LTE-FDD技术指导书学习精要-华为+爱立信

LTEFDD技术十问十答这篇精要我将会正对LTE的关键技术和网络结构上的演进，以Q&A的形式精简。至于层1-层3的协议细节大家还是自己看一下指导书中的讲解，记住关键功能即可。1.什么是LTE？LTE是LongTermEvolution的缩写，可以通俗的把它称之为4G，它初始为3GPP定义的3G技术向后的演进，后续由于CDMA2000向后演进UMB的消亡，LTE成为目前几种主流3G制式WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA向后的演进方向。LTE分为LTEFDD和LTETDD两种，系统设备也是不一样的，前者是FrequencyDivisionDuplexCDMA2000和GSM/UMTS的演进，要求1对对称频段，后者是TimeDivisionDuplex，仅要求一段连续频段（请注意TDD的这个特点）。中国移动是LTETDD制式的主推运营商（应该也是唯一的吧）。2.LTE的标准和三大组织。3GPP于2004年12月开始LTE相关的标准工作，LTE是关于UTRAN和UTRA改进的项目。3GPP标准制定分为提出需求、制定结构、详细实现、测试验证四个阶段。3GPP以工作组的方式工作，与LTE直接相关的是RAN1/2/3/4/5工作组。上图为3GPP标准制定的四个阶段上图为3GPP标准组织构成目前我们所有提到的LTE实验局等建设都是基于3gppR8标准，R8是09年3月冻结的。R9也包含LTE的内容，主要是对于SON功能，ICIC，EMBMS等高级功能的补充和完善，R10通常意义可以认为是LTE-A；LTE中的三个重要组织（这个大家在胶片中经常遇到）：1)3GPP--LTE标准的制定者。2)NGMN--NextGenerationMobileNetwork:由众多主流superoperator组成，其目的是集合移动运营商的运营经验和市场洞察力，研究和制定下一代移动网络需求（简要说：NGMN目标就是以市场推动标准，引导标准）,NGMN组织对三种候选技术（LTE，UMB，WiMAX）进行了评估，最终首选LTE作为下一代移动宽带技术。我司2006年12月加入NGMN组织。3)LSTI--LTE/SAETrialInitiative成立于2007年5月。LSTI主要使命是促进LTE/SAE作为下一代移动通信技术，并且加快LTE/SAE产业化，同时驱动产业链的发展和完善。LSTI主要进行概念验证和制订IODT/TOT的最小测试集,进行外场测试。我司2007年10月加入LSTI。3.LTE及LTE-A进展介绍LTE主要分为两个阶段R8和R9。LTER8在2009年3月已经冻结，主要包含了LTE商用的基本功能。LTE中的一些其他功能如MBMS，HomeNB，SON的部分功能等被推迟到R9中研究。LTER9的协议原定是2009年12月冻结，后被推迟到2010年3月。LTE-A属于R10的范畴，主要是对LTE技术的进一步增强，而不是象R9那样是一些功能的补充。LTE-A的需求：1)支持更大的带宽：带宽最大可达100MHz2)支持更高的峰值速率：下行最高可达1Gbps3)支持更短的时延：从idle-connected的控制面时延50ms,在无负荷情况下，用户面时延比LTE的5ms还要小。4)频谱效率：下行30bps/Hz@8*8,上行15bps/Hz@4*45)移动性：可支持更高速率如500km/h4.LTE支持的最高速率LTE的噱头就是高速率，我们所谓的速率指的是小区峰值速率。小区速率主要和以下几个指标挂钩：1)频率带宽：通常考虑标准规定的20MHz，小区峰值速率和带宽成正比；2)MIMO模式，峰值将会根据天线的数量成倍增长；目前主流2*2MIMO，后续考虑支持4*4MIMO；3)HOM：因为是峰值，所以考虑的是单用户在最好的信道条件下，采用最高阶的调制方式（LTE目前支持下行64QAM，上行16QAM）通常在20MHz带宽下，基于2*2MIMO模式，理论上LTE单小区峰值（PHY层）可以达到下行150Mbps，上行75Mbps（基于64QAM），目前情况，由于终端只支持16QAM,所以eNodeB支持上行16QAM，峰值速率50Mbps。（一些竞争对手通过做一些改动，宣称170Mbps下载都没有考虑资源开销，只能应用于宣传）。另外提到的一个高速率是单用户峰值速率，这个速率和终端的能力挂钩，目前业界主流的商用LTE终端是category3的终端，支持100Mbps下载，50Mbps上行。5.LTE的网络结构是怎么样的？每个网元的基本功能是什么？LTE采用了与2G、3G均不同的空中接口技术、即基于OFDM技术的空中接口技术，并对传统3G的网络架构进行了优化，采用扁平化的网络架构，亦即接入网E-UTRAN不再包含RNC，仅包含节点eNB，提供E-UTRA用户面PDCP/RLC/MAC/物理层协议的功能和控制面RRC协议的功能。E-UTRAN的系统结构参见下图的LTEE-UTRAN系统结构图所示。eNBMME/S-GWMME/S-GWeNBeNBS1S1S1S1X2X2X2E-UTRAN图1E-UTRAN结构eNB之间由X2接口互连，每个eNB又和演进型分组核心网EPC通过S1接口相连。S1接口的用户面终止在服务网关S-GW上，S1接口的控制面终止在移动性管理实体MME上。控制面和用户面的另一端终止在eNB上。上图中各网元节点的功能划分如下（具体细分功能请参照指导书）：eNB功能LTE的eNB除了具有原来NodeB的功能之外，还承担了原来RNC的大部分功能，包括有物理层功能、MAC层功能（包括HARQ）、RLC层（包括ARQ功能）、PDCP功能、RRC功能（包括无线资源控制功能）、调度、无线接入许可控制、接入移动性管理以及小区间的无线资源管理功能等。MME功能（可认为处理信令）MME是SAE的控制核心，主要负责用户接入控制、业务承载控制、寻呼、切换控制等控制信令的处理。MME功能与网关功能分离，这种控制平面/用户平面分离的架构，有助于网络部署、单个技术的演进以及全面灵活的扩容。S-GW功能（可认为处理切换）S-GW作为本地基站切换时的锚定点，主要负责以下功能：在基站和公共数据网关之间传输数据信息；为下行数据包提供缓存；基于用户的计费等。PDN网关（P-GW）功能（可认为处理数据）公共数据网关P-GW作为数据承载的锚定点，提供以下功能：包转发、包解析、合法监听、基于业务的计费、业务的QoS控制，以及负责和非3GPP网络间的互联等。6.LTE的关键技术有哪些？1)LTE从架构上看，RNC/BSC这一层取消了，RNC大部分功能如资源调度，拥塞控制等都下移到eNodeB上面，只有部分的加密，安全功能上移到核心网MME这层。2)从空口的关键技术上看，关键技术主要是MIMO，OFDM（正交频分复用）和HOM（highordermodulation高阶调制，64QAM）。在组网上LTE采用ICIC技术，另外，LTE引入了SON（selforganizednetwork）功能降低整网TCO。多址方式LTE采用OFDMA（正交频分多址：OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess）作为下行多址方式。IFFTQAM调制（QPSK/16QAM/64QAM）串-并...加CPOFDM调制子载波映射......信道编码/交织/加扰频频频频图1LTE下行多址方式LTE采用DFT-S-OFDM（离散傅立叶变换扩展OFDM：DiscreteFourierTransformSpreadOFDM）、或者称为SC-FDMA（单载波FDMA：SingleCarrierFDMA）作为上行多址方式。IFFT信道编码/交织/加扰QAM调制（QPSK/16QAM/64QAM）DFTDFT-SOFDM调制加CP...子载波映射......频频频频频频图2LTE上行多址方式多天线技术（Multi-inputMulti-output;MIMO）MIMO是一种用来描述多天线无线通信系统的抽象数学模型，能利用发射端的多个天线各自独立发送信号，同时在接收端用多个天线接收并恢复原信息。该技术最早是由马可尼于1908年提出的，他利用多天线来抑制信道衰落（fading）。根据收发两端天线数量，相对于普通的单输入单输出系统（Single-InputSingle-Output，SISO），MIMO此类多天线技术尚包含早期所谓的“智慧型天线”，亦即单输入多输出系统（Single-InputMulti-Output，SIMO）和多输入单输出系统（Multiple-InputSingle-Output，MISO）。这个技术大家都比较熟悉了，可以参考泰立的学习精要。小区间干扰抑制采用小区间干扰抑制技术可提高小区边缘的数据率和系统容量等。小区间干扰抑制技术主要包括有三类：小区间干扰随机化（Inter-cellinterferencerandomisation），小区间干扰消除（Inter-cellinterferencecancellation），小区间干扰协调（ICIC：Inter-cellinterferencecoordination）。目前来看，其中的小区间干扰协调（ICIC）技术是研究重点。HOM（高阶调制）SON（自组织网络：SelfOrganisingNetwork）包括自配置和自优化等过程.1)自配置过程（self-configuration）自配置定义为一个过程，在该过程中，一个新部署的节点由自动安装过程进行配置，以获得系统运行必要的基本配置。该过程工作于预运行状态（pre-operationalstate）。预运行状态可以理解为从eNB上电，有骨干连接，一直到RF发射机开启为止。预运行状态需要处理如下功能：基本建立（BasicSetup）；2)初始无线建立（InitialRadioConfiguration）；上述功能都属于自配置过程的范畴。自优化过程（self-optimization）自优化过程定义为UE和eNB测量以及性能测量被用于自动调节网络的过程。该过程工作于运行状态（operationalstate）。运行状态可理解为RF接口处于开启状态。7.什么是LTE-A？LTE主要分为两个阶段R8和R9。LTER8在2009年3月已经冻结，主要包含了LTE商用的基本功能。LTE中的一些其他功能如MBMS，HomeNB，SON的部分功能等被推迟到R9中研究。LTER9的协议原定是2009年12月冻结，后被推迟到2010年3月。LTE-A属于R10的范畴，主要是对LTE技术的进一步增强，而不是象R9那样是一些功能的补充。LTE-A系统需求•支持更大的带宽：带宽最大可达100MHz•支持更高的峰值速率：下行最高可达1Gbps•支持更短的时延：从idle-connected的控制面时延50ms,在无负荷情况下，用户面时延比LTE的5ms还要小。•频谱效率：下行30bps/Hz@8*8,上行15bps/Hz@4*4•移动性：可支持更高速率如500km/hLTE-A系统主要涉及四大关键技术：载波聚合，CoMP，Relay，多天线技术。LTEMIMO模式LTE-AMIMO模式1单天线端口，port0单天线端口，port02发射分集发射分集3开环空间复用开环空间复用LTEMIMO模式LTE-AMIMO模式4闭环空间复用，rank1闭环空间复用5MU-MIMOMU-MIMO6闭环空间复用，rank=1单天线端口，端口57单天线端口，端口5多流beamforming(BF)8SDMA(MU-BF)？9其他新的发射模式？8.LTE传输网络需求及其特点LTE传输网络是指eNB与LTE核心网络设备（MME/S-GW）之间的网络，在传输网络中主要处于城域接入网络的范围，如下图所示。GEFE/(GE)eNBeNBGEMMES-GWEthernetSwitchO&MSystemFE/(GE)TransportNetworkTransportNetworkTermi