《LTE网络结构》PPT课件

LTE网络结构,课程目标,了解LTE系统的设计需求了解LTE/SAE的系统架构，掌握各模块的功能了解LTE的协议标准了解LTE的物理层结构了解LTE-TDD的物理层过程,课程内容,LTE系统设计需求和技术特点LTE/SAE的网络结构LTE的关键技术LTE物理层结构LTE-TDD物理层过程,LTE的设计要求,灵活的信道带宽1.4,3,5,10,15,20MHz更低的无线网时延单向用户面5ms控制面100ms更高的频谱效率下行比WCDMAR6提高3-4倍上行频谱效率比R6提高2-3倍全分组域业务为传统的电信业务提供QoS传输增强的移动性能0-15公里/小时:最优的性能15-120公里/小时:较高的性能120-350公里/小时:支持实时业务覆盖覆盖范围典型值：5Km最远覆盖范围可以达到100Km,市场需求选择关键技术,增强覆盖,高峰值速率DL:100MbpsUL:50Mbps,低时延CP:100msUP:5ms,低OPEX低CAPEX,灵活带宽1.4/3/5/10/15/20MHz,高频谱效率,LTE需求,OFDMMIMO分组调度,扁平化网络,扁平化网络分组调度、SON,OFDM,OFDMMIMO分组调度,MIMO,LTE的技术特点,LTE名为演进（Evolution），实为“革命”（Revolution）创新一：OFDM(正交频分多址系统)下行OFDM：用户在一定时间内独享一段“干净”的带宽上行SC-FDMA：具有单载波特性的改进OFDM系统（低峰平比）创新二：MIMO（多天线技术）下行MIMO：发射分集：改善覆盖（大间距天线阵）空间复用：提高峰值速率和系统容量波束赋形：改善覆盖（小间距天线阵）空间多址：提高用户容量和系统容量上行MIMO：空间多址：提高用户容量和系统容量创新三：扁平网络取消RNC（中央控制节点），只保留一层RAN节点eNodeBeNodeB和核心网采用基于IP路由的灵活多重连接S1-flex接口相邻eNodeB采用Mesh连接X2接口,课程内容,LTE系统设计需求和技术特点LTE/SAE的网络结构LTE的关键技术LTE物理层结构LTE-TDD物理层过程,UTRAN网络结构,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,LTE网络结构,LTE的技术特点,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,MSCS,MGW,RNC,RNC,GGSN,SGSN,HLR,NodeB,NodeB,eNodeB,eNodeB,IPBackbone,LTE扁平化、基于IP的网络构架,MME,x-GW,EPC,HSS,PCRF,优化的网络构架能得到更好的性能，推动IP网络应用。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，使得部署更为简单，网络的维护更加容易，有效降低TCO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,无线接入网迈向全IP,IPCore,MSCS,MGW,CSCF,MRF,GGSN,MGCF,HSS,IPRAN,IPRAN,SGSN,Iub口IP化Iu口IP化Iur口IP化Ap口IP化,A口IP化Gb口IP化Abis口IP化,无线接入网IP化优势明显,数据处理性能高传输效率,网络升级方便网络演进平滑,建设速度快运维成本低,操作维护方便新业务部署快捷,LTE网络架构,RNC,NodeB,LTE网络架构,eNB功能eNB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，RLC，PDCP，RRC，调度，无线接入控制，移动性管理等等。,eNB,eNodeB架构,LTE/SAE网络架构,EPCEvolvedPacketCorenetworkMMEMobilityManagementEntityHSSHomeSubscriberServerPCRFPolicyandChargingRulesFunctionPDNPacketDataNetwork,SAE的逻辑架构,MMEMobileManagementEntityS-GWServingGateWayPDNPublicDataNetworkHSSHomeSubscriberServerSGSNServingGPRSSupportNodePCRFPolicyandChargingRulesFunction，策略和计费规则功能实体,eNodeB功能,无线资源管理IP头压缩和用户数据流加密UE连接期间选择MME，当无路由信息利用时，可以根据UE提供的信息来间接确定到达MME的路径路由用户面数据到SGW调度和传输寻呼消息（来自MME）调度和发送广播消息（来自MME或O跨小区间的链路自适应,资源管理和干扰协调根据用户所在的地理位置分配频带资源,降低小区间干扰,提高链路稳定性和优化多小区频谱效率,LTE关键技术OFDM,基于OFDM的上下行多址接入和信号调制方式上行采用单载波频分多址SC-FDMA下行采用正交频分多址OFDMA消除无线网络自干扰资源分配更灵活,正交频分复用(OFDM)是新技术么？,OFDM（正交频分复用）的本质就是一个频分系统，而频分是无线通信最朴素的实现方式，可以多采用几个频率并行发送，实现宽带传输传统FDM系统中，载波之间需要很大的保护带，频谱效率很低。OFDM系统允许载波之间紧密相临，甚至部分重合，可以实现很高的频谱效率子载波。如何做到这一点？依赖FFT（快速傅立叶变换）为什么直到最近20年才逐渐实用？有赖于数字信号处理（DSP）芯片的发展。,从FDM/FDMA到OFDM/OFDMA,OFDM技术的优势,频谱效率高带宽扩展性强频域调度及自适应实现MIMO技术较简单,LTE关键技术MIMO,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。,多天线技术-MIMO,自适应多天线技术OFDM技术与MIMO技术的融合,提高系统吞吐量自适应MIMO技术根据信道特性调整传输参数在链路稳定性和容量之间取得最佳折衷;支持多种模式的多入多出技术(MIMO),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,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数据率、更好的传输品质或更大的系统覆盖范围。,课程内容,LTE系统设计需求和技术特点LTE/SAE的网络结构LTE的关键技术LTE物理层结构LTE-TDD物理层过程,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)是基本时间单元任何一个子帧即可以作为上行，也可以作为下行,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,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。,物理资源块PRB,一个RB在时域上包含个OFDM符号,在频域上包含个子载波和的个数由CP类型和子载波间隔决定,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,资源组,资源分组,REG的概念,RBG的概念,RBG用于服务信道的资源分配RBG由一组RB组成RBG的个数与系统带宽相关,CCE,CCE用于PDCCH的分配PDCCH的分配在PCFICH和PHICH之后一个CCE对应9个REG，CCE编号从0开始累加向上APDCCHconsistingofconsecutiveCCEsmayonlystartonaCCEfulfilling,whereistheCCEnumber.MultiplePDCCHscanbetransmittedinasubframe.CCE的总个数由PDCCH占用符号数确定,CP，子载波间隔和OFDM符号,CP，子载波间隔和OFDM符号之间的关系,1个RB在频域上对应12个子载波，180KHz=15KHzx12(normalCP),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,PDCCH,逻辑信道,MAC向RLC以逻辑信道的形式提供服务。逻辑信道由其承载的信息类型所定义，分为CCH和TCH，前者用于传输LTE系统所必需的控制和配置信息，后者用于传输用户数据。LTE规定的逻辑信道类型如下：BCCH信道，广播控制信道，用于传输从网络到小区中所有移动终端的系统控制信息。移动终端需要读取在BCCH上发送的系统信息，如系统带宽等。PCCH，寻呼控制信道，用于寻呼位于小区级别中的移动终端，终端的位置网络不知道，因此寻呼消息需要发到多个小区。DCCH，专用控制信道，用于传输来去于网络和移动终端之间的控制信息。该信道用于移动终端单独的配置，诸如不同的切换消息MCCH，多播控制信道，用于传输请求接收MTCH信息的控制信息。DTCH，专用业务信道，用于传输来去于网络和移动终端之间的用户数据。这是用于传输所有上行链路和非MBMS下行用户数据的逻辑信道类型。MTCH，多播业务信道，用于发送下行的MBMS业务,传输信道,对物理层而言，MAC以传输信道的形式使用物理层提供的服务。LTE中规定的传输信道类型如下：BCH：广播信道，用于传输BCCH逻辑信道上的信息。PCH：寻呼信道，用于传输在PCCH逻辑信道上的寻呼信息。DL-SCH：下行共享信道，用于在LTE中传输下行数据的传输信道。它支持诸如动态速率适配、时域和频域的依赖于信道的调度、HARQ和空域复用等LTE的特性。类似于HSPA中的CPC。DL-SCH的TTI是1ms。MCH：多播信道，用于支持MBMS。UL-SCH：上行共享信道，和DL-SCH对应的上行信道,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,下行物理信道,物理层下行共享信道（PDSCH）承载下行业务数据、寻呼消息，可采用QPSK、16QAM或64QAM物理层广播信道(PBCH)承载广播信息，固定占用载波信道中间6RBs(1.08MHz)，采用QPSK物理层下行控制信道(PDCCH)承载信道分配和控制信息，采用QPSK物理层格式指示信道(PCFICH)承载PDCCH在子帧占用的符号数目，采用QPSK物理层混合自动重传(HARQ)请求指示信道(PHICH)承载HARQACK/NACK，采用BPSK,支持码分多路信道物理层多播信道(PMCH)承载多播信息,采用QPSK，16QAM或64QAM,上行物理层信道,物理层上行共享信道（PUSCH）承载上行业务数据和上行控制信息(UCI)，采用QPSK，16QAM或64QAM物理层上行控制信道(PUCCH)承载上行控制信息(UCI)：HARQACK/NACK,CQI/PMI,RI,采用BPSK或QPSK物理层随机接入信道(PRACH)用于终端发起与基站的通信，基站通过接收PRACH确定接入终端身份并计算该终端的延迟,各物理信道的功能,eNode-B,Primary-SCH,Secondary-SCH,PhysicalDownlinkSharedChannel,CommonControlPhysicalChannel,时隙/帧同步和定义小区ID,随机接入,PhysicalDownlinkControlChannel,PhysicalRandomAccessChannel,PhysicalUplinkSharedChannel,PhysicalUplinkControlChannel,业务,MBMS控制信息寻呼,HARQ反馈传输格式上行链路调度资源分配,业务,HARQ反馈CQI/PMI/RI上报上行链路调度请求,下行同步信号,物理层主同步信号（P-SS）用于终端的下行同步并确定该小区在小区身份组中的成员序号(0-2),占用载频中央62子载波用于调制Zadoff-Chu序列,在每帧DwPTS时隙发送。物理层辅助同步信号（S-SS）用于终端的下行同步并确定该小区的小区身份组序号(0167),占用载频中央62子载波用于调制伪随机BPSK序列,在每帧的时隙1和时隙11最后1个符号发送,下行同步信号,FS1，常规CP,FS2，常规CP,主同步信号在DwPTS域发送辅同步信号在时隙1和时隙11的最后一个OFDM符号发送,主同步信号仅仅在时隙0和时隙10中发送辅同步信号仅仅在时隙0和时隙10中发送,69,下行物理参考信号,下行参考信号作用信道估计，用于相干解调和检测，包括控制信道和数据信道信道质量的测量，用于调度、链路自适应导频强度的测量，为切换、小区选择提供依据考虑因素图样时、频密度时域：导频间隔小于相干时间频域：导频间隔小于相干带宽序列相关性序列数量复杂度,分类小区专有导频（Cell-specificDLRS，CRS）Txport03主要用于信道估计（控制/数据信道的解调）；信道测量（CQI/PMI/RI测量等）MBSFN导频Txport4，用于解调多播业务UE专有导频Txport5，专用RS（DRS）用于传输模式7的数据解调,下行物理层参考信号,下行物理信号图例：下图给出了与小区相关的参考信号(RS)在不同天线配置情况下在资源块(RB)中的分布。可以看出不同天线口对应的参考信号没有交叠，同时天线口2和3分配的参考信号比天线口0和1少一倍。,下行物理层信道时频分布,课程内容,LTE系统设计需求和技术特点LTE/SAE的网络结构LTE的关键技术LTE物理层结构LTE-TDD物理层过程,手机开机过程,小区搜索,小区搜索用于UE获得跟一个Cell的时间/频率同步，并获取Cell的物理层小区ID。小区搜索的过程如下：依赖于主同步信号，UE可以获得5ms的基准时间；依赖于辅同步信号，UE可以获得帧同步和物理层的小区组；依赖于参考信号，UE可以获得物理层的小区ID；UE获得物理层小区ID和帧同步后，UE就可以在BCH上读取系统消息）。,下行同步,上行初始同步：UE在随机接入信道上发送preamble码eNodeB根据preamble码的到达位置，将调整信息反馈给UEUE根据该信息进行后续的发送时间调整,上行同步保持：eNodeB可以根据上行信号估计接收时间生成上行时间控制命令字UE在子帧n接收到的时间控制命令字，UE在n+x子帧按照该值对发送时间提前量进行调整,下行初始同步：初始下行同