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LTE入门介绍 LTE基本原理介绍 中兴通讯销售体系工程服务部TD产品支持部姓名 徐济乾E mail Xu Jiqian 2 修改记录 通过本文档的学习 您可以掌握以下技能 了解移动通信的发展过程以及LTE的位置和网络结构 了解E UTRAN的协议结构和基本技术 了解LTE应用的上下行传输技术 第一部分LTE前世今生第二部分LTE基础技术第三部分LTE传输技术 5 第一部分LTE前世今生 第一章LTE前世篇第一节移动通信的发展第二节向LTE演进第二章LTE今生篇第一节什么是LTE第二节LTE网络结构 移动通信的发展 移动通信发展的最终目标是实现任何人 whoever 可以在任何时候 whenever 任何地方 wherever 与其它任何人 whomever 以任何方式 whatever 进行通信 蜂窝移动通信系统从70年代发展至今 根据其发展历程和发展方向 可以划分为三个阶段 即 第一代 模拟蜂窝通信系统 简称1G 第二代 数字蜂窝移动通信系统 简称2G 第三代 IMT 2000 简称3G 第三代移动通信简介 在1985年 国际电信联盟 ITU 提出了第三代移动通信系统的概念 当时被称为未来公共陆地移动通信系统 FPLMTS 后来考虑该系统预计在2000年左右开始商用 且工作于2000MHz的频段 故1996年ITU采纳日本等国的建议 将FPLMTS更名为国际移动通信系统IMT 2000 国际上目前最具代表性的第三代移动通信技术标准有三种 它们分别是CDMA2000WCDMATD SCDMA其中 CDMA2000和WCDMA属于FDD方式 TD SCDMA属于TDD方式 并且其上 下行工作于同一频率 3G X CDMA 3G 标准 WCDMA 核心网络 基于MAP TD SCDMA 核心网络 基于MAP CDMA2000 核心网络 基于ANSI 41 CDMA技术是3G的主流技术 向4G演进策略 多种技术体制将长期并存 并最终演进到单一网络 LTE 向LTE演进 分久必合 11 第一部分LTE前世今生 第一章LTE前世篇第一节移动通信的发展第二节向LTE演进第二章LTE今生篇第一节什么时候LTE第二节LTE网络结构 LTE 3GPPLongTermEvolutionLTE采用优化的UTRAN结构LTE工程目的是确保3GPP在未来的持续竞争力 什么是LTE LTE是什么 LTE根据双工方式的不同 分为FDD和TDD两种模式LTE采用基于OFDM和MIMO的空中接口方式 用户峰值速率 UL100Mbps DL50Mbps简化的网络架构 采用flatall in ip网络架构 减少系统时延控制面时延 从驻留态转为激活态小于100ms 从休眠态转为激活态小于50ms用户面时延 最小可达到5ms控制面处理能力 单小区5M带宽内不少于200用户频谱利用率 1 4MHz 3MHz 5MHz 10MHz 15MHz 20MHz频谱利用率相对于3G提高2 3倍 LTE的扁平化网络架构 网络结构扁平化 与传统网络互通 E UTRAN只有一种节点网元 E NodeB 全IP 媒体面控制面分离 RNC NodeB eNodeB TDDLTE的网元功能 LTE的扁平化网络架构的优点 网络扁平化使得系统延时减少 从而改善用户体验 可开展更多业务网元数目减少 使得网络部署更为简单 网络的维护更加容易取消了RNC的集中控制 避免单点故障 有利于提高网络稳定性 第一部分LTE前世今生第二部分LTE基础技术第三部分LTE传输技术 19 第二部分LTE基础技术 第一章LTE协议结构第一节LTE的扁平化网络架构第二节LTE的协议栈架构第二章E UTRAN物理层第一节LTE无线帧结构第二节LTE物理资源分配第三节LTE物理信道 FunctionalSplitbetweenE UTRANandEPC LTE的扁平化网络架构 LTE的协议栈架构 信令流 数据流 22 第二部分LTE基础技术 第一章LTE协议结构第一节LTE的扁平化网络架构第二节LTE的协议栈架构第二章E UTRAN物理层第一节LTE无线帧结构第二节LTE物理资源分配第三节LTE物理信道 Type1帧结构 每个10ms无线帧 分为20个时隙 10个子帧 每个子帧1ms 包含2个时隙 每个时隙0 5ms 上行和下行传输在不同频率上进行 LTE无线帧结构 LTE支持两种无线帧结构 Type1 适用于FDD Type2 适用于TDD 帧结构Type1 FDD LTE无线帧结构 帧结构Type2 TDD Type2帧结构 每个10ms无线帧 分为2个长度为5ms的半帧 每个半帧由8个长度为0 5ms的时隙和3个特殊区域DwPTS GP UpPTS组成 8 3方案 DwPTS GP和UpPTS的总长度等于1ms 其中DwPTS和UpPTS的长度可配置 Type2帧结构特点 子帧1和6由DwPTS GP andUpPTS组成 所有其他子帧由2个时隙组成 即子帧i包括时隙2i和2i 1 子帧0和子帧5总是用作下行 LTE支持5ms和10ms上下行切换点 对于5ms上下行切换周期 子帧2和7总是用作上行 DwPTS最短包含1个OFDMsymbol P SCH位于DwPTS的第一个符号 S SCH位于第一个子帧第二个Timeslot的最后一个符号 UpPTS可用于发送ShortRACH等等 其余空闲资源可用于发送参考信号或者数据 物理资源分配 资源块概念 一个物理资源块 RB 由时域上连续的个符号 频域上连续的个子载波组成 其中和由CP类型和子载波间隔决定 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 资源的分组 RE ResourceElement 为最小的资源单位 时域上为一个符号 频域上为一个子载波 RB ResourceBlock 为业务信道资源分配的资源单位 时域上为一个时隙 频域上为12个子载波 REG ResourceElementGroup 为控制信道资源分配的资源单位 由4个RE组成 CCE ChannelControlElement 为PDCCH资源分配的资源单位 由9个REG组成 RBG ResourceBlockGroup 为业务信道资源分配的资源单位 由一组RB组成 REG RBG的概念 RBG用于业务信道的资源分配一个RBG是一组RB组成分组的大小和系统带宽有关 REG RBG PUSCH 物理上行业务信道 用于承载上行业务信息 加扰 使用UE专用扰码 调制 支持QPSK 16QAM和64QAM调制 传输预编码 输入的符号先分成组再进行预编码 即DFT 映射到资源元素 从子帧的第一个时隙开始 先k后l进行映射 SC FDMA信号生成 IDFT 有6种格式 用于承载HARQ ACK CQI SR信息 对于同一个UE而言 PUCCH不与PUSCH同时传输 支持多种格式 格式不同调制方法和每个子帧中的比特数不同 PUCCH 物理上行业务信道 Format1传输SR信息 发射常数1 Format1a 1b传输HARQ ACK 1比特时BPSK调制 2比特时QPSK调制 Format2传输CQI信息 先将CQI进行信道编码成20bit 后进行QPSK调制 Format2a 2b传输CQI和HARQ ACK的混合信息 先将CQI进行信道编码成20bit 后进行QPSK HARQ ACK则进行BPSK QPSK调制 PUCCH 物理上行业务信道 PRACH 物理随机接入信道 帧结构不同的无线帧结构不同前缀序列的生成由零相关区Zadoff Chu序列生成 SCH 同步信道 下行同步信道包括P SCH和S SCH P SCH和S SCH的频域位置为直流附近的72个子载波 实际上只占了62个子载波 其他10个不放同步序列 P SCH在一个无线帧中有两个 这两个是完全一样的 时域位置为第0个slot的倒数第一个符号 第10个slot的倒数第一个符号 S SCH在一个无线帧中也有两个 而这两个同步符号是有差别的 时域位置为第0个slot的倒数第二符号 第10个slot的倒数第二个符号 PBCH 物理广播信道 PBCH承载BCH包含的系统信息 系统信息包括下行系统带宽 系统帧序号 SFN PHICH持续时间以及资源大小指示信息 每个第0号子帧有4个OFDM符号的PBCH信号 PCFICH 物理控制格式指示信道 每个子帧中都发射PCFICH E NodeB通过PCFICH将一个子帧中PDCCH占用的OFDM符号数通知给UE 这个OFDM符号数由CFI来指示 CFI可以取值为CFI 1 2 3 4 4保留 PHICH 物理HARQ指示信道 PHICH承载E NodeB对上行发射信号做出的NAK ACK响应信息 在一个子帧中 PHICH持续时间主要有两种 一是短PHICH 另一种是长PHICH 这个持续时间在PBCH中利用1bit来指示 在下行的每个子帧中 都需要发射PHICH 而且可以同时发射多个PHICH组 定义一个PHICH组由多个映射到相同RE中的PHICH PDCCH 物理下行控制信道 PDCCH承载调度以及其他控制信息 包含传输格式 资源分配 上行调度许可 功率控制以及与上行传输相关的ACK NACK等信息 这些信息可以组成多种控制信息 DCI 格式 被映射到每个子帧的最先的前n n 4 个OFDM符号中 n的具体取值由PCFICH信道中的CFI来指示 在一个子帧中 可以同时传输多个PDCCH 一个UE可以监听一组PDCCH 每个PDCCH在一个或者多个控制信道单元 CCE 中发射 通过集成不同数目的CCE可以实现不同的PDCCH编码码率 PDCCH支持4种物理层格式 分别占用1 2 4 8个CCE PDSCH 物理下行业务信道 物理资源的映射 主辅同步信号 导频信号 广播信息映射位置是固定的 控制格式指示信息的位置可以估算出 也基本上是固定的 一般来说 先映射以上固定信息 再按照广播信息规定的HARQ指示信息位置 映射HARQ指示信息 然后在相应的控制符号内其他的RE上 映射控制信息 最后把业务信息映射到剩余的RE上 1 确定系统参数 2 参考符号的物理资源映射 3 同步信号的物理资源映射 4 PBCH符号的物理资源映射 5 PCFICH符号的物理资源映射 6 PHICH符号的物理资源映射 7 PDCCH符号的物理资源映射 8 PDSCH PMCH 符号的物理资源映射 物理资源的映射举例 第一部分LTE前世今生第二部分LTE基础技术第三部分LTE传输技术 43 第三部分LTE传输技术 第一章下行传输技术 OFDM技术原理第一节OFDM技术原理第二节OFDM优缺点第二章上行传输技术 DFT S OFDM技术原理第一节DFT S OFDM技术原理第二节上行SC FDMA多址方式 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 下行传输技术 OFDM技术原理 OFDM正交性原理 下行传输技术 OFDM技术原理 CP的原理与作用 下行传输技术 OFDM技术原理 OFDM原理框图 下行传输技术 OFDM技术原理 OFDM优缺点 OFDM系统的优点 各子信道上的正交调制和解调可以采用IDFT和DFT实现 运算量小 实现简单 OFDM系统可以通过使用不同数量的子信道 实现上下行链路的非对称传输 所有的子信道不会同时处于频率选择性深衰落 可以通过动态子信道分配充分利用信噪比高的子信道 提升系统性能 OFDM系统的缺点 对频率偏差敏感 传输过程中出现的频率偏移 如多普勒频移 或者发射机载波频率与接收机本地振荡器之间的频率偏差 会造成子载波之间正交性破坏 存在较高的峰均比 PARA OFDM调制的输出是多个子信道的叠加 如果多个信号相位一致 叠加信号的瞬间功率会远远大于信号的平均功率 导致较大的峰均比 这对发射机PA的线性提出了更高的要求 49 第三部分LTE传输技术 第一章下行传输技术 OFDM技术原理第一节OFDM技术原理第二节OFDM优缺点第二章上行传输技术 DFT S OFDM技术原理第一节DFT S OFDM技术原理第二节上行SC FDMA多址方式 上行传输技术 DFT S OFDM技术原理 LTE系统中上行链路采用SC FDMA技术 以期降低PAPR 提高功率效率 通过DFT S OFDM技术来实现 DFT S OFDM可以认为是SC FDMA的频域产生方式 是OFDM在IFFT调制前进行了基于傅立叶变换的预编码 DFT S OFDM与OFDM的区别在于 OFDM是将符号信息调制到正交的子载波上 而DFTS OFDM是将M个输入符号的频谱信息调制到多个正交的子载波上去 单载波的实质是一个星座点符号分布在所有分配给他的频率上 单载波本身不一定PAPR小 但一般单载波容易做到PAPR小 如果DFT后的信号不是等间隔或者集中分布在所分到的子载波上 也是单载波 但是PAPR就比较大 以长度为M的数据符号块为单位完成DFTS OFDM的调制过程 首先通过DFT离散傅里叶变换 获取与这