LTE基础知识介绍

LTE网络基础知识高鹰2014年5月目录一、移动通信演进概述二、LTE的基础知识三、LTE的网络结构四、LTE的关键技术移动通信演进与发展—需求驱动FDD-LTETDD-LTEGSMCDMAPHSTD-SCDMAWCDMAcdma2000CMCC日益被管道化的移动运营商该如何应对带宽成本和收益之间的矛盾？节流开源为主：降低每bit成本，提高频谱利用率3GPP国际标准的演进与发展R4R6R5R8R7TD-SCDMAHSDPAMBMSHSUPAR9TDD-LTERelease8基础版本OFDMA/SC‐FDMA正交频分复用支持多流，MIMO灵活配置频点带宽上下行支持64QAM调制Release9增强版本实现SON功能实现混合载波eMBMS(增强型多媒体广播多播业务)CSFB缩短接入时延软交换IMSEPSLTE的运营情况从2010年开始，LTE部署进入快速发展阶段，截止2013年底，全球共244张LTE商用网络，其中包括25家TDDLTE运营商，用户数大约为380万。全球TD-LTE4G商用网络主要分布在亚太、东欧和南美。LTE的发展前景4G网络建设，“TD-LTE与LTEFDD要融合发展”逐渐成为移动运营商共识。TD-LTE为传统FDD运营商、成熟市场的新兴运营商以及新兴市场运营商带来价值，面临广泛的发展机遇。随着2014年中国4G的全面启动，全球对于TDD模式的兴趣也将持续升温。预计到2016年全球TD-LTE4G用户（除中国外）有望达到1亿左右，约占LTE4G用户总数的10~20%；中国TD-LTE用户发展取决于运营商格局，在1家TD-LTE运营商的情况下，2016年中国TD-LTE用户（中国移动TD-LTE用户）将会超过1.1亿；LTE的终端进展支持TD-LTE芯片厂商超过17家，各主流芯片厂家均已投入LTE芯片研发。其中重点芯片商高通、海思、Marvell、STE、博通、MTK、Intel、瑞萨、Nvidia、台湾联发科等已经陆续支持中国移动5模10频产品和5模12频产品要求。LTE的终端类型与网络和速率的关系UE类型12345下行峰值速率1050100150300上行峰值速率525505075最大下行调制方式64QAM最大上行调制方式16QAM64QAM空间复用层数124LTE的建设进度一类城市二类城市三类城市四类城市数量：16个条件：经济与业务综合排名均在20名以内数量：84个条件：经济与业务排名需满足120名以内（省会城市、城市群另行考虑）数量：100个条件：综合排名220名以内，且经济或业务指标至少一项排名在170名以内其他144个城市7月8月12月2月5月2012年2014年工信部批复建设城市LTE跟随到货进度已开通239个，已单验64个LTE一期站点规划选址完成LTE一期批复776站点包头LTE一期全面完成建设，商用率达到90%1月6月LTE一期继续完成优化商用，同时二期全面建设启动目录一、移动通信演进概述二、LTE的基础知识三、LTE的网络结构四、LTE的关键技术LTE是什么，LTE=4G?LTE是LongTermEvolution（长期演进）的缩写。3GPP标准化组织最初制定LTE技术标准时，定位为3G技术的演进升级。后来LTE技术的发展远远超出了最初的预期，无论是系统架构还是传输技术，相对原来的3G系统有较大的革新。严格来说，LTE基础版本Release8/9仅属于3G增强范畴，也称为3.9G；按照国际电联的定义，LTE后续演进版本Release10/11（即LTE-Advanced）才是真正意义上的4G移动通信。但从市场推广的角度说，目前全球运营商已普遍将LTE各种版本通称为“4G”。以下为前期集团公司在广告中宣传语：LTE牌照2013年12月工信部已经正式发放了4G牌照，三大运营商均获的了TDD-LTE牌照。工信部4G牌照发放公告原文并未提及任何FDD-LTE牌照信息，中国电信、中国联通同样只获的了TDD-LTE牌照。也就是说从目前来看，三大运营商对于4G的运营是站在了相同的起跑线上。至于大家关心的FDD-LTE牌照，目前还处于准备阶段，只有等条件成熟后才会发放。工信部称，会依据相关法定程序，批准相关企业开展FDD-LTE网络技术试验，未来我国的4G网络很大程度上将会是FDD-LTE和TD-LTE混合组网的验证—发展模式。LTE标准是哪个组织制定的，目前有几个版本LTE标准由国际标准化组织3GPP（第三代合作伙伴计划）制定，包括TD-LTE和LTEFDD两种制式。标准的形成得到了全球主流网络运营商、系统设备商、终端厂商、芯片厂商的共同参与支持。截止2013年5月，3GPP已经发布4个稳定的LTE版本，包括基础版本（Release8/9，即3.9G）与增强版本（Release10/11，即4G），并正在制定第5个版本Release12。TD-LTE与LTEFDD相比，有什么异同？TD-LTE与LTEFDD的差异主要来自于频率使用方式（双工方式）的不同。LTE-FDD必须使用成对的频率资源，例如下行和上行各10MHz带宽；TD-LTE使用不成对的频率资源如一个20MHz的频率；TD-LTE与LTEFDD在物理层关键技术上基本相同，二者使用相同的核心网。高层协议基本共用，最大程度和LTEFDD保持兼容，便于实现双模共芯片和共平台，以共享全球产业规模。总体来看，TD-LTE和LTE-FDD性能相当，各有特点，适用于不同的业务发展需要。为什么TD-LTE比LTEFDD更适合移动互联网业务？据统计，互联网业务存在非常明显的上下行数据量不对称的特征，下表是一个典型的流量统计结果：由于TD-LTE采用时分双工方式，可以灵活配置上下行的时隙配比，因此其上下行吞吐量可以配置为对称型，也可以配置成非对称型，以匹配互联网业务的特点。而FDD由于上、下行带宽配置无法改变，因此其上、下行吞吐量比例固定，对频率的使用效率也不如TD-LTE高。TD-LTE与TD-SCDMA是否有关系，优势在哪里？TD-SCDMA是3G技术，而TD-LTE是4G技术。TD-LTE是TD-SCDMA的后续演进技术，它是对TD-SCDMA的关键技术进行了继承、优化和提升，提高频谱利用率，可带来较TD-SCDMA更高的用户速率，更低的传输时延、更丰富的业务种类。与TD-SCDMA相比，TD-LTE更加开放和国际化，它由中国企业主导、全球通信产业界共同制定，是真正意义上的国际标准，除中国移动外，很多国外运营商，包括日本软银、印度Bharti、俄罗斯MTS、美国Clearwire等，都在积极规划部署TD-LTE.4G比3G更耗手机流量吗？《IT时报》记者2月11日进行了实测，检测在3G和4G环境下手机上网进行相同操作时，4G是否更耗流量。测试结果显示，两者所消耗的流量确实基本一样。2月11日下午，上海市天潼路附近，《IT时报》记者使用一部HTCOnemax手机分别在室外覆盖4G的地方和室内无4G信号的地方进行测试。3G环境是移动TD-SCDMA，4G环境是移动TD-LTE。每次测试前，记者都清空浏览器缓存，使用手机自带的软件LBE安全大师跟踪流量使用情况。记者在3G和4G环境下分别打开新浪、网易、腾讯、搜狐四个网站和每个网站的头条新闻。跟踪结果显示，3G时消耗流量16MB，4G时消耗流量17MB，两者基本一致。记者接着打开优酷视频客户端，缓存下载了一部《灌篮高手(重制版)》超清第1集，文件大小199MB，实际下载3G和4G所耗流量均显示为208MB。随后记者打开搜狐视频客户端下载《乡村爱情7》第1集，文件大小76MB，实际所耗流量3G情况下是79MB，4G为78MB，基本一样。记者实测：3G、4G消耗流量基本一致！！4G比3G更耗手机流量吗？为什么人们感知上4G更耗流量呢？这是因为4G速度更快，相同时间内，用户可以用4G做的事情更多了，加载的内容更多。打开网页时，4G打开速度远远高于3G，可称得上是“秒开”，而3G则加载半分钟也无法将图片完全显示出来，花在等待的时间上比较多。下载视频的速度更是3G时的六分之一，1分10秒即完成76MB下载。接着记者没有在3G和4G的网络环境下进行同样的操作，而是都用15分钟时间按照平时习惯正常刷微博(含图片、视频，其中4G时视频一打开便预加载了一大半，而3G还在卡顿)。结果显示，4G消耗28MB，3G消耗11MB。网易手机频道也监测过两位上班族从早到晚的上网情况(未刻意“跑”流量)，结果显示使用4G的人所消耗的流量是3G的4倍左右。其实这不难理解，如果把网络比作一条公路，4G是一条比3G更宽的高速公路，而应用则是行驶在高速公路上的车，相同时间内，4G上开过的车显然多于3G，过路费自然要交得比较多。但需要注意的是，未来当4G普及后还有一种可能是，手机应用自动监测到4G网络，会推送图片质量更高、视频更高清、网页排版更丰富的内容(3G曾有实例，同一个网址会在2G显示简洁版排版，3G显示触屏版或彩图版)，届时如果不进行手动设置，4G将会“消耗得更快”速度快不等于流量增加！！TD-LTE带来的好处与变化从用户角度，TD-LTE会带来了那些好处？TD-LTE的好处可以归纳如下：高速率，TD-LTE用户下载峰值速率可超过100Mbps，在大多数场景可高于40Mbps用户可获得更好的上网体验。低时延，接入时延和端到端时延大幅降低，更好的支持实时交互类业务。业务面时延20-30ms，控制面时延100ms，较TDS提升了很多。永远在线，用户注册后，核心网一直保持连接，用户感觉“永远在线”，业务体验更好。终端形态丰富，除了传统手机和数据卡外，用户还可选择CPE、MiFi、平板电脑等多种类型终端。TD-LTE带来的好处和变化从网络建设角度看，TD-LTE带来了哪些变化？对于TD-LTE系统网络架构和可支持的业务类型的变化，接入网、核心网、承载网、传输网的建设相比传统2G/3G网络有一定变化：对于接入网：TD-LTE采用更加扁平化得网络结构，减少了网络节点BSC或RNC的建设需求；同时考虑公用2G/3G网络现有的站址、天馈等资源，提升网络建设效率；对于核心网：TD-LTE需引入融合的EPC核心网，需建设新的LTEDiameter信令网；对于承载网：EPC不仅承载数据类业务，未来还要承载语音、高清视频等基础通信业务，对于承载网的QoS要求和安全性要求高；对于传送网：LTE回传网络对带宽要求高，达到GE、10GE级别，且需引入点到多点流量模型。TD-LTE带来的好处和变化从网络运营角度看，TD-LTE带来哪些变化？TD-LTE的引入，网络传输带宽更高、业务类型更加丰富、网络结构也发生了变化，对运营角度的变化主要体现在如下四个方面：由于TD-LTE可支持的业务传输带宽、业务类型的变化，网络字眼不均衡问题更加突出，用户实时流量查询提醒的诉求将更加强烈，因此对流量经营提出了更高的要求，需要做好流量管控、资费设计、差异化服务、流量提醒等服务。为了给不同业务提供QoS保障，TD-LTE需同步引入PCC，实现差异化的QoS业务质量保证和流量管控，提升流量价值。LTE引入也为集中化部署带来契机，有利于降低运营成本，提高资源利用率，降低网络复杂度，可重点考虑EPC、信令网、用户数据、支撑系统等的集中化部署。TD-LTE引入了SON等网络自动化功能，网络的运维更加智能化。什么是“永远在线”？LTE真能实现“永远在线”吗？顾名思义，“永远在线”就是指用户随时与网络保持连接，任何时候发起的业务都会得到快速响应。网络连接分两部分，无线连接（用户与基站间）与核心网连接（基站与核心网间）。在2G/3G网络中，终端一般开机后只进行网络附着，核心网并不预留相应通道资源，发起业务是需要漫长的时间（通常为几秒到十几秒），因此无法满足“永远在线”的要求。LTE终端开机完成网络附着后，即为终端分配IP地址，在核心网中保留相关用户的会话状态，即保留一个基本通道资源，随时等待用户的接入。而在无线接入网部分，L