接入层的信令交互 在UE和MME之间建立起了信令通路 从而便能进行非接入层信令流程了 NAS层功能如下 会话管理 包括会话建立 修改 释放及QoS协商用户管理 包括用户数据管理 以及附着 去附着安全管理 包括用户与网络之间的鉴权及加密初始化计费 无线接口协议栈功能划分 NAS层 15 16 LTE关键技术 TDD双工方式高阶调制多址传输方式MIMO技术AMC链路自适应HARQ混合自动重传小区干扰抑制和协调 17 TDD TimeDivisionDuplexing 时分双工技术是一种通信系统的双工方式 与FDD相对应 在TDD模式下 移动通信系统中的发送和接收位于同一载波下的不同时隙 通过将信号调度到不同时间段传输进行区分 TDD模式可灵活配置于不对称业务中 以充分利用有限的频谱资源 TDD双工方式 优势 频谱效率高 配置灵活灵活的上下行资源比例配置 更有效地支持非对称的IP分组业务利用信道对称性特点 提升系统性能设备成本低 劣势 终端移动速度受限系统内干扰更为复杂同步要求高 18 高阶调制 LTE下行物理共享信道 PDSCH 支持QPSK 16QAM 64QAM三种调制方式 每种调制方式都有特定的 星座图 一种调制方式的 星座点 越多 每个点代表的bits数就越多 在同样的频带宽下提供的数据传输速率就越快 19 OFDM 其基本思想是把高速数据流分散到多个正交的子载波上传输 从而使单个子载波上的符号速率大大降低 符号持续时间大大加长 对因多径效应产生的时延扩展有较强的抵抗力 减少了符号间干扰 ISI 的影响 通常在OFDM符号前加入保护间隔 只要保护间隔大于信道的时延扩展则可以完全消除符号间干扰 在TD LTE系统中 下行方向上采用了OFDMA的多址方式 而上行方向 采用了具有单载波峰均比低特征的SC FDMA多址方式 20 OFDM的优势 对比FDM 单载波 frequency 多采用几个频率并行发送 以实现宽带的传输 OFDM系统中各个子载波相互交叠 互相正交 从而极大地提高了频谱利用率 21 OFDM发射流程 以OFDM发射端为例 首先对发送信号进行信道编码并交织 然后将交织后的数据比特进行串 并转换 并对数据进行调制后映射到OFDM符号的各个子载波上 将导频符号插入到相应子载波后 对所有子载波上的符号进行逆傅立叶变换后生成时域信号 并对其进行并 串转换 在每个OFDM符号前插入CP后 进行数 模转换并上变频到发射频带上进行信号发送 接收端信号处理是发送端的逆过程 22 符号间无保护间隔时 多径会造成ISI和ICIISI Inter symbolInterference 符号间干扰ICI Inter CarrierInterference 载频间干扰 接收端同时收到前一个符号的多径延迟信号 紫色虚线 和下一个符号的正常信号 红色实线 影响了正常接收 时域上是ISI 频域上市ICI 有保护间隔 但保护间隔不传输任何信号可以有效消除多径的ISI 但引入了ICI 符号之间空出一段时间做为保护间隔 这样做可以消除除ISI 因为前一个符号的多径信号无法干扰到下一个符号 但同时引起符号内波形无法在积分周期内积分为0 导致波形频域上无法和其他子载波正交 保护间隔概述 23 循环前缀保护间隔 CP 保护间隔中的信号与该符号尾部相同 即循环前缀 CyclicPrefix 简称CP 既可以消除多径的ISI 又可以消除ICI CP使一个符号周期内因多径效应产生的波形为完整的正弦波 因此不同子载波对应的时域信号及其多径积分总为0 消除载波间干扰 ICI 应用于OFDM系统 每个子载波宽度仅为15kHz且交叠存在 子载波间干扰 ICI 对系统影响较大 因此采用CP消除ICI 24 CP长度确定 25 OFDM的优势 频谱效率高OFDM采用多载波方式避免用户的干扰 只是取得用户间正交性的一种方式 防讳于未然 的一种方式未然式CDMA采用等干扰出现后用信号处理技术将其消除 例如信道均衡 多用户检测等 以恢复系统的正交性相对单载波系统 CDMA 来说 多载波技术 OFDM 是更直接的实现正交传输的方法带宽扩展性强 决定性优势OFDM信道带宽取决于子载波的数量CDMA只能通过提高码片速率或者多载波方式支持更大带宽 使得接收机复杂度大幅度上 26 频域调度及自适应OFDM可以实现频域调度 相对CDMA来说灵活性更高可以在不同的频带采用不同的调制编码方式 更好的适应频率选择性衰落实现MIMO技术较简单MIMO技术的关键 有效避免天线之间的干扰以区分多个数据流水平衰落信道中实现MIMO更容易 频率选择性信道中 ICI和ISI混合在一起 很难将MIMO接受和信道均衡区分开抗多径衰落相对于CDMA系统 OFDMA系统是实现简单均衡接收机的最直接方式 OFDM的优势 27 较高的峰均比 PARP OFDM输出信号是多个子载波时域相加的结果 子载波数量从几十个到上千个 如果多个子载波同相位 相加后会出现很大幅值 造成调制信号的动态范围很大 因此对RF功率放大器提出很高的要求 受频率偏差的影响高速移动引起的多普勒频移 子载波间隔15KHz抗多普勒频移影响由于子信道的频谱相互覆盖 对子信道之间的正交性提出严格的要求 由于无线信道存在时变形 在传输过程中会出现无线信号的频率偏移 或者由于发射机载波频率与接收机本地振荡器之间的频率偏差 都会使得OFDM系统子载波间的正交性遭到破坏 导致子信道间的信号相互干扰 ICI 使得系统的误码率性能恶化 受时间偏差的影响折射 反射较多时 多径时延大于CP CyclicPrefix 循环前缀 将会引起ISI及ICI系统设计时已考虑此因素 设计的CP能满足绝大多数传播模型下的多径时延要求 4 68us 从而维持符号间无干扰 OFDM的不足 28 LTE下行多址方式 OFDMA OFDMA是一种资源分配粒度更小的多址方式 同时支持多个用户 将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源 将不同的子载波资源分配给不同的用户实现多址 因为子载波相互正交 所以小区内用户之间没有干扰 集中式 连续RB分给一个用户优点 调度开销小 分布式 分配给用户的RB不连续优点 频选调度增益较大 OFDM特点 同相位的子载波的波形在时域上直接叠加 因子载波数量多 造成峰均比 PAPR 较高 调制信号的动态范围大 提高了对功放的要求 29 LTE上行多址方式 SC FDMA 和OFDMA相同 将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源 将不同的子载波资源分配给不同的用户实现多址 注意不同的是 任一终端使用的子载波必须连续 考虑到多载波带来的高PAPR会影响终端的射频成本和电池寿命 LTE上行采用SingleCarrier FDMA 即SC FDMA 以改善峰均比 SC FDMA的特点是 在采用IFFT将子载波转换为时域信号之前 先对信号进行了FFT转换 从而引入部分单载波特性 降低了峰均比 30 OFDMA与SC FDMA 31 MIMO 广义定义 多输入多输出 Multiple InputMultiple Output 多个输入和多个输出既可以来自于多个数据流 也可以来自于一个数据流的多个版本 按照这个定义 各种多天线技术都可以算作MIMO技术狭义定义 多流MIMO 提高峰值速率多个信号流在空中并行传输 按照这个定义 只有空间复用和空分多址可以算作MIMO 无线通信系统可以利用的资源 时间 频率 功率 空间 多天线技术通过在收发两端同时使用多根天线 扩展了空间域 利用空间扩展的特征带来系统容量的提升 32 从MIMO的效果分类 传输分集 TransmitDiversity 利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性 发射或接收一个数据流 避免单个信道衰落对整个链路的影响 提高边缘小区性能 在信噪比不高的情况下也能解调信号 波束赋形 Beamforming 基站下行有波束赋形利用较小间距的天线阵元之间的相关性 通过阵元发射的波之间形成干涉 集中能量于某个 或某些 特定方向上 形成波束 从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果 空间复用 SpatialMultiplexing 利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性 向一个终端 基站并行发射多个数据流 以提高链路容量 峰值速率 空分多址 SDMA 利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性 向多个终端并向发射数据流 或从多个终端并行接收数据流 以提高用户容量 MIMO技术分类 33 MIMO的工作模式 复用模式不同天线发射不同的数据 可以直接增加容量 2 2MIMO方式容量提高1倍 分集模式不同天线发射相同的数据 在弱信号条件下提高用户速率 34 传输分集 在无线移动通信系统中 分集技术通常用于对抗衰落 提高链路可靠性 分集技术需要接收端收到多个重复的发射信号 这些发射信号携带同样的信息 LTE采用SFBC作为两天线端口的发射分集方案 4天线端口的发射分集方案为SFBC和FSTD的组合方案 SFBC FSTD方案将待传输的数据符号以4个为一组进行编码操作 记为c1 c2 c3 c4 这4个符号参照下表的关系映射到子载波0 1 2 3和天线端口0 1 2 3上 在子载波0和子载波1上只有天线端口0和天线端口2传输数据 端口1和端口3不传输数据 端口0和端口2之间构成了一个SFBC 类似的 天线端口1和3构成一个SFBC 在不同的载波 组 上进行天线 组 的切换 即SFBC FSTD 35 波束赋形 波束赋型是发射端对数据先加权再发送 形成窄的发射波束 将能量对准目标用户 提高目标用户的信噪比 从而提高用户的接收性能 波束赋型只应用于业务信道控制信道仍使用发射分集保证全小区覆盖可以不需要终端反馈信道信息平均路损和来波方向可通过基站测量终端发射的SRS 探测参考信号 36 下行多用户MIMO 下行MU MIMO 将多个数据流传输个不同的用户终端 多个用户终端以及eNB构成下行MU MIMO系统下行MU MIMO可以在接收端通过消除 零陷的方法 分离传输给不同用户的数据流下行MU MIMO还可以通过在发送端采用波束赋形的方法 提前分离不同用户的数据流 从而简化接收端的操作LTE下行目前同时支持SU MIMO和MU MIMO 37 上行多用户MIMO SU MIMOMU MIMO 上行MU MIMO 不同用户使用相同的时频资源进行上行发送 单天线发送 从接收端来看 这些数据流可以看作来自一个用户终端的不同天线 从而构成了一个虚拟的MIMO系统 即上行MU MIMOLTE上行仅仅支持MU MIMO这一种MIMO模式 38 LTE下行发送过程 对于来自上层的数据进行信道编码 形成码字 对不同的码字进行调制形成符号 对不同码字的调制符号组合在一起进行层映射 层映射后的数据进行预编码映射到不同天线端口上发送 码字 来自上层的业务流进行信道编码后的数据 不同的码字区分不同的数据流 通过MIMO发送多路数据 实现空间复用 由于LTE系统接收端最多支持2天线 因此发送的数据流最多为2 LTE中一个TTI最多只能同时接收和发送2个TB 也就是2个码字 这决定了不管发送端天线为1 2或者4 码字的数量最多为2 如果发送端天线为1 实际能支持的码字也是1 如果接收端有两根接收天线 但是两根天线高度相关 如果发送端仍然发送两组数据流 两个码字 则接收端无法解调 因此在接收端天线高度相关的情况下 码字数量也只能为1 由于码字数量和发送天线数量不一致 需要将码字流映射到不同的天线天线上 因此需要用到层映射与预编码 层映射与预编码实际上是映射码字到发送天线的过程的两个子过程 天线模式相关概念 39 层映射按照一定的规则将码字流重新映射到多个层串并转换 形成新的数据流 就是将调制符号映射到一个或者多个传输层上 不同的层可以传输相同的或者不同的信息 层的数量小于物理信道传输使用的天线端口数量 预编码再将不同的层的数据映射到不同的天线端口上 在各个天线端口进行资源映射 生成OFDM符号并发射 码字 与 流 的概念相同 LTE目前有单流或双流 TD LTER8仅支持单码字单流波束赋形 信道条件好时 可使用双流 空间复用 信道条件不好时 可切换成分集模式或波束赋形 层与秩 rank 的概念相同 秩为1 2 3 4 表示任一时刻终端和基站间的独立传播信道的个数 对于空间复用秩等于层数 公共导频的逻辑天线端口有1 2 4三种情况 也就是说 即便最多可使用4个逻辑天线进行空间复用传输 仍然只传输两个信息流传输分集皆为单流 天线模式相关概念 40 LTE传输模式 TM 传输模式是针对单个终端的 同小区不同终端可以有不同传输模式 主要应用的是模式2 3 7 8eNB自行决定某一时刻对某一终端采用什么传输模式 并通过RRC信令通知终端模式3到模式8均含有发射分集 当信道质量快速恶化时 eNB可以快速切换到模式内发射分集模式 41 LTE典型传输模式 波束赋型中的业务信道与控制信道使用的参考信号不同 业务信道使用Port5专用参考信号 单流波束赋形 或Port7 8 双流波束赋形 控制信道使用2天线端口发射分集模式这意味着 TD LTE中的波束赋形仅仅是业务信道的 解调用参考信号在port5和业务信道一起发送 控制信道仍然采用全向方式发送给终端 42 MIMO的优点 阵列增益 可以提高发射功率和进行波束形成 系统的分集特性 可以改善信道衰落造成的干扰 系统的空间复用增益 可以构造空间正交的信道 从而成倍地增加数据率 因此 充分地利用MIMO系统的这些优秀品质能够大幅度地提高系统容量 获得相当高的频谱利用率 从而可以获得更高的速率 更好的传输品质或更大的系统覆盖范围 43 AMC链路自适应 信道质量的信息反馈 即ChannelQualityIndicator CQI UE测量信道质量 并报告 每1ms或者是更长的周期 给eNodeBeNodeB基于CQI来选择调制方式 数据块的大小和数据速率 好的信道条件减少冗余编码 甚至不用冗余编码 坏的信道条件增加更多冗余编码 LTE物理共享信道 PDSCH 支持三种编码方式 QPSK 16QAM和64QAM 编码方式对应的其三种星座图 编码方式越高 QPSK 16QAM 64QAM 依赖的信道条件需要越好 由于下行调度是由eNodeB决定的 而eNodeB作为发射端 并不清楚信道条件如何 信道质量衡量也只能由UE来完成 eNodeB要决定编码方式 协议把这个信道质量量化成0 15的序列 4bit数来承载 并定义为CQI CQI的选取准则是UE接收到的传输块的误码率不超过10 因此 UE上报的CQI不仅与下行参考信号的SINR有关 还与UE接收机的灵敏度有关 44 CQI索引 LTE下行方向的链路自适应技术基于UE反馈的CQI 从预定义的CQI表格中具体的调制与编码方式 coderate efficiency Qm Qm为调制阶数 coderatex1024为第3列值 efficiency是指每个RE含多少bits有用信息 CQI为0表示无传输 45 HARQ 混合自动重传请求 前向纠错 FEC ForwardErrorCorrection 在信息比特中增加一定的校验比特 从而降低编码速率 实现接收端的正确接收自动重传请求 ARQ AutomaticRepeat request 接收端通过CRC校验信息来判断接收到的数据包的正确性 如果正确接收则发送ACK信息告诉发送端 如果接收失败 则发送NACK信息告诉发送端 发送端将重发对应的数据块 混合自动重传请求采用FEC减少重传次数 降低误码率 使用ARQ的重传和CRC校验来保证分组数据传输等要求误码率极低的场合 该机制是一种折中的方案 在纠错范围能力内自动纠正错误 超出纠错范围则要求发送端重新发送 既增加了系统的可靠性 又提高了系统的传输效率 HARQ类型Type HARQType HARQType HARQLTE采用Type HARQ 混合HARQ接收端接收数据块 并解编码根据CRC解校验 得到误块率如果误块率较高暂时保存错误的数据块接收端要求发送端重发接收端将暂存的数据块和重发的数据混合后再解编码 46 HARQ的工作方式 根据重传发生的方式不同 可以将HARQ分为同步和异步HARQ两类 同步HARQ是指一个HARQ进程的传输与重传发生具有固定的时序关系 由于接收端预先已知重传传输发生的时刻 因此不需要额外的信令来标识HARQ进程的序号以及额外的重传控制信令 此时HARQ进程的序号可以从子帧号获得 而异步HARQ是指一个HARQ进程的重传时间需要通过额外的重传控制信令额外指示 接收端预先不知道重传发生的时刻 此时HARQ进程的处理序号需要连同数据一起发送 因而增大了系统的信令开销 根据重传时数据特征是否发生变化 将HARQ分为自适应和非自适应HARQ两种 其中 传输的数据特征包括资源块的分配 调制方式 传输块的长度和传输的持续时间等 自适应传输是指在每一次重传过程中 发送端可以根据实际的信道状态信息改变全部或部分传输方式 因此在每次传输的过程中 包含传输参数的控制信令信息要一并发送 在非自适应HARQ中 这些参数相对于接收端而言都是已知的 因此不需要传输参数的控制信息在LTE系统中 下行采用的是异步自适应HARQ 上行采用的是同步非自适应HARQ 47 HARQ进程与RTT TD LTE系统采用N通道的停等式HARQ协议 因此需要为系统配置相应的HARQ进程数 在等待某个HARQ进程的反馈信息过程中 可以继续使用其他的空闲进程传输数据包 HARQ的最小RTT RoundTripTime 定义为一次数据包传输过程的完成时间 包括重一个数据包在发送端开始发送 接收端处理后 根据结果反馈ACK NACK信令 发送端解调处理ACK NACK信号后 确定下一帧进行重传或传送新数据包的全过程 在FDD中 最小的下行HARQRTT时间为8ms TDD中 这一值在8到16ms之间 HARQ的进程数与HARQ的最小RTT时间是紧密相关的 对于FDD来说 其HARQ的进程数等于HARQ的最小RTT时间中包含的子帧数目 对于TDD来说 其HARQ的进程数为HARQ的最小RTT时间中包含的同一发送方向的子帧数目 FDD中 下行HARQ进程的最大数目为8个 TDD中下行HARQ进程的最大数目在4到15之间 48 ICIC小区间干扰协调 原理 允许小区中心的用户自由使用所有频率资源 对小区边缘用户只允许按照频率复用规则使用一部分频率资源 不同基站的小区的边缘用户在频域上是错开的 ICIC技术的优点 降低邻区干扰 提升小区边缘数据吞吐量 改善小区边缘用户体验ICIC技术的缺点 干扰水平的降低 以牺牲系统容量为代价 49 50 信道带宽 支持的信道带宽 ChannelBandwidth 1 4MHz 3 0MHz 5MHz 10MHz 15MHz以及20MHzLTE系统上下行的信道带宽可以不同下行信道带宽大小通过主广播信息 MIB 进行广播上行信道带宽大小通过系统信息 SIB 进行广播 信道带宽与传输带宽配置有如下对应关系 51 TD LTE频段 频段编号是在各种信令中进行工作频段指示的值 在LTE中 频段编号用6bit编码 2 6可以表示64个频段 其中1 32预留给FDD系统频段编号使用 33号以后用于TD LTE系统编号 FUL LOW FUL HIGH FDL LOW FDL HIGH分别表示上下行工作做频段的最低和最高频率 TDD系统上下行频段是相同的 52 EARFCN计算公式 FDL FDL low 0 1 NDL NOffs DL FUL FUL low 0 1 NUL NOffs UL TD LTE频段 53 TD LTE帧结构 54 TD LTE帧结构 TD LTE帧结构特点 无论是正常子帧还是特殊子帧 长度均为1ms FDD子帧长度也是1ms 一个无线帧分为两个5ms半帧 帧长10ms 和LTE FDD的帧长一样 特殊子帧DwPTS GP UpPTS 1ms 55 TD LTE上下行配比 7种DL UL配置中 0号和5号子帧均为下行子帧 1号子帧均为特殊子帧 2号子帧均为上行子帧 转换周期为5ms表示每5ms有一个特殊时隙 这类配置因10ms有两个上下行转换点 所以HARQ的反馈较为及时 适用于对时延要求较高的场景 转换周期为10ms表示每10ms有一个特殊时隙 这种配置对时延的保证略差一些 但是好处是10ms只有一个特殊时隙 所以系统损失的容量相对较小 TD LTE上下行配比表 56 TD L和TD S帧结构区别 时隙长度不同 TD L的子帧 相当于TD S的时隙概念 长度和FDDLTE保持一致 1ms 有利于产品实现以及借助FDD的产业链 在一些配置下 TD L的DwPTS可以传输数据 进一步增大小区容量TD L的调度周期为1ms 即每1ms都可以指示终端接收或发送数据 保证更短的时延 而TD S的调度周期为5ms TD L的特殊时隙有多种配置方式 DwPTS GP UpPTS可以改变长度 以适应覆盖 容量 干扰等不同场景的需要 TD LTE和TD SCDMA帧对比 57 特殊子帧 TD LTE特殊子帧继承了TD SCDMA的特殊子帧设计思路 由DwPTS GP和UpPTS组成 TD LTE的特殊子帧可以有多种配置 用以改变DwPTS GP和UpPTS的长度 但无论如何改变 DwPTS GP UpPTS永远等于1ms TD LTE的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制约关系 可以相对独立的进行配置目前厂家支持10 2 2 以提高下行吞吐量为目的 3 9 2和9 3 2 随着产品的成熟 更多的特殊子帧配置会得到支持 58 DwPTS 主同步信号PSS在DwPTS上进行传输DwPTS上最多能传两个PDCCHOFDM符号 正常时隙能传最多3个 只要DwPTS的符号数大于等于9 就能传输数据 参照上页特殊子帧配置 TD SCDMA的DwPTS承载下行同步信道DwPCH 采用规定功率覆盖整个小区 UE从DwPTS上获得与小区的同步TD SCDMA的DwPTS无法传输数据 所以TD LTE在这方面是有提高的 如果小区覆盖距离和远距离同频干扰不构成限制因素 在这种情况下应该采用较大的GP配置 推荐将DwPTS配置为能够传输数据 59 UpPTS可以发送短RACH 做随机接入用 和SRS Sounding参考信号 根据系统配置 是否发送短RACH或者SRS都可以用独立的开关控制因为资源有限 最多仅占两个OFDM符号 UpPTS不能传输上行信令或数据TD SCDMA的UpPTS承载Uppch 用来进行随机接入 UpPTS 60 下行参考信号 CRS 公共参考信号 LTE使用下行参考信号RS实现导频的功能 所有UE都可以测量评估 作用 用于下行信道估计 及非beamforming模式下的解调用于上下行资源调度用于切换测量 DRS 专用参考信号 下行UE特定的参考信号 UERS 属于某UE专用的参考信号 基站为调度的UE专门发送 用来实现对该UE的波束赋形 该信号只对启用BeamForming功能的UE后才会发送 61 7个OFDM符号 7个OFDM符号 公共参考信号 单天线配置 天线端口0 12个子载波 62 公共参考信号 双天线配置 天线端口0 天线端口1 当一根天线正发射参考符号时 另一根天线的相应资源粒子RE为空 不发送能量 双天线配置的情况下 小区参考信号在不同的端口发送时频位置也是不一样的 发送RS的RE时频上彼此交错 为了达到较好的信道评估效果 当一根天线正发射参考符号时 另一根天线的相应资源粒子RE为空 不发送能量 63 公共参考信号 四天线配置 为了达到较好的信道评估结果 4个天线端口上RS也需要相互交错 因此较多的占用了时频资源 为了减少参考信号开销 天线端口2和天线端口3上的参考信号较少 符号少也会影响系统功能 特别是在高速移动 即信道快速变化 的状态下 信道估计会变得不准确 不过四天线空间复用MIMO一般适用低速移动场景 对网络整体功能影响不大 64 专用参考信号 Port5 Port7 Port8 DRS 专用参考信号 下行UE特定的参考信号 UERS 属于某UE专用的参考信号 基站为调度的UE专门发送 用来实现对该UE的波束赋形 该信号只对启用BeamForming功能的UE后才会发送 Port5 单流波束赋形Port7 Port8 双流波束赋形 65 上行参考信号 DMRS 解调参考信号 ForPUSCH每个slot 0 5ms 一个RS 第四个OFDMsymbol ForPUCCH ACK每个slot中间三个OFDMsymbol为RS ForPUCCH CQI每个slot两个参考信号 SRS 探测参考信号 Sounding作用上行信道估计 选择MCS和上行频率选择性调度TDD系统中 估计上行信道矩阵H 用于下行波束赋形 Sounding周期由高层通过RRC信令触发UE发送SRS 包括一次性的SRS和周期性SRS两种方式周期性SRS支持2ms 5ms 10ms 20ms 40ms 80ms 160ms 320ms八种周期TDD系统中 5ms最多发两次 66 RE 最小资源粒子 频域占一个子载波 时域占一个OFDM符号REG REgroup 控制信号资源粒子组 由多个RE构成CCE ControlChannelElement PDCCH资源粒子 1个CCE由9个REG构成RB ResourceBlock 时域上1个时隙 频域上12个子载波 调度最小粒子RBG ResourceBlockGroup 分配给用户的资源块组 物理资源单位 67 LTE信道 68 LTE信道映射 下行信道映射 上行信道映射 逻辑信道定义传送信息的类型 这些数据流是包括所有用户的数据 传输信道是在对逻辑信道信息进行特定处理后再加上传输格式等指示信息后的数据流 物理信道是将属于不同用户 不同功用的传输信道数据流分别按照相应的规则确定其载频 扰码 扩频码 开始结束时间等进行相关的操作 并在最终调制为模拟射频信号发射出去 不同物理信道上的数据流分别属于不同的用户或者是不同的功用 69 下行物理信道 PDSCH 物理下行共享信道调制方式 QPSK 16QAM 64QAM承载业务信息 高层控制信息 寻呼 部分系统消息 SI 由调度算法决定哪个用户使用 PMCH 物理多播信道调制方式 QPSK 16QAM 64QAM PDCCH 物理下行控制信道调制方式 QPSKPDCCH的位置特性 资源是不固定的 相当于HS SCCH信道 含调度决策信息 手机先解PDCCH信道 承载PDSCH给哪个用户的 PDSCH传输格式如何 PBCH 物理广播信道调制方式 QPSK承载MIB信息 时频位置固定 发送周期也固定 传输UE接入系统必需的系统消息 如下行带宽 天线数目等 PHICH 物理HARQ指示信道调制方式 BPSK用于NodB向UE反馈和PUSCH相关的ACK NACK信息 PCFICH 物理控制格式指示信道调制方式 QPSK一个下行子帧中用于PDCCH的OFDM符号数目 指示PDCCH信道每一个调度周期的格式 70 PBCH 频域 对于不同的系统带宽 都占用中间的1 08MHz 72个子载波 时域 每10ms无线帧的subframe0的第二个slot的前4个OFDM符号上周期 40ms 每10ms重复发送一次 终端可以通过4次中的任一次接收解调出BCH调制方式 QPSK MIB在PBCH上传输 包含了接入LTE系统所需要的最基本的信息 系统带宽系统帧号 SFN PHICH配置公共天线端口数目 盲检 71 PCFICH 物理控制格式指示信道上携带的是该子帧上控制区域大小的信息 2bit的控制格式可以指示4种状态 即CFI 1 2or3 CFI 4为预留 不使用 对于下行系统带宽 控制区域所占的OFDMsymbol数为1 CFI 1 或2 CFI 2 或3 CFI 3 即等于CFI 对于下行系统带宽 控制区域所占的OFDMsymbol数为2 CFI 1 或3 CFI 2 或4 CFI 3 即等于CFI 1 指示PDCCH的大小即长度信息 1 2或3 以帮助UE解调PDCCH 在下行子帧的第一个OFDM符号上发送 占用4个REG 均匀分布在整个系统带宽 采用QPSK调制 携带一个子帧中用于传输PDCCH的OFDM符号数 传输格式 小区级shift 随机化干扰 频率 72 PHICH PHICH用于对UE通过PUSCH发送的数据进行HARQ应答 ACK NACK 反馈 UE根据应答信息决定是否进行上行数据重传 PHICH承载1bitACK NACK信息 信息长度短 采用重复编码 BPSK低阶调制 正交扩展 加扰 时频分集保证ACK NACK传输性能 PHICH有如下两种配置常规 常规PHICH映射在下行子帧的第一个OFDM符号 支持较少的用户数量和小覆盖场景 扩展PHICH每个PHICH组映射在下行子帧的前3个符号上 子帧1和子帧6中映射在前2个符号上 支持较大覆盖半径和较多用户数量的场景 不同TDD配置下PHICH资源组数 mi PHICH的传输以PHICH组的形式 PHICH组的个数由PBCH指示 Ng 1 6 1 2 1 2 Ng 100 8 整数 取上限 3 7 13 25 100为20M带宽RB数 TDD中PHICH组数是变化的 与要反馈的量有关 由mi 73 PDCCH 频域 占用所有的子载波时域 占用每个子帧的前n个OFDM符号 n 3调制方式 QPSKPDCCH的信息映射到控制域中除了参考信号 PCFICH PHICH之外的RE中 因此需先获得PCFICH和PHICH的位置之后才能确定其位置 用于发送上 下行资源调度信息 功控命令等 通过下行控制信息块DCI承载 不同用户使用不同的DCI 下行控制信息 资源 PDCCH格式是PDCCH在物理资源上的映射格式 与PDCCH内容不相关 1个PDCCH在1个或几个连续的CCE上传输 PDDCH有4种格式 对应的CCE个数分别是1 2 4 8 74 PDCCH可以使用一种树形方法进行聚合 有如下规则 当包含一个CCE时 PDCCH可以在任意CCE位置出现 即可以在0 1 2 3 4号等位置出现 当包含两个CCE时 PDCCH每两个CCE出现一次 即可以在0 2 4 6号等位置出现 当包含四个CCE时 PDCCH每四个CCE出现一次 即可以在0 4 8号等位置出现 当包含八个CCE时 PDCCH每八个CCE出现一次 即可以在0 8号等位置出现 PDCCH聚合方式 75 PDCCHDCI格式及功能 76 PDSCH PDSCH信道是唯一用来承载高层业务数据及信令的物理信道用来承载多种传输信道包括DL SCH和PCH 不同RB上的PDSCH可以被调度给不同的UE 因此不同RB上的PDSCH可能采用不同的调制方式 MIMO模式等 PDSCH资源分配优先级最低 只能占用其他信道 信号不用的RB 在没有传输UE专用参考信号的资源块中 PDSCH与PBCH发射使用同样的天线端口集合 0 0 1 0 1 2 3 在传输UE专用参考信号的资源块中 PDSCH将在天线端口 5 上发射 UE接收信道的顺序 PCFICH PDCCH PDSCH 77 为了保持上行单载波特性 一个用户的PUSCH和PUCCH是不能同时存在的 当反馈信息与PUSCH并发时 相应控制信息插入PUSCH传输 同时 分配给一个用户的PRB必须具有频域连续性 上行物理信道 PUCCH 物理上行控制信道调制方式 QPSK当没有PUSCH时 UE用PUCCH发送ACK NAK CQI 调度请求 SR PMI RI 信息UCI 上行控制信息 其对称的分布在上行子帧的频域的两侧 其占用的RB数可以调整 当有PUSCH时 在PUSCH上发送这些信息 PUSCH 物理上行共享信道调制方式 QPSK 16QAM 64QAMPUSCH用来发送上行的数据 信令等高层数据 位于两部分控制区域之间的数据区域 PRACH 物理随机接入信道调制方式 QPSKPRACH固定占用6个RB 用来发送上行的随机接入导频preamble从而获取上行的发送授权及上行同步相关的信息 其密度 频域上及时域上占用资源的多少 可以调整 78 PUCCH 供UE传输控制信息 包括CQI ACK NAK反馈 调度请求等一个控制信道由1个RBpair组成 位于上行子帧的两边边带上 在子帧的两个slot上下边带跳频 获得频率分集增益通过码分复用 可将多个用户的控制信息在同一个PUCCH资源上发送 上行容量与吞吐量是PUCCH的RB资源个数与PUSCH的RB资源个数的折中调制方式 QPSK 79 PUCCH格式 PUCCH格式1 1A 1B PUCCH格式1 1A 1B只能承载1个反馈符号 信道结构完全一致 其差异只在于调制方式的不同 PUCCH格式1用于传输SRI PUCCH格式1A用于传输1bitACK NACK PUCCH格式1B用于传输2bitACK NACK PUCCH格式2 2A 2B PUCCH格式2 2A 2B信道结构一致PUCCH格式2用于传输周期性的CQI反馈PUCCH格式2A用于传输CQI和1bitACK NACK信息PUCCH格式2B用于传输CQI和2bitACK NACK信息 80 PUSCH 用于承载上行业务数据 调制方式 QPSK 16QAM 64QAM上行资源只能选择连续的PRB 并且PRB个数满足2 3 5的倍数 在RE映射时 PUSCH映射到子帧中的数据区域上 为了保证上行单载波特性 当数据和控制信令同时传输时 控制信令和数据在DFT之前需要进行复用 81 上行物理信道及信号的时频位置 82 PRACH CP抵抗符号间干扰序列使用循环移位的Zadoff Chu序列GT用来避免对其他用户的干扰 时频位置频域 1 08MHZ带宽 72个子载波 与PUCCH紧邻时域 普通上行子帧及UpPTS每10ms无线帧接入0 5 6次 每个子帧采用频分方式可传输多个随机接入资源 PRACH用于承载随机接入签到 Preamble 序列的发送 基站通过对序列的检测以及后续的信令交互 建立起上行同步 PRACH基本结构如下 83 PRACH格式 Preamble格式4为TDD专用 在UpPTS上发送 一般应用于短距离覆盖 特别是密集市区 室内覆盖或热点补充覆盖等场景 84 物理信道总结 85 86 87 小区搜索 小区搜索就是UE与小区取得时间和频率的同步 得到物理小区标识 并根据PCI获取小区信号强度 信号质量与小区其它信息的过程 检测PSS 获得小区组内ID 获得5ms时隙定时 完成符号同步检测SSS 获得小区组ID 完成帧同步与频率同步获取物理小区ID PCI 0 503 PCI 3 读取RSRP RSRQ获取主信息块 MIB 系统带宽系统帧号PHICH配置信息公共天线端口数目 CRC校验 盲检 获取SIB 88 PSS与SSS 时频位置时域 子帧1与子帧6的第3个OFDM符号频域 频带中间72个子载波 1 08MHZ 实际上 只使用了频率中心周围的62个子载波 两边各留5个子载波用做保护波段 作用UE获得频域同步UE获得slot同步 5ms时隙同步 UE获取小区组里的小区ID号cellID 0 1 2 PSS SSS 时频位置时域 子帧0与子帧5的最后1个OFDM符号频域 与PSS频域位置相同 作用帧同步 子帧0和子帧5两个序列相反 CP长度检测频率同步UE获取小区组ID 0 167 89 系统消息 系统消息包含MIB和SIB1 SIB12MIB承载于BCCH BCH PBCH 以10ms为周期重传4次SIBs是除MIB以外的系统消息 包括SIB1 SIB12除SIB1以外 SIB2 SIB12均由SI SystemInformation 承载SIB1是除MIB外最重要的系统消息 携带所有SIB的调度周期信息及SIB到SI消息映射关系 其调度周期固定为80ms 其它的调度周期可独立配置 80 5120ms SIB1固定以20ms为周期重传4次 即SIB1在每两个无线帧 20ms 中偶数无线帧的子帧 5中重传 SFNmod2 0 SFNmod8 0 一次 如果满足SFNmod8 0时 SIB1的内容可能改变 新传一次 其它的SIB使用SI下发 调度周期相同的SIB可以包含在同一条SI消息中 一个SIB只能包含在一条SI消息中 SIB1和所有SI消息均传输在BCCH DL SCH PDSCH上 SIB1的传输通过携带SI RNTI SI RNTI每个小区都是相同的 的PDCCH调度完成SIB1中的SchedulingInfoList携带所有SI的调度信息 接收SIB1以后 即可接收其他SI消息 90 系统消息 91 系统消息的获取 idle态的UE和active态的UE都