LTE基本原理与关键技术培训教材V2.0

LTE基本原理与关键技术

中国电信集团公司江西省电信分公司无线网优中心通过本文档的学习，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的协议结构和基本原理了解LTE应用的相关关键技术LTE系统原理系统性认识目标2第一部分LTE前世今生第二部分LTE基础原理第三部分LTE关键技术汇总提纲第一部分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为什么LTE第三节演进之路第二章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。AMPSTACSNMT其它模拟技术GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC需求驱动数字技术语音业务UMTSWCDMACDMA2000需求驱动宽带业务TD-SCDMA第一代80年代模拟第二代90年代数字第三代IMT-2000移动通信的发展——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：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。CDMA技术是3G的主流技术，其中，CDMA2000和WCDMA属于FDD方式；TD-SCDMA属于TDD方式，其上、下行工作于同一频率。WiMAX（IEEE802.16d-IEEE802.16e）6移动通信的发展——移动数据业务将主导未来Vodafone移动数据业务收入增长Vodafone于2004年开始在欧洲提供3G数据业务2004～2008年数据业务高速增长数据业务弥补语音ARPU值下滑，成为拉动整体业绩增长的引擎Verizon率先推出美国全国性的无线宽带网络，并持续升级移动数据收入占移动总收入的比重快速提升凭借数据业务的提升，2008年3季度Verizon移动通信总收入首次超越AT&TVerizon移动数据收入占移动总收入比重移动数据业务是未来拉动业绩增长的强劲引擎7移动通信的发展——固网推动移动网络宽带化0.11101001000CablemodemISDNADSLADSL2+FTTHVDSLGPRSEDGE3GHSPAHSPA+LTELTE+TodayFuturePast固网移动网络移动网络带宽紧随固网固网推动移动网络宽带化Throughput(Mbps)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为什么LTE第三节演进之路第二章LTE今生篇第一节什么是LTE第二节LTE网络结构9为什么要LTELTE:LongTermEvolution为什么LTE?基于CDMA技术的3G标准在通过HSDPA以及EnhancedUplink等技术增强之后,可以保证非来几年内的竞争力。但是，需要考虑如何保证在更长时间内的竞争力应对来自于WiMAX的市场压力为应对ITU的4G标准征集做准备为什么LTE——LTE使移动业务更丰富 移动宽带改变未来生活移动Email网络会议高清视频会议视频点播在线游戏高清视频流手机购物手机银行手机证券视频共享视频博客视频聊天信息服务移动办公移动社区移动娱乐移动商务LTE通过大容量、快速响应、高速率和更好的QoS提升用户体验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为什么LTE第三节演进之路第二章LTE今生篇第一节什么是LTE第二节LTE网络结构12演进之路——无线技术演进路径LTE成为移动通信技术演进的主流方向多种技术体制将长期并存，并最终演进到单一网络2G2.5G2.75G3G3.5G3.75G3.9GGPRSEDGEeEDGEHSDPAR5HSUPAR6MBMS4GMBMSCDMA20001XEV-DO802.16e802.16mHSDPAHSPA+R7

FDD/TDD4GGSMTD-SCDMAWCDMAR99802.16dCDMAIS95CDMA20001xLTEEV-DORev.AEV-DORev.BHSUPA13演进之路——上下行速率演进14演进之路——协议进展3GPP于2004年12月开始LTE相关的标准工作，LTE是关于UTRAN和UTRA改进的项目。3GPP标准制定分为提出需求、制定结构、详细实现、测试验证四个阶段。3GPP以工作组的方式工作，与LTE直接相关的是RAN1/2/3/4/5工作组。2008年9月R8LTERAN1冻结，2008年12月R8LTERAN2、RAN3、RAN4功能冻结，2009年3月R8LTE标准完成。3GPPR9主要完善了LTE家庭基站、管理和安全方面的性能，以及LTE微微基站和自组织管理功能。LTE标准发展的目前状况如下图所示。15演进之路——TDD频谱频段指示上行下行双工模式331900MHz–1920MHz1900MHz–1920MHzTDD342010MHz–2025MHz2010MHz–2025MHzTDD351850MHz–1910MHz1850MHz–1910MHzTDD361930MHz–1990MHz1930MHz–1990MHzTDD371910MHz–1930MHz1910MHz–1930MHzTDD382570MHz–2620MHz2570MHz–2620MHzTDD391880MHz–1920MHz1880MHz–1920MHzTDD402300MHz–2400MHz2300MHz–2400MHzTDD16演进之路——LTE产业链一览17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为什么LTE第三节演进之路第二章LTE今生篇第一节什么是LTE第二节LTE网络结构18

LTE：3GPPLongTermEvolution

LTE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分久必合！19什么是LTE分FDD和TDD两种模式采用OFDM和MIMO技术,用户峰值速率：DL100Mbps，UL50Mbps扁平、全IP网络架构减少系统时延CP：驻留—激活小于100ms，休眠—激活小于50msUP：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20什么是LTE——LTE关键技术演进第一部分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为什么LTE第三节演进之路第二章LTE今生篇第一节什么是LTE第二节LTE网络结构22LTE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23LTE网络结构——各网元功能E-NodeBMMEServingGWPDNGW具有现3GPPNodeB全部和RNC大部分功能，包括：物理层功能MAC、RLC、PDCP功能RRC功能资源调度和无线资源管理无线接入控制移动性管理

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）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数据包路由和转发上下行传输层数据包标记基于用户的包过滤合法监听IP地址分配上下行传输层数据包标记DHCPv4和DHCPv6（client、relay、server）24第一部分LTE前世今生第二部分LTE基础原理第三部分LTE关键技术汇总提纲26第二部分LTE基础原理第一章LTE协议结构第一节LTE网络接口协议第二节LTE的协议栈架构

第二章LTE基础原理介绍第一节LTE无线帧结构第二节LTE物理资源分配第三节LTE物理信道与信号第四节LTE物理层过程26GERANUTRANGPRSCoreMMEInterASAnchorhPCRFOperatorIPservices(includingIMS,PSS,...)IPAccessEvolvedPacketCoreS5S2S3S4HSSS7S6GiS1-UGbIuRx+LTE网络接口协议X1eNBX1eNBX2EvolvedRANVPCRFS9ServingSAEGWS11S10S1-MMES7PDNSAEGWS8b27LTE网络接口协议S1用户面

S1控制面X2用户面

X2控制面PHY位于UU口协议规范的最底层与MAC子层以及RRC层之间有信息交互PHY通过传输信道向高层提供数据传输服务

LTE网络接口协议PHY向MAC提供传输信道MAC提供不同的逻辑信道给RLC29第二部分LTE基础原理第一章LTE协议结构第一节LTE网络接口协议第二节LTE的协议栈架构

第二章LTE基础原理介绍第一节LTE无线帧结构第二节LTE物理资源分配第三节LTE物理信道与信号第四节LTE物理层过程30LTE的协议栈架构信令流数据流31第二部分LTE基础原理第一章LTE协议结构第一节LTE网络接口协议第二节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物理信道与信号第四节LTE物理层过程32LTE无线帧结构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支持两种无线帧结构：Type1，适用于FDD；Type2，适用于TDD；

帧结构Type1——FDD

时间单位：Ts=1/(15000*2048)s33LTE无线帧结构帧结构Type2——TDDType2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。深入分解

频域上，为若干个正交的子载波，子载波间隔为15KHz或7.5KHz，如20M系统带宽时有1200个子载波，1.4M系统带宽时有72个子载波时域上，每个1ms子帧，分为若干个符号（Symbols），

符号之间有保护间隔CP，常规CP时1ms有14个符号，扩展CP时1ms有12个符号Uplink-downlinkconfigurationDownlink-to-UplinkSwitch-pointperiodicitySubframenumber012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUDConfigurationNormalcyclicprefixExtendedcyclicprefixDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS03101OFDMsymbols381OFDMsymbols1948321039231121014121372OFDMsymbols5392OFDMsymbols82693917102---8111---上下行配比方式及特殊时隙配置“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。LTE无线帧结构35第二部分LTE基础原理第一章LTE协议结构第一节LTE网络接口协议第二节LTE的协议栈架构

第二章LTE基础原理介绍第一节LTE无线帧结构第二节LTE物理资源分配第三节LTE物理信道与信号第四节LTE物理层过程36天线端口LTE使用天线端口来区分空间上的资源。天线端口的定义是从接收机的角度来定义的，即如果接收机需要区分资源在空间上的差别，就需要定义多个天线端口。天线端口与实际的物理天线端口没有一一对应的关系。由于目前LTE上行仅支持单射频链路的传输，不需要区分空间上的资源，所以上行还没有引入天线端口的概念。目前LTE下行定义了三类天线端口，分别对应于天线端口序号0~5。小区专用参考信号传输天线端口：天线端口0~3MBSFN参考信号传输天线端口：天线端口4终端专用参考信号传输天线端口：天线端口5LTE物理资源分配——天线端口概念37LTE物理资源分配——RE/RB子载波间隔CP长度子载波数目符号个数RE个数15KHz常规CP12784扩展CP126727.5KHz常规CP24372资源块概念:一个物理资源块（PRB）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。RE（ResourceElement）为最小的资源单位，对于每一个天线端口，时域上为一个OFDM或者SC-FDMA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。LTE物理资源分配——RE/RB图解39LTE物理资源分配——REG/CCE/RBGREGRBGREG（ResourceElementGroup）为控制区域中RE集合，用于映射下行控制信道，每个REG中包含4个数据RERBG（ResourceBlockGroup）为业务信道资源分配的资源单位，由一组RB组成，分组大小与系统带宽有关CCE（ChannelControlElement）为PDCCH资源分配的资源单位，由9个REG组成。SystemBandwidth（RB）RBGSize

(P)≤10111–26227–63364–1104CCE40下行Unicast/MBSFN子帧控制区域OFDM符号数目帧结构类型2中的子帧1和子帧61,2存在MBSFN传输的子帧1,2不存在MBSFN传输的子帧1,2,3LTE物理资源分配——控制区域与数据区域1、下行Unicast/MBSFN子帧：控制区域与数据区域进行时分，控制区域OFDM符号数目可配置常规子帧：常规子帧由两个时隙组成，包括下行Unicast/MBSFN子帧、下行MBSFN专用载波子帧和上行常规子帧特殊子帧：特殊子帧由三个特殊域组成，分别为DwPTS、GP和UpPTS。2、下行MBSFN专用载波子帧中不存在控制区域3、上行常规子帧控制区域与数据区域进行频分4142第二部分LTE基础原理第一章LTE协议结构第一节LTE网络接口协议第二节LTE的协议栈架构

第二章LTE基础原理介绍第一节LTE无线帧结构第二节LTE物理资源分配第三节LTE物理信道与信号第四节LTE物理层过程42信道类型功能PUSCH(PhysicalUplinkSharedChannel)承载上行业务数据PUCCH(PhysicalUplinkControlChannel)承载HARQ信息PRACH(PhysicalRandomAccessChannel)用于UE随机接入时发送preamble信息信道类型功能PDSCH(PhysicalDownlinkSharedChannel)承载下行业务数据PBCH(PhysicalBroadcastChannel)承载广播信息PMCH(PhysicalMulticastChannel)在支持MBMS业务时，用于承载多小区的广播信息PCFICH(PhysicalControlFormatIndicatorChannel)用于指示同一子帧中PDCCH占用的符号数信息PDCCH(PhysicalDownlinkControlChannel)承载下行调度信息PHICH(PhysicalHybridARQIndicatorChannel)承载HARQ信息上行物理信道下行物理信道LTE物理信道控制信息物理信道承载的信息UCIPUCCH对下行传输的ACK/NACK的反馈、调度请求以及CQI的测量结果CFIPCFICHPDCCH占用几个OFDM符号，CFI取值为1或2或3HIPHICH对上行传输的ACK/NACK的反馈，HI取值为0或者1DCIPDCCH资源分配信息、HARQ信息、上行调度确认以及其他控制信息。根据承载信息不同，PDCCH分为以下几种格式：DCI格式0承载UL-SCH资源分配信息；DCI格式1承载SIMO方式的DL-SCH资源分配信息；DCI格式1A承载简单的SIMO方式的DL-SCH资源分配信息；DCI格式2承载MIMO方式的DL-SCH资源分配信息；DCI格式3承载对于PUCCH和PUSCH的TPC命令字（2比特的功率调整）；DCI格式3A承载对于PUCCH和PUSCH的TPC命令字（1比特的功率调整）物理层信令主要用于携带与资源分配相关的信息以及HARQ相关信息LTE物理信道——物理层信令LTE物理信道——映射45

传输信道的信道编码控制信息的信道编码传输信道编码方案编码速率UL-SCH/DL-SCHTurbocoding1/3PCH/MCHBCHTailbitingconvolutionalcoding1/3RACHN/AN/A控制信息编码方案编码速率DCITailbitingconvolutionalcoding1/3CFIBlockcode1/16HIRepetitioncode1/3UCIBlockcodevariableTailbitingconvolutionalcoding1/3LTE物理信道——编码方式

下行物理信道的调制方式上行物理信道的调制方式物理信道调制方式PDSCHQPSK,16QAM,64QAMPMCHQPSK,16QAM,64QAMPDCCHQPSKPBCHQPSKPCFICHQPSKPHICHBPSK物理信道调制方式PUSCHQPSK,16QAM,64QAMPUCCHBPSK，QPSKPRACHN/ALTE物理信道——调制方式47LTE物理信道——下行物理信道的基本处理过程基本处理过程

加扰：对将要在物理信道上传输的码字中的比特进行加扰。

调制：加扰后的比特变成了复值调制符号。

层映射：将复值调制符号映射到一个或者多个传输层。

预编码：对将要在各个天线端口上发送的每个传输层上的复制调制符号进行预编码。

映射到资源元素：把每个天线端口的复值调制符号映射到资源元素上。

生成OFDM信号：为每个天线端口生成复值时域的OFDM符号。48LTE物理信道——下行物理信道的基本处理过程加扰加扰前后的比特数不变。PDCCH比较特殊。调制编码效率根据不同的调制方法而不同。

QPSK:L=2；16QAM:L=4；64QAM:L=6。物理信道调制方法PDSCH/PMCHQPSK,16QAM,64QAMPBCH/PCFICH/PDCCHQPSKPHICHN/A49LTE物理信道——下行物理信道的基本处理过程层映射码字数q，层数v，天线端口数P，每层的符号数输入 ，输出，单天线的层映射(v=1)空间复用的层映射(q=1,2，v≤P)。50层映射传输分集的层映射(q=1，v=P)。LTE物理信道——下行物理信道的基本处理过程51LTE物理信道——下行物理信道的基本处理过程预编码

层映射的输出作为输入，每个天线端口p上的输出表示为，在单天线上传输的预编码(p=1)，，空间复用的预编码(p=2,4)CDD较小或等于0

CDD较大LTE物理信道——下行物理信道的基本处理过程LTE物理信道——下行物理信道的基本处理过程预编码传输分集的预编码P=2P=4LTE物理信道——下行物理信道的基本处理过程映射到资源元素每个天线端口处，复值符号从开始，映射到指定的虚拟传输块上。用于传输参考信号的资源块不被映射。先k后l，然后按照时隙和子帧依次映射。55LTE物理信道——下行物理信道的RE映射PDSCH、PMCH以及PBCH映射到子帧中的数据区域上PMCH与PDSCH或者PBCH不能同时存在于一个子帧中PDSCH与PBCH可以存在于同一个子帧中由于子帧0和子帧5存在PBCH，所有子帧0和子帧5不能传输PMCH56LTE物理信道——下行物理信道的RE映射PDCCH、PCFICH以及PHICH映射到子帧中的控制区域上

PCFICH用于指示在一个子帧中传输PDCCH所使用的OFDM个数，只在第一个时隙出现SubframeNumberofOFDMsymbolsforPDCCHSubframe1and6forframestructuretype21,2MBSFNsubframesonacarriersupportingbothPMCHandPDSCH1,2MBSFNsubframesonacarriernotsupportingPDSCH0Allothersubframeswhen2,3,4Allothercases1,2,357LTE物理信道——下行物理信道的RE映射PDCCH承载上下行的调度以及其他控制信息，具体包含传输格式、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前面的n（n<=4）个OFDM符号中，n的具体取值由PCFICH信道中的CFI给出；PDCCH格式：每个PDCCH在一个或者多个控制信道单元(CCE)中传输。这里，控制信道单元（CCE）对应9个资源元组（REG）；PDCCHformatNumberofCCEsNumberofREGNumberofPDCCHbits01972121814424362883872576PHICH承载hybrid-ARQ、ACK/NAK信息，映射到相同的资源元集的多个PHICH构成一个PHICH组，这里同一个PHICH组内的PHICH通过不同的正交序列进行区分，一个PHICH组最多可以承载8个PHICH，而每一个PHICH对应一个用户的ACK/NAK信息；一个PHICH资源由索引对标识，这里是PHICH组号，是组内正交序列索引。58LTE物理信道——上行物理信道的基本处理过程基本处理过程(与下行基本相同)

加扰：对将要在物理信道上传输的码字中的比特进行加扰。

调制：加扰后的比特变成了复值调制符号。

层映射：将复值调制符号映射到一个或者多个传输层。

预编码：对将要在各个天线端口上发送的每个传输层上的复制调制符号进行预编码。

映射到资源元素：把每个天线端口的复值调制符号映射到资源元素上。

生成SC-FDMA信号：为每个天线端口生成复值时域的SC-FDMA符号。LTE物理信道——上行物理信道控制信息PUCCH负责上行的控制信息（UCI）的周期上报，这些上行控制信息包括HARQ-ACK、SR、CQI、PMI、RI。SR：调度请求。UE向基站申请资源调度的信息。CQI：ChannelQualityIndicator.信道质量指示。UE向基站反馈当前信道的质量，基站根据CQI级数的反馈，调整当前的调制方式。如果信道质量较高，则可以采用较高阶的调制方式；反之则采用较低阶的调制方式。PMI：PrecodingMatrixIndicator预编码矩阵指示，指示当前使用的预编码矩阵信息。RI：Rankindicator，秩指示。在发射分集的情况下，RI恒等于1.在空间复用下，RI指示为预编码的层数。CQI、PMI、RI和下行MIMO的关系。在开环空间复用下，基站只需要RI的反馈，码本（codebook）是按预定的顺序轮流使用的；在闭环空间复用下，基站同时需要CQI、PMI、RI的反馈，基站会根据反馈动态选择码本，以适应不同的信道条件。在闭环空间复用下，可选择的码本数量比开环空间复用的数量要多。由于闭环空间复用会根据信道的反馈动态调整策略，因此更能适应复杂的信道环境。LTE物理信道——上行物理信道控制信息控制信息上报的方式分为两种：一种是周期上报，上报的最小周期为一个子帧，由PUCCH负责；另一种是非周期上报，由PUSCH负责。为了防止周期上报和非周期上报同时发生，PUCCH和PUSCH是不能同时传输的。PUCCH格式用途调制方式比特数1SRN/AN/A1aACK/NACKBPSK11bACK/NACKQPSK22CQIQPSK202aCQI+ACK/NACKQPSK+BPSK212bCQI+ACK/NACKQPSK+BPSK2261Preamble格式时间长度

序列长度01ms

83912ms

83922ms

839（传输两次）33ms

839（传输两次）4(仅用于FS2)≈157.3us139LTE物理信道——上行物理信道PRACHPRACH时域结构Preamble:CP+SequencePreamble之后需要预留保护间隔一个PRACH占用6个RBPreamble使用Zadoff-Chu序列产生序列长度：

Preambleformat0~3：839，存在838个根序列Preambleformat4：139，存在138个根序列Preamble信号采用的子载波间隔与上行其它SC-FDMA符号不同

Preambleformat0~3：1250HzPreambleformat4:7500HzPreambleformat0~3Preambleformat462LTE物理信道——码字数目、层数目、预编码操作物理信道可支持的预编码操作可支持的码字数目可支持的层数目PDSCHPUSCH单天线端口传输11空间复用1，21，2，3，4传输分集12，4PDCCHPBCHPCFICHPHICHPUCCH单天线端口传输11传输分集12，463LTE物理信号

下行物理信号参考信号（referencesignal）

小区专用参考信号

MBSFN参考信号

UE专用参考信号同步信号（synchronizationsignal）主同步信号辅同步信号

上行物理信号参考信号（referencesignal）

解调参考信号

探测(sounding)参考信号64LTE物理信号——小区专用参考信号小区专用参考信号在不支持MBSFN的小区的所有下行子帧上传输若子帧已用于传输MBSFN，那么只有子帧的前两个OFDM符号可以用于传输小区专用参考信号小区专用参考信号能在天线端口0～3中的一个或几个上传输参考信号的生成()扩展CP：由一个二维随机序列生成。共有504个。物理层小区id与504个不同的二维随机序列之间存在一对一的映射。普通CP：二维正交序列共有3个分别与三个物理层小区id组对应二维伪随机序列共有170个65小区专用参考信号映射到资源元素一个时隙里任何一个天线端口用于传输参考信号的资源元素在同一时隙中其他任何天线端口都不能使用，并要设为0LTE物理信号——小区专用参考信号66LTE物理信号——MBSFN参考信号

MBSFN参考信号在分配给MBSFN传输的子帧上传送。使用天线端口4。extendedcyclicprefixΔf=15kHzextendedcyclicprefixΔf=7.5kHz67LTE物理信号——用户专用参考信号常规CP15kHz扩展CP，15kHz

UE专用参考信号仅适用于帧结构Type2支持PDSCH的单天线传输使用天线端口5由高层配置使用方法68LTE物理信号——下行同步信号物理层小区id有504个，物理层小区id组有168个(每组中有3个id)主同步信号序列的生成一个小区中的主同步信号在3个不同序列中选择。3个序列和一个物理层小区id组下的3个物理层小区id有一一对应的关系由频域Zadoff-Chu序列产生。辅同步信号序列的生成两个长度为31的二进制交错级联产生。二进制序列是由生成长31的M序列循环移位得到。级联的序列由主同步信号给出的扰码序列进行加扰。LTE物理信号——下行同步信号FS1，常规CPFS2，常规CP主同步信号在DwPTS域发送辅同步信号在子帧0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70LTE物理信号——PUSCH用解调参考信号PUSCH用解调参考信号用作求取信道估计矩阵使用Zad-offChu序列生成，产生之后直接映射到资源元上，不作任何编码的处理。占用每一个Slot中的第4个SC-FDMA符号，其频域宽度与PUSCH占用的PRB一致，频域上连续，不同用户使用参考信号序列的不同循环移位值进行区分。PUCCH用解调参考信号用作求取信道估计矩阵，与PUSCH用解调参考信号基本一致常规CPLTE物理信号——探测(sounding)参考信号Sounding参考信号独立进行发射，用作上行信道质量的估计与信道选择，计算上行信道的CINR，用于上行信道调度对于TDD，可以利用信道对称性获得下行信道质量UE通过广播信息获得哪一个子帧中存在SRS。配置了SRS的子帧的最后一个SC-FDMA符号预留给SRS，不能用于PUSCH的传输符号位置：位于配置SRS的上行子帧的最后一个SC-FDMA符号；对于UpPTS，其所有符号都可以用于传输SRS子帧位置（SRSsub-frameconfiguration）：UE通过广播信息获得哪一个子帧中存在SRS。配置了SRS的子帧的最后一个SC-FDMA符号预留给SRS，不能用于PUSCH的传输子帧偏移（Sub-frameoffset）：UE通过RRC信令获得SRS所在的具体子帧位置持续时间（Duration）：UE通过RRC信令获知其传输时间是一次性的还是无限期的周期（Period）：UE通过RRC信令获知其在一个持续时间内传输的周期，支持2、5、10、20、40、80、160msLTE物理信道与信号——物理资源的总体映射 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。73LTE物理信道与信号——物理资源的映射举例7475第二部分LTE基础原理第一章LTE协议结构第一节LTE网络接口协议第二节LTE的协议栈架构

第二章LTE基础原理介绍第一节LTE无线帧结构第二节LTE物理资源分配第三节LTE物理信道与信号第四节LTE物理层过程75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：初始下行同步是小区搜索过程。UE通过检测小区的主要同步信号，以及辅助同步信号，实现与小区的时间同步下行同步保持：小区搜索成功后，UE周期性测量下行信号的到达时间点，并根据测量值调整下行同步，以保持与eNB之间的时间同步LTE物理层过程——同步76LTE物理层过程——同步77搜索PSCH，确定5ms定时、获得小区ID解调SSCH，取得10ms定时，获得小区ID组检测下行参考信号，获取BCH的天线配置UE就可以读取PBCH的系统消息（PCH配置、RACH配置、邻区列表等）SCH结构基于1.25MHz固定带宽。UE必需的小区信息有：小区总发射带宽、小区ID、小区天线配置、CP长度配置、BCH带宽5ms定时，获得10ms定时，获得计算得到读取MIB读取SIBLTE物理层过程——小区搜索小区搜索是UE接入网络，为用户提供各种业务的基础782UEeNBMsg1:preambleonPRACHMsg2:RAresponseonPDCCHandPDSCHmindelay2ms1Msg3:connectionrequirement,ect3Delayabout5msMsg4:contentionresolution4DelayBasedoneNBLTE物理层过程——随机接入随机接入过程的目的UE通过接入过程获得时间同步,保证数据发送在系统接收窗口内;并获取UE标识系统进行接纳控制 随机过程通过PRACH发送rachpreambleUE监控PDCCH获得相应的上下行资源配置；从相应的PDSCH获取随机接入响应，包含上行授权、定时消息和C-RNTI

UE从PUSCH发送连接请求eNB从PDSCH发送冲突检测相关信道PRACHPDCCHPDSCHPUSCH 79第一部分LTE前世今生第二部分LTE基础原理第三部分LTE关键技术汇总提纲第三部分LTE传输技术第一章LTE关键技术概述第一节关键技术演进第二节LTE关键技术概述第二章LTE关键技术第一节

多址技术第二节

多天线技术第三节

AMC链路自适应第四节

HARQ第五节

信道调度与快速调度第六节

小区间干扰消除关键技术演进LTE（OFDM+MIMO+IP）LTE的主要增强型技术：OFDM、MIMO1G（FDMA）2G（TDMA为主）3G（CDMA）82第三部分LTE传输技术第一章LTE关键技术概述第一节关键技术演进第二节LTE关键技术概述第二章LTE关键技术第一节

多址技术第二节

多天线技术第三节

AMC链路自适应第四节

HARQ第五节

信道调度与快速调度第六节

小区间干扰消除LTE关键技术概述

多址技术

多天线技术

链路自适应技术HARQ信道调度与快速调度小区间干扰消除快速调度技术HARQ技术3456AMC自适应编码调制技术小区间干扰消除84第三部分LTE传输技术第一章LTE关键技术概述第一节关键技术演进第二节LTE关键技术概述第二章LTE关键技术第一节

多址技术第二节

多天线技术第三节

AMC链路自适应第四节

HARQ第五节

信道调度与快速调度第六节

小区间干扰消除多址方式概述LTE采用OFDMA（正交频分多址：OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess）作为下行多址方式LTE采用DFT-S-OFDM（离散傅立叶变换扩展OFDM：DiscreteFourierTransformSpreadOFDM）、或者称为SC-FDMA（单载波FDMA：SingleCarrierFDMA）作为上行多址方式86OFDMOFDM即正交频分多路复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing），与传统的多载波调制（MCM）相比，OFDM调制的各个子载波间可相互重叠，并且能够保持各个子载波之间的正交性OFDM的基本原理是将高速的数据流分解为N个并行的低速数据流，在N个子载波上同时进行传输。这些在N子载波上同时传输的数据符号，构成一个OFDM符号87OFDM的基本原理是将高速的数据流分解为N个并行的低速数据流，在N个子载波上同时进行传输。这些在N子载波上同时传输的数据符号，构成一个OFDM符号。BandwidthOFDM——原理88IDFTIFFTOFDM调制OFDM解调OFDM——FFT实现89OFDM——CP各个子载波之间要求完全正交，各个子载波收发完全同步发射机和接收机要精确同频、同步多径效应会引起符号间干扰以及载波间干扰—积分区间内信号不具有整数个周期多径情况下空闲保护间隔在子载波间造成的干扰带循环前缀的OFDM符号保护间隔(GuardInterval)和循环前缀(cyclicprefix)90

采样频率Fs

采样周期TsFFT点数NFFT

子载波间隔△f

有用符号时间Tu

循环前缀时间TcpOFDM符号时间TOFDM

可用子载波数目Nc关键参数：△f,Tcp以及Nc采样频率以及FFT点数与实现相关OFDM——主要参数91子载波间隔

15kHz，用于单播（unicast）和多播（MBSFN）传输

7.5kHz，仅仅可以应用于独立载波的MBSFN传输

子载波数目循环前缀长度一个时隙中不同OFDM

符号的循环前缀长度不同信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目721803006009001200LTE系统中，利用NFFT=2048的采样周期定义基本时间单元：Ts=1/Fs=1/(15000x2048)秒OFDM——OFDMA主要参数92OFDM——OFDMA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。OFDM——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，获取与这个长度为M的离散序列相对应的长度为M的频域序列。DFT的输出信号送入N点的离散傅里叶反变换IDFT中去，其中N>M。IDFT的长度比DFT的长度长，IDFT多出的那一部分输入为用0补齐。在IDFT之后，为避免符号干扰同样为这一组数据添加循环前缀。OFDM——DFT-S-OFDM技术原理OFDMSC-FDMASC-FDMA使用DFT变换代替OFDM的S/P变换，使得其可以获得降低峰均比的作用95OFDM——上行SC-FDMA多址方式利用DFTS-OFDM的特点可以方便的实现SC-FDMA多址接入方式。通过改变不同用户的DFT的输出到IDFT输入端的对应关系，输入数据符号的频谱可以被搬移至不同的位置，从而实现多用户多址接入。基于DFTS-OFDM的集中式、分布式频分多址

子载波间隔

15kHz

子载波数目循环前缀长度一个时隙中不同DFTS-OFDM

符号的循环前缀长度不同

信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目721803006009001200OFDM——DFTS-OFDM关键参数OFDMA与SC-FDMA的对比第三部分LTE传输技术第一章LTE关键技术概述第一节关键技术演进第二节LTE关键技术概述第二章LTE关键技术第一节

多址技术第二节

多天线技术第三节

AMC链路自适应第四节

HARQ第五节

信道调度与快速调度第六节

小区间干扰消除上行多天线技术上行传输天线选择(TSTD)MU-MIMO下行多天线技术传输分集：SFBC,SFBC+FSTD，闭环Rank1预编码

空间复用：开环空间复用，闭环空间复用以及MU-MIMO

波束赋形多天线技术分类MIMOSISOSIMOMISO多天线技术LTE的基本配置是DL2*2和UL1*2,最大支持4*4100多天线技术SU-MIMO:空分复用两个数据流在一个TTI中传送给UESU-MIMO:发射分集只传给UE一个数据流MU-MIMO结合SDM.给每个UE传送两个数据流.MU-MIMO结合发射分集.给每个UE传送一个数据流.上行支持MU-MIMO目前支持的配置是1x2或1x4将来支持2x2或4x4101LTE下行MIMO模式

LTE定义了7种下行MIMO传输模式1单天线端口，端口0

2发射分集

3开环空分复用457闭环空分复用多用户MIMO单天线端口，端口5

6闭环Rank=1预编码

提高用户峰值速率提高小区吞吐量增强小区覆盖兼容单发射天线提高传输可靠性，改善信噪比102

ST/FBCSTBCSFBCLTE系统中在2天线端口发送情况下的传输分集技术确定为SFBC多天线技术——传输分集103

TSTDLTE系统上行天线选择技术可以看作是TSTD的一个特例多天线技术——传输分集

FSTDLTE系统并没有直接采用FSTD技术，而且与其他传输分集技术结合起来使用多天线技术——传输分集105

SFBC+FSTD

LTE系统中在4天线端口发送情况下的传输分集技术采用SFBC与FSTD结合的方式

多天线技术——传输分集106多天线技术——空间复用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。107多码字传输多码字传输即复用到多根天线上的数据流可以独立进行信道编码和调制单码字传输是一个数据流进行信道编码和调制之后再复用到多根天线上

LTE支持最大的码字数目为2。为了降低反馈的量

单码字

多码字多天线技术——空间复用108

下行MU-MIMO:将多个数据流传输个不同的用户终端，多个用户终端以及eNB构成下行MU-MIMO系统下行MU-MIMO可以在接收端通过消除/零陷的方法，分离传输给不同用户的数据流

下行MU-MIMO还可以通过在发送端采用波束赋形的方法，提前分离不同用户的数据流，从而简化接收端的操作LTE下行目前同时支持SU-MIMO和MU-MIMOSU-MIMO MU-MIMO多天线技术——空间复用109上行MU-MIMO:不同用户使用相同的时频资源进行上行发送（单天线发送），从接收端来看，这些数据流可以看作来自一个用户终端的不同天线，从而构成了一个虚拟的MIMO系统，即上行MU-MIMOLTE上行仅仅支持MU-MIMO这一种MIMO模式SU-MIMO MU-MIMO多天线技术——MU-MIMO110

波束赋形技术要求使用小间距的天线阵列，且天线单元数目要足够多

波束赋形技术的实现方式是将一个单一的数据流通过加权形成一个指向用户方向的波束，从而使得更多的功率可以集中在用户的方向上

波束赋形技术可以充分的利用TDD系统的信道对称性DOASVD多天线技术——波束赋形主要在下行方向，上行方向虽然支持MU-MIMO，但是每一个UE来看，其与单天线传输没有区别

统一流程如下层（Layer）有不同的解释：在使用单天线传输、传输分集以及波束赋形时，层数目等于天线端口数目；在使用空间复用传输时，层数目等于空间信道的Rank数目，即实际传输的流数目。多天线技术——实现方式112第三部分LTE传输技术第一章LTE关键技术概述第一节关键技术演进第二节LTE关键技术概述第二章LTE关键技术第一节

多址技术第二节多天线技术第三节

AMC链路自适应第四节

HARQ第五节

信道调度与快速调度第六节

小区间干扰消除链路自适应技术链路自适应技术可以通过两种方法实现：功率控制和速率控制。一般意义上的链路自适应都指速率控制，LTE中即为自适应编码调制技术（AdaptiveModulationandCoding），应用AMC技术可以使得eNodeB能够根据UE反馈的信道状况及时地调整不同的调制方式（QPSK、16QAM、64QAM）和编码速率。从而使得数据传输能及时地跟上信道的变化状况。这是一种较好的链路自适应技术。对于长时延的分组数据，AMC可以在提高系统容量的同时不增加对邻区的干扰。通过动态调整发射功率，维持接收端一定的信噪比，从而保证链路的传输质量当信道条件较差时需要增加发射功率，当信道条件较好时需要降低发射功率，从而保证了恒定的传输速率

功率控制可以很好的避免小区内用户间的干扰

链路自适应技术——功率控制链路自适应技术——速率控制(即AMC)时域AMC。频域AMC。空域AMC。调制方式自适应编码效率自适应充分利用信道条件有效发送用户数据信道条件好：高速率传送用户数据信道条件坏：低速率传送用户数据调制方式、编码方式等各项参数组合，使得AMC技术更加高效、灵活保证发送功率恒定的情况下，通过调整无线链路传输的调制方式与编码速率，确保链路的传输质量当信道条件较差时选择较小的调制方式与编码速率，当信道条件较好是选择较大的调制方式，从而最大化了传输速率

速率控制可以充分利用所有的功率链路自适应技术——速率控制(即AMC)

LTE上行方向的链路自适应技术基于基站测量的上行信道质量，直接确定具体的调制与编码方式LTE下行方向的链路自适应技术基于UE反馈的CQI，从预定义的CQI表格中具体的调制与编码方式（如右图）CQIindexmodulationcodingratex1024efficiency0outofrange1QPSK780.15232QPSK1200.23443QPSK1930.37704QPSK3080.60165QPSK4490.87706QPSK6021.1758716QAM3781.4766816QAM4901.9141916QAM6162.40631064QAM4662.73051164QAM5673.32231264QAM6663.90231364QAM7724.52341464QAM8735.11521564QAM9485.5547链路自适应技术——LTE上下行方向链路自适应第三部分LTE传输技术第一章LTE关键技术概述第一节关键技术演进第二节LTE关键技术概述第二章LTE关键技术第一节

多址技术第二节

多天线技术第三节

AMC链路自适应第四节

HARQ第五节

信道调度与快速调度第六节

小区间干扰消除HybridAutomaticRepeatreQuest（HARQ）是一种前向纠错FEC和重传ARQ相结合的技术。HARQ与AMC配合使用，为LTE的HARQ进程提供精细的弹性速率调整。LTE中的HARQ技术采用增量冗余（IncrementalRedundantcy，IR）HARQ,即通过第一次传输发送信息bit和一部分冗余bit，而通过重传（Retransmission）发送额外的冗余bit，如果第一次传输没有成功解码，则可以通过重传更多冗余bit降低信道编码率，从而实现更高的解码成功率。如果加上重传的冗余bit仍然无法正常解码，则进行再次重传。随着重传次数的增加，冗余bit不断积累，信道编码率不断降低，从而可以获得更好的解码效果。HARQ针对每个传输块（TB）进行重传。HARQ混合自动重传请求(

HARQ)ARQ(重传反馈)就是在发送端发送能够检错的码，在接收端根据译码结果是否出错并通过反馈信道向发送端发送一个ACK或NACK；FEC(前向纠错)就是在发送端发送能够纠错的码，接收端根据纠错码的译码规则进行译码，纠正一定程度上的误码；HARQ(混合自动重传请求)就是将ARQ和FEC结合起来，在编码时增加一定的冗余度，发送能够有效纠错的码；

ACK/NACK定时：对于子帧n中的数据传输，其ACK/NACK在n+k子帧中传输，对于FDD，k=4，对于TDD，k>3。

TDDUL/DL

ConfigurationDLsubframeindexn0123456789046---46---176--476--4276-4876-483411---7665541211--87765451211-98765413677---77--5TDDUL/DL

ConfigurationULsubframeindexn0123456789047647614646266366646656646647ACK/NACKPDSCH

ACK/NACKPUSCH

HARQ——定时关系对于TDD来说，其RTT（RoundTripTime，环回时间）大小不仅与传输时延、接收时间和处理时间有关，还与TDD系统的时隙比例、传输所在的子帧位置有关。

TDD系统的进程数目：ConfigurationDL/ULallocationProcessnumber(UL)Processnumber(DL)01DL+DwPTS:3UL7412DL+DwPTS:2UL4723DL+DwPTS:1UL21036DL+DwPTS:3UL3947DL+DwPTS:2UL21258DL+DwPTS:1UL11563DL+2DwPT:5UL66HARQ——RTT与进程数

重传与初传之间的定时关系：同步HARQ协议；异步HARQ协议

LTE上行为同步HARQ协议：如果重传在预先定义好的时间进行，接收机不需要显示告知进程号，则称为同步HARQ协议根据PHICH传输的子帧位置，确定PUSCH的传输子帧位置与PDCCHPUSCH的定时关系相同

LTE下行为异步HARQ协议：如果重传在上一次传输之后的任何可用时间上进行，接收机需要显示告知具体的进程号，则称为异步HARQ协议HARQ——定时关系

自适应HARQ：自适应HARQ是指重传时可以改变初传的一部分或者全部属性，比如调制方式，资源分配等，这些属性的改变需要信令额外通知。非自适应HARQ：非自适应的HARQ是指重传时改变的属性是发射机与接收机实现协商好的，不需要额外的信令通知。

LTE下行采用自适应的HARQLTE上行同时支持自适应HARQ和非自适应的HARQ

非自适应的HARQ仅仅由PHICH信道中承载的NACK应答信息来触发自适应的HARQ通过PDCCH调度来实现，即基站发现接收输出错误之后，不反馈NACK，而是通过调度器调度其重传所使用的参数HARQ——自适应/非自适应HARQ单纯HARQ机制中，接收到的错误数据包都是直接被丢掉的HARQ与软合并结合：将接收到的错误数据包保存在存储器中，与重传的数据包合并在一起进行译码，提高传输效率HARQ技术主要有两种实现方式：一种是在重传时，重传数据与初次传输时相同，这种方式称为ChaseCombine（CC）或软合并；另一种是重传时的数据与初次传输的有所不同，这种方式称为增量冗余（IR：IncrementalRedundancy)。IR又分为部分增量冗余（PIR：PartialIncrementalRedundancy)和全增量冗余（FIR，FullIncrementalRedundancy)。PIR指重传时校验比特与初次传输不同，系统比特不变，重传的数据是可以自译码的。FIR则优先传输校验比特，系统比特不完整，故不可以自译码。HARQ——HARQ与软合并IR合并LTE支持使用IR合并的HARQ，其中CC合并可以看作IR合并的一个特例

HARQ——HARQ与软合并CC合并第三部分LTE传输技术第一章LTE关键技术概述第一节关键技术演进第二节LTE关键技术概述第二章LTE关键技术第一节

多址技术第二节

多天线技术第三节

AMC链路自适应第四节

HARQ第五节

信道调度与快速调度第六节

小区间干扰消除基本思想对于某一块资源，选择信道传输条件最好的用户进行调度，从而最大化系统吞吐量多用户分集信道调度

LTE系统支持基于频域的信道调度相对于单载波CDMA系统，LTE系统的一个典型特征是可以在频域进行信道调