LTE架构和空口关键技术-上海院

聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComservice1LTE技术特性2012.3上海邮电设计咨询研究院有限公司聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComservice2目录一、LTE技术概述二、LTE网络架构及协议栈三、LTE关键技术I.LTE设计目标II.LTE关键技术聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComservice3LTE背景什么是LTE？狭义来讲：LTE=E-UTRANE-UTRAN:EvolvedUMTSTerrestrialRadioAccessNetwork，LTE的接入网EPC：EvolvedPackageCore，LTE的核心网EPS：EvolvedPacketSystem，演进的分组系统EPS=E-UTRAN+EPCLTE有哪些特点？•扁平化•高移动性•覆盖性能•峰值速率高效率低时延高速率低TCO•用户数•吞吏量•频率利用率•频谱灵活性•用户面•控制面聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComservice4LTE的主要指标和需求需求名称需求内容实现主要技术高峰值数据DL100Mbps/UL50Mpbs@20MHz1、采用高带宽（20M）速率（DL要求UE侧2接收天线）2、多天线技术（2×2MIMO）3、高阶调制斱式（64QAM）低控制面延从驻留状态到激活状态，传输延迟时间小亍100ms；从睡1、扁平化网络架构迟眠状态到激活状态，传输延迟时间小于50ms2、短调度周期（1ms）单小区在5M带宽下最少支持200用户，更高频谱分配条件3、调度算法下，单小区至少支持400用户低用户面延在“零负载”（单用户、单数据流）和“小IP包”的情况1、扁平化网络架构迟下，用户面延迟不超过5ms2、短调度周期（1ms）高用户吞吐下行链路：1、多天线技术（2×2MIMO）量1、在5%CDF（累计分布函数）处的每MHz用户吞吏量2、高阶调制方式（64QAM）应达到R6HSDPA的2~3倍；3、链路自适应技术（AMC）2、每MHz平均用户吞吏量应达到R6HSDPA的3~4倍。4、混合自动重传（HARQ）上行链路：5、干扰协调（ICIC）1、在5%CDF处的每MHz用户吞吐量应达到R6HSUPA的2~3倍；2、每MHz平均用户吞吐量应达到R6HSUPA的2~3倍。聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComservice5LTE的主要指标和需求需求名称需求内容实现主要技术高频谱效率下行链路：在真实负荷网络中，LTE频谱效率是R61、OFDMHSDPA的3~4倍；2、多天线技术（2×2MIMO）上行链路：在真实负荷网络中，LTE频谱效率是R63、高阶调制方式（64QAM）HSUPA的2~3倍高频谱灵活性支持不同大小的频谱分配：包括1.4MHz、3MHz、1、OFDM5MHz、10MHz、15MHz以及20MHz，支持成对2、双工方式或非成对频谱；3、re-farming支持不同频谱资源的整合；高移动性支持0－15km/h低速移动优化；15－120km/h高速移动下实现高性能，在120－350km/h（在某些频段甚至应支持500km/h）下能保持蜂窝网络的移动性1、子载波参数设计覆盖吞吐率、频谱效率和移动性指标在半径5km以下的小区应全面满足，在半径30km的小区中性能可有小幅下降，不排除半径达到100km的小区1、CP参数设计无线资源管理增强的端到端QoS；有效支持高层传输；支持不同的1、QoS无线接入技术之间的负载均衡和策略管理2、RRM聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComserviceLTE的关键技术多天线技术MIMO干扰协调技术ICIC提升宽带能力降低网络时延MIMOChannelDataStreaming多址技术OFDM扁平化架构聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComservice7目录一、LTE技术概述二、LTE网络架构及协议栈三、LTE关键技术I.网络架构II.网元功能III.协议栈聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComservicePage8LTE的网络架构LTE的主要网元LTE的接入网E-UTRAN由e-NodeB组成，提供用户面和控制面。LTE的核心网EPC由MME，S-GW和P-GW组成。LTE的网络接口e-NodeB间通过X2接口相互连接，支持数据和信令的直接传输。S1接口连接e-NodeB与核心网EPC。其中，S1-MME是e-NodeB连接MME的控制面接口，S1-U是e-NodeB连接S-GW的用户面接口。RRC:RadioResourceControlPDCP:PacketDataConvergenceProtocolRLC:RadioLinkControlMAC:MediumAccessControlPHY:PhysicallayerEPC:EvolvedPacketCoreMME:MobilityManagementEntityS-GW:ServingGatewayP-GW:PDNGateway与传统3G网络比较，LTE的网络结更加简单扁平，降低组网成本，增加组网灵活性，并能大大减少用户数据和控制信令的时延。聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComservicePage9LTE的网元功能e-NodeB的主要功能包括：无线资源管理功能，即实现无线承载控制、无线许可控制和连接移动性控制，在上下行链路上完成UE上的动态资源分配（调度）；用户数据流的IP报头压缩和加密；UE附着状态时MME的选择；实现S-GW用户面数据的路由选择；执行由MME发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输；完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告。MME的主要功能包括：NAS(Non-AccessStratum)非接入层信令的加密和完整性保护；AS(AccessStratum)接入层安全性控制、空闲状态移动性控制；EPS(EvolvedPacketSystem)承载控制；支持寻呼，切换，漫游，鉴权。S-GW的主要功能包括：分组数据路由及转发；移动性及切换支持；合法监听；计费。P-GW的主要功能包括：分组数据过滤；UE的IP地址分配；上下行计费及限速。聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComservicePage10LTE的协议栈介绍LTE协议栈的两个面：用户面协议栈：负责用户数目传输控制面协议栈：负责系统信令传输用户面的主要功能：头压缩加密调度ARQ/HARQ用户面协议栈控制面协议栈控制面的主要功能：RLC和MAC层功能与用户面中的功能一致PDCP层完成加密和完整性保护RRC层完成广播，寻呼，RRC连接管理，资源控制，移动性管理，UE测量报告控制NAS层完成核心网承载管理，鉴权及安全控制聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComservice11目录一、LTE技术概述二、LTE网络架构及协议栈三、LTE关键技术I.LTE技术特点II.OFDMIII.MIMOIV.ICICV.SONVI.FDD/TDD技术体制对比聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComserviceLTE技术特点基于OFDM的上下行多址接入和信号调制方式上行采用单载波频分多址SC-FDMA 下行采用正交频分多址OFDMA消除无线网络自干扰资源分配更灵活上下行采用更高阶的调制: 64QAM系统峰值频谱效率达到6bps/Hz多用户频率选择性资源调度干扰和多径造成各用户在不同频率上的性能有差异,频率选择性资源调度旨在让每个用户在最佳频带上传输从而提高多用户下系统的整体频谱效率用户3的最佳资源RB3用户2的最佳资源用户1的RB2最佳资源RB1user1user2user3-10RB1-8User1User2User3-6-4-202dBchannelresponsesatdifferentfrequenciesuser3用户3的最佳资源RB3用户1的最佳资源用户2的最佳资源RB2聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComserviceLTE技术特点自适应多天线技术OFDM技术与MIMO技术的融合, 提高系统吞吐量支持多种模式的多入多出技术(MIMO)自适应MIMO技术根据信道特性调整传输参数在链路稳定性和容量之间取得最佳折衷;跨小区间的链路自适应,资源管理和干扰协调根据用户所在的地理位置分配频带资源,降低小区间干扰,提高链路稳定性和优化多小区频谱效率聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComserviceOFDM技术OFDM技术本质实质上是利用一组正交的低速率子载波，合成提供高数据传输的一种调制方式，具有频谱利用率高、抗多径干扰、抗频率选择性衰落、信道估计与均衡实现简单等优点。OFDM技术优势有效减小无线信道带来的ISI及ICI与传统的FDM相比，频谱利用率更高。IFFT和FFT的处理时非常容易实现上下行调度时可以使用不同数量的子信道，可有效对抗频率选择性衰落，提供多变传输速率。OFDM技术缺点　容易受到频率偏差的影响　由于在发端是将频域信号进行迭加，会造成较高的峰值平均功率比频率频率节省带宽资源传统频分复用(FDM)多载波调制技术正交频分复用(OFDM)多载波调制技术FFT积分区间聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComserviceOFDM技术基于OFDM的物理层多址接入技术3GPP最终决定在下行采用OFDM，上行采用单载波频分复用技术SC-FDMA下行基于OFDM技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)，可基于用户所处不同环境，灵活地为不同用户分配最佳的子载波资源，实现多用户分集增益。上行基于SC-FDMA技术(Single Carrier Frequency Division Multiple Accessing)，可达到较低的峰均比（PAR）。以解决终端的射频成本和电池寿命问题。Sub-carriersSub-frameFrequencyTimeTimefrequencyresourceforUser1TimefrequencyresourceforUser2TimefrequencyresourceforUser3SingleCarrierSub-frameFrequencyTimeTimefrequencyresourceforUser1TimefrequencyresourceforUser2TimefrequencyresourceforUser3SystemBandwidthOFDMSystemBandwidthSC-FDMA聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComservice下行OFDMA正交频分多址技术OFDMA传输技术OFDM调制技术和多用户子载波分配结合的传输技术每个用户使用一个二维时频子载波集进行传输,其带宽可灵活动态分配同时避免了符号间干扰,子载波间干扰和多用户接入干扰缺陷: 峰均比高, 不适合终端信号波形在时频域上的多用户分布（下行）Sub-carriersTTI:1msFrequencyTimeSystemBandwidthSub-band：12Sub-carriersUser1User2User3Sub-carriersTTI:1msFrequencyTimeSystemBandwidthSub-band：12Sub-carriersUser1User2User3User1User2User3OFDM与OFDMA的比较聚焦客户海外拓展开放创新乙方文化ChinaComserviceOFDMA的多用户时频二维频谱OFDMA的多载波传输方式将频谱划分为时频二维资源：频域的子载波和时域的符号间隔。Onedownlinkslot,TslotResourceelementDLOFDMsymbolsNsymbNscsubcarriersRBResourceblockDLRBNs