LTE系统介绍与无线原理

1、LTE系统介绍与无线原理一、 LTE/SAE 介绍主要内容解释E-UTRAN和EPC的背景和结构：描述蜂窝网的发展；总结3GPP release从R99到R8的变革；描述EPS（E-UTRAN和EPC）的逻辑结构；1、介绍这个课程描述了第三代蜂窝网3GPP R8的LTE/SAE系统，主要点在MBB（mobile broadband）系统，语音服务将简单的在IMS章节讨论。下面回顾一下历史上的通信网络发展：1G第一代蜂窝通信网络，系统包括NMT（北欧移动电话）、AMPS（高级移动电话系统）和TACS（全入网通信系统）。北欧移动电话(NMT)是被瑞典，挪威和丹麦的电讯管理部门在上世纪80年代初确立

2、的普通模拟移动电话北欧标准。NMT系统也在欧洲其他的一些国家安装了，包括俄罗斯的部分地区，中东和亚洲。NMT运转在450 MHz和900 MHz的带宽上。AMPS系统由美国AT&T开发的最早的蜂窝电话系统标准。TACS系统技术按照英国标准而设计的模拟式移动电话系统，其频率范围为900MHz。与AMPS系统类似，它在地域上将覆盖范围划分成小单元，每个单元复用频带的一部分以提高频带的利用率，即利用在干扰受限的环境下，依赖于适当的频率复用规划（特定地区的传播特性）和频分复用（FDMA）来提高容量，实现真正意义上的蜂窝移动通信。1G网络采用FDMA调制技术，即不同的用户分配在时隙相同而频率不同的信道上

3、。按照这种技术，把在频分多路传输系统中集中控制的频段根据要求分配给用户。同固定分配系统相比，频分多址使通道容量可根据要求动态。在FDMA系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱，一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号，任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道(2对频谱)才能实现双工通信。缺点：它是一个模拟标准，它很容易受到静电和噪音的干扰；没有安全措施阻止扫描式的偷听，安全性能差；容量不足。第二代蜂窝通信网，包括GSM（全球移动通信系统）、D-AMPS（数

4、字先进移动电话服务）、PDC（个人数字蜂窝，一种由日本开发及使用的2G移动电话通讯标准，采用TDMA技术）和IS-95（CDMA数字蜂窝标准）。二代网络与一代不同的是，不仅能支持语音，同时通过数字TDMA或者CDMA电路交换无线技术调制也能支持数据业务。GSM的标准起始于1982年正式投入使用于1991年。能同时支持语音、短信和CS数据传输（9.6kb/s）。2G的增强有分组数据GPRS，通常我们视为2.5G网络；或者更快的EDGE（增强型数据速率GSM演进技术），EDGE是一种从GSM到3G的过渡技术，它主要是在GSM系统中采用了一种新的调制方法，即最先进的多时隙操作和8PSK调制技术，由于

5、8PSK可将现有GSM网络采用的GMSK调制技术的符号携带信息空间从1扩展到3，从而使每个符号所包含的信息是原来的3倍，我们通常称这种为2.75G。2.5G网络引入了分组交换和分组传输的概念，在原有的GSM网络的基础上增加了SGSN（服务GPRS支持节点）、GGSN（网关GPRS支持节点）等功能实体。PS数率达到50kbit/s，而EDGE可达到500kbit/s。1998年,欧洲电信标准协会同意WCDMA和TD-SCDMA各自作为U MTS的FDD和TDD多址接入方式。3G网络与2001年和2003年开始投入使用于日本和欧洲。3G与2G的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够在全球

6、范围内更好地实现无线漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。WCDMA正式生效于1999年，所以第一版本称为R99。WCDMA R99理论上的速率能达到2Mbps，比起2G网络，速率得到很大的提升，R99也存在这样或那样的缺点，比如核心网的传输资源利用率低、核心网仍采用过时的TDM技术，分组域和电路域两网并行，演进思路不清晰等。相对于R99，R4无线接入网网络结构没有改变，改变的只是一些接口协议的特性和功能的增强，如引入直放站，解决复杂地形覆盖问题和扇区降低终端和基站的发射功率以提高容量， No

7、de B 同步减少系统邻近小区的交调干扰，降低传输网络的成本，Iub和Iur上的AAL2连接的QoS优化、RRM(无线资源管理)的优化，Iu上RAB(无线接入承载)的QoS协商，增强的RAB支持，Iub、Iur和Iu上的传输承载过程的修改；而核心网电路域变化较大，主要体现在：网络由TDM中心节点交换型演进为典型的分组话音分布式体系结构；网络采用开放式结构，业务逻辑与底层承载相分离，话音分组化，由包方式承载， UTRAN 与核心网话音承载方式均由分组方式实现；由于优化了话音编解码转换器，改善了WCDMA系统网络内部话音分组包的时延，提高了话音质量，编解码转换有可能只需在与PSTN的公网网关上实现

8、，同时提高了核心网传输资源的利用率；同时，由于话音采用统计复用方式传递，相对于TDM 64K静态电路带宽分配而言，可提高传输网的效率，实现网络带宽动态分配，避免TDM扩容时需反复调配2M电路的烦琐程序。3G网络的随后发展，2002年R5的HSDPA（高速下行分组接入）和2004年R6的HSUPA（高速上行分组接入），最快下行速率达到14Mpbs，最快上行达到5.76Mbps。HSDPA和HSUPA统称HSPA，HSUPA也被称为EUL（增强型上行）。WCDMA的下一步发展叫HSPA evolution或者通常所叫的HSPA+，该业务目前正在不断发展，我们叫此阶段为R7和R8版本，最快的理论下行

9、速率可达到42Mbps。可运用MIMO天线和HOM（更高阶调制）技术实现。2007年9月3GPP新添另一位新成员，E-UTRAN（Evolved UTRAN）。而3G长期演进LTE将正式开始。3.9G LTE网络分为两个部分，LTE（长期演进）和SAE（系统架构演进），LTE主要负责无线网络演进，而SAE主要负责分组核心网的演进。对于LTE和SAE，只是规定于PS数据交换域。网络由E-UTRAN和EPC（分组演进核心网）构成，E-UTRAN和EPC通常EPS分组演进系统。LTE/SAE属于R8版本。与此同时，另外一个相类似已成立的项目叫3GPP2，它与它的姐妹项目3GPP非常相像，被国际电信联

10、盟标准称为IMT-2000基础网络。3GPP2主要关注于cdma2000和EV-DO的演进，而3GPP主要关注在GSM，WCDMA，HSPA和LTE的演进。E-UTRAN的标准是基于下行OFDM正交频分复用和OFDMA正交频分多址以及上行SC-FDMA单载波频分多址调制方式，可同时支持FDD和TDD模式。可支持使用不同MIMO配置，这可以提高了数据速率以及频谱效率。LTE目前被视为3.9G网络，为什么不是4G呢？ITU规定IMT演进，就是IMT2000的接下来的发展，被视为4G网络，它将意味着可支持的最大理论速率逼近1Gbit/s，或许也可以随着LTE演进基础原理的发展而发展。LTE演进也许要

11、发展到R10版本后才可能满足到IMT演进的需求。EPS在R8版本里的网络结构要比R6的网络结构简单得多。R8比R6减少了4个网元，包括NB，RNC，SGSN和GGSN，而总共在EPS中只有两个大网元结构，E-NodeB和SAE-GW。而SAE-GW可以分为两个部分：S-GW（serving GW）和P-GW（packet data GW），一般放在同一个物理节点上，称为SAE-GW或者P/S-GW。另外，控制部分节点叫做MME（移动管理实体），同样是EPC的一部分。从网络结构来看，LTE网络只定义了PS域，这意味着传统的CS电路域将由PS来承载。LTE的要求LTE的一些目标特征：要求达到高速率

12、，在20MHZ频谱带宽下能提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率，比R6高出2到3倍；减少延迟，用户面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，控制面上用户从空闲状态到连接状态的延迟要小于100ms-这需要使用更少的网络节点和更小的TTI（传输时间间隔），更快的网络响应；更高的频谱利用率，下行频谱利用率是R6 HSDPA的3到4倍，上行频谱利用率是R6 HSUPA的2到3倍；更灵活的频谱配置，可灵活配置带宽；即插即用功能，e-nodeB自动配置；要求E-UTRAN的结构应该满足减少未来网络发展的开支，降低网络建设和维护成本。支持与现有的3GPP和

13、非3GPP系统的互操作性，支持增强型的MBMS广播多播业务；增强了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特率。另外，可支持100km半径的小区覆盖，能够为350km/h高速移动用户提供大于100kpbs的接入服务。与3G相比，LTE更具体高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。2、EPS综合结构这部分包括EPC和E-UTRAN结构的综合描述，以及其他3GPP系统如何结合到这个结构当中。概述EPS结构EPS系统是由EPC和E-UTRAN两个部分构成。EPC提供接入外部数据网络（例如internet、corporate networks公司网等）以及operat

14、or services（MMS媒体信息服务、MBMS多播广播服务）。同时涉及到一些与安全性（鉴定、密匙）、用户信息、计费功能以及内部访问接入移动性能（UTRAN/I-WLAN/CDMA2000等）。核心网也跟踪一些不在活动的终端的移动性能（比如终端的省电模式状态）。E-UTRAN由eNodeB组成，提供E-UTRAN的用户面（PDCP/RLC/MAC/PHY）以及控制面协议。eNodeB之间通过X2接口互相连接。eNodeB通过S1接口与演进分组核心网EPC相连，通过用户面接口S1-GW与S-GW相连，通过S1-MME接口与移动管理实体MME相连。S1接口支持eNodeB和MME/S-GW之间

15、的多对多连接。从EPS载体概念图来看，UE与P-GW节点间的载体定义为EPS bearer（提供用户IP点至外网）。EPS bearer进一步划分为E-RAB和S5/S8 bearer，E-RAB承载于UE与S-GW间的S1无线接口，而S5/S8 bearer承载于S-GW和P-GW间的接口。End-to-end services（比如IP services）复用于不同的EPS bearer。End-to-end services和EPS Bearer是多点对一点的关系。LTE无线接口LTE无线接口基于下行OFDM模式和上行SC-FDMA模式，这些技术适合灵活的带宽运作。ODFM正交频分复用技

16、术，实际上是MCM（多载波调制）的一种，而多载波通信系统就是将一个高速的数据流分成若干个子数据流，然后将这些低速的数据流调制到相应的子载波上去，从而构成一个由多路低速数据并行传输的系统。在传统的多载波通信系统中，整个系统频带被划分为若干个互相分离的子信道（载波）。载波之间有一定的保护间隔，接收端通过滤波器把各个子信道分离之后接收所需信息。这样虽然可以避免不同信道互相干扰，但却以牺牲频率利用率为代价，而且当子信道数量很大的时候，大量分离各子信道信号的滤波器的设置就成了几乎不可能的事。后来提出频带混叠的多载波通信方案，选择相互之间正交的载波频率作为子载波，这就是OFDM技术。通俗点说，OFDM是一

17、种特殊的多载波通信方案，将单个用户的数据流被串/并变换为多个低速率码流，每个码流都用一个子载波发送。这种正交表示的是载波频率间精确的数字关系，不用带通滤波器来分隔子载波，而是通过快速傅里叶变换FFT来选用那些即便混叠也能保持正交的波形，所以OFDM可以充分利用信道带宽，避免使用高速均衡和抗突发噪声差错。结构：发送端：-编码-交织-数字调制-插入导频-串并转换-IFFT-并串转换-插入循环前缀-数模转换-天线发射接收端：-天线接收-模数转换-频率同步-去除循环前缀-串并转换-FFT-并串转换-信道校正-数字解调-解交织-解码-OFDM具有诸多优点，如果上行链路也采用OFDMA，其上/下行链路将具

18、有最大的一致性，可以简化终端设计，使OFDM具有多载波系统固有的高峰值均比（PAPR）特性，提高了系统性能，降低了系统的功率利用率。对下行链路来说，基站作为信号发射端，可以容忍较高的功放成本和发射功率，但是上行链路中，终端设备作为信号发射端，发射功率增大会减少终端电池寿命，从而增加了终端设备成本；如果在UE端使用低成本的功放，将降低UE的功率利用率和上行链路的覆盖能力，增加发射机的功放成本，不利用上行链路的实现，因此，为了避免这些缺点，在不改变OFDM系统传输结构的基础上降低OFDM信号的PAPR，特别提出单载波频分复用SC-FDMA。调制原理图：我们可以发现，SC-FDMA在OFDMA的基础

19、上发送和接收系统分别增加了一个DFT/IDFT（离散傅里叶变换）模块，因此SC-FDMA也叫做DFT-S-OFDM。基站和终端使用的多天线系统。MIMO系统具有如下优势:1、 提升系统容量。系统容量是通信系统的重要特征之一，代表通信系统的最大信息传输速率。随着天线数目的增长，信道容量会出现对数增长。2、 提供频谱利用率。MIMO系统通过空间复用提高频谱的利用率。将高速的数据流按照发送天线数目的串/并变化，使其成为若干的子数据流，各子数据流独立编码、调制，然后从发送天线发送出去，这就是通常所说的空间复用技术。3、 具有发射分集。分集指一组信息以某种方式重复的从信源传到信宿的过程。MIMO系统利用

20、多根天线所带来的多条件传输路径获得空间分集增益，提高了系统的传输性能。可灵活配置带宽，可支持6个不同的带宽带宽：1.4MHZ、3、5、10、15、20，分别对应的传输带宽资源块RB为6、15、25、50、75、100。LTE手机种类：协议状态和移动性与WCDMA R6版本相比，LTE系统EPS在协议状态这一块存在一个主要的简化变化。WCDMA在连接状态中，存在四种不同的RRC状态，CELL_DCH，CELL_FACH，URA_PCH和CELL_PCH。而LTE系统中只有两种RRC状态：IDLE和CONNECTED。在EPC侧UE可以有两种状态，EMM注销或EMM注册。EPS系统下，小区组被圈为

21、tracking area（TA），类似于WCDMA的routing area（RAs），location areas（LAs）和UMTS registration areas（URAs）。好处在于，UE在已知的TA表上，这样可以缩小信令的负荷。二、 EPC和EUtran的架构主要内容描述EPS和EUTRAN的接口描述MME、S-GW和P-GW描述S1和X2协议栈解释CS域的倒回描述上下行使用的无线接口技术描述无线接口的信道架构解释OFDM原理和优点上下行的参考信道1、EPC架构EPC由移动管理实体MME、归属用户服务器HSS、策略与计费规则功能PCRF、服务GW和分组数据GW构成。移动管理实

22、体MMEMME是3GPP协议LTE接入网络的关键控制节点，它负责空闲模式的UE的定位，传呼过程，包括中继，涉及到bearer激活关闭过程，并且当一个UE初始化并且连接时为这个UE选择一个SGW，通过和HSS交互认证一个用户分配临时ID，MME同时支持允许范围内的拦截监听，MME为2/3G接入网提供控制函数接口，通过S3接口为漫游UE面向HSS提供SG6接口。归结它的主要功能为：负责UE的接入和断开，允许UE的注册和注销；鉴权；处理EPS bearer，管理EPS bearer的建立、更改和拆除；控制Idle模式下UE的寻呼重传；Idle态和激活态UE跟踪区域TA的列表管理；选择S-GW和P-G

23、W。策略与计费规则功能PCRFPCRF可展开制定一套商业规则，这些规则定义网络资源应该分配哪些用户，用户满足什么条件可以申请。PCRF通过Gx接口与PGW连接，用于根据已建立的规则管理用户和网络信息。爱立信SAPC控制器在EPC网络中能够支持PCRF功能。SAPC运行于爱立信电信服务器的最高平台TSP 6.0。TSP 6.0平台通过NSP爱立信网络服务器平台支持，硬件使用BYB 501归属用户服务器HSSHSS是EPS网络一个保存用户信息的数据库，HSS保存比如UE的位置信息以及鉴定参数。HSS是HLR的一个演进。它同样运行在TSP 6.0平台上。服务GWUE与P-GW用户面通信是通过S-GW

24、路由实现的。S-GW主要负责以下部分：eNodeB内部切换时本地移动锚点的确定；网络路由的功能，S-GW负责当UE接入网络后用户面数据通过S-GW路由至正确的P-GW；漫游用户的计费，S-GW负责漫游用户的计费功能；合法监听功能；P-GWP-GW是一个内部EPS网络与外部IP网之间的网关，比如接入到以太网或者公司网。UE可同时接入多个P-GW访问多个分组数据网络。P-GW主要负责以下功能：QoS策略控制和强制性；这个功能结合用户的传输流以适当的QoS等级和实行速率策略，以防止超过已规定的。下行传输的策略地定义在P-GW侧，而上行传输的则定义在E-NODEB侧。包过滤，过滤通往或者来自外部IP网

25、的IP包；计费；EPC系统有不同的方法执行S-GW和P-GW。一种是通过M-120平台与GGSN硬件共享，涉及使用MPG设备，MPG允许一个节点同时支持GGSN、SGW以及PGW功能。MPG支持最多6百万个EPS bearer，高达40Gbps的吞吐。另外一种形式是使用CPG节点执行SGW和PGW。CPG基于smartEdge 1200平台，CPG 2010A支持GGSN、SGW和PGW功能。CPG支持最大1百万个EPS bearer，最高达480Gbps吞吐。GERAN和UTRAN架构由图可见GERAN、UTRAN和E-UTRAN是如何结合到SAE核心网的。我们注意到SGSN和MME之间共享

26、着许多共有的功能，SGSN和MME共享一个共同的3GPP标准演进。这样，我们可以看成把SGSN和MME结合为一个节点，这样一个节点可以不同的访问。概述SAE/LTE接口S1S1是eNB和MME和SGW之间的接口。这个接口的用户面基于GTP-U（类似现在的iu口和Gn口），控制面接口比较类似无线接入网应用部分RANAP，但由于EPS的不同的功能分裂和移动性，存在一些简化改变。S1-AP协议有一下功能：EPS bearer管理功能，用于创建、修改和释放EPS bearer，由MME或者eNB来触发实现；初始化上下传输功能，该功能用于S1 UE在eNB建立一个环境，设置默认IP连接性，设置一个或者多

27、个SAE承载，传输NAS信令相关的信息至eNB；寻呼功能；S1接口管理功能；NAS信令传输功能；S1 UE context释放功能；X2X2是eNB之间的接口，这个接口主要是支持激活状态的UE的移动性，它同时也用于多小区无线资源管理RRM。X2-CP控制面接口由X2-AP协议组成，X2-AP在SCTP的上层。X2-UP用户面接口基于GTP-U。X2-AP协议提供下面一些功能：移动性管理，这个功能允许一个UE的管理责任由一个eNB转到另外一个eNB；负荷管理，每个eNB可相互指示过载和传输负荷；报告一般错误情况；S3是MME与2G/3G间的一个控制接口，接口基于Gn/GTP-C（SGSN-SGS

28、N），也存在一些新的功能去支持E-UTRAN和UTRAN/GERAN之间空闲模式的移动性信令。S4是SGW和SGSN之间的接口，接口基于Gn/GTP。用户面和S1一样基于GTP-U，控制面基于GTP-C。S5/S8这个是SGW和PGW之间的接口，S5和S8是一样的接口，不同的是S8主要用于当不同操作间的漫游，而S5是内部网络的。CS倒回EPS系统CS倒回功能可提供给正在E-UTRAN服务下的UE CS服务，可以使已连接上E-UTRAN的终端使用GERAN或者UTRAN或者CDMA的CS域。LTE/SAE系统只提供PS域的连接和数据包服务，这暗示CS的业务像CS语音、CS数据、SMS短信将不能被

29、支持。为了解决平滑过渡，使用CS倒回方法来解决。E-UTRAN架构LTE的无线接口是根据频谱灵活性、频谱效率和消耗效果来演进发展的。频谱灵活性包括使用对称和不对称频谱的可能性，LTE可同时支持FDD和TDD全双工模式，且可支持6个不同的带宽操作。更高的频谱效率需要使用更高的调制方法来实现，比如16-QAM和64-QAM以及先进的天线技术解决（MIMO）。另外，选择下行OFDM和上行SC-FDMA可有效的减少码间干扰ISI。ENB的功能E-UTRAN由ENB组成，提供E-UTRAN的用户面（PDCP/RLC/MAC/PHY）以及控制面协议。ENB之间通过X2接口相互连接，通过S1接口与演进分组核

30、心网EPC相连。大部分R6版本的RNC功能被移到E-UTRAN的ENB上。ENB的功能有：小区控制和支持MME池。ENB可拥有和控制它所在的小区的无线资源，包括无线承载控制、无线准入控制、连接移动性控制、上下行资源的动态分配。可支持MME池的概念，另外SGW池在MME中管理；移动性的控制功能。ENB负责控制在激活状态中的终端的移动性，可命令UE在需要时进行测量和执行切换。控制面和用户面的安全性，IP头压缩和用户数据流加密；共享信道的处理。由于ENB拥有小区资源管理，所以它同时也需要处理共享信道和随机接入信道；分割和拼接功能。无线连接控制RLC服务数据单元SDUs接收来自分组数据汇聚协议PDCP

31、层的数据，包括整个IP包和，这可能比物理传输层提供的传输块更大，这样RLC层必须支持分割和拼接来适应传输块的大小；HARQ混合自动重传请求功能；Scheduling功能支持QoS提供更有效的用户面和控制面数据安排；复用和映射功能，ENB将逻辑信道映射至传输信道；物理层功能，ENB处理物理层类似加码、波束形成处理和OFDM调制等，ENB同时也处理链路适配和功率控制；测量和报告，用于移动性和调度的测量和测量报告配置；无线信道性能这一部分描述无线信道性能的一些一般原理和物理层对于减少错误的处理。TX和RX物理层处理过程：TX：-CRC-coding-scrambing-modulation-OFDM

32、(IFFT) -无线信道RX：无线信道-OFDM(FFT) -demodulation-descrambing-decoding-CRC check-在所有的无线系统空中接口部分都会添加进许多噪声，这会给接收信号产生失真。对于模拟的小区系统的人耳接收来说可以纠正接收信号和噪声的错误的功能，然而对于数字系统来说则不可。噪声可造成比特错误，比如如果噪声使幅度低于逻辑0的界限，传输逻辑1可能会被解调成逻辑0，同样逻辑0也可能被解读为逻辑1。所有的数字系统必须用一些手段克服这些错误。CRC循环冗余码校验数字通信系统中可靠性和快速性往往是一对矛盾。若要求快速，则必然使得每个数据码元所占时间缩短、波形变窄

33、、能量减少，但这样会增加在收到干扰后产生错误的可能性，使信息传送的可靠性下降。若是要求可靠性，则需要使消息传输的速率变慢。所以，如何合理的解决可靠性和速度这对矛盾，是正确设计一个通信系统的关键问题之一。为保证传输过程的正确性，需要对通信过程进行差错控制。差错控制最常用的方法是自动请求重传方式ARQ、前向纠错方式FEC和混合纠错HEC。在传输过程中误码率比较低时，用FEC方式比较理想。在传输过程中误码率较高时，采用FEC容易出现乱纠现象。实现检错功能的差错控制方法很多，传统的有：奇偶校验、校验和检测、重复码校验、行列冗余码校验等，这些方法都是增加数据的冗余量，将校验码和数据一起发送到接收端。接收

34、端对接收到的数据进行校验，再将得到的校验码和接收到的校验码比较，如果二者一致则认为传输正确。但这些方法都有各自的优缺点，误判的概率比较高。目前通常使用循环冗余校验CRC进行编码和检测。LTE使用24位CRC循环冗余码在用户数据信道上。越长的冗余码，则可越精确的处理。前向纠错多路传输和信道编码多路反射传输后对信号带来码间干扰ISI、快衰减以及时延等问题。可以通过均衡器、rake接收机或者OFDM模式来减少问题。一般在开放的环境下的时延大概在0.2us，而在城市内时延大概为0.5us。交织交织原理交织其实是通信系统中进行数据处理而采用的一种技术，交织器从其本质上来说就是一种实现最大限度的改变信息结

35、构而不改变信息内容的器件。从传统上来讲就是使信道传输过程中所突发产生集中的错误最大限度的分散化。因此，具体来讲也许数据置乱器这个称呼更加符合交织器其本质。速率匹配速率匹配执行改变数据速率以达到系统的可容纳度，这个功能不知能减少数据速率，同时也能增加数据速率。加扰在数字通信中，数字通信设备通常从0到1的变换点提取定时信息，如果长时间出现0或者1序列，会使接收端跟踪电路带来困难，影响同步的建立和保持。在LTE系统中，会经常性反复使用1，这意味着所有小区使用同样的频带，对于接近小区边界的UE，会上下行会受到严重影响。为了减少内部小区干扰，在上下行传输送引入加扰。加扰使用伪随机序列有效地将输入序列搅乱

36、，使输出的数字码元之间相关性最小。调制传输编码和加扰后下一步就是调制。E-UTRAN三种调制:QPSK正交相移键控、16-QAM、64-QAM正交幅度调制QPSK是理论上纯粹的相位调制，16-QAM和64-QAM使用了相位和幅度的结合。在QAM调制中，数据信号由相互正交的两个载波的幅度变化表示。在E-UTRAN中，在每个OFDM的子载波上都进行调制，也就是说每个15Khz的子载波都被以QPKS、16-QAM或者64-QAM来调制。OFDM正交频分复用在传输编码和调制的数据流都被分开为一系列子流，子流数可以由12（一个资源块）最高到1200个（20MHZ带宽上100个资源块）。每个子流提供给IF

37、FT模块，然后传送到一个个相应的子载波上。在接收端，相反地，OFDM信号提供给FFT模块，然后从FFT模块输出的数据子流转变成串流，再进行解调和解码。OFDMA正交频分多址OFDMA多址方式通过频率和时间分隔开用户和信道。不同用户和不同的信道他们相互正交分开，这样他们在相同的小区内将不会相互干扰。这样对于LTE的上下行来说是非常有效的。三、 无线接口这部分主要解释无线接口的结构：无线接口信道结构上下行物理信号FDD模式无线接口上下行时域结构下行传输技术更深入理解OFDM原理下行的参考信号上下行的控制信号上行传输技术理解SC-FDMA原理介绍任何一个通信系统中无线接口技术都属于关键技术，同样在L

38、TE系统中空中技术也是至关重要的。E-UTRAN采用了扁平化的设计，在其网络结构中没有RNC，所以整个空中接口结构与现在的网络有较大的差异。E-UTRAN空中包含物理层（L1）、数据链路层（L2）以及网络层（L3）。数据链路层包含媒体接入控制MAC子层、无线链路控制层RLC子层以及分组数据汇聚PDCP子层（用于用户面部分）。网络层L3和无线资源控制RRC层被划分为用户面和控制面，控制信令RRC协议用于通过无线接口传送非接入层。无线接口由层的模式建造，与WCDMA相似，2层（EPS承载服务）与R6版本的PDP-context相似，承载了三层数据和端到端服务。EPS bearer通过无线接口中的E

39、-UTRAN无线承载服务承载的。无线信道结构被分为逻辑信道、传输信道和物理信道。逻辑信道被传输信道承载，传输信道被物理信道承载。PDCP协议映射EPS承载到E-UTRAN无线承载，执行可靠性头压缩ROHC。RLC协议映射E-UTRAN无线承载到逻辑信道上，执行分割、按序交付和重传。MAC协议映射逻辑信道到传输信道，负责HARQ和调度。物理层映射传输信道到物理信道，执行信道信道编码、调制等。信道结构逻辑信道逻辑信道按照消息的类别不同，对业务和信令消息进行了分类，获得的相应信道成为逻辑信道，这种信道的定义只是逻辑上的人为定义。逻辑信道可以划分为控制信道和传输信道，控制信道是用于传输控制面信息的，业

40、务信道是用于传送用户面信息的。LTE系统有以下逻辑信道：控制信道BCCH广播控制信道：下行信道，用于广播系统控制信息（例如系统带宽、天线数目以及各种信道的配置参数等）PCCH寻呼控制信道：下行信道，用于传输呼叫信息（被叫号码等）以及系统信息改变的通知，这个信道用于系统不知道UE所在的小区位置时的呼叫。另外，当系统通知UE的具体位置时，可以使用共享信道来呼叫，但是对系统信息改变还是必须使用PCCH的，因为那时呼叫的是小区内的所有UE。CCCH通用控制信道：下行信道，用于传递UE与系统之间的控制信息，当UE还没有RRC连接时，使用这个控制信道来传递控制信息，例如传输接入时，由于还没有RRC连接，R

41、RC连接请求消息就是在这个逻辑信道上发送的。因此没有RRC连接的UE都可以使用这个信道。MCCH多播控制信道：一点到多点的下行信道，用于传递MBMS多媒体广播组播业务调度以及控制一个或者多个MTCH信息从网络到UE。DCCH专用控制信道：上下行信道，点对点的双向信道，用于传递UE与系统之间的专用控制信息，因此UE必须建立RRC连接。业务信道DTCH专用数据信道：上下行信道，点对点的双向信道，用于传递用户数据。MTCH多播传输信道：一点对多点的下行信道，用于传递从网络到UE使用的MBMS的传输数据。传输信道传输信道对应的是空中接口上不同信号的基带处理方式，根据不同的处理方式来描述信道的特性参数，

42、构成了传输信道的概念，具体来说就是根据信号的信道编码、选择的交织方式、CRC冗余校验的选择以及块的分段等过程的不同，而定义了不同类别的传输信道。下行BCH广播信道：下行方向，采用固定的预定义传输格式，例如具体固定大小、固定发送周期以及调制编码方式等。除了主信息块MIB消息在专属的物理信道上传输外，其他的广播消息（系统信息块SIB）都是在物理共享信道上传输的，不再像UMTS那样专门留有物理信道用于传输广播信道。DL-SCH下行共享信道：可以传输业务数据以及系统控制信息。PCH寻呼信道：下行方向，支持UE的非连续接收方式，映射到物理下行共享信道，与BCH类似。MCH多播信道：给MBMS的单独传输信

43、道。上行UL-SCH上行共享信道：可以传输业务数据以及系统控制信息。RACH随机接入信道：上行方向，用于传输随机接入前导、发射功率等信息。物理信道物理信道就是在特定的频域或者时域上采用特定的调至编码方式发送数据的通道，物理信道就是空中接口的承载媒体，根据它所承载的上层信息的不同定义了不同类型的物理信道。物理信道PDSCH物理下行共享信道：传递传输信道DL-SCHPUSCH物理上行共享信道：传递传输信道UL-SCHPCFICH物理控制格式指示信道：承载指示一个子帧中用于传输PDCCH的OFDM符号的数目PDCCH物理下行控制信道：传送下行L1/L2控制信令PUCCH物理上行控制信道：传送上行L1

44、/L2控制信令PHICH物理HARQ指示信道：承载HARQ的反馈信息ACK/NACKPBCH物理广播信道：传送下行传输信道的BCHPMCH物理多播信道：传送下行传输信道的MCHPRACH物理随机接入信道：传送上行传输信道的RACH提供的随机接入前同步码物理信号RS参考信号：支持上下行的测量和相干解调P-SS S-SS主同步源信号和第二同步源信号：只用于下行小区搜索步骤SRS探测参考信号：支持下行信道质量测试与MAC子层相关的信道有传输信道和逻辑信道，比如传输信道是物理层提供给MAC子层的服务，MAC子层可以利用传输信道向物理层发送数据与接收数据，而逻辑信道是MAC子层想RLC子层提供的服务，R

45、LC可以使用这些逻辑信道向MAC发送数据和接收数据时域结构上图LTE传输使用FDD方式的高阶时域结构。每个无线帧长10ms，由十个长度为1ms的子帧构成。每个子帧包括两个长度为0.5ms的时隙。一个时隙内包括7个OFDM符号。这个结构上下行都适合，除了PBCH和SS只适合下行。PBCH在0子帧1时隙0-3四个符号里发送；SS同步信号在0和5子帧0和10时隙5和6符号发送（S-SS使用第5个，P-SS使用第6个符号）下行传输技术我们知道，LTE下行传输是基于OFDM正交频分复用技术的。在之前我们介绍过OFDM，OFDM是多载波调制MCM技术的一种，其思想是把数据流进行串并变换为N路速率较低的子数

46、据流，用子数据流分别调制N路子载波后再传输。OFDMA系统的主要特点：1、 OFDMA能够具有抗多径衰落和多普勒的影响的能力。由于OFDM将宽带传输转化为多个子载波的窄带传输，每个子载波都认为是水平衰落信道，因此可以采用简单的频域均衡纠正信道失真，降低接收机均衡器的实现复杂度。另外，插入了循环前缀CP后可以使系统容忍多普勒频移和多径的影响，确保其子载波的正交性。2、 可变带宽的OFDMA通过使用相同的符号宽度和子载波间隔能够简化系统设计。3、 具有可扩展性结构，支持可变带宽。由于子载波的数量决定了OFDM的信号带宽，因此OFDMA系统具有良好的带宽扩展性。4、 多用户接入保证正交，可减少干扰并

47、增加容量。5、 具有频带自适应能力，OFDMA系统可以在不同的频带采用不同的调制编码方式。从图来看，一个资源粒子RE对应一个OFDM子载波。一个资源块对应12个OFDM子载波和0.5ms的时隙，下图一个小单元由两个连续资源块RB调度，这种小单元被看成一个调度块，它等于1ms TTI传输时间间隙。在下行OFDM中插入循环前缀CP，通过添加一个循环前缀，保证了正交状态，其本质上防止了一个辅载波与另一个载波相混淆（叫做载波间干扰，或 ICI ）。这个被实现因为来自信道的时分的总数比循环前缀的持续时间短。在发现 OFDM 的过程后，一个循环前缀已经被提议为其它调制提高多通道的可靠性。OFDM不足：1、

48、 对系统定时和频率偏移较为敏感。定时偏差会引起子载波相位的旋转，而且相位旋转角度与子载波的频率有关，频率越高旋转角度越大。如果定时的偏移量与最大时延扩展的长度之和仍小于循环前缀的长度，此时子载波之间的正交性仍然成立，没有ICI，对解调出来的数据信息符号的影响只是一个相位的旋转。如果定时偏移量与最大时延扩展的长度之和大于循环前缀的长度，这一部分数据信息就丢失了，最为严重的是子载波之间的正交性被破坏了，造成ICI。2、 存在较高的峰值平均功率比PARP。多载波系统的输出是多个子信道信号的叠加，如果多个信号相位一致时，所得的叠加信号的瞬间功率会远远高于信号的平均功率。因此可能造成信号畸变是信号频谱发

49、生变化，同时子信道间正交性遭到破坏从而产生干扰，同时也会带来高功率的消耗。下行参考信号下行参考信号的作用主要有以下几个方面：1、 下行信道质量测量（信道探测）2、 下行信道估计，用于UE端的相干检测和解调3、 小区搜索下行参考信号由已知的参考符号构成，参考符号以资源粒子RE为单元，一个参考符号占用一个RE。下行链路有4种参考信号：小区专用参考信号、MBSFN参考信号、UE专用参考信号和定位参考信号小区专用参考信号可以在所有支持PDSCH传输的下行子帧中传输。小区专用参考信号在天线端口03中的一个活多个端口上传输。只适应与子载波间隔15KHZ的情况。MBSFN参考信号用于MBSFN的信道估计和相关解调，在天线端口四上发送。MBSFN参考信号仅在分配给MBSFN传输的子帧中传输，同时，只能在扩展循环前缀的情况下定义MBSFN参考信号。UE专用参考信号用于支持单天线端口的PDSCH传输，并且在天线端口5上发送。UE专用参考信号只在PDSCH对应的资源映射块中传输。下行L1/L2控制信令下行L1/L2控制信号用于传递下行调度工作给终端，使其能正常接收、解调和解码DL-SCH，传递上行调度许可通知终端资源和传输格式给UL-SCH