3-LTE网络结构、协议栈及物理层

LTE网络结构、协议栈及物理层该部分内容重点：–LTE协议栈结构–LTE资源的基本概念–LTE上下行物理信道的映射作用和配置–LTE信号的概念、作用和配置–LTE的L2LTE全网架构SGiS4S3S1-MMEPCRFS7即GxS6aHSSS10UEGERANUTRANSGSNLTE-UuE-UTRANMMES11S5ServingGatewayPDNGatewayS1-UOperator'sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)Rx+S8S9LTE网络构架MME/S-GWMME/S-GWX2S1移动性管理服务网关MME/SGW与eNodeB的接口EPCE-UTRANeNodeB间的接口NodeBRNC+=eNodeBEPSeNodeBX2X2eNodeBeNodeBUuE-UTRAN中只有一种网元——eNodeB演进分组核心网——EPC演进分组系统——EPSE-UTRAN和EPC的功能划分eNB功能:无线资源管理IP头压缩和用户数据流加密UE附着时的MME选择用户面数据向S-GW的路由寻呼消息和广播信息的调度和发送移动性测量和测量报告的配置MME功能:分发寻呼信息给eNB安全控制空闲状态的移动性管理SAE承载控制非接入层（NAS）信令的加密及完整性保护S-GW功能:终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包支持由于UE移动性产生的用户面切换LTE网元功能MMEServingGWPDNGWE-NodeB用户接入控制业务承载管理功能（包括专用承载的建立）寻呼控制切换控制支持UE的移动性切换用户面数据的功能E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持数据包路由和转发上下行传输层数据包标记基于用户的计费、统计合法侦听基于用户的包过滤合法监听UE的IP地址分配上下行传输层数据包标记上下行业务级计费、门控基于聚合最大比特速率（AMBR）的下行速率控制物理层功能MAC、RLC、PDCP功能RRC功能资源调度无线资源管理（含小区间）无线接入控制许可接入移动性管理MME功能LTE的MME功能与网关功能分离，实现如下控制功能：NAS信令NAS信令安全AS安全控制3GPP无线网络的网间移动信令idle状态UE的可达性（包括寻呼信号重传的控制和执行）跟踪区列表管理P-GW和S-GW的选择切换中需要改变MME时的MME选择切换到2G或3GPP网络时的SGSN选择漫游鉴权包括专用承载建立的承载管理功能支持ETW传输ENodeB功能具有现3GPPNodeB全部和RNC大部分功能，包括：无线资源管理：无线承载控制、无线接纳控制、连接移动性控制、上下行链路的动态资源分配（即调度）等功能IP头压缩和用户数据流的加密当从提供给UE的信息无法获知到MME的路由信息时，选择UE附着的MME路由用户面数据到S-GW调度和传输从MME发起的寻呼消息调度和传输从MME或O&M发起的广播信息用于移动性和调度的测量和测量上报的配置调度和传输从MME发起的ETWS（即地震和海啸预警系统）消息LTE/SAE的协议结构信令流eNBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPAPPUDPGTPUIPS1APSCTPSGWIPUDPGTPUIPSCTPS1APX2AP数据流控制面协议架构eNBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPUEeNode-BMME控制面协议架构eNBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPUEeNode-BMMERRC子层执行的功能:广播寻呼链接管理无线承载控制移动性UE测量上报和控制PDCP子层执行的功能:加密和完整性保护NAS子层执行的功能:认证、鉴权安全控制Idle模式移动性处理Idle模式寻呼发起用户面协议架构UEeNode-BMMEeNBPHYUEPHYMACRLCMACPDCPPDCPRLCSAEGateway用户面协议架构UEeNode-BMMEeNBPHYUEPHYMACRLCMACPDCPPDCPRLCSAEGatewayRLC子层执行的功能:PDU传输ARQ包的组合和拆分PDCP子层执行的功能:头压缩加密MAC子层执行的功能:调度HARQ逻辑信道优先级处理PDU组包和解复用物理层(L1)执行的功能：无线接入功率控制MIMO信道带宽支持的信道带宽（ChannelBandwidth）1.4MHz，3.0MHz，5MHz，10MHz，15MHz以及20MHzLTE系统上下行的信道带宽可以不同下行信道带宽大小通过主广播信息（MIB）进行广播上行信道带宽大小通过系统信息（SIB）进行广播信道带宽与传输带宽配置有如下对应关系：信道带宽1.435101520传输带宽配置（RB数目）615255075100TransmissionBandwidth[RB]TransmissionBandwidthConfiguration[RB]ChannelBandwidth[MHz]ResourceblockChanneledgeChanneledgeDCcarrier(downlinkonly)ActiveResourceBlocksfDLfULFDDfDLfULhalf-duplexFDDfDL/ULTDDfDLfULFDDfDLfULhalf-duplexFDDfDL/ULTDDFDD:上行传输和下行传输在不同的载波频段上进行；TDD:上行传输和下行传输在相同的载波频段上进行；基站/终端在不同的时间进行信道的发送/接收或者接收/发送；H-FDD:上行传输和下行传输在不同的载波频段上进行；基站/终端在不同的时间进行信道的发送/接收或者接收/发送；H-FDD与FDD的差别在于终端不允许同时进行信号的发送与接收，即H-FDD基站与FDD基站相同，但是H-FDD终端相对FDD终端可以简化，只保留一套收发信机并节省双工器的成本。双工方式物理资源概念秒2048150001sT无线帧OFDM符号天线端口基本时间单位时隙-slot子帧物理资源接收机用来区分资源在空间上的差别，包括三类天线端口：CRS：天线端口0~3MBSFN：天线端口4DRS：天线端口5天线端口0-5帧结构FDD帧结构---帧结构类型1，适用于FDD一个长度为10ms的无线帧由10个长度为1ms的子帧构成；每个子帧由两个长度为0.5ms的时隙构成；子帧0子帧1子帧2子帧3子帧4子帧5子帧6子帧7子帧8子帧910ms无线帧1ms子帧最小TTI0.5ms时隙0654321054321常规CP下行OFDM符号；上行DFT-S-OFDM块采用常规CP的时隙结构采用扩展CP的时隙结构扩展CP帧结构TDD帧结构---帧结构类型2，适用于TDD一个长度为10ms的无线帧由2个长度为5ms的半帧构成1个子帧子帧#5DwPTSGPUpPTS…子帧#91个半帧153600TS=5ms1个子帧子帧#0DwPTSGPUpPTS30720TS…子帧#41个时隙Tslot=15360TS1个无线帧Tf=307200Ts=10msTDD帧结构－上下行配置帧结构Uplink-downlinkconfigurationDownlink-to-UplinkSwitch-pointperiodicitySubframenumber012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUDDwPTS、GP、UpPTS长度配置ConfigurationNormalcyclicprefixExtendedcyclicprefixDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS03101OFDMsymbols381OFDMsymbols1948321039231121014121372OFDMsymbols5392OFDMsymbols82693917102---8111---物理资源概念时间/OFDM符号（序号l）频率/子载波（序号k）l=0k=01个子帧=1ms=14个OFDM符号（常规CP）1个时隙=0.5ms=7个OFDM符号（常规CP）RE(ResourceElement)最小的资源单位，时域上为1个符号，频域上为1个子载波用(k,l)标记RB(ResourceBlock)业务信道的资源单位，时域上为1个时隙，频域上为12个子载波PRB(physicalRB)PRB的时域大小为一个时隙，即0.5ms。PRB的大小和下行数据的最小载荷相匹配。VRB(virtualRB)物理资源概念资源单元组(REG)控制区域中RE集合，用于映射下行控制信道每个REG中包含4个数据REPCFICH4个Reg，PHICH3个Reg控制信道单元（CCE）36RE，9REG组成PDCCH调度CCERSRSRSRSREGn+1REGn第一个OFDM符号REGn+2REGnRSRSRSRSREGn+1REGn第二个OFDM符号(4个公共天线端口)第三个OFDM符号第二个OFDM符号(1/2个公共天线端口)REGn+1REGn+2REGnREGn+1物理资源概念RBG（ResourceBlockGroup）为业务信道资源分配的资源单位，由一组RB组成，分组大小与系统带宽有关PDSCH调度RBG用于传输用户数据带宽RB数SystemBandwidth（RB）RBGSize(PRB)1.4MHz6≤1013MHz5MHz152511–26210MHz5027–63315MHz20MHz7510064–1104物理信道和信号上行物理信道PUSCH——QPSK,16QAM,64QAMPUCCH——QPSK,16QAM,64QAMPRACH——QPSK上行物理信号参考信号（ReferenceSignal）Zadoff-Chu（估计与探测）下行物理信道PCFICH——QPSKPDCCH——QPSKPBCH——QPSKPHICH——BPSKPDSCH——QPSK,16QAM,64QAMPMCH——QPSK,16QAM,64QAM下行物理信号同步信号（SynchronizationSignal）Zadoff-Chu，Pseudosequence参考信号（ReferenceSignal）PN码（信道估计）物理信道一系列资源粒子（RE）的集合，用于承载源于高层的信息物理信号一系列资源粒子（RE）的集合，这些RE不承载任何源于高层的信息下行物理信道功能概述•物理下行控制信道(PDCCH）–用于指示PDSCH相关的传输格式，资源分配，HARQ信息等•物理下行共享信道(PDSCH)–传输数据块•物理广播信道(PBCH)–传递UE接入系统所必需的系统信息，如带宽，天线数目等•物理控制格式指示信道(PCFICH)–指示一个子帧中用于PDCCH的OFDM符号数目（1，2，3）•物理HARQ指示信道(PHICH)–用于eNodeB向UE反馈和PUSCH相关的ACK/NACK信息•物理多播信道(PMCH)–传递MBMS相关的数据下行信道的映射PCFICHPDCCHPHICHPBCH信道功能及位置•PBCH传送的系统广播信息（MIB）包括：–下行系统带宽•dl-bandwidth,3位,表示六种带宽–SFN子帧号•SFN的高8bit通过PBCH传输，低2bit通过盲检测PBCH40ms定时获得–PHICH指示信息•phich-duration,1位,表示NormalorExtend•phich-resource,2位,对应PHICH的参数Ng,={1/6,1/2,1,2}–天线配置信息等•PBCH的位置：