教学PPT-移动通信（第五版）（章坚武）第8章优质PPT.pptx

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LTE的关键需求概括描述如下1峰值速率：

上、下行各20MHz带宽条件下，下行峰值速率为100Mb/s，上行峰值速率为50Mb/s。

2控制面延迟：

空闲状态到激活状态的转换时间小于100ms。

3控制面容量：

5MHz带宽下，每小区应至少支持200个激活用户。

4用户面延迟：

系统在单用户、单业务流以及小IP包条件下，用户面延迟小于5ms。

第8章第四代移动通信系统（4）5用户吞吐量：

下行用户平均吞吐量为R6HSDPA的23倍。

6频谱效率：

在有负荷的网络中，下行频谱效率为R6HSDPA的34倍,上行频谱效率为R6HSDPA的23倍。

7移动性：

演进系统需优化在低速（0km/h15km/h）情况下；

较高的性能下仍支持高移动速度（15km/h120km/h）；

系统在120km/h350km/h的移动速度下可用。

8系统覆盖：

小区半径为5km的情况下，系统吞吐量、频谱效率和移动性等指标符合需求定义要求；

小区半径为30km的情况下，上述指标略有降低；

系统能够支持半径为100km的小区；

演进系统支持在1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz和20MHz带宽部署，支持成对和非成对频谱。

第8章第四代移动通信系统（4）9系统共存以及与其他3GPP接入技术的互联互通：

支持UTRAN和GERAN的演进系统多模终端，应该能够支持与UTRAN和GERAN之间的测量和切换。

10系统结构：

基于分组的、单一的、支持端到端QoS的系统结构。

11无线资源管理需求：

增强支持端到端QoS；

支持在不同接入网技术之间负荷分担和策略管理。

12系统复杂度方面：

最小化可选项，无冗余的必选项。

第8章第四代移动通信系统（4）8.3LTE的关键技术LTE采取了一系列先进的无线接口技术来满足LTE的需求，概括起来有3种基本技术：

多载波技术、多天线技术及分组交换无线接口。

这些基本技术保证了LTE的高数据速率和高频谱效率。

8.3.1多载波技术在LTE中，第一个主要的设计是采用以OFDM技术为基础的多址接入方式。

对多种提案经过筛选，下行方案采用正交频分多址接入（OFDMA）技术，上行方案采用单载波频分多址接入（SCFDMA）技术。

其频域多址接入如图745所示。

第8章第四代移动通信系统（4）图82从频域角度看LTE多址接入技术第8章第四代移动通信系统（4）OFDMA是对多载波技术OFDM的扩展，从而提供了一个非常灵活的多址接入方案。

OFDM把有效的信号传输带宽细分为多个窄带子载波，并使其相互正交，任一个子载波都可以单独或成组地传输独立的信息流；

OFDMA技术则利用有效带宽的细分在多用户间共享子载波。

我们在第4章已经知道OFDM具有许多优点，但由于OFDM信号的峰均功率比（PAPR）较高，需要一个线性度较高的射频功率放大器，使发射机成本大大提高，因此并不适合用于上行链路传输。

对于上行链路，采用与OFDM技术很相似的SCFDMA技术。

第8章第四代移动通信系统（4）SCFDMA是单载波频域均衡（SCFDE）的多用户扩展。

SCFDE与OFDM技术大部分相似，不同之处在于IFFT的位置和作用，OFDM中的IFFT在发射机，用于将不同用户数据调制到不同载波，而SCFDE中IFFT在接收机，用于将频域信号转换到时域。

两者在性能上相当，但是SCFDE可以显著降低PAPR。

第8章第四代移动通信系统（4）8.3.2多天线技术使用多天线技术（MIMO），可以把空间域作为另一个新资源。

在追求更高频谱效率的要求下，多天线技术已经成为最基本的解决方案之一。

空间分集天线配置专门针对LTE设计。

实际上，LTE系统规定了三类天线技术：

MIMO、波束成形和分集方法。

对提升信号鲁棒性、实现LTE系统能力来说，这三种技术都非常关键。

第8章第四代移动通信系统（4）多天线技术可以用各种方式实现，主要基于3个基本原则：

1分集增益：

利用多天线提供的空间分集来改善多径衰落情况下传输的健壮性。

2阵列增益：

通过预编码或波束成形使能量集中在一个或多个特定方向上。

这也可以为在不同方向上的多个用户同时提供业务（即所谓的多用户MIMO）。

3空间复用增益：

在可用天线组合所建立的多重空间层上，将多个信号流传输给单个用户。

第8章第四代移动通信系统（4）8.3.3分组交换无线接口LTE是完全面向分组交换的多业务系统，为了改善系统的时延，数据包传输时间由HSDPA中的2ms进一步缩短为1ms。

这么短的传输时间间隔，加上新的频率和空间维度，进一步扩展了MAC层和物理层之间跨层领域的技术，包含：

1频域和空间资源的自适应调度。

2MIMO配置的自适应，包括同时传输空间层数的选择。

3调制和编码速率的链路自适应，其中包括传输码字数量的自适应。

4快速信道状态报告的若干模式。

第8章第四代移动通信系统（4）8.4LTE协议综述8.4.1LTE系统架构LTE系统无线侧以MIMO和64QAM等技术为基础，可实现100Mb/s以上速率。

同时LTE系统只存在PS域，在系统架构上，LTE在3GPP原有系统架构上进行演进，但对原3G系统的NodeB、RNC、CN进行功能整合，系统设备简化为eNodeB和EPC（EvolvedPacketCore）两种网元。

整个LTE系统由核心网（EPC）、基站（eNodeB或eNB）和用户设备（UE）三部分组成。

其中，eNodeB负责接入网部分，也称EUTRAN；

EPC负责核心网部分，EPC处理部分称为移动管理模块（MME，MobilityManagementEntity），数据处理部分称为系统架构演进（SAE，SystemArchitectureEvolution）网关。

eNodeB与EPC通过S1接口连接，eNodeB之间通过X2接口连接，UE与eNodeB通过Uu接口连接。

LTE网络架构如图8-3所示。

第8章第四代移动通信系统（4）图8-3LTE系统网络架构第8章第四代移动通信系统（4）2.LTE协议栈LTE协议栈分为3层，分别为物理层（PHY）、媒体接入控制层（MAC）及无线资源控制层（RRC），如图84所示。

第8章第四代移动通信系统（4）图84LTE协议栈第8章第四代移动通信系统（4）LTE空中接口是EUTRAN与UE之间的接口，分为用户面和控制面。

用户面包括分组数据汇聚协议（PDCP，PacketDataConvergenceProtocol）子层、无线链路控制（RLC，RadioLinkControl）子层、MAC子层和物理层。

在网络侧，PDCP子层位于aGW（接入网关），RLC子层、MAC子层和物理层位于eNB。

PDCP子层完成IP头压缩、完整性保护和加密；

RLC子层、MAC子层完成调度、ARQ和HARQ功能；

物理层完成信道编/解码、调制/解调、MIMO处理、测量和指示、HARQ合并、功率控制、频率和时间同步、切换、链路适配、物理资源映射、射频信号传输等。

控制面部分包括非接入层（NAS，NonAccessStratum）、PDCP子层、RRC子层、RLC子层、MAC子层和PHY子层（物理层）。

用户面协议栈和控制面协议栈分别如图85、图86所示。

第8章第四代移动通信系统（4）图85用户面协议栈第8章第四代移动通信系统（4）图86控制面协议栈第8章第四代移动通信系统（4）8.4.3LTE帧结构LTE系统同时定义了频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种方式，这分别是在WCDMA和TDSCDMA系统上演进的结果，这些帧结构保证了3G到LTE的平滑演进。

图750和图751分别给出了LTEFDD和LTETDD两种无线帧结构。

它们都统一定义为10ms，每个无线帧包含10个子帧，每个子帧1ms。

每个子帧又定义成两个时隙，每个时隙0.5ms。

每个无线帧包括两个长度Tf=153600Ts=5ms的半帧。

第8章第四代移动通信系统（4）图87LTEFDD帧结构第8章第四代移动通信系统（4）图88LTETDD帧结构第8章第四代移动通信系统（4）8.4.4无线传输方案1）下行传输方案LTE下行传输方案采用传统的带循环前缀（CP）的OFDMA,每一个子载波占用15kHz。

数据调制采用QPSK、16QAM和64QAM这三种方式。

信道编码以Turbo码为基础，同时也考虑采用低密度奇偶校验码（LDPC,LoweDnsityParityCheckcodes），后者可获得比前者高的编码增益，在解码复杂度上也略有减小。

下行MIMO技术的基本配置是22，即基站和UE各有两个天线，更高的下行配置也可支持44的MIMO。

小区搜索的设计主要集中在同步信道的设计和小区序列的设计上，采用主同步信道进行小区同步，采用辅同步信道进行小区标识（ID）的检测。

在主同步信道上采用公共的导频序列，而在辅同步信道上各小区采用不同的导频序列。

目前可供参考的码有PN、ZC（ZadoffChu）和Frank序列。

第8章第四代移动通信系统（4）2）上行传输方案上行传输方案采用带循环前缀的SCFDMA，使用DFT获得频域信号，然后插入零符号进行扩频，扩频信号再通过IDFT转换到时域，这个过程称为DFTSOFDM。

使用DFTSOFDM保证了上行用户间在频域相互正交，以及在接收机一侧得到有效的频域均衡。

子载波映射决定了频谱资源的分配，有两种方式：

一种是局部式（localized）传输，即DFT的输出映射到连续的子载波上；

另一种是分布式（distributed）传输，即DFT的输出映射到不连续的子载波上。

目前上行方案确定采用局部式传输。

上行调制与下行调制相同，主要采用QPSK、16QAM和64QAM。

上行编码也与下行编码相同。

第8章第四代移动通信系统（4）上行的MIMO技术配置与下行有所不同，采用了一种特殊的称为虚拟（Virtual）MIMO的技术，通常是22的虚拟MIMO，两个UE各有一个发射天线，并共享相同的时频资源。

这些UE采用相互正交的参考信号图谱，以简化eNB的处理。

从UE的角度看，22虚拟MIMO与单天线传输的不同之处仅仅在于参考信号图谱的使用必须与其他UE配对，基站接收机可以对这两个UE发送的信号进行虚拟MI