LTE移动通信技术

LTE移动通信技术课程目标：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的协议结构和基本技术了解LTE应用的关键技术版权所有©中兴通讯股份有限公司中兴通讯机密，未经许可不得扩散PAGE39层2层2包括PDCP、RLC和MAC三个子层，下行和上行的层2结构分别如下面两个图所示。图STYLEREF2\s3.11SEQ图\*ARABIC\s21层2下行结构图图STYLEREF2\s3.11SEQ图\*ARABIC\s22层2上行结构图图中各个子层之间的连接点称为服务接入点（SAP）。PDCP向上提供的服务是无线承载，提供可靠头压缩（ROHC）功能与安全保护。物理层和MAC子层之间的SAP提供传输信道，MAC子层和RLC子层之间的SAP提供逻辑信道。MAC子层提供逻辑信道（无线承载）到传输信道（传输块）的复用与映射。非MIMO情形下，不论上行和下行，在每个TTI（1ms）只产生一个传输块。MAC子层MAC功能MAC子层的主要功能包括有：● 逻辑信道与传输信道之间的映射；● MAC业务数据单元（SDU）的复用/解复用；● 调度信息上报；● 通过HARQ进行错误纠正；● 同一个UE不同逻辑信道之间的优先级管理；● 通过动态调度进行的UE之间的优先级管理；● 传输格式选择；● 填充。逻辑信道MAC提供不同种类的数据传输服务。每个逻辑信道类型根据传输数据的种类来定义。逻辑信道总体上可以分为下面两大类：● 控制信道（ControlChannel，用于控制面信息传输）● 业务信道（TrafficChannel，用于用户面信息传输）控制信道包括有：● 广播控制信道（BroadcastControlChannel，BCCH） 下行信道，广播系统控制信息● 寻呼控制信道（PagingControlChannel，PCCH） 下行信道，传输寻呼信息和系统信息改变通知。当网络不知道UE小区位置时用此信道进行寻呼。● 公共控制信道（CommonControlChannel，CCCH） 用于UE和网络之间传输控制信息。该信道用于UE与网络没有RRC连接的情况。● 多播控制信道（MulticastControlChannel，MCCH） 点到多点的下行信道，为1条或多条MTCH信道传输网络到UE的MBMS控制信息。该信道只对能够接收MBMS的UE有效。● 专用控制信道（DedicatedControlChannel，DCCH） 点到点的双向信道，在UE和网络之间传输专用控制信息。用于UE存在RRC连接的情况。业务信道包括有：● 专用业务信道（DedicatedTrafficChannel，DTCH） 点到点双向信道，专用于一个UE，用于传输用户信息。● 多播业务信道（MulticastTrafficChannel，MTCH） 点到多点下行信道，用于网络向UE发送业务数据。该信道只对能够接收MBMS的UE有效。逻辑信道与传输信道之间的映射下行和上行传输信道与物理信道之间的映射关系分别如下面两个图所示。图STYLEREF2\s4.1SEQ图\*ARABIC\s21下行逻辑信道与传输信道映射关系图图STYLEREF2\s4.1SEQ图\*ARABIC\s22上行逻辑信道与传输信道映射关系图RLC子层RLC功能RLC子层的主要功能包括有：● 上层PDU传输；● 通过ARQ进行错误修正（仅对AM模式有效）；● RLCSDU的级联，分段和重组（仅对UM和AM模式有效）；● RLC数据PDU的重新分段（仅对AM模式有效）；● 上层PDU的顺序传送（仅对UM和AM模式有效）；● 重复检测（仅对UM和AM模式有效）；● 协议错误检测及恢复；● RLCSDU的丢弃（仅对UM和AM模式有效）；● RLC重建。PDU结构RLCPDU结构如下图所示：● RLC头携带的PDU序列号与SDU序列号（即PDCP序列号）独立；● 图中红色的虚线表示分段的位置；图STYLEREF2\s4.2SEQ图\*ARABIC\s21RLCPDU结构PDCP子层PDCP功能PDCP子层用户面的主要功能包括有：● 头压缩与解压缩：只支持ROHC算法；● 用户数据传输；● RLCAM模式下，PDCP重建过程中对上层PDU的顺序传送；● RLCAM模式下，PDCP重建过程中对下层SDU的重复检测；● RLCAM模式下，切换过程中PDCPSDU的重传；● 加密、解密；● 上行链路基于定时器的SDU丢弃功能。● PDCP子层控制面的主要功能包括有：● 加密和完整性保护；● 控制面数据传输。PDU结构下图是PDCPPDU结构图：● PDCPPDU和PDCP头均为8位组的倍数；● PDCP头可以是一个字节或者两个字节长。图STYLEREF2\s4.3SEQ图\*ARABIC\s21PDCPPDU结构RRCRRC功能RRC的主要功能包括有：1. NAS层相关的系统信息广播；2. AS层相关的系统信息广播；3. 寻呼；4. UE和E-UTRAN间的RRC连接建立、保持和释放，包括：● UE和E-UTRAN之间的临时标识符分配；● 为RRC连接配置信令无线承载（SRB）： 低优先级和高优先级的SRB。5. 包括密钥管理在内的安全管理；6. 建立、配置、保持和释放点对点RB；7. 移动性管理，包括：● 针对小区间和RAT间移动性的UE测量上报和上报控制；● 切换；● UE小区选择和重选，以及小区选择和重选控制；● 切换过程中的上下文转发。8. MBMS业务通知；9. 为MBMS业务建立、配置、保持和释放RB；10. QoS管理功能；11. UE测量上报及上报控制；12. NAS直传消息传输。RRC状态RRC的状态分为RRC_IDLE和RRC_CONNECTED两种：1. 空闲状态（RRC_IDLE）：● PLMN选择；● NAS配置的DRX；● 系统信息广播；● 寻呼；● 小区重选移动性；● UE将被分配一个在跟踪区（TA）范围内唯一的标识；● eNB中没有存储RRC上下文。2. 连接状态（RRC_CONNECTED）：● UE有一个E-UTRAN-RRC连接；● UE在E-UTRAN中有上下文；● E-UTRAN知道UE归属哪个小区；● 网络可以与UE之间进行数据收发；● 网络控制的移动性（切换）；● 邻区测量；● RRC_CONNECTED状态的PDCP/RLC/MAC特点： UE可以与网络之间收发数据； UE监听与共享数据信道相关的控制信令信道来查看在共享数据信道上是否有分配给此UE的传输； UE也上报信道质量信息和反馈信息给eNB； DRX周期可以根据UE的活动水平来配置以达到终端节电和提高资源利用率的目的。该功能由eNB控制。NAS状态及其与RRC状态的关系NAS状态模型可以用EPS移动性管理（EMM）状态和EPS连接管理（ECM）状态两维状态模型来描述：1. EMM状态：● EMM-DEREGISTERED状态；● EMM-REGISTERED状态。2. ECM状态：● ECM-IDLE状态；● ECM-CONNECTED状态。注意EMM状态和ECM状态是相互独立的。NAS状态与RRC状态之间的关系如下所示：1. EMM-DEREGISTERED状态+ECM-IDLE状态RRC_IDLE状态：● 移动性特征包括有：PLMN选择；● UE位置：不被网络所知。2. EMM-REGISTERED状态+ECM-IDLE状态RRC_IDLE状态：● 移动性特征包括有：小区选择；● UE位置：在跟踪区级别被网络所知。3. EMM-REGISTERED状态+ECM-CONNECTED状态+无线承载已建立RRC_CONNECTED状态：● 移动性特征包括有：切换；● UE位置：在小区级别被网络所知。RRC过程RRC过程主要包括：系统信息（SystemInformation）、连接控制（ConnectionControl）、移动性过程、测量、信息直传等。系统信息系统信息分为主信息块（MIB：MasterInformationBlock）和一系列系统信息块（SIB：SystemInformationBlock）：● 主信息块（MasterInformationBlock）：定义小区最重要的物理层信息，用于接收进一步的系统信息；● 系统信息块类型1（SystemInformationBlockType1）：包含评估UE是否允许被接入一个小区的相关信息，以及对其它系统信息块的调度进行定义；● 系统信息块类型2（SystemInformationBlockType2）：包含公共和共享信道信息；● 系统信息块类型3（SystemInformationBlockType3）：包含小区重选信息，主要与服务小区相关；● 系统信息块类型4（SystemInformationBlockType4）：包含小区重选相关的服务频点和同频邻小区信息；● 系统信息块类型5（SystemInformationBlockType5）：包含小区重选相关的其它E-UTRA频点和异频邻小区信息；● 系统信息块类型6（SystemInformationBlockType6）：包含小区重选相关的UTRA频点和UTRA邻小区信息；● 系统信息块类型7（SystemInformationBlockType7）：包含小区重选相关的GERAN频点信息；● 系统信息块类型8（SystemInformationBlockType8）：包含小区重选相关的CDMA2000频点和CDMA2000邻小区信息；● 系统信息块类型9（SystemInformationBlockType9）：包含家庭基站标识（HNBID：homeeNBidentifier）；● 系统信息块类型10（SystemInformationBlockType10）：包含ETWS主通知（ETWSprimarynotification）；● 系统信息块类型11（SystemInformationBlockType11）：包含ETWS辅通知（ETWSsecondarynotification）；● MIB（主信息块）映射到BCCH和BCH上，其它SI（系统信息）消息映射到BCCH和DL-SCH上、此时通过SI-RNTI（SystemInformationRNTI）进行标识。MIB使用固定的调度周期40ms，SystemInformationBlockType1使用固定的调度周期80ms，其它SI消息调度周期不固定、由SystemInformationBlockType1指示。连接控制RRC连接控制包括有：● 寻呼（Paging）● RRC连接建立（RRCconnectionestablishment）● 初始安全激活（Initialsecurityactivation）● RRC连接重配置（RRCconnectionreconfiguration）● 计数器检查（Countercheck）● RRC连接重建立（RRCconnectionre-establishment）● RRC连接释放（RRCconnectionrelease）● 无线资源配置（Radioresourceconfiguration） 信令无线承载增加/修改（SRBaddition/modification） 数据无线承载释放（DRBrelease） 数据无线承载增加/修改（DRBaddition/modification） MAC重配置（MACmainreconfiguration） 半持续调度重配置（Semi-persistentschedulingreconfiguration） 物理信道重配置（Physicalchannelreconfiguration）● 无线链路失败相关的操作（Radiolinkfailurerelatedactions）LTE关键技术双工方式LTE支持FDD、TDD两种双工方式。同时LTE还考虑支持半双工FDD这种特殊的双工方式。多址方式LTE采用OFDMA（正交频分多址：OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess）作为下行多址方式。图STYLEREF2\s6.2SEQ图\*ARABIC\s21LTE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。图STYLEREF2\s6.2SEQ图\*ARABIC\s22LTE上行多址方式多天线技术下行链路多天线传输：多天线传输支持2根或4根天线。码字最大数目是2，与天线数目没有必然关系，但是码字和层之间有着固定的映射关系。码字（codeword）、层（layer）和天线口（antennaport）的大致关系可见下面物理信道处理图：图STYLEREF2\s6.3SEQ图\*ARABIC\s21物理信道处理多天线技术包括空分复用（SDM：Spatialdivisionmultiplexing）、发射分集（Transmitdiversity）等技术。SDM支持SU-MIMO和MU-MIMO。当一个MIMO信道都分配给一个UE时，称之为SU-MIMO（单用户MIMO）；当MIMO数据流空分复用给不同的UE时，称之为MU-MIMO（多用户MIMO）。上行链路多天线传输：上行链路一般采用单发双收的1*2天线配置，但是也可以支持MU-MIMO，亦即每个UE使用一根天线发射、但是多个UE组合起来使用相同的时频资源以实现MU-MIMO。另外FDD还可以支持闭环类型的自适应天线选择性发射分集（该功能属于UE可选功能）。链路自适应下行链路自适应：主要指自适应调制编码（AMC：adaptivemodulationandcoding），通过各种不同的调制方式（QPSK、16QAM和64QAM）和不同的信道编码率来实现。上行链路自适应：包括有三种链路自适应方法：1.自适应发射带宽；2.发射功率控制；3.自适应调制和信道编码率。HARQ和ARQE-UTRAN支持HARQ（混合自动重传：HybridAutomaticRepeatreQuest）和ARQ（自动重传：AutomaticRepeatreQuest）功能。HARQHARQ功能由MAC子层完成，具有如下特性：● 采用N进程停等（N-processStop-And-Wait）方式；● HARQ对传输块进行传输和重传；在下行链路：● 异步自适应HARQ；● 下行传输（或重传）对应的上行ACK/NACK通过PUCCH或PUSCH发送；● PDCCH指示HARQ进程数目以及是初传还是重传；● 重传总通过PDCCH调度；在上行链路：● 同步HARQ；● 针对每个UE（而不是每个无线承载）配置重传最大次数；● 上行传输（或重传）对应的下行ACK/NACK通过PHICH发送；● 上行链路的HARQ遵循以下原则： 当UE正确收到发给自己的PDCCH时，无论HARQ反馈的内容是什么（ACK或NACK），UE只按PDCCH的命令去做，即执行传输或重传（即自适应重传）操作； 当UE没有检测到发给自己的PDCCH时，由HARQ反馈来指示UE如何执行重传操作： NACK：UE将执行非自适应的重传操作； ACK：UE不执行任何上行传输（或重传）操作，并将数据保留在HARQ缓存中。● 测量间隙（Measurementgap）相对HARQ重传具有更高的优先级：当HARQ重传与测量间隙冲突时，则停止HARQ重传。ARQARQ功能由RLC子层完成，具有如下特性：1. ARQ重传RLCPDU或RLCPDU分段；● ARQ重传基于RLC状态报告触发，也可以基于HARQ/ARQ的交互情况来触发。2. RLC根据需要轮询RLC状态报告；3. 状态报告可由上层触发。HARQ/ARQ交互如果HARQ发送端检测到一个传输块（TB）失败传输次数达到了最大重传限制，相关的ARQ实体将收到通知并可能启动重传或重分段操作。缩略语缩略词中文名称英文名称3GPP第3代合作伙伴计划3rdGenerationPartnershipProjectBPSK双相移键控BinaryPhaseShiftKeyingCAPEX资本性支出，运营商投资CapitalExpenditureDFT离散傅立叶变换DiscreteFourierTransformDRX非连续接收DiscontinuousReceptionE-MBMS演进型MBMSEvolvedMultimediaBroadcastandMulticastServiceeNB演进型NodeBEvolutionNodeBE3G演进型3Gevolved3GEPC演进型分组核心网EvolvedPacketCoreE-UTRA演进型UTRAEvolvedUniversalTerrestrialRadioAccessHCR高码片速率HighChipRateHeNB家庭eNBHomeeNBIASA跨接入系统锚点InterAccessSystemAnchorIFFT逆快速傅立叶变换InverseDiscreteFouriertransformLCR低码片速率LowChipRateLDPC低密度奇偶校验low-densityparity-checkLTE长期演进LongTermEvolutionMIMO多输入多输出MultipleInputMultipleOutputMME移动性管理实体MobileManagementEntityOFDM正交频分多址OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexOPEX运营性支出OperatingExpenditurePAPR峰均功率比PeaktoAveragePowerRatioQAM正交调幅QUADRATUREAMPLITUDEMODULATIONQoS服务质量QualityofServiceQPSK正交转换相移键控QUADRATUREPHASESHIFTKEYINGRRC无线资源控制RadioResourceControlSAE系统构架演进SystemArchitectureEvolutionSC-FDMA单载频-频分多址接入SingleCarrier–FrequencyDivisionMultipleAccessSDM空分复用SpatialDivisionMultipleS-GW服务网关ServingGatewayTTI传输时间间隔TransmissionTimeInterval参考资料序号名称125.912FeasibilitystudyforevolvedUniversalTerrestrialRadio