LTE培训材料1LTE

1、一、LTE综述前言1）电信技术业务移动化、宽带化和IP化的趋势日益明显，移动通信技术处于网络技术演进的关键时期，也就在此时，LTE（Long Term Evolution，长期演进）与大家见面了。2）LTE 作为下一代移动通信的统一标准，具有高频谱效率、高峰值速率、高移动性和网络架构扁平化等多种优势。3）本课就LTE驱动力、产业链现状、部署策略和移动通信的未来等方面进行讨论。一、LTE发展驱动胶片上所示是其表层原因或是短暂的原因，具体包括：1） 语音业务收入下降2） 网络成本高3）其竞争对手WiMAX在标准化进度上的领先表层原因还有：4）宽带接入技术趋势：宽带接入移动化5）移动通信产业从传统话

2、音业务向宽带数据业务渗透6）OFDM、MIMO、调度、反馈等技术的成熟比较深层的原因是：7）人类对通信的需求，资本扩张的需求。深层原因和举办奥运会的需要是类似的。根据华为估计：1）中国移动的数据业务量和语音是一样的。欧洲1比3 日本1比192012年50的用户用智能终端。如果终端降到100美元以，就能有爆炸增长。数据业务收入会从30802）和发展3G相比，我们在需求上是不同的，4G时代由于数据业务急升，4G是被推动着发展的。从图中可以看出移动用户和固网用户将享用同样的QOS的服务现在估计家庭宽带达到50M可以满足各种要求。几种网络都可以在这个50M带宽上实现。随着业务带宽的不断提升，SP（Se

3、rvice Provider）也随之提供了相应的新业务，极大地丰富了用户的业务体验移动宽度技术不仅仅对个人带来改变，对各行各业，对政治环境都会带来深刻的影响。LTE在用户体验方面，最直观的表现就是速度快带宽的提升，使得数据业务量也在快速上升，至于LTE 成功部署之后的情况，则是难以预料的移动宽带的发展，受终端发展的刺激有跑车却没高速，那怎么行？中国电信韦总工（韦乐平）说过，以前发一个短信是1毛，现在下载一个MP3歌曲甚至一部电影也是1毛。但短信和MP3歌曲的数据量却差太多。这就造成了现有运营状态下受益和业务量的不匹配，所以我们必须降低网络成本，在技术上，就是引入LTEWiMAX标准和产业比LT

4、E有2年左右的领先WLAN和WiMAX的有些频段是不需要许可的。WIMAX WLAN很多关键技术和LTE是一样的。OFDM MIMO 扩频 加扰。应该说LTE站在WIMAX的肩膀上。LTE能超快速发展是因为很多做LTE的厂家以前有做WIMAX的基础。比如华为 MOTO 诺西等等。在无线通信技术演进方面，LTE可谓系出名门，众望所归在移动通信技术中，我们将主流移动通信技术称为名门，其显著特点就是覆盖用户多、使用该技术的网络多，显然在移动通信技术领域中当之无愧的有GSM（Global System for Mobile Communicaitons）、WCDMA技术除此之外，还有以TD技术为代表的

5、技术如TD-SCDMA以上的技术都是有3GPP(第三代合作伙伴计划，3th Generation Partnership Project)来制定的与3GPP对应的还有3GPP2（第三代合作伙伴计划2，3th Generation Partnership Project 2），3GPP2则定义了如CDMA200 EV-DO的技术标准而这些技术标准都演进到LTE在中国有三大运营商分别使用其中的一类技术，中国联通使用WCDMA，中国移动使用TD-SCDMA，电信使用CDMA2000，这三大运营商到4G时代将会都使用LTE与现有系统相比，提高LTE系统性能是网络运营商的主要诉求，以确保LTE的竞争力从

6、而引发市场兴趣。下面介绍对LTE性能评估是主要衡量标准1） LTE系统在20MHz带宽（WCDMA带宽的4倍）内的上、下行峰值速率分别是50Mbps（Bits per Second，数据传输速率的常用单位，就是bit/s）和100Mbps，相应的频谱效率分别是2.5bps/Hz和5bps/Hz。这里的基本假定是终端具有两根接收天线和一根发射天线2）用户平面时延对于实时业务和交互业务来说是一个非常重要的性能指标。在无线接口，用户平面的最小时延可以通过无负载情况下的信号分析来计算。其被定义为从一个数据包首次发送直至收到物理层确认（ACK）的平均时间。最佳条件下，无线接入网络的时延要低于5ms除了满

7、足用户平面时延的需求外，呼叫建立时延需要比现有蜂窝系统明显降低。这不仅可提供良好的用户体验，还会影响终端的电池寿命，因为允许从空闲状态快速过渡到激活状态的系统设计能使终端有更多的时间维持在低功耗的空闲状态。控制平面时延由执行不同LTE状态间过渡所需要的时间来衡量。LTE主要基于两种状态，即“RRC_IDLE”和“RRC_ACTIVE”LTE系统要求从空闲状态到激活状态的过渡时间小于100ms（不包括寻呼时延和非接入层信令时延）3） 从移动性的角度考虑，LTE系统需要在终端移动速度达到350km/h的情况下能支持通信，或根据使用的频段甚至在更高速如500km/s时仍能支持通信。4） 随着对适合移

8、动通信频谱需求的增加，要求LTE上行和下行都可以工作在广泛的频带内以及适应各种带宽的频谱分配。5） 单个载波情况下，LTE的频谱分配可以在1.420MHz变化，而且支持全球2G/3G主流频段，同时支持一些新增频段根据ITU-R对第三代移动通信系统（3G）的频谱划分，3G频谱被划分为成对频谱（Paired Spectrum）和非成对频谱（Unpaired Spectrum），分别用于频分双工（Frequency Division Duplex，FDD）和时分双工（Time Division Duplex，TDD）两种双工模式。在3G三大国标标准中，WCDMA和CDMA2000系统主要采用FDD双

9、工方式，TD-SCDMA系统采用TDD双工方式。LTE作为3G技术的演进项目，也需要支持FDD和TDD两种双工方式。下面就设计层面和性能层面对LTE FDD/TDD做简单比较：设计层面：二者的高层信令相同，2层用户平面相同，物理层70%相同，二者主要区别在帧结构、时分设计、同步、多天线的不同性能层面：将二者在相同环境下进行仿真，从仿真结果看，LTE FDD的性能优于LTE TDD2、 LTE技术亮点及优势正如前面所述，LTE系统在设计之初便在基于分组交换的提高数据速率、降低传输时延、提高系统性能降低系统复杂度等系统需求方面进行了严格的定义，现有的UTRAN（UMTS Terrestrial R

10、adio Access NetworkUMTS陆地无线接入网，UMTSUniversal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）系统架构难以满足LTE的系统需求，为了全面满足LTE系统需求，系统架构也重新进行了设计。LTE这一术语既包含无线接入技术演进，也包含系统架构演进（Ssytem Architecture Evolution，SAE），后者含有演进后的分组交换核心网（Evolved Packet Core，EPC）。LTE和SAE共同构成了演进分组系统（Evolved Packet System，EPS）从整体上看，与3GPP已有系统类似，L

11、TE系统架构仍然分为两部分，包括演进后的核心网EPC（即图中的MME/S-GW）和演进后的接入网E-UTRAN。演进后的系统仅存在分组交换域（IP域）LTE的接入网E-UTRAN仅由演进后的节点B（evoled Node B，eNode B）组成，对于普通的用户流（非广播），在E-UTRAN中没有中心控制节点，因此可以说E-UTRAN采用的是一种扁平结构。eNode B之间通过X2接口进行连接，并且在需要通信的两个不同eNode B之间总是存在X2接口，LTE接入网与核心网之间通过S1接口进行连接，S1接口支持多-多连接方式。与3G系统的网络结构相比，接入网仅包括eNode B一种逻辑节点，网

12、络架构中节点数量减少，网络架构更加趋于扁平化，这种扁平化的网络架构带来的好处是降低了呼叫建立时延以及用户数据的传输时延，并且减少网络部署和维护成本EPS整体网络结构包括网元和标准化接口，在高层，该网络是由核心网（EPC）和接入网（E-UTRAN）组成的。核心网由许多逻辑节点组成，而接入网基本上只有一个节点，即与用户终端（UE）相连的eNode B。下面对EPC和E-UTRAN的网元及相关标准化接口进行详细描述。核心网核心网（SAE中称为EPC）负责对用户终端的全面控制和有关承载的建立。注：EPS使用“EPS承载”这一概念提供从公共分组数据网网关到用户终端的IP路由。一个EPS承载是分组数据网网

13、关和UE间满足一定服务质量（QoS）的IP流。E-UTRAN和EPC共同根据业务请求建立和释放承载。EPC的主要逻辑节点有：PDN网关（P-GW）业务网关（S-GW）移动性管理实体（MME，Mobile Management Entity）除了这些节点，EPC也也包括其他的逻辑节点和职能，诸如用户归属服务器（HSS）、策略控制和计费规则功能（PCRF）等。各个网元的具体功能如下所示SAE网络类似于3G网络中的软交换系统，将信令和业务分开承载，MME负责信令部分，Serving GW负责业务的承载，SGW是LTE内的锚点网关，PGW是无线网络的锚点，是到internet的网关。 注：锚点：类似于

14、“超级链接：SGW作为本地的移动锚点，当终端在E-UTRAN活在E-UTRAN与其他的3GPP网络间移动时，分组通过服务网关进行路由；PGW是连接外部分组数据数据网络的锚点，即是3GPP与non-3GPP网络间的用户面数据链路的锚点，负责管理3GPP和non-3GPP间的数据路由，管理3GPP接入和non-3GPP接入（如WLAN、WiMAX等）间的移动，还负责DHCP、策略执行、计费管理等功能。简言之，S-GW出现在无线接入网和核心网之间，P-GW出现在其他PS网络和核心网之间PCRF是帐号秘密认证和资源分配。HSS类似2G、3G的HLR（归属位置寄存器）接入网：接入网中只有eNode B一

15、种网元，其基本功能如下：1） 无线资源管理相关的功能；2） IP头压缩与用户数据流的加密；3） UE附着时的MME选择；4） 提供到S-GW的用户面数据的路由；5） 寻呼消息的调度与传输；6） 系统广播信息的调度与传输；7） 测量与测量报告的配置。值得注意的是，与第二代和第三代移动通信技术不同，LTE把无线控制功能移到eNode B中，从而使得无线接入网中不同协议层间的交互更密集以减少延迟和提高效率。这种分布式控制无需高可靠性和高处理能力的中央控制器，因而可以降低成本，避免“单点故障”。而且，因LTE不支持软切换，网络不需要集中的数据合并功能。LTE中接口连接情况如图，其中S1:为用户面和控制

16、面提供向E-UTRAN无线资源的接入，可以支持MME和SGW的分开部署和合并部署。S2a:在SAE锚点和一个可信任的非3GPP IP接入网之间，提供支持控制和移动性的用户面连接。S2b:在SAE锚点和演进型分组数据网关（Evolved Packet Data Gateway, ePDG)之间，提供支持控制和移动性的用户面连接。S3：针对Idle和Active状态下，不同3GPP接入系统之间的移动性，提供用户和承载信息的交互。S4：在GPRS核心网和3GPP锚点之间，提供一个支持控制和移动性的用户面连接。S5a：在MME/SGW和3GPP锚点之间，提供一个支持控制和移动性的用户面连接。S5b：在

17、SAE锚点和3GPP锚点之间，提供一个支持控制和移动性的用户面连接。S6：实现订阅和鉴权数据向演进系统的传输，以实现对用户接入的鉴权和授权。S7：实现QoS政策和计费规则。从政策与计费规则功能向政策与计费强制点的传输。SGi：SAE锚点和分组数据网络之间的参考点。对于移动无线数据通信来说，选择适当的调制和多址技术以实现良好的系统性能至关重要，LTE系统以OFDM技术为基础。OFDM技术应用已近有40年的历史，最初用于军事无线通信系统20世纪50年代，美国军方建立到了第一个多载波调制系统20世纪70年代，采用大规模子载波的OFDM系统出现，但由于系统复杂度和成本过高，并没有大规模应用20世纪90

18、年代，随着数字通信技术的发展，OFDM系统在发射端和接收端分别有IFFT和FFT来实现，系统复杂度大大降低，使得该技术开始被广泛应用OFDM是一种基于正交多载波的频分复用技术。OFDM传输的基本概是：高速串行数据流经串/并转换后，分割成大量的低速数据流，每路数据采用独立载波调制并叠加发送，接收端依据正交载波特性分离多路信号。OFDM的工作原理如图所示，我们看到，OFDM与传统FDM的区别在于，传统的频分复用技术需要在载波间保留一定的保护间隔来减少不同载波间频谱的重叠（组合滤波），从而避免各载波间的相互干扰：而OFDM技术的不同载波间的频谱是重叠在一起的，各子载波间通过正交特性来避免干扰，有效地

19、减少了载波间的保护间隔，提高了频谱利用率总结目前OFDM技术和应用的现状，可以归纳出5个重要特点：1） 低速并行传输：高速串行数据流经串/并转换后，分割成若干低速并行数据流，每路并行数据流采用独立载波调制并叠加发送2） 抗衰落与均衡：由于OFDM对信道频带的分割作用，每个子载波占据相对窄的信道带宽，因而可以把它看作是平坦衰落的信道，这样，OFDM技术就具有系统大带宽的抗衰落特性和子载波小带宽的均衡简单的特性3） 抗多径时延引起的码间串扰，在OFDM技术中可以引入循环前缀（CP，Cyclic Prefix），只要CP的时间间隔长于信道时延扩展，就可以完全消除码间干扰的影响4） 基于DFT的实现，

20、可以采用离散傅里叶变换（DFT，Discrete Fourier Transform）进行OFDM信号的调制和解调，从而解决了OFDM的技术实现问题在新一代宽带移动通信系统的主要体制中，第三代移动通信所普遍采用的CDMA技术已经被OFDM技术所替代，在更宽带宽下，为何是OFDM技术而不是CDMA技术？我们可以从如下几个方面去理解这个问题。第一，OFDM比较干净、简单地解决了多径信道的问题，而CDMA系统的Rake接收机在更高数据速率下的复杂性和性能难以接受第2、 OFDM实现简单（IFFT/FFT，无需复杂的均衡技术），造价便宜第3、 OFDM可以灵活地选择带宽（通过选择子载波数量）第4、 可

21、以方便地进行自适应控制和调度，具有较高的频谱利用率第5、 OFDM易于与MIMO技术结合，而CDMA与MIMO结合的算法复杂度很高第6、 闭环的功率控制技术在分组域传输情况下难以有效地工作，给CDMA系统的应用带来较大的困难当然，OFDM技术也有它本省的缺点，比如：OFDM系统对时频同步要求高，OFDM时域信号包络起伏大，具有较大的峰均比，OFDM多小区同频组网和干扰协调还没有很好地解决同时，LTE系统从一开始就将MIMO设计作为一个重要部分MIMO技术可以在很大的程度上提高信道容量，但是在多径信道中的信道估计比较复杂OFDM技术可以有效的克服多径效应把OFDM技术和MIMO技术相结合，既可以

22、抵抗由于多径时延导致的码间串扰，又可以提高信道容量LTE系统的另一关键技术是网络的自配置与自优化，这种特性在LTE标准中简称为SON（Self Organized Network）:自组织网络(Self Organized Network)，该特性能更好地适应网络结构的扁平化和灵活性，减少运营商对网络进行操作维护的人工成本。 SON动因：运营商传统维护系统面临挑战移动带宽提升，并不能够带来运营商效益的同步提升，TCO能否有效降低将成为决定移动宽带商务模式是否可行的重要因素基站形态的多样化（Micro，Pico， Home NodeB)，同等覆盖区域基站数量增多（高频段的应用：2.6G），给传统

23、的运营维护方式带来更大挑战网络复杂度提升，网络和业务部署需要传统人工为主的网络优化方式将向网络自主优化方式演进 网络初始部署阶段自规划：自动网络参数的生成自部署：自配置，自动软件更新网络维护阶段自优化：ANR（自动邻区发现）, MRO（切换优化）, 负荷均衡易维护：UE跟踪， 告警管理等自配置（Self-configuration）：即新部署的节点可以通过“自动安装过程”自主获知必要的基本系统操作配置，从而实现自动配置。自配置用于预运行（Pre-operational）阶段，即从eNode B和骨干网连接并上电（Power Up）到其射频发射机开启这段时间。自配置功能可以大大减少网络部署的工作

24、量，支持第三方配置工具ANR-自动邻区优化（Automatic Neighbour Relation）ANR通过UE上报的测量信息帮助eNodeB动态地调整邻区列表，主要包括以下几个功能eNodeB自动发现漏配邻区，并加入邻区列表eNodeB自动评估邻区关系，自动对切换性能进行评估，保留性能好的邻区，删除性能差的邻区非正常邻区覆盖评估：通过OSS系统结合地理信息进行判断，检测非正常覆盖的邻区PCI：物理小区ID，作用类似于WCDMA中的前向扰码，共有504个，可以进行复用CGI：全局小区ID，用于区分每个小区，全球唯一，其格式为PLMN（5bit）+eNB ID(20bit)+Cell ID(

25、8bit)；注意，这里的Cell ID和PCI是两个不同的概念MRO-切换优化功能：通过不同切换情况的识别，并进行统计，根据异常切换统计结果对切换参数进行优化，改善网络性能常见的异常切换如下：乒乓切换切换过早切换过晚LTE技术优势高速、高效、低时延简单、灵活和统一网络更低成本（便宜原因：1、频率利用率高2、网络架构更扁平化3、传输方式更便宜4、SON）3、 LTE产业进展LTE产业链现状及未来华为在LTE商用化过程中起到了非常关键的作用首先，华为作为NGMN的发起人，积极参与NGMN的一些关键项目的研究，比如网络自优化、系统架构和网络性能评估等第二，华为在3GPP上提供了大量的提案第三，华为已

26、经成为LTSI 正式成员第四， 华为和业界一流运营商紧密合作，积极开展IOT测试和现场测试LTE三大组织3GPP、NGMN和LSTI对LTE产业的推动功不可没。华为在这三个组织中都扮演了极为重要的角色。华为在3GPP的多个工作组SA5，SA2，SWGC，CT1和RAN2中担任副主席，积极推动协议的发展完善；作为NGMN的一员，华为成立了专门的团队与NGMN合作，致力于白皮书和其他任务如SON、系统结构和网络性能的研究；华为于2007年加入LSTI并成为LSTI Steering Board的成员，致力于跨厂商的IODT/IOT测试，并积极组织与终端厂商、芯片厂商的合作，推动整个产业链健康发展。

27、同时，华为与一些运营商包括CDMA运营商进行了积极的试验局测试。通过这些测试，华为一方面验证了自己的CDMA-LTE演进策略能够很好的满足客户的需求，另一方面加深了运营商对CDMA/LTE互操作、SON的需求的理解，为未来对CDMA-LTE演进方案的进一步优化积累了丰富的经验。LSTI即3gpp LTE/SAE试验联盟，英文全称Long Term Evolution/System Architecture Evolution Trial Initiative。LSTI联盟是当前LTE业界最重要的组织，由几家电信设备大厂及电信营运商在2007年5月份成立，创始成员包括阿尔卡特朗讯、爱立信、法国电

28、信/Orange、诺基亚、诺基亚西门子通信、北电、T-Mobile及Vodafone，几乎都是泛欧系的厂商。2007年底，LSTI联盟力量进一步壮大，新增成员则包括中国移动、华为、LG电子、NTT DoCoMo、高通(Qualcomm)、三星电子、Signalion、意大利电信及中兴通讯，将势力范围扩张到大陆、韩国、日本等亚洲地区，CDMA技术主导者Qualcomm名列其中也格外受到瞩目。2008年初，两家通信测量公司安捷伦科技（Agilent）、罗德与施瓦茨（Rohde & Schwarz）正式加入LTE/SAE产业促进联盟LSTI组织（LTE/SAE Trial Initiative）。L

29、TE/SAE试验联盟致力于验证LTE的能力，推动其达到所需的性能，从而在移动设备上提供真正的宽带体验。验证分三个主要阶段：概念验证、互通性验证和测试。2010年前该联盟将不断发布对所取得成果的联合测试结果和报告，计划在2010年开始部署初步的LTE系统。LTE终端芯片共平台目标：LTE FDD/TDD 同一个平台完整的芯片解决方案: DBB/RF/ABB/PMU在存储、运算速度、功耗等方面作了专门的优化LTE产品进展情况运营商演进路线选择LTE全球部署时间ITU-R IMT-AdvancedLTE在华为LTE-SAE全球研发资源华为LTE的技术投入华为LTE的市场进展华为自主研发LTE芯片全球

30、领先的LTE实践全球第一个LTE/SAE商用网络2009年1月15日，北欧与波罗的海地区最大的电信运营商Teliasonera宣布与华为签署LTE端到端解决方案合同，华为将助力Teliasonera在挪威首都奥斯陆建设业界第一个LTE/SAE 4G商用网络。这一合同的签署，显示了华为在SAE领域的强大实力。 成都外场LSTI TD-LTE初期测试LSTI：LTE SAE测试联盟；观摩后输出报告NGMN：下一代移动网络组织，运营商主导，5月份将在北京召开大会，沙跃家代表中国移动测试结果令人振奋华为11.23Mbps是在16个RB上实现的，折合到20M带宽的100个RB，相当于70Mbps业务层峰值吞吐量这一段不用讲：理论峰值速率为70出头（变化取决于业务类型，不同业务类型每个包头开销和净荷