LTE培训材料-1LTE综述

一、LTE综述前言1）电信技术业务移动化、宽带化和IP化的趋势日益明显，移动通信技术处于网络技术演进的关键时期，也就在此时，LTE（LongTermEvolution，长期演进）与大家见面了。2）LTE作为下一代移动通信的统一标准，具有高频谱效率、高峰值速率、高移动性和网络架构扁平化等多种优势。3）本课就LTE驱动力、产业链现状、部署策略和移动通信的未来等方面进行讨论。一、LTE发展驱动——胶片上所示是其表层原因或是短暂的原因，具体包括：1）语音业务收入下降2）网络成本高3）其竞争对手WiMAX在标准化进度上的领先表层原因还有：4）宽带接入技术趋势：宽带接入移动化5）移动通信产业从传统话音业务向宽带数据业务渗透6）OFDM、MIMO、调度、反馈等技术的成熟比较深层的原因是：7）人类对通信的需求，资本扩张的需求。深层原因和举办奥运会的需要是类似的。——根据华为估计：1）中国移动的数据业务量和语音是一样的。欧洲1比3日本1比192012年50％的用户用智能终端。如果终端降到100美元以，就能有爆炸增长。数据业务收入会从30％－80％2）和发展3G相比，我们在需求上是不同的，4G时代由于数据业务急升，4G是被推动着发展的。——从图中可以看出移动用户和固网用户将享用同样的QOS的服务现在估计家庭宽带达到50M可以满足各种要求。几种网络都可以在这个50M带宽上实现。——随着业务带宽的不断提升，SP（ServiceProvider）也随之提供了相应的新业务，极大地丰富了用户的业务体验移动宽度技术不仅仅对个人带来改变，对各行各业，对政治环境都会带来深刻的影响。——LTE在用户体验方面，最直观的表现就是速度快——带宽的提升，使得数据业务量也在快速上升，至于LTE成功部署之后的情况，则是难以预料的——移动宽带的发展，受终端发展的刺激有跑车却没高速，那怎么行？——中国电信韦总工（韦乐平）说过，以前发一个短信是1毛，现在下载一个MP3歌曲甚至一部电影也是1毛。但短信和MP3歌曲的数据量却差太多。这就造成了现有运营状态下受益和业务量的不匹配，所以我们必须降低网络成本，在技术上，就是引入LTE——WiMAX标准和产业比LTE有2年左右的领先WLAN和WiMAX的有些频段是不需要许可的。WIMAXWLAN很多关键技术和LTE是一样的。OFDMMIMO扩频加扰。应该说LTE站在WIMAX的肩膀上。LTE能超快速发展是因为很多做LTE的厂家以前有做WIMAX的基础。比如华为MOTO诺西等等。——在无线通信技术演进方面，LTE可谓系出名门，众望所归在移动通信技术中，我们将主流移动通信技术称为名门，其显著特点就是覆盖用户多、使用该技术的网络多，显然在移动通信技术领域中当之无愧的有GSM（GlobalSystemforMobileCommunicaitons）、WCDMA技术除此之外，还有以TD技术为代表的技术如TD-SCDMA以上的技术都是有3GPP(第三代合作伙伴计划，3thGenerationPartnershipProject)来制定的与3GPP对应的还有3GPP2（第三代合作伙伴计划2，3thGenerationPartnershipProject2），3GPP2则定义了如CDMA200EV-DO的技术标准而这些技术标准都演进到LTE在中国有三大运营商分别使用其中的一类技术，中国联通使用WCDMA，中国移动使用TD-SCDMA，电信使用CDMA2000，这三大运营商到4G时代将会都使用LTE——与现有系统相比，提高LTE系统性能是网络运营商的主要诉求，以确保LTE的竞争力从而引发市场兴趣。下面介绍对LTE性能评估是主要衡量标准1）LTE系统在20MHz带宽（WCDMA带宽的4倍）内的上、下行峰值速率分别是50Mbps（BitsperSecond，数据传输速率的常用单位，就是bit/s）和100Mbps，相应的频谱效率分别是2.5bps/Hz和5bps/Hz。这里的基本假定是终端具有两根接收天线和一根发射天线2）用户平面时延对于实时业务和交互业务来说是一个非常重要的性能指标。在无线接口，用户平面的最小时延可以通过无负载情况下的信号分析来计算。其被定义为从一个数据包首次发送直至收到物理层确认（ACK）的平均时间。最佳条件下，无线接入网络的时延要低于5ms除了满足用户平面时延的需求外，呼叫建立时延需要比现有蜂窝系统明显降低。这不仅可提供良好的用户体验，还会影响终端的电池寿命，因为允许从空闲状态快速过渡到激活状态的系统设计能使终端有更多的时间维持在低功耗的空闲状态。控制平面时延由执行不同LTE状态间过渡所需要的时间来衡量。LTE主要基于两种状态，即“RRC_IDLE”和“RRC_ACTIVE”LTE系统要求从空闲状态到激活状态的过渡时间小于100ms（不包括寻呼时延和非接入层信令时延）3）从移动性的角度考虑，LTE系统需要在终端移动速度达到350km/h的情况下能支持通信，或根据使用的频段甚至在更高速如500km/s时仍能支持通信。4）随着对适合移动通信频谱需求的增加，要求LTE上行和下行都可以工作在广泛的频带内以及适应各种带宽的频谱分配。5）单个载波情况下，LTE的频谱分配可以在1.4～20MHz变化，而且支持全球2G/3G主流频段，同时支持一些新增频段——根据ITU-R对第三代移动通信系统（3G）的频谱划分，3G频谱被划分为成对频谱（PairedSpectrum）和非成对频谱（UnpairedSpectrum），分别用于频分双工（FrequencyDivisionDuplex，FDD）和时分双工（TimeDivisionDuplex，TDD）两种双工模式。在3G三大国标标准中，WCDMA和CDMA2000系统主要采用FDD双工方式，TD-SCDMA系统采用TDD双工方式。LTE作为3G技术的演进项目，也需要支持FDD和TDD两种双工方式。下面就设计层面和性能层面对LTEFDD/TDD做简单比较：设计层面：二者的高层信令相同，2层用户平面相同，物理层70%相同，二者主要区别在帧结构、时分设计、同步、多天线的不同——性能层面：将二者在相同环境下进行仿真，从仿真结果看，LTEFDD的性能优于LTETDD二、LTE技术亮点及优势——正如前面所述，LTE系统在设计之初便在基于分组交换的提高数据速率、降低传输时延、提高系统性能降低系统复杂度等系统需求方面进行了严格的定义，现有的UTRAN（UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork—UMTS陆地无线接入网，UMTS—UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移动通信系统）系统架构难以满足LTE的系统需求，为了全面满足LTE系统需求，系统架构也重新进行了设计。LTE这一术语既包含无线接入技术演进，也包含系统架构演进（SsytemArchitectureEvolution，SAE），后者含有演进后的分组交换核心网（EvolvedPacketCore，EPC）。LTE和SAE共同构成了演进分组系统（EvolvedPacketSystem，EPS）从整体上看，与3GPP已有系统类似，LTE系统架构仍然分为两部分，包括演进后的核心网EPC（即图中的MME/S-GW）和演进后的接入网E-UTRAN。演进后的系统仅存在分组交换域（IP域）LTE的接入网E-UTRAN仅由演进后的节点B（evoledNodeB，eNodeB）组成，对于普通的用户流（非广播），在E-UTRAN中没有中心控制节点，因此可以说E-UTRAN采用的是一种扁平结构。eNodeB之间通过X2接口进行连接，并且在需要通信的两个不同eNodeB之间总是存在X2接口，LTE接入网与核心网之间通过S1接口进行连接，S1接口支持多-多连接方式。与3G系统的网络结构相比，接入网仅包括eNodeB一种逻辑节点，网络架构中节点数量减少，网络架构更加趋于扁平化，这种扁平化的网络架构带来的好处是降低了呼叫建立时延以及用户数据的传输时延，并且减少网络部署和维护成本——EPS整体网络结构包括网元和标准化接口，在高层，该网络是由核心网（EPC）和接入网（E-UTRAN）组成的。核心网由许多逻辑节点组成，而接入网基本上只有一个节点，即与用户终端（UE）相连的eNodeB。下面对EPC和E-UTRAN的网元及相关标准化接口进行详细描述。——核心网核心网（SAE中称为EPC）负责对用户终端的全面控制和有关承载的建立。注：EPS使用“EPS承载”这一概念提供从公共分组数据网网关到用户终端的IP路由。一个EPS承载是分组数据网网关和UE间满足一定服务质量（QoS）的IP流。E-UTRAN和EPC共同根据业务请求建立和释放承载。EPC的主要逻辑节点有：PDN网关（P-GW）业务网关（S-GW）移动性管理实体（MME，MobileManagementEntity）除了这些节点，EPC也也包括其他的逻辑节点和职能，诸如用户归属服务器（HSS）、策略控制和计费规则功能（PCRF）等。各个网元的具体功能如下所示SAE网络类似于3G网络中的软交换系统，将信令和业务分开承载，MME负责信令部分，ServingGW负责业务的承载，SGW是LTE内的锚点网关，PGW是无线网络的锚点，是到internet的网关。注：锚点：类似于“超级链接：SGW作为本地的移动锚点，当终端在E-UTRAN活在E-UTRAN与其他的3GPP网络间移动时，分组通过服务网关进行路由；PGW是连接外部分组数据数据网络的锚点，即是3GPP与non-3GPP网络间的用户面数据链路的锚点，负责管理3GPP和non-3GPP间的数据路由，管理3GPP接入和non-3GPP接入（如WLAN、WiMAX等）间的移动，还负责DHCP、策略执行、计费管理等功能。简言之，S-GW出现在无线接入网和核心网之间，P-GW出现在其他PS网络和核心网之间——PCRF是帐号秘密认证和资源分配。HSS类似2G、3G的HLR（归属位置寄存器）接入网：接入网中只有eNodeB一种网元，其基本功能如下：1）无线资源管理相关的功能；2）IP头压缩与用户数据流的加密；3）UE附着时的MME选择；4）提供到S-GW的用户面数据的路由；5）寻呼消息的调度与传输；6）系统广播信息的调度与传输；7）测量与测量报告的配置。值得注意的是，与第二代和第三代移动通信技术不同，LTE把无线控制功能移到eNodeB中，从而使得无线接入网中不同协议层间的交互更密集以减少延迟和提高效率。这种分布式控制无需高可靠性和高处理能力的中央控制器，因而可以降低成本，避免“单点故障”。而且，因LTE不支持软切换，网络不需要集中的数据合并功能。——LTE中接口连接情况如图，其中S1:为用户面和控制面提供向E-UTRAN无线资源的接入，可以支持MME和SGW的分开部署和合并部署。S2a:在SAE锚点和一个可信任的非3GPPIP接入网之间，提供支持控制和移动性的用户面连接。S2b:在SAE锚点和演进型分组数据网关（EvolvedPacketDataGateway,ePDG)之间，提供支持控制和移动性的用户面连接。S3：针对Idle和Active状态下，不同3GPP接入系统之间的移动性，提供用户和承载信息的交互。S4：在GPRS核心网和3GPP锚点之间，提供一个支持控制和移动性的用户面连接。S5a：在MME/SGW和3GPP锚点之间，提供一个支持控制和移动性的用户面连接。S5b：在SAE锚点和3GPP锚点之间，提供一个支持控制和移动性的用户面连接。S6：实现订阅和鉴权数据向演进系统的传输，以实现对用户接入的鉴权和授权。S7：实现QoS政策和计费规则。从政策与计费规则功能向政策与计费强制点的传输。SGi：SAE锚点和分组数据网络之间的参考点。——对于移动无线数据通信来说，选择适当的调制和多址技术以实现良好的系统性能至关重要，LTE系统以OFDM技术为基础。OFDM技术应用已近有40年的历史，最初用于军事无线通信系统20世纪50年代，美国军方建立到