中国联通FDD-LTE技术和规划设计及4G网络演进

1、第十二部分 中国联通FDD-LTE技术和规划设计及4G网络演进FDD-LTE Technology and 4G Network Evolution1第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进2022-4-202022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进2u移动网络演进技术特点uFDD-LTE技术介绍u4G网络演进技术对现网的影响3GPP-LTE概述2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进3LTE (both radio and core network evolution) is now on the market. Release 8 was

2、 frozen in December 2008 and this has been the basis for the first wave of LTE equipment. LTE specifications are very stable, with the added benefit of small enhancements being introduced in Release 9, a Release that will be functionally frozen in December 2009.LTE的演进包括无线网络和核心网络2022-4-20第十二部分 FDD-LT

3、E技术和规划及4G演进4Motivation for 3GPP Release 8 - The LTE ReleaseMotivation for 3GPP Release 8 - The LTE ReleaseNeed to ensure the continuity of competitiveness of the 3G system for the future User demand for higher data rates and quality of service Packet Switch optimised system Continued demand for cost

4、 reduction (CAPEX and OPEX) Low complexity Avoid unnecessary fragmentation of technologies for paired and unpaired band operation3GPP-LTE概述速率变更高质量变更好成本变更低网络变更简2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进5LTE Release 8 Key FeaturesLTE Release 8 Key FeaturesHigh spectral efficiency High spectral efficiency OFDM i

5、n Downlink, Robust against multipath interference & High affinity to advanced techniques such as Frequency domain channel-dependent scheduling & MIMO DFTS-OFDM (“Single-Carrier FDMA”) in Uplink, Low PAPR, User orthogonality in frequency domain Multi-antenna application Very low latency Very

6、low latency Short setup time & Short transfer delay Short HO latency and interruption time; Short TTI, RRC procedure, Simple RRC states Support of variable bandwidth Support of variable bandwidth 1.4, 3, 5, 10, 15 and 20 MHz 3GPP-LTE关键特性2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进6Simple protocol architectu

7、re Simple protocol architecture （协议结构）（协议结构） Shared channel based PS mode only with VoIP capability Simple Architecture Simple Architecture （网络结构）（网络结构） eNodeB as the only E-UTRAN node Smaller number of RAN interfaces, eNodeB - MME/SAE-Gateway (S1), eNodeB -eNodeB (X2) Compatibility and inter-workin

8、g Compatibility and inter-working with earlier 3GPP Releases Inter-workingInter-working with other systems, e.g. cdma2000 FDD and TDD within a single radio access technology Efficient Multicast/Broadcast Single frequency network by OFDM Support of Self-Organising Network (SON) (SON) operation3GPP-LT

9、E关键特性2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进7LTE Release 8 Major ParametersLTE Release 8 Major Parameters3GPP-LTE关键参数2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进8LTE-Release 8 User Equipment CategoriesLTE-Release 8 User Equipment Categories3GPP-LTE用户终端类型2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进9LTE Release 8 SpecificationsLTE

10、Release 8 SpecificationsLTE is specified in 36 series technical specifications The latest version of the LTE Release 8 specifications (September 2009 version) can be found in On-line in the 36 On-line in the 36 seriesseriesLTE-3GPP技术规范3GPP移动网络演进10第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进2022-4-20HSPA演进-峰值速率2022-4-20第

11、十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进11HSPA和LTE演进畅想-聚合3GPP移动网络演进2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进123GPP移动网络演进2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进133GPP移动网络演进2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进14u移动网络演进技术特点uFDD-LTE技术介绍u4G网络演进技术对现网的影响系统架构演进SAE2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进15系统架构演进（又名SAE，System Architecture Evolution）是3GPP

12、对于LTE无线通信标准的核心网络架构的升级计划。SAE是基于GPRS核心网络的演进，但也有一些不同：简化架构 全IP网络（AIPN） 支持更高的吞吐量和更低的延迟无线接入网络（RANS） 多个异构接入网络，包括E-UTRA（LTE和LTE先进的空中接口），3GPP遗留系统（例如，GPRS和UMTS空中接口的GERAN或UTRAN），但也支持与非3GPP系统之间的数据流动（例如WiMAX或CDMA2000） 2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进16SAE体系结构SAE是一个基于全IP网络的平坦架构，以支持系统的控制平面和用户平面以数据包的形式流量。SAE体系结构的主要

13、组成部分是核心分组网演进（EPC，Evolved Packet Core )，也被称为SAE核心。 EPC作用与GPRS网络相似，通过移动性管理组件（MME），服务网关（SGW）和PDN网关（PDN Gateway）子组件实现系统架构演进SAE自组织网络SON2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进17自组织网络（Self-Organizing Network，简称SON）可以显著改善网络性能和用户体验，是LTE的组成部分之一，包含在3GPP标准Release8、 Release9和 Release10中现在的移动网络越来越复杂，网元越来越多，其中涉及到大量的手工规划、

14、配置、执行、管理等工作，运营商将为此付出大量成本支出LTE的演进对于网络的自组织能力提出了非常清晰的要求，以便大幅降低网络持续运营和持续发展的OPEX而网络的自我优化、自我配置和自我治愈的能力可以提高网络运行性能和体验质量（QOE）2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进18SON的结构自组织网络SON2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进19SON在Release8、9、10中描述的特性：Base station Self-configurationAutomatic Neighbor Relation（ANR）Tracking Area P

15、lanningPCI Planning（Physical Cell ID）Load BalancingHandover OptimizationRACH OptimizationInter Cell interference Coordination（ICIC）Energy SavingCoverage and Capacity OptimizationCell Outage Detection and Compensation （断站）自组织网络SONLTE体系结构概述2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进20LTE体系结构可以借助SAE体系结构来做详细描述。在SA

16、E体系结构中，RNC部分功能、GGSN、SGSN 节点将被融合为一个新的节点, 即分组核心网演进EPC部分。这个新节点具有GGSN、SGSN 节点和RNC 的部分功能，如下图所示由MME和SAE gateway两实体来分别完成EPC的控制面和用户面功能。2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进21 SGi S4 S3 S1-MME PCRFS7 S6a HSSS10 UEGERAN UTRAN SGSN LTE-Uu ” E-UTRAN MMES11 S5 Serving Gateway PDN Gateway S1-U Operator s IP Services(e

17、.g. IMS, PSS etc.)Rx+ LTE体系结构概述2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进22 MME功能p NAS信令以及安全性功能p 3GPP接入网络移动性导致的CN节点间信令p 空闲模式下UE跟踪和可达性p 漫游p 鉴权p 承载管理功能（包括专用承载的建立） Serving GWp 支持UE的移动性切换用户面数据的功能p E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持 在新的在新的LTELTE框架中，原先的框架中，原先的IuIu, , 将将被新的接口被新的接口S1S1替换。替换。IubIub和和IurIur将被将被X2 X2 替换替换LTE体系结构2

18、022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进23 MME功能 NAS信令以及安全性功能 3GPP接入网络移动性导致的CN节点间信令 空闲模式下UE跟踪和可达性 漫游 鉴权 承载管理功能（包括专用承载的建立） Serving GW 支持UE的移动性切换用户面数据的功能 E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持在新的LTE框架中，原先的Iu, 将被新的接口S1替换。Iub和Iur将被X2 替换LTE体系结构2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进24LTE相关的节点接口S1-MMEE-UTRAN和MME之间的控制面协议参考点S1-UE-UTRAN和

19、发Serving-GW之间的接口每个承载的用户面隧道和eNodeB间路径切换（切换过程中）X2eNodeB之间的接口，类似于现有3GPP的Iur接口LTE-Uu无线接口，类似于现有3GPP的Uu接口LTE体系结构2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进25MME/S-GWMME/S-GWeNodeBeNodeBeNodeBeNodeBeNodeBeNodeBS1S1EPCEPCE-UTRANE-UTRANX2X2X2X2X2X2EPSEPS在LTE系统架构中，RAN将演进成E-UTRAN, 且只有一个结点：eNodeB。 LTE体系结构2022-4-20第十二部分 FD

20、D-LTE技术和规划及4G演进26E-UTRAN和EPC之间的功能划分图，可以从LTE在S1接口的协议栈结构图来描述，如下图所示黄色框内为逻辑节点，白色框内为控制面功能实体，蓝色框内为无线协议层。LTE体系结构LTE网络架构2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进27eNodeBeNodeB功能功能n无线资源管理p无线承载控制p无线接入控制p无线资源分配p移动性管理nIP头压缩和数据加密n为UE选择MMEn将用户面数据路由至S-SWn调度和发送寻呼消息n调度和发送广播消息n测量控制和测量报告2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进28 eNode

21、B功能eNodeB具有现有3GPP R5/R6/R7的Node B功能和大部分的RNC功能，包括物理层功能（HARQ等），MAC，RRC，调度，无线接入控制，移动性管理等等。RNCRNCNode BNode BeNodeBeNodeBLTE网络架构LTE无线协议架构2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进29n物理层p无线接入p功率控制pMIMO操作nMAC子层p调度pHARQp优先级处理p包复用/解复用nRLC子层pPDU传输pARQp包组合/分拆nPDCP子层p头压缩p加密LTE无线协议架构2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进30nRRC

22、层p广播p寻呼p链路管理p无线承载控制p移动性pUE测量上报和控制nNAS层p认证、鉴权p安全控制p空闲态下的移动性p空闲态下的寻呼p优先级处理p包复用/解复用调度nPDCP子层p完整性保护p加密S1接口2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进31S1接口定义为E-UTRAN和EPC之间的接口。S1接口包括两部分：控制面的S1-C接口。用户面的S1-U接口。S1-C接口定义为eNB和MME功能之间的接口；S1-U定义为eNB和SAE网关之间的接口。 EPC和eNBs之间的关系是多到多，即S1接口实现多个EPC网元和多个eNB 网元之间接口功能。2022-4-20第十二部

23、分 FDD-LTE技术和规划及4G演进32SAE承载业务管理功能，例如建立和释放UE在LTE_ACTIVE状态下的移动性功能，例如Intra-LTE切换和Inter-3GPP-RAT切换。S1寻呼功能NAS信令传输功能S1接口管理功能，例如错误指示等网络共享功能漫游和区域限制支持功能NAS节点选择功能初始上下文建立功能S1接口功能2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进33X2接口定义为各个eNB之间的接口。X2接口包含X2-C和X2-U两部分。X2-C是各个eNB之间控制面间接口，X2-U是各个eNB之间用户面之间的接口。S1接口和X2接口类似的地方是：S1-U和X2

24、-U使用同样的用户面协议，以便于eNB在数据前向时，减少协议处理。X2接口2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进34X2-C接口支持以下功能：移动性功能，支持UE在各个eNB之间的移动性，例如切换信令和用户面隧道控制。多小区RRM功能，支持多小区的无线资源管理，例如测量报告。通常的X2接口管理和错误处理功能。X2-U接口支持终端用户分组在各个eNB之间的隧道功能。隧道协议支持以下功能：在分组归属的目的节点处SAE接入承载指示减小分组由于移动性引起的丢失的方法X2-C接口功能LTE无线协议架构2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进35LTE的R

25、RC状态2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进36LTE中RRC子层功能与原有UTRAN系统中的RRC功能相同，包括有系统信息广播、寻呼、建立释放维护RRC连接等。RRC的状态设计为RRC_IDLE和RRC_CONNECTED两类。RRC_IDLE状态NAS配置UE指定的DRX；系统信息广播；寻呼；小区重选移动性；UE将分配一个标识来独立的在一个跟踪区中唯一识别该UE；eNB中没有存储RRC上下文 2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进37RRC_CONNECTED状态 UE建立一个E-UTRAN-RRC连接；E-UTRAN中存在UE的上下文

26、；E-UTRAN知道UE归属的小区；网络可以与UE之间进行数据收发；网络控制移动性过程，例如切换；邻区测量；在PDCP/RLC/MAC级：UE可以与网络之间收发数据；UE监测控制信令信道来判定是否正在传输的共享数据信道已经被分配给UE； UE报告信道质量信息和反馈信息给eNB；eNB控制实现按照UE的激活级别来配置DRX/DTX周期，以便于UE省电和有效利用资源。LTE的RRC状态E-UTRAN和UTRAN切换时RRC状态间关系 2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进38LTE的RRC状态与现有3GPP Release 6结构中RRC状态在切换时的关系如下图所示。LT

27、E支持与现有UTRAN的各状态间的迁移LTE的NAS状态2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进39LTE的状态类型从NAS 协议状态来看有以下三类：LTE_DETACHED状态，该状态下没有RRC实体存在。LTE_IDLE状态，该状态下RRC处于RRC-IDLE状态，一些信息已经存储在UE和网络（IP地址、安全关联的密钥等、UE能力信息、无线承载等）。LTE_ACTIVE状态，该状态下RRC处于RRC_CONNECTED状态。信道类型和映射关系2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进40LTE的信道类型和映射关系从传输信道的设计方面来看，LTE

28、的信道数量将比WCDMA系统有所减少。最大的变化是将取消专用信道，在上行和下行都采用共享信道（SCH）。LTE的逻辑信道可以分为控制信道和业务信道两类来描述，控制信道包括有广播控制信道BCCH、寻呼控制信道PCCH、公共控制信道CCCH、多播控制信道MCCH和专用控制信道DCCH几类；业务信道分为专用业务信道DTCH和多播业务信道MTCH两类。LTE的传输信道按照上下行区分，下行传输信道有寻呼信道PCH、广播信道BCH、多播信道MCH和下行链路共享信道DL-SCH，上行传输信道有随机接入信道RACH和上行链路共享信道UL-SCH。LTE的物理信道按照上下行区分，下行物理信道有公共控制物理信道C

29、CPCH、物理数据共享信道PDSCH和物理数据控制信道PDCCH，上行物理信道有物理随机接入信道PRACH、物理上行控制信道PUCCH、物理上行共享信道PUSCH。下行物理信道2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进41上行物理信道2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进42LTE关键技术2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进43Sub-carriers Sub-frame Frequency Time Time frequency resource for User 1 Time frequency resource

30、for User 2 Time frequency resource for User 3 System Bandwidth 网络架构：全网络架构：全IPIP扁平结构扁平结构MIMOMIMOUL UL SC-FDMA 84MSC-FDMA 84MDL OFDMA DL OFDMA 173M173MaGWaGWMIMO MIMO ChannelChannelDataDataStreamingStreaming可变带宽可变带宽OFDM系统的频谱利用率高2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进44下图给出了单载波和正交多载波系统的频谱示意图，由于OFDM系统中只预留少部分保护

31、子载波，不象传统的多载波系统那样需要较大的保护频带，因而频谱利用率有一定程度的提高OFDM系统中各个子载波之间是彼此重叠、相互正交的，从而极大提高了频谱利用率Scalable OFDMA2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进45不同带宽的系统所采用的FFT点数是不一样的，称之为Scalable OFDMA，如1.25M带宽采用128点，5M带宽采用512点等采用Scalable OFDMA，在系统应用环境相同时，不同带宽系统的符号周期是相同的，子载波间隔也是相同的，因而它们对于频率选择性衰落和多普勒频移的忍受能力也是一样的如果Scalable OFDMA系统中采用相同

32、的CP长度，如1/4，那么带宽不同时对于多径时延的抵抗能力是相同的Re-farming 2GExtension bandsBackward UMTSMIMO技术2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进462022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进47u移动网络演进技术特点uFDD-LTE技术介绍u4G网络演进技术对现网的影响2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进48何时引入LTE？如何规划部署LTE？LTE的频谱规划问题？LTE终端问题？LTE对于语言业务的支持问题？LTELTE发展所面临的问题发展所面临的问题LTE网络发

33、展的挑战LTE覆盖部署策略2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进49业务热点区域业务热点区域LTELTE覆盖覆盖组网场景p热区热点覆盖p不连续/局部连续组网p小区半径小，大量使用微蜂窝基站和小功率基站业务提供p解决热点区域的高密度业务需求pLTE业务非连续，依赖2G/3G补充LTE覆盖部署策略2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进50城区城区LTELTE连续覆盖连续覆盖组网场景p类似3G初期部署思路p城区连续覆盖p城区和3G/2G重叠覆盖，共站址业务提供p解决城区业务需求p城区内LTE业务连续LTE覆盖部署策略2022-4-20第十二部分 F

34、DD-LTE技术和规划及4G演进51LTELTE实现全覆盖实现全覆盖组网场景p类似2G初期部署思路p全部地区连续覆盖p和3G/2G重叠覆盖，共站址业务提供pLTE业务体验全网一致CNCN3G成熟运营商的LTE部署策略2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进52背景p良好的HSPA覆盖，计划升级到HSPA。p数据业务开展较好，网络瓶颈不明显。特点：p3G网络完成宏覆盖，pLTE实现热点地区覆盖（家庭，办公室，热点等）p以微蜂窝和小功率小区为主，频点优选2.6GHz。3G成熟运营商的LTE部署策略2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进53优点p支持高密度分组业务。p充分利用现有网络资源。p减少初期投入，业务驱动下扩容。挑战p大量小基站出现，带来多方面的挑战，包括站址，传输，工程安装，运维等。类似中国联通这样的运营商LTE-A概述2022-4-20第十二部分 FDD-LTE技术和规划及4G演进54ITU在2008年提出IMT-Advanced系统性能需求3GPP 2008年启动LTE