3gpplteoverview-射頻工程師培訓(xùn),天線工程師培訓(xùn),手機(jī)

1、2024/3/4,C&Wi售前網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部,LTE 基本原理Version 1.1,HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.,www.huawei.com,,Page 2,了解LTE產(chǎn)生的背景及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)掌握LTE物理層和層2的基本原理了解LTE空口關(guān)鍵技術(shù),目 標(biāo),Page 3,Charter 1 LTE背景介紹Charter 2 LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議棧介紹Charter 3 LTE物理層結(jié)

2、構(gòu)介紹Charter 4 LTE層2結(jié)構(gòu)介紹Charter 5 LTE空口關(guān)鍵技術(shù)介紹,,,,,內(nèi) 容,Page 4,Charter 1 LTE背景介紹1.1 LTE的概念和設(shè)計目標(biāo)1.2 LTE的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程1.3 SAE簡介1.4 SON簡介1.5 3GPP簡介,,,,,內(nèi) 容,Page 5,什么是LTE？長期演進(jìn)LTE (Long Term Evolution)是3GPP主導(dǎo)的無線通信技術(shù)的演進(jìn)

3、。接入網(wǎng)將演進(jìn)為E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network)。連同核心網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)將演進(jìn)為SAE (System Architecture Evolution)。,LTE的設(shè)計目標(biāo)帶寬靈活配置：支持1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10Mhz, 15Mhz, 20MHz峰值速率(20MHz帶寬）：下行100Mbps，上行50Mbps控制面延時小于100ms，

4、用戶面延時小于5ms能為速度>350km/h的用戶提供100kbps的接入服務(wù)支持增強(qiáng)型MBMS（E-MBMS）取消CS域，CS域業(yè)務(wù)在PS域?qū)崿F(xiàn)，如VOIP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化，低成本建網(wǎng),,LTE背景介紹,3GPP的目標(biāo)是打造新一代無線通信系統(tǒng)，超越現(xiàn)有無線接入能力，全面支撐高性能數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的，“確保在未來10年內(nèi)領(lǐng)先”。,Page 6,LTE的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程2004年12月3GPP正式成立了LTE的研究項目。原定2006年6

5、月完成的研究項目SI（Study Item）推遲到2006年9月。完成可行性研究，并輸出技術(shù)報告。2006年9月正式開始工作項目WI（Work Item）/標(biāo)準(zhǔn)制定階段，原定為2007年9月完成第一個標(biāo)準(zhǔn)版本，現(xiàn)已延期。目前LTE處于Stage3 (Protocol)研究階段，正在各個子組會議上熱烈的討論。預(yù)計2008年年底會推出首個商用協(xié)議版本。LTE主要涉及36.xxx系列協(xié)議。目前協(xié)議仍在不斷完善中。,LTE背景介紹,Pa

6、ge 7,SAE簡介系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)SAE（System Architecture Evolution），是為了實現(xiàn)LTE提出的目標(biāo)而從整個系統(tǒng)架構(gòu)上考慮的演進(jìn)，主要包括：功能平扁化，去掉RNC的物理實體，把部分功能放在了E-NodeB，以減少時延和增強(qiáng)調(diào)度能力（如，單站內(nèi)部干擾協(xié)調(diào)，負(fù)荷均衡等，調(diào)度性能可以得到很大提高）把部分功能放在了核心網(wǎng)，加強(qiáng)移動交換管理，采用全I(xiàn)P技術(shù)，實行用戶面和控制面分離。同時也考慮了對其它無線接入技術(shù)的

7、兼容性。,LTE背景介紹,Page 8,LTE背景介紹,SON簡介自組織網(wǎng)絡(luò)SON（Self Organization Network）是由下一代移動網(wǎng)NGMN（Next Generation Mobile Network）運(yùn)營商發(fā)起的要求LTE實現(xiàn)的功能。運(yùn)營商站在自己利益和感受的角度出發(fā)，鑒于早期通信系統(tǒng)在O&M兼容性和經(jīng)濟(jì)性比較差，而對LTE提出新的要求，主要集中于FCAPSI的管理（Fault, Configurat

8、ion, Alarm, Performance, Security, Inventory）： 自規(guī)劃（Self-planning）自配置（Self-deployment）自優(yōu)化（Self-optimization）自維護(hù)（Self-maintenance）,SON的優(yōu)勢運(yùn)營商可以減少規(guī)劃、優(yōu)化、維護(hù)的成本，降低OPEX。設(shè)備商可以促進(jìn)性能特性、工具等的銷售，降低交付后網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的成本；低附加值和低技術(shù)含量的工作收益將減少。,P

9、age 9,LTE背景介紹,3GPP簡介3GPP （3rd Generation Partnership Project ）成立于1998年12月，是一個無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)組織，由一系列的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟作為成員（Organizational Partners）。目前有ARIB（日本）, CCSA（中國）, ETSI（歐洲）, ATIS（美洲）, TTA（韓國）, and TTC（日本） 等。3GPP分為標(biāo)準(zhǔn)工作組TSG和管理運(yùn)維組兩個部分

10、。TSG主要負(fù)責(zé)各標(biāo)準(zhǔn)的制作修訂工作，管理運(yùn)維組主要負(fù)責(zé)整理市場需求，并對TSG和整個項目的運(yùn)作提供支持。,TSG（Technical Specification Groups ）TSG GERAN: GERAN無線側(cè)相關(guān)(2G)；TSG RAN: 無線側(cè)相關(guān)(3G and LTE)；TSG SA (Service and System Aspects):負(fù)責(zé)整體的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和業(yè)務(wù)能力；TSG CT (Core Network a

11、nd Terminals):負(fù)責(zé)定義終端接口以及整個網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)相關(guān)部分。,http://www.3gpp.org,Page 10,Charter 1 LTE背景介紹Charter 2 LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議棧介紹Charter 3 LTE物理層結(jié)構(gòu)介紹Charter 4 LTE層2結(jié)構(gòu)介紹Charter 5 LTE空口關(guān)鍵技術(shù)介紹,,,,,內(nèi) 容,Page 11,Charter 2 LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議棧

12、介紹2.1 LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)2.2 LTE的網(wǎng)元功能2.3 LTE的協(xié)議棧介紹,,,,,內(nèi) 容,Page 12,LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),LTE的主要網(wǎng)元LTE的接入網(wǎng)E-UTRAN由e-NodeB組成，提供用戶面和控制面。LTE的核心網(wǎng)EPC由MME，S-GW和P-GW組成。LTE的網(wǎng)絡(luò)接口e-NodeB間通過X2接口相互連接，支持?jǐn)?shù)據(jù)和信令的直接傳輸。S1接口連接e-NodeB與核心網(wǎng)EPC。其中，S1-MME是e-N

13、odeB連接MME的控制面接口，S1-U是e-NodeB連接S-GW 的用戶面接口。,RRC: Radio Resource ControlPDCP: Packet Data Convergence ProtocolRLC: Radio Link Control MAC: Medium Access ControlPHY: Physical layerEPC: Evolved Packet Core

14、MME: Mobility Management EntityS-GW: Serving GatewayP-GW: PDN Gateway,與傳統(tǒng)3G網(wǎng)絡(luò)比較，LTE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)更加簡單扁平，降低組網(wǎng)成本，增加組網(wǎng)靈活性，并能大大減少用戶數(shù)據(jù)和控制信令的時延。,Page 13,LTE的網(wǎng)元功能,e-NodeB的主要功能包括：無線資源管理功能，即實現(xiàn)無線承載控制、無線許可控制和連接移動性控制，在上下行鏈路上完成UE上的動態(tài)資源分

15、配（調(diào)度）；用戶數(shù)據(jù)流的IP報頭壓縮和加密；UE附著狀態(tài)時MME的選擇；實現(xiàn)S-GW用戶面數(shù)據(jù)的路由選擇；執(zhí)行由MME發(fā)起的尋呼信息和廣播信息的調(diào)度和傳輸；完成有關(guān)移動性配置和調(diào)度的測量和測量報告。,MME的主要功能包括： NAS (Non-Access Stratum)非接入層信令的加密和完整性保護(hù)；AS (Access Stratum)接入層安全性控制、空閑狀態(tài)移動性控制；EPS (Evolved Packet Sy

16、stem)承載控制；支持尋呼，切換，漫游，鑒權(quán)。,S-GW的主要功能包括：分組數(shù)據(jù)路由及轉(zhuǎn)發(fā)；移動性及切換支持；合法監(jiān)聽；計費(fèi)。,P-GW的主要功能包括：分組數(shù)據(jù)過濾；UE的IP地址分配；上下行計費(fèi)及限速。,Page 14,LTE的協(xié)議棧介紹,LTE協(xié)議棧的兩個面：用戶面協(xié)議棧：負(fù)責(zé)用戶數(shù)目傳輸控制面協(xié)議棧：負(fù)責(zé)系統(tǒng)信令傳輸用戶面的主要功能：頭壓縮加密調(diào)度ARQ/HARQ,用戶面協(xié)議棧,控制面協(xié)議棧,控制面的主要功

17、能：RLC和MAC層功能與用戶面中的功能一致PDCP層完成加密和完整性保護(hù)RRC層完成廣播，尋呼，RRC連接管理，資源控制，移動性管理，UE測量報告控制NAS層完成核心網(wǎng)承載管理，鑒權(quán)及安全控制,Page 15,Charter 1 LTE背景介紹Charter 2 LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議棧介紹Charter 3 LTE物理層結(jié)構(gòu)介紹Charter 4 LTE層2結(jié)構(gòu)介紹Charter 5 LTE空口關(guān)鍵

18、技術(shù)介紹,,,,,內(nèi) 容,Page 16,Charter 3 LTE物理層結(jié)構(gòu)介紹3.1 LTE支持頻段3.2 無線幀結(jié)構(gòu)3.3 物理信道3.4 物理信號3.5 物理層過程,,,,,內(nèi) 容,Page 17,LTE支持頻段,TDD模式支持頻段,FDD模式支持頻段,根據(jù)2008年底凍結(jié)的LTE R8協(xié)議：支持兩種雙工模式：FDD和TDD支持多種頻段，從700MHz到2.6GHz支持多種帶寬配置，協(xié)議規(guī)定以下帶寬

19、配置：1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz協(xié)議還在更新中，部分頻段的支持情況可能會有所變動,Page 18,無線幀結(jié)構(gòu)（1）,LTE共支持兩種無線幀結(jié)構(gòu)：類型1，適用于頻分雙工FDD類型2，適用于時分雙工TDDFDD類型無線幀結(jié)構(gòu)：LTE 采用OFDM技術(shù)，子載波間隔為?f=15kHz，2048階IFFT，則幀結(jié)構(gòu)的時間單位為 Ts=1/(2048* 15000)秒FDD類型無線幀

20、長10ms，如下圖所示。每幀含有20個時隙，每時隙為0.5ms。普通CP配置下，一個時隙包含7個連續(xù)的OFDM符號（Symbol）,FDD類型無線幀結(jié)構(gòu),資源塊的概念：LTE具有時域和頻域的資源，資源分配的最小單位是資源塊RB（Resource Block），RB由RE（Resource Element）組成，如右圖示RE是二維結(jié)構(gòu)，由時域符號（Symbol）和頻域子載波（Subcarrier）組成1個時隙和12個連續(xù)子載波組成一

21、個RB,Page 19,TDD類型無線幀結(jié)構(gòu)：同樣采用OFDM技術(shù)，子載波間隔和時間單位均與FDD相同。幀結(jié)構(gòu)與FDD類似，每個10ms幀由10個1ms的子幀組成；子幀包含2個0.5ms時隙。10ms幀中各個子幀的上下行分配策略可以設(shè)置。如右邊表格所示。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,DL/UL子幀分配,DwPTS: Downlink Pilot Time SlotGP: Guard Period

22、UpPTS: Uplink Pilot Time Slot,TDD類型無線幀結(jié)構(gòu),D: Downlink subframeU: Uplink subframeS: Special subframe,無線幀結(jié)構(gòu)（2）,Page 20,無線幀結(jié)構(gòu)（3）,CP長度配置：為克服OFDM系統(tǒng)所特有的符號間干擾ISI，LTE引入了循環(huán)前綴CP（Cyclic Prefix）。CP的長度與覆蓋半徑有關(guān)，一般情況下下配置普通CP（Normal C

23、P）即可滿足要求；廣覆蓋等小區(qū)半徑較大的場景下可配置擴(kuò)展CP（Extended CP）。CP長度配置越大，系統(tǒng)開銷越大。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,上下行CP長度配置,上下行普通CP配置下時隙結(jié)構(gòu)（△f=15kHz）,上下行擴(kuò)展CP配置下時隙結(jié)構(gòu)（△f=15kHz）,下行擴(kuò)展CP配置下時隙結(jié)構(gòu)?（△f=7.5kHz）,,Page 21,物理信道—概述,下行信道：Physical Broadcast C

24、hannel (PBCH)：物理廣播信道，承載小區(qū)ID等系統(tǒng)信息，用于小區(qū)搜索過程。Physical Downlink Control Channel (PDCCH)：物理下行控制信道，承載尋呼和用戶數(shù)據(jù)的資源分配信息，以及與用戶數(shù)據(jù)相關(guān)的HARQ信息。Physical Downlink Shared Channel (PDSCH)：物理下行共享信道，承載下行用戶數(shù)據(jù)。Physical Control Format Indicat

25、or Channel (PCFICH)：物理控制格式指示信道，承載控制信道所在OFDM符號的位置信息。Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH)：物理HARQ指示信道，承載HARQ的ACK/NACK信息。Physical Multicast Channel (PMCH)：物理多播信道，承載多播信息。上行信道：Physical Random Access Channel (PRAC

26、H)：物理隨機(jī)接入信道，承載隨機(jī)接入前導(dǎo)。 Physical Uplink Shared Channel (PUSCH)：物理上行共享信道，承載上行用戶數(shù)據(jù)。Physical Uplink Control Channel (PUCCH)：物理上行控制信道，承載HARQ的ACK/NACK，調(diào)度請求(Scheduling Request)，信道質(zhì)量指示(Channel Quality Indicator)等信息,下行傳輸信道和物理信道的

27、映射關(guān)系,上行傳輸信道和物理信道的映射關(guān)系,,,Physical Layer,MAC Layer,Physical Layer,MAC Layer,Page 22,物理信道—下行,下行信道處理過程加擾：物理層傳輸?shù)拇a字都需要經(jīng)過加擾；調(diào)制：對加擾后的碼字進(jìn)行調(diào)制，生成復(fù)數(shù)值的調(diào)制符號；層影射：將復(fù)數(shù)調(diào)制符號影射到一個或多個發(fā)射層中；預(yù)編碼：對每個發(fā)射層中的復(fù)數(shù)調(diào)制符號進(jìn)行預(yù)編碼，并影射到相應(yīng)的天線端口；RE影射：將每個天線端口

28、的復(fù)數(shù)調(diào)制符號影射到相應(yīng)的RE上；OFDM信號生成：每個天線端口信號生成OFDM信號。,下行信道的調(diào)制方式如右表所示,Page 23,物理信道—上行,上行信道處理過程加擾調(diào)制：對加擾后的碼字進(jìn)行調(diào)制，生成復(fù)數(shù)值的調(diào)制符號；轉(zhuǎn)換預(yù)編碼：生成復(fù)數(shù)值的符號；RE影射：將復(fù)數(shù)符號影射到相應(yīng)的RE上；SC-FDMA信號生成：每個天線端口信號生成SC-FDMA信號。,上行信道的調(diào)制方式如右表所示,,Page 24,物理信號—下行（1

29、）,下行參考信號RS（Reference Signal）：類似CDMA的導(dǎo)頻信號。用于下行物理信道解調(diào)及信道質(zhì)量測量（CQI）。協(xié)議指定有三種參考信號。其中，小區(qū)特定參考信號（Cell-Specific Reference Signal）為必選，另外兩種參考信號（MBSFN Specific RS & UE-Specific RS）為可選。,小區(qū)特定參考信號在時頻域的位置示意圖,單天線端口,雙天線端口,四天線端口,天線端口0

30、,天線端口1,天線端口2,天線端口3,下行參考信號特點：小區(qū)特定參考信號由小區(qū)特定參考信號序列及頻移影射得到。RS本質(zhì)上是在時頻域上傳播的偽隨機(jī)序列。在某一天線端口上，RS的頻域間隔為6個子載波。RS離散地分布在時頻域上，相當(dāng)于對信道的時頻域特性進(jìn)行抽樣，供下行信道估計和信號解調(diào)提供參考。RS分布越密集，則信道估計越精確，但開銷越大，影響系統(tǒng)容量。,MBSFN: Multicast/Broadcast over a Single

31、 Frequency Network,RE,該天線口不傳輸RS,該天線口的RS符號,,,,,R1：第一個天線口傳輸?shù)腞S,R2：第二個天線口傳輸?shù)腞S,R3：第三個天線口傳輸?shù)腞S,R4：第四個天線口傳輸?shù)腞S,Page 25,物理信號—下行（2）,同步信號（Synchronization Signal）：同步信號用于小區(qū)搜索過程中UE和E-UTRAN的時頻同步。同步信號包含兩個部分：主同步信號（Primary Synchroni

32、zation Signal）：用于符號timing對準(zhǔn)，頻率同步，以及部分的小區(qū)ID偵測次同步信號（Secondary Synchronization Signal）：用于幀timing對準(zhǔn)，CP長度偵測，以及小區(qū)組ID偵測,同步信號特點：無論系統(tǒng)帶寬是多少，同步信號只位于系統(tǒng)帶寬的中部，占用62個子載波。同步信號只在每個10ms幀的第1個和第11個時隙中傳送。主同步信號位于傳送時隙的最后一個符號，次同步信號位于傳送時隙的倒數(shù)第

33、二個符號。,同步信號結(jié)構(gòu),Page 26,上行參考信號RS（Reference Signal）：上行的導(dǎo)頻信號，用于E-UTRAN與UE的同步和上行信道估計。上行參考信號有兩種：解調(diào)參考信號DM RS (Demodulation Reference Signal), PUSCH和PUCCH傳輸時的導(dǎo)頻信號Sounding參考信號SRS (Sounding Reference Signal), 無PUSCH和PUCCH傳輸時的導(dǎo)頻

34、信號,上行參考信號特點：由于上行采用SC-FDMA，每個UE只占用系統(tǒng)帶寬的一部分，DM RS只在相應(yīng)的PUSCH和PUCCH分配帶寬中傳輸。DM RS在時隙中的位置根據(jù)伴隨的PUSCH和PUCCH的不同格式而有所差異。Sounding RS的帶寬比單個UE分配到的帶寬要大，目的是為e-NodeB作全帶寬的上行信道估計提供參考。Sounding RS在每個子幀的最后一個符號發(fā)送，周期/帶寬可以配置。Sounding RS可以通過

35、系統(tǒng)調(diào)度由多個UE發(fā)送。,伴隨PUSCH傳輸?shù)腄M RS位置圖DM RS占用每個時隙的第4個符號,伴隨PUCCH傳輸?shù)腄M RS位置圖（PUCCH傳輸U(kuò)L ACK信令）DM RS占用每個時隙的3個符號,伴隨PUCCH傳輸?shù)腄M RS位置圖（PUCCH傳輸CQI信令）DM RS占用每個時隙的2個符號,PUCCH在系統(tǒng)帶寬的兩端，并在兩個時隙間跳頻,,某用戶分配到的上行帶寬,,,,,系統(tǒng)帶寬,物理信號—上行,Page 27,物理層

36、過程—小區(qū)搜索,小區(qū)搜索（Cell Search）基本原理：小區(qū)搜索是UE實現(xiàn)與E-UTRAN下行時頻同步并獲取服務(wù)小區(qū)ID的過程。小區(qū)搜索分兩個步驟：第一步：UE解調(diào)主同步信號實現(xiàn)符號同步，并獲取小區(qū)組內(nèi)ID；第二步：UE解調(diào)次同步信號實現(xiàn)幀同步，并獲取CP長度和小區(qū)組ID。,關(guān)于Cell ID：LTE協(xié)議規(guī)定物理層Cell ID分為兩個部分：小區(qū)組ID（Cell Group ID）和組內(nèi)ID（ID within Cell

37、Group）。目前最新協(xié)議規(guī)定物理層小區(qū)組有168個，每個小區(qū)組由3個ID組成，因此共有168*3=504個獨立的Cell ID其中 代表小區(qū)組ID，取值范圍0~167； 代表組內(nèi)ID，取值范圍0~2,初始化小區(qū)搜索（Initial Cell Search）：UE上電后開始進(jìn)行初始化小區(qū)搜索，搜尋網(wǎng)絡(luò)。一般而言，UE第一次開機(jī)時并不知道網(wǎng)絡(luò)的帶寬和頻點。UE會重復(fù)基本的小區(qū)搜索

38、過程，歷遍整個頻譜的各個頻點嘗試解調(diào)同步信號。這個過程耗時，但一般對此的時間要求并不嚴(yán)格?？梢酝ㄟ^一些方法縮短以后的UE初始化時間，如UE儲存以前的可用網(wǎng)絡(luò)信息，開機(jī)后優(yōu)先搜索這些網(wǎng)絡(luò)。一旦UE搜尋到可用網(wǎng)絡(luò)并與網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)時頻同步，獲得服務(wù)小區(qū)ID，即完成小區(qū)搜索后，UE將解調(diào)下行廣播信道PBCH，獲取系統(tǒng)帶寬、發(fā)射天線數(shù)等系統(tǒng)信息。完成上述過程后，UE解調(diào)下行控制信道PDCCH，獲取網(wǎng)絡(luò)指配給這個UE的尋呼周期。然后在固定的尋呼周期

39、中從IDLE態(tài)醒來解調(diào)PDCCH，監(jiān)聽尋呼。如果有屬于該UE的尋呼，則解調(diào)指定的下行共享信道PDSCH資源，接收尋呼。,Page 28,,,物理層過程—隨機(jī)接入,隨機(jī)接入（Random Access）基本原理：隨機(jī)接入是UE與E-UTRAN實現(xiàn)上行時頻同步的過程。隨機(jī)接入前，物理層應(yīng)該從高層接收到下面的信息：隨機(jī)接入信道PRACH參數(shù)：PRACH配置，頻域位置，前導(dǎo)（preamble）格式等；小區(qū)使用preamble根序列及其循

40、環(huán)位移參數(shù)，以解調(diào)隨機(jī)接入preamble。物理層的隨機(jī)接入過程包含兩個步驟：UE發(fā)送隨機(jī)接入preamble；E-UTRAN對隨機(jī)接入的響應(yīng)。,隨機(jī)接入的具體過程：高層請求發(fā)送隨機(jī)接入preamble，繼而觸發(fā)物理層隨機(jī)接入過程；高層在請求中指示preamble index， preamble目標(biāo)接收功率，相關(guān)的RA-RNTI，以及隨機(jī)接入信道的資源情況等信息；UE決定隨機(jī)接入信道的發(fā)射功率為preamble的目標(biāo)接收功率

41、+路徑損耗。發(fā)射功率不超過UE最大發(fā)射功率，路徑損耗為UE通過下行鏈路估計的值；通過preamble index選擇preamble序列；UE以計算出的發(fā)射功率，用所選的preamble序列，在指定的隨機(jī)接入信道資源中發(fā)射單個preamble ；在高層設(shè)置的時間窗內(nèi)，UE嘗試偵測以其RA-RNTI標(biāo)識的下行控制信道PDCCH。如果偵測到，則相應(yīng)的下行共享信道PDSCH則傳往高層，高層從共享信道中解析出20位的響應(yīng)信息。,隨機(jī)接入信

42、道,隨機(jī)接入前導(dǎo),下行控制信道,隨機(jī)接入響應(yīng),RA-RNTI: Random Access Radio Network Temporary Identifier,Page 29,物理層過程—功率控制,功率控制（Power Control）基本原理：下行功控決定了每個RE（Resource Element）上的能量EPRE（Energy per Resource Element）；上行功控決定了每個DFT-S-OFDM（上行SC-FD

43、MA的復(fù)用調(diào)制方式）符號上的能量。,上行功控：上行功控的方式有開環(huán)功控和閉環(huán)功控兩種?？梢酝ㄟ^X2接口交換各小區(qū)的過載指示OI（Overload Indicator）實現(xiàn)小區(qū)間的集中式功控，使得功控有可能提升整個系統(tǒng)的性能。上行功控可以分別控制PUSCH，PUCCH，PRACH和Sounding RS。各種信道/信號的功控大同小異，以PUSCH功控為例：PUSCH功控為慢速功控，補(bǔ)償路徑損耗和陰影衰落，以及控制小區(qū)間干擾。功控

44、的原理如上式。影響PUSCH的發(fā)射功率PPUSCH的因素有UE最大發(fā)射功率PMAX，UE分配的資源MPUSCH，初始發(fā)射功率PO_PUSCH，估計路徑損耗PL，調(diào)制編碼因子△TF，系統(tǒng)調(diào)整因子f（開環(huán)功控時f不起作用）,下行功控：下行RS一般以恒定功率發(fā)射，下行共享信道PDSCH的發(fā)射功率是與RS發(fā)射功率成一定比例的。下行功控根據(jù)UE上報的CQI與目標(biāo)CQI的對比，調(diào)整下行發(fā)射功率。,EPRE: Energy per Resourc

45、e ElementDFT-SOFDM: Discrete Fourier Transform Spread OFDM,Page 30,Charter 1 LTE背景介紹Charter 2 LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議棧介紹Charter 3 LTE物理層結(jié)構(gòu)介紹Charter 4 LTE層2結(jié)構(gòu)介紹Charter 5 LTE空口關(guān)鍵技術(shù)介紹,,,,,內(nèi) 容,Page 31,Charter 4 LTE層2結(jié)構(gòu)介紹

46、4.1 LTE層2概述4.2 MAC層介紹4.3 RLC層介紹4.4 PDCP層介紹4.5 層1層2數(shù)據(jù)流小結(jié),,,,,內(nèi) 容,Page 32,LTE層2分為以下幾個子層：MAC層（Medium Access Control）RLC層（Radio Link Control）PDCP層（Packet Data Convergence Protocol）,層2的主要功能頭壓縮，加密分段/串接，ARQ調(diào)度，優(yōu)先

47、級處理，復(fù)用/解復(fù)用，HARQ,LTE層2概述,下行層2結(jié)構(gòu),上行層2結(jié)構(gòu),Page 33,MAC層的主要功能邏輯信道（Logical Channel）與傳輸信道（Transport Channel）間的映射將RLC層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU（Protocol Data Unit）復(fù)用到傳輸塊TB（Transport Block）中，然后通過傳輸信道傳送到物理層。相反的過程即是解復(fù)用的過程業(yè)務(wù)量測量報告通過HARQ糾錯對單個UE的

48、邏輯信道優(yōu)先級處理多個UE間的優(yōu)先級處理（動態(tài)調(diào)度）傳輸格式選擇填充,MAC層的邏輯信道控制信道（Control Channel）：傳輸控制面信息業(yè)務(wù)信道（Traffic Channel）：傳輸用戶面信息,MAC層介紹,MAC層結(jié)構(gòu),MAC層上行信道映射,MAC層下行信道映射,,,,,,,控制信道,業(yè)務(wù)信道,Page 34,RLC層的主要功能上層協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU的傳輸支持確認(rèn)模式AM和非確認(rèn)模式UM數(shù)據(jù)傳輸支持透傳模式T

49、M通過ARQ糾錯（無需CRC校驗，由物理層提供CRC校驗）對傳輸塊TB進(jìn)行分段（Segmentation）處理：僅當(dāng)RLC SDU不完全符合TB大小時，將SDU分段到可變大小的RLC PDU中，而不用進(jìn)行填充對重傳的PDU進(jìn)行重分段（Re-segmentation ）處理：僅當(dāng)需要重傳的PDU不完全符合用于重傳的新TB大小時，對RLC PDU進(jìn)行重分段處理多個SDU的串接（Concatenation）順序傳遞上層PDU （除切

50、換外）協(xié)議流程錯誤偵測和恢復(fù)副本偵測SDU丟棄復(fù)位,RLC PDU結(jié)構(gòu)RLC header承載的PDU序列號與SDU序列號無關(guān)根據(jù)調(diào)度機(jī)制，RLC PDU的大小動態(tài)可變。RLC根據(jù)PDU的大小對SDU進(jìn)行分段和串接，一個PDU的數(shù)據(jù)可能來自一個或多個SDU,RLC層介紹,RLC層結(jié)構(gòu),AM: Acknowledge ModeUM: Un-acknowledge ModeTM: Transparent ModeTB: T

51、ransport BlockSDU: Service Data UnitPDU: Protocol Data Unit,Page 35,PDCP層的主要功能為：用戶面的功能：頭壓縮/解壓縮：ROHC用戶數(shù)據(jù)傳輸：接收來自上層NAS層的PDCP SDU，然后傳遞到RLC層。反之亦然RLC確認(rèn)模式AM下，在切換時將上層PDU順序傳遞RLC確認(rèn)模式AM下，在切換時下層SDU的副本偵測RLC確認(rèn)模式AM下，在切換時將PDCP S

52、DU重傳加密基于計時器的上行SDU丟棄控制面的功能：加密及完整性保護(hù)控制數(shù)據(jù)傳輸：接收來自上層RRC層的PDCP SDU，然后傳遞到RLC層。反之亦然,PDCP PDU結(jié)構(gòu)：PDCP PDU和PDCP header均為8位格式PDCP header長度為1或2字節(jié),PDCP層介紹,PDCP層結(jié)構(gòu),ROHC: Robust Header Compression,,PDCP PDU結(jié)構(gòu),Page 36,層1和層2的數(shù)據(jù)傳遞來

53、自上層的數(shù)據(jù)包加頭封裝后傳遞到下層。反之，來自下層的數(shù)據(jù)包被拆封去頭后傳遞到上層。調(diào)度器在RLC，MAC和物理層均起作用。多個用戶的數(shù)據(jù)包在MAC層實現(xiàn)復(fù)用。物理層實現(xiàn)CRC校驗。,層1層2數(shù)據(jù)流小結(jié),,Page 37,Charter 1 LTE背景介紹Charter 2 LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議棧介紹Charter 3 LTE物理層結(jié)構(gòu)介紹Charter 4 LTE層2結(jié)構(gòu)介紹Charter 5 LTE空口

54、關(guān)鍵技術(shù)介紹,,,,,內(nèi) 容,Page 38,Charter 5 LTE空口關(guān)鍵技術(shù)介紹5.1 OFDM介紹5.2 MIMO介紹5.3 調(diào)度和鏈路自適應(yīng)介紹5.4 E-MBMS介紹5.5 小區(qū)干擾控制介紹,,,,,內(nèi) 容,Page 39,概述OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing）屬于調(diào)制復(fù)用技術(shù)，它把系統(tǒng)帶寬分成多個的相互正交的子載波，在多個子載波上并

55、行數(shù)據(jù)傳輸。各個子載波的正交性是由基帶IFFT實現(xiàn)的。由于子載波帶寬較?。?5kHz），多徑時延將導(dǎo)致符號間干擾ISI，破壞子載波之間的正交性。為此，在OFDM符號間插入保護(hù)間隔，通常采用循環(huán)前綴CP來實現(xiàn)。,OFDM的意義OFDM具有很多能滿足E-UTRAN需求的優(yōu)點，是B3G和4G的核心技術(shù)之一。因此在3GPP制定LTE標(biāo)準(zhǔn)的過程中，OFDM技術(shù)被采納并寫入標(biāo)準(zhǔn)中。OFDM是一種調(diào)制復(fù)用技術(shù)，相應(yīng)的多址接入技術(shù)為OFDMA，用

56、于LTE的下行。OFDMA其實是TDMA和FDMA的結(jié)合。相對應(yīng)，LTE的上行采用SC-FDMA多址接入技術(shù)，其調(diào)制復(fù)用是通過DFT-Spread-OFDM實現(xiàn)的。,OFDM概述,OFDM與OFDMA的比較,Page 40,OFDMA的優(yōu)點頻譜分配方式靈活，能適應(yīng)1.4MHz~20MHz的帶寬范圍配置。由于OFDM子載波間正交復(fù)用，不需要保護(hù)帶，頻譜利用率高；合理配置循環(huán)前綴CP，能有效克服無線環(huán)境中多徑干擾引起的ISI，保證小區(qū)

57、內(nèi)用戶間的相互正交，改善小區(qū)邊緣的覆蓋；支持頻率維度的鏈路自適應(yīng)和調(diào)度，對抗信道的頻率選擇性衰落，獲得多用戶分集增益，提高系統(tǒng)性能；子載波帶寬在10KHz的數(shù)量級，每個子載波經(jīng)歷的是頻譜的平坦衰落，使得接收機(jī)的均衡容易實現(xiàn)；OFDM容易和MIMO技術(shù)相結(jié)合。,下行多址接入技術(shù)OFDMA,CDMA多載波頻譜不重疊，需要留有保護(hù)帶,OFDMA子載波頻譜重疊，頻譜利用率高,在時頻域上的多用戶分布（下行）,OFDMA的缺點對時域和頻域的

58、同步要求高。子載波間隔小，系統(tǒng)對頻率偏移敏感，收發(fā)兩端晶振的不一致也會引起ICI，頻偏估計不精確會導(dǎo)致信號檢測性能下降；移動場景中多普勒頻移引起的頻偏同樣會導(dǎo)致ICI，需要設(shè)置合理的頻率同步參數(shù)；OFDM的峰均功率比PAPR高，對功放的線性度和動態(tài)范圍要求很高。,Freq,Freq,F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7,Page 41,SC-FDMA的特點

59、受終端電池容量和成本的限制，上行需要采用PAPR比較低的調(diào)制技術(shù)，提高功放的效率。LTE的上行采用SC-FDMA（Single Carrier Frequency Division Multiple Accessing），能夠靈活實現(xiàn)動態(tài)頻帶分配，其調(diào)制是通過DFT-S-OFDM（Discrete Fourier Transform Spread OFDM）技術(shù)實現(xiàn)的。DFT-S-OFDM類似于OFDM，每個用戶占用系統(tǒng)帶寬中的某

60、一部分，占用帶寬大小取決于用戶的需求和系統(tǒng)調(diào)度結(jié)果。與傳統(tǒng)單載波技術(shù)相比，DFT-S-OFDM中不同用戶占用相互正交的子載波，用戶之間不需要保護(hù)帶，具有更高的頻率利用效率。,上行多址接入技術(shù)SC-FDMA,在時頻域上的多用戶分布（上行）,DFT-S-OFDM調(diào)制過程,兩種子載波映射方式,集中式（Localized）,分布式（Distributed）,集中式：將若干連續(xù)子載波分配給一個用戶，這種方式下系統(tǒng)通過頻域調(diào)度，選擇較優(yōu)的子載波組

61、進(jìn)行傳輸，獲得多用戶分集增益。分布式：系統(tǒng)將分配給一個用戶的子載波分散到整個帶寬，獲得頻率分集增益。但這種方式信道估計較復(fù)雜，也無法進(jìn)行頻域調(diào)度。,Page 42,下行MIMOLTE下行支持MIMO技術(shù)進(jìn)行空間維度的復(fù)用?？臻g復(fù)用支持單用戶SU-MIMO模式或者多用戶MU-MIMO模式。SU-MIMO和MU-MIMO都支持通過Pre-coding的方法來降低或者控制空間復(fù)用數(shù)據(jù)流之間的干擾，從而改善MIMO技術(shù)的性能。SU-MI

62、MO中，空間復(fù)用的數(shù)據(jù)流調(diào)度給一個單獨的用戶，提升該用戶的傳輸速率和頻譜效率。MU-MIMO中，空間復(fù)用的數(shù)據(jù)流調(diào)度給多個用戶，多個用戶通過空分方式共享同一時頻資源，系統(tǒng)可以通過空間維度的多用戶調(diào)度獲得額外的多用戶分集增益。,上行MIMO受限于終端的成本和功耗，實現(xiàn)單個終端上行多路射頻發(fā)射和功放的難度較大。因此，LTE正研究在上行采用多個單天線用戶聯(lián)合進(jìn)行MIMO傳輸?shù)姆椒?，稱為Virtual-MIMO調(diào)度器將相同的時頻資源調(diào)度給若

63、干個不同的用戶，每個用戶都采用單天線方式發(fā)送數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用一定的MIMO解調(diào)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分離。采用Virtual-MIMO方式能同時獲得MIMO增益以及功率增益（相同的時頻資源允許更高的功率發(fā)送），而且調(diào)度器可以控制多用戶數(shù)據(jù)之間的干擾。同時，通過用戶選擇可以獲得多用戶分集增益。,MIMO技術(shù),MU-MIMO,Virtual-MIMO,Page 43,用戶復(fù)用和調(diào)度LTE可以支持較大的系統(tǒng)帶寬（10/15/20MHz），通常會面臨頻

64、率選擇性衰落的問題。某用戶的子載波在相干帶寬內(nèi)的衰落特性可以認(rèn)為是相同的，但更遠(yuǎn)的子載波上的衰落特性就不相同了。如果知道各個用戶在各個子載波上的衰落特性，則可以為不同的用戶盡量選擇條件比較好的子載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而使得絕大部分用戶的傳播條件比較好，實現(xiàn)多用戶分集增益，提高頻譜效率。相干帶寬內(nèi)的子載波具有近似的衰落值，可以把相鄰的一些子載波劃成一個子帶Subband，以子帶為單位進(jìn)行調(diào)度。接收方在一定的時間內(nèi)針對每個子帶反饋一個信號

65、質(zhì)量指示，而無需對每個子載波進(jìn)行反饋，減少信令開銷。LTE的調(diào)度周期可以為一個或多個TTI長度。為了在頻域調(diào)度獲得多用戶分集增益，發(fā)射端必須知道所有用戶在所有子載波上的瞬時衰落值，F(xiàn)DD系統(tǒng)上下行衰落不一致，必須通過反向鏈路將信道信息回傳給發(fā)射端，這些信道質(zhì)量指示均為額外開銷，占用資源越少越好。,調(diào)度和鏈路自適應(yīng),鏈路自適應(yīng)LTE支持時間和頻率兩個維度的鏈路自適應(yīng)，根據(jù)時頻域信道質(zhì)量信息對不同的時頻資源選擇不同的調(diào)制編碼方式。功

66、率控制在CDMA系統(tǒng)中是一項重要的鏈路自適應(yīng)技術(shù)，可以避免遠(yuǎn)近效應(yīng)帶來的多址干擾。在LTE系統(tǒng)中，上下行均采用正交的OFDM技術(shù)對多用戶進(jìn)行復(fù)用。因此，功控主要用來降低對鄰小區(qū)上行的干擾，補(bǔ)償鏈路損耗，也是一種慢速的鏈路自適應(yīng)機(jī)制。,Page 44,E-MBMS各個基站采用相同的頻率資源并且同步發(fā)送MBMS數(shù)據(jù)。在終端看來，不同基站的信號可以看作多徑的組成部分，終端可以不必區(qū)分不同基站的信號，自動完成軟合并。,增強(qiáng)型MBMS,E-M

67、BMS特性這種工作模式稱為SFN（Single Frequency Network）模式。MBMS主要受限于邊緣用戶的性能，SFN模式能極大改善小區(qū)邊緣的接收性能，從而改善MBMS的性能。SFN模式下，系統(tǒng)基站間需要下行空口同步。不同基站的傳播時延差別較大，不同基站的信號合并將導(dǎo)致傳播時延的增加，需要配置更長的CP長度。,Page 45,小區(qū)干擾的原因LTE系統(tǒng)中，系統(tǒng)中各小區(qū)采用相同的頻率進(jìn)行發(fā)送和接收。與CDMA系統(tǒng)不同的

68、是，LTE系統(tǒng)并不能通過合并不同小區(qū)的信號來降低鄰小區(qū)信號的影響。因此必將在小區(qū)間產(chǎn)生干擾，小區(qū)邊緣干擾尤為嚴(yán)重。小區(qū)干擾控制的方法為了改善小區(qū)邊緣的性能，系統(tǒng)上下行都需要采用一定的方法進(jìn)行小區(qū)干擾控制。目前正在研究方法有：干擾隨機(jī)化：被動的干擾控制方法。目的是使系統(tǒng)在時頻域受到的干擾盡可能平均，可通過加擾，交織，跳頻等方法實現(xiàn)；干擾對消：終端解調(diào)鄰小區(qū)信息，對消鄰小區(qū)信息后再解調(diào)本小區(qū)信息；或利用交織多址IDMA進(jìn)行多小區(qū)信息