LTE每天一课(整理3)

第一章LTE简介一．4G4G即第四代移动通信技术，采用全IP网络结构。4G网络采用许多关键技术，包括：正交频分复用（OFDM）多载波调制技术、自适应调制和编码（AMC）技术、多天线技术（MIMO）和智能天线技术、基于IP的核心网等。4G技术特点如下：1、传输速率更快：对于高速移动用户（250km/h）数据速率为2Mbps；对于中速移动用户（60km/h）数据速率为20Mbps；对于低速移动用户（室内或步行）数据速率为100Mbps；2、频谱利用率更高：4G使用OFDM、MIMO等技术，无线频谱效率比3G系统更高；3、带宽更宽：每个4G信道将会占用100MHz或更多的带宽，而3G网络的带宽则在5~20MHz之间；4、容量更大：4G采用空分多址等技术来提高系统容量；5、灵活性更强：4G系统可自适应地进行资源分配，采用智能信号处理技术对各种复杂环境进行信号的正常收发。另外，用户可以使用各式各样的设备接入到4G网络；6、实现更高质量的多媒体通信：4G网络无线多媒体通信服务包括语音、数据、影像等，大量信息通过宽频信道传送出去，用户可以在任何时间、任何地点接入网络；7、兼容性更平滑：4G系统具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联以及能从3G平稳过渡。二．LTE1．LTE目标3GPP长期演进(LTE)，被看作“准4G”技术或3.9G。LTE以OFDMA（正交频分多址）和MIMO（多输入多输出）技术为基础。LTE包括FDD和TDD两种制式。LTE的增强技术（LTE-Advanced）是国际电信联盟（ITU）认可的4G标准。LTE的主要性能目标包括：（1）峰值速率高。在20MHz带宽、2*2MIMO情况下能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；（2）低延迟。控制面从睡眠态到激活态迁移时间低于50ms，从驻留态到激活态迁移时间小于100ms；用户面时延低于5ms，指的是20MHz带宽下，小区中只有一个用户，UE单向向eNodeB发送一个IP包头的时延；（3）更低的资本支出与运营成本；（4）频谱灵活性。支持成对、非成对频谱，并可灵活配置1.4MHz到20MHz多种带宽；（5）更高的频谱效率。频谱效率为每赫兹能承载的数据速率，100Mbps/20MHz=5bit/s/hz；（6）更好的覆盖。支持100Km小区半径。2．LTE频段中国联通：TD-LTE是2300～2320MHz、2555～2575MHz；LTE-FDD是1745-1765MHz1840-1860MHz中国移动：TD-LTE是2320～2370MHz、2575～2635MHz、1880～1900MHz中国电信：TD-LTE是2370～2390MHz、2635～2655MHz；LTE-FDD是1765-1780MHz1860-1875MHz3．LTE与以往移动通信系统的速率对比无线蜂窝制式CDMA2000(EVDORA)TD-SCDMA(HSPA)WCDMA(HSPA)下行速率3.1Mbps2.8Mbps14.4Mbps上行速率1.8Mbps2.2Mbps5.76Mbps无线蜂窝制式LTE-FDDTD-LTE下行速率150Mbps100Mbps上行速率40Mbps50Mbps三．LTE-FDD与TD-LTE1．FDD与TDD工作原理1、频分双工(FDD)，FDD模式是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。其单方向的资源在时间上是连续的。FDD在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将降低。2、时分双工(TDD)，TDD模式是在同一频率载波的不同时隙信道上进行接收和发送，时间资源在两个方向上进行分配。某个时间段由基站发送信号给移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站，其单方向的资源在时间上是不连续的，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。FDD和TDD的工作原理2．TD-LTE和LTE-FDD技术综合对比1．TDD优势：（1）能够灵活配置频率，使用FDD系统不易使用的零散频段；（2）可以通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，能够很好的支持非对称业务；（3）具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低设备成本；（4）接收上下行数据时，不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低设备复杂度；（5）具有上下行信道互惠性，能够更好的采用传输预处理技术，如RAKE技术、智能天线技术等，有效地降低终端的处理复杂性。2．TDD不足：（1）时间资源分上行和下行，因此TDD方式的发射时间大约只有FDD的一半，如果TDD要发送和FDD同样多的数据，就要增大发送功率；（2）收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间都存在干扰；（3）TDD系统上行受限，TDD基站的覆盖范围明显小于FDD基站；第二章LTE系统结构一．LTE网络结构LTE系统由演进型分组核心网（EPC）、演进型通用陆地无线接入网（E-UTRAN）和用户设备（UE）三部分组成。其中，MME为移动管理实体，是核心网控制处理部分；S-GW为服务网关，是核心网数据承载部分；E-UTRAN只有一种网元eNodeB。如下图。eNodeB与EPC通过S1接口连接，与MME之间为S1-MME，与S-GW之间为S1-U；eNodeB之间是X2接口；eNodeB与UE之间是Uu接口。与UMTS相比，由于NodeB和RNC融合为eNodeB，所以LTE少了Iub接口。X2接口类似于Iur接口，S1接口类似于Iu接口。功能划分如下图：1、eNodeB功能:小区间无线资源管理；RB控制；连接状态下的移动性管理；无线接纳控制；eNodeB测量控制与上报；动态资源分配；IP头压缩和用户数据流加密；UE附着时MME选择；用户面数据向S-GW路由；寻呼消息和广播信息调度和发送。2、MME功能：NAS安全管理，如NAS信令加密与完整性保护；空闲状态下的移动性管理，如TAU；SAE承载控制；寻呼消息发送。3、S‐GW功能：移动性控制，如UE移动性产生的用户面切换；数据的路由和传输；用户面数据的加密。二．3GPP系统架构演进（SAE）3GPPR8在提出LTE的同时，也提出了系统架构演进（SAE）的概念。SAE由EPC和E-UTRAN两大部分构成。SAE采用了全IP的架构，简化了网络结构，集成其他非3GPP的接入技术，能支持更加灵活的业务。EPS架构示意图各实体功能：（1）MME（移动管理实体）NAS安全管理，如NAS信令加密与完整性保护；空闲状态下的移动性管理，如TAU；SAE承载控制；寻呼消息发送。3GPP内不同节点间的移动性管理、S-GW和P-GW的选择、MME改变时的目标MME选择、切换到2G/3G网络时的SGSN选择、漫游、安全认证、信令的合法监听、预警消息的传输。（2）S-GW（服务网关）移动性控制，如UE移动性产生的用户面切换；数据的路由和传输；用户面数据的加密。支持eNodeB间切换、支持3GPP内不同接入技术之间用户平面切换、中继转发2G/3G系统PDNGW之间的数据、空闲状态的下行分组缓冲、合法监听、上下行方向传输层分组标记、运营商间的计费。（3）P-GW（分组数据网络网关）用户数据报过滤、对数据报进行QoS级别分类和速率控制、UEIP地址分配、合法监听、上下行方向的传输层分组标记。（4）PCRF（策略和计费规则功能）对用户的业务请求进行QoS授权、门控规则与计费规则的下发。（5）HSS（归属用户服务器）HSS是用户数据库。它包含用户配置文件，执行用户的身份验证和授权，并可提供用户位置信息。类似于GSM位置寄存器（HLR）。（6）SGSN（服务GPRS支持节点）SGSN是GPRS/WCDMA(TD-SCDMA)核心网分组域重要组成部分，主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密等。第三章LTE关键技术一．OFDM基本原理和应用1．OFDM正交频分复用OFDM正交频分复用，是多载波调制（MCM）的一种。其主要原理是：将信道带宽分成若干正交子载波，把高速数据流转换成并行的低速子数据流，调制到每个子载波上进行传输。子载波带宽小于信道的相干带宽，每个子载波可以看成水平衰落信道，可以消除符号间干扰（ISI）。（相干带宽是描述时延扩展的，是表征多径信道特性的一个重要参数。它是指某一特定的频率范围内的任意两个频率分量都具有很强的幅度相关性。通常，相干带宽近似等于最大多径时延的倒数。如果发送信道的带宽大于相干带宽，则会导致接收信号波形产生频率选择性衰落，即某些频率成分信号的幅值会增强，而另外一些频率成分信号的幅值会被削弱。）OFDM和传统的FDM多载波调制技术的区别：FDM子载波是分开的，子载波之间要有保护间隔，而OFDM是重叠在一起的且正交，频谱利用率高；FDM是子载波分别调度，OFDM是统一调度，效率高；OFDM的子载波小于信道相干带宽，可以克服频率选择性衰落。缺点是，OFDM符号时间和频率都很小，对频偏比较敏感；信号重叠，峰均比PAPR较大。OFDM子载波间隔的选择取决于频谱效率和抗频偏能力的折中，在一定CP长度下，子载波间隔越小，OFDM符号周期越长，频谱效率越高，但对多普勒频移和相位噪声越敏感。（OFDM并不比CDMA的频谱利用率更高，但他的优势是大宽带的支持更简单更合理，而且配合mimo更好。举个例子，CDMA是一个班级，班中有说中文有说英文，如果大家音量控制好的话，虽然是一个频率但是可以达到互不干扰。OFDMA则可以想象成高架桥，10米宽的路，上面架设一个5米宽的高架，实际上道路的通行面积就是15米，这样虽然水平路面没增加但是可以通行的车辆增加了。OFDM技术，利用傅里叶快速变换导入正交序列，相当于在有限的带宽里架设了N个高架桥，目前是一个OFDM信号的前半个频率和上一个频点的信号复用，后半个频率和后一个频点的信号复用。那信号频率重叠了怎么区分，OFDM正交，正交就是能保证唯一性，举例子，A和B重叠，但是A*a+B*b，a和b是不同的正交序列,如果要从同一个频率中只获取A，那么通过计算，（A*a+B*b）*a=A*a*a+B*b*a=A+0=A（因为正交，a*a=1，a*b=0）。所以OFDMA是允许频率重叠的，甚至理论上可以重叠到无限，但是为了增加解调的容易性，目前LTE支持OFDM重叠波长的一半。）2．OFDMA正交频分多址2．1下行多址方式LTE采用OFDMA（正交频分多址）作为下行多址方式。OFDM是一种频分技术，而OFDMA则是利用这种频分技术实现的多址技术。OFDMA将信道带宽划分成相互正交的子载波集，通过将不同的子载波集分配给不同的用户，可用时频资源在不同用户之间共享，从而实现不同用户的多址接入。可看成是OFDM+FDMA+TDMA技术相结合的多址方式。经过信道编码后的数据比特，再经过调制星座映射后可视为频域信号，通过串并转换将这些调制符号映射到子载波，利用快速傅里叶逆变换（IFFT）将子载波上的频域信号转换到时域，形成时域波形信号OFDM符号，插入CP，最后经过并串转换将多个子载波的时域信号进行叠加，形成OFDM发送信号。OFDMA的优势：（1）频谱效率高：子载波重叠、正交、支持非对称。（2）带宽扩展性强：带宽取决于子载波的数量。（3）抗多径衰落：子信道可以看做水平衰落信道、CP的引入。（4）频域调度和自适应：集中式子载波分配，将子载波连续分配给一个用户，频域调度选择较优子信道，获得多用户分集增益；（高速移动或SINR较低时）将分配给用户的子载波分散到整个带宽，交替排列，获得频率分集增益。通过调制编码方式（MCS）的选择，支持链路自适应。（5）实现MIMO技术较简单：水平衰落信道，避免天线间干扰。2．2上行多址方式LTE采用DFT-S-OFDM（离散傅立叶扩展OFDM）或者称为SC-FDMA（单载波FDMA）作为上行多址方式。通过多用户复用频谱资源时改变不同用户的DFT输出端到IDFT输入端的对应关系，承载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，同时子载波之间具有良好