LTE技术分析Word格式.docx

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LTE发展概况—LTE网络架构

E-UTRAN中只有一种网元—eNodeB

EPC—演进分组核心网

EPS—演进分组系统

整个系统由核心网络（EPC）、无线接入网络（E-UTRAN）和用户设

备（UE）3部分组成

系统支持FDD和TDD两种双工方式，并对传统UMTS网络架构进行了

优化

无线接入网仅包含eNodeB，不再有RNC；

EPC也做了较大的简化。

这使得整个系统呈现扁平化特性

系统的扁平化设计使得接口也得到简化。

其中eNodeB与EPC通过S1

接口连接；

eNodeB之间通过X2接口连接；

eNodeB与UE通过Uu接

口连接

LTE标准发展—相关标准组织

功能需求

标准制定

PCG

TSGGERAN

TSGRAN

TSGSA

TSGCT

技术验证

NGMN：

即NextGenerationMobileNetwork，成立于2006年9月，

由中国移动、英国Vodafone和Orange、日本NTTDoCoMo、德国T-

Mobile、荷兰KPN、美国Sprint等全球六大电信运营商共同成立，旨

在推动下一代移动网络技术发展

–以运营商为主导，研究可在2010～2020年商用的下一代移动网络的需求，制

定未来宽带移动网络的系统性能目标、功能要求和演进方式，为相关标准化

组织、设备制造商开展下一代移动网络的标准化和产品开发提供明确指导

3GPP：

即The3rdGenerationPartnershipProject

–负责制订3G及LTE等国际标准

LSTI：

即LTE/SAETrialInitiative，是一个由网络设备商和运营商推动

成立的开放性组织，成立于2007年5月

2004年11月，在加拿大魁北克举办的3GPP会议上,决定开始3G系统的

长期演进（LTE）的研究项目

2006年6月，LTE的可行性研究阶段基本结束,规范制定阶段开始启动

LTE规范在2009年3月发布第一版（Release8）

–定义了LTE的基本功能

2010年3月发布第二版（Release9）

–主要完善了LTE家庭基站、管理和安全方面的性能，以及LTE微微基站和自组

织管理功能

Release10即LTE-Advanced，已提交ITU作为4G标准，预计2011年3

月完成（包括FDD和TDD）

LTE标准发展—TD-LTE

2005年6月，在法国召开的3GPP会议上,大唐移动联合国内厂家，提出

了基于OFDM的TDD演进模式的方案

2005年11月,在汉城举行的3GPP工作组会议通过了大唐移动主导的针

对TD-SCDMA后续演进的LTETDD技术提案

2007年，我国成立IMT-Advanced（4G）推进组，并且在我国主导和全球

主要运营商和制造商的支持下，半年内将3GPP的两种LTETDD标准融

合为TD-LTE

2010年10月，ITU确定LTE-Advanced和802.16m为4G候选国际标准

，其中，包含我国提交的TD-LTE-Advanced

TD-LTE和FDDLTE标准制定进度一致

LTE标准发展—基础版本（Release8）标准化历程

LTE标准发展—TD-LTE版本演进

TD-LTE与LTEFDD标准化同步，为产业融合发展打下了良好基础

LTE协议栈—分层结构

LTE协议栈—用户平面协议结构

LTE协议栈—控制平面协议结构

LTE关键技术—LTE基本要求

峰值速率

–下行峰值速率：

100Mb/s（20MHz带宽）

–上行峰值速率：

50Mb/s（20MHz带宽）

提高的频谱效率

–下行链路5（bit/s）/Hz，（3--4倍于R6版本的HSDPA）

–上行链路2.5（bit/s）/Hz，是R6版本HSU-PA的2--3倍

更小的延迟

–用户设备UE/无线接入网的IP层和无线接入网/UE的IP层之间一个数据包的单向传输时

间小于5ms

–在控制平面的延迟也进一步减小，从附着状态到激活状态的转换时间小于100ms

移动性

–

对于低速0至15km/h环境，系统提供最优性能

对于中速15至120km/h环境，系统提供较好的性能

对于高速120km/hto350km/h环境，系统保证通话能力

也考虑高达500km/h环境中的传输

覆盖范围

–一般情况，小区半径5km,满足所有的性能要求

–小区半径30km时，允许少许性能损失，但仍能提供常规服务

–也考虑小区半径高达100km的情况

支持灵活带宽配置

–支持六种带宽配置：

1.4MHz,3MHz,5MHz,10MHz,15MHz及20MHz

–支持“paired”和“unpaired”的频谱分配。

保证了将来在系统部署上的灵活性

（FDD和TDD模式）

以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换

QoS保证

–通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务（如VoIP）的服务质量

可容纳用户能力

–带宽5MHz时，每小区至少同时支持200个active的用户

增加了小区边界比特速率

强调向下兼容

–支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作

与3G相比，LTE更具技术优势，主要体现在：

高数据速率、分组传送、

延迟降低、广域覆盖和向下兼容

LTE根据双工方式的不同,分为FDD和TDD两种模式

LTE多址技术下行采用OFDMA，上行采用SC-FDMA

多天线技术：

MIMO

高阶调制

链路自适应技术—AMC（自适应调制编码）

HARQ（混合自动请求重传）

快速MAC调度技术

简化的网络架构,采用扁平化全IP网络架构,减少系统时延

频谱利用率相对于3G提高2-3倍，5MHz带宽内至少支持200用户

其中最主要的创新在于：

–频分多址系统

–MIMO

–扁平网络

创新一：

频分多址系统

–下行OFDM：

用户在一定时间内独享一段带宽

–上行SC-FDMA：

具有单载波特性的改进OFDM系统（低峰均比）

创新二：

MIMO（多天线技术）

–下行MIMO：

发射分集：

改善覆盖（大间距天线阵）

空间复用：

提高峰值速率和系统容量

波束赋形：

改善覆盖（小间距天线阵）

空间多址：

提高用户容量和系统容量

–上行MIMO：

空间多址：

创新三：

扁平网络

取消RNC（中央控制节点），只保留一层RAN节点——eNodeB

eNodeB和核心网采用基于IP路由的灵活多重连接——S1-flex接口

相邻eNodeB采用Mesh连接——X2接口

扁平化，可扩展

更短TTI:

1ms（2msforHSPA）.回程基于IP/MPLS传输。

适用IMS，VoIP，SIP

LTE关键技术—OFDM

LTE中传输技术采用OFDM调制技术，其原理是将高速数据流通过串并变换，

分配到传输速率较低的若干个相互正交的子信道中进行并行传输。

由于每个子

信道中的符号周期会相对增加，因此可以减轻由无线信道的多径时延扩展产生

的时间弥散性对系统造成的影响

LTE定义了长短两套循环前缀（CP）方案，根据具体的使用场景进行选择；

短

CP方案为基本项，长CP方案用于支持LTE系统中大范围覆盖和多小区广播业

务

LTE规定了下行采用OFDMA，上行采用SC-FDMA的多址方案

–保证了使用不同频谱资源用户间的正交性

–OFDMA中一个传输符号包括并行传输的M个正交的子载波，而在SC-FDMA机制中M个

正交子载波以串行方式进行传输，降低了信号较大的幅度波动，降低了峰均比

–为了保证上行多用户之间的正交性，要求各用户的上行信号在CP长度的误差范围之内

同时到达eNodeB，因此eNodeB需要根据用户远近位置来调整各用户的发射时间。

LTE系统对OFDM子载波的调度方式也更加灵活，具有集中式和分布式两种，

并灵活地在这两种方式间相互转化。

上行除了采用这种调度机制之外，还可以

采用竞争（Contention）机制

OFDM系统框图

OFDM调制的各个子载波信号在频域上正交

SC-FDMA即DFT-spreadOFDMA

峰均比小于OFDMA，有利于提高功放效率

易于实现频域的低复杂度的高效均衡器

易于对FDMA采用灵活的带宽分配

SC-FDMA系统框图

LTE关键技术—MIMO

MIMO即多输入多输出（MultipleInputMultipleOutput），是一种多

天线技术

充分地利用MIMO能够大幅度地提高系统容量、获得相当高的频谱利用

率，从而可以获得更高的数据率、更好的传输品质或更大的系统覆盖范

围

–阵列增益：

可以提高发射功率和进行波束形成

–系统的分集特性：

可以改善信道衰落造成的干扰

–系统的空间复用增益：

可以构造空间正交的信道，从而成倍地增加数据率

LTE系统分别支持适应于宏小区、微小区、热点等各种环境的MIMO技

术。

基本的MIMO模型是下行2×

2，上行1×

2天线阵列，LTE发展后

期会支持4×

4的天线配置

MIMO技术主要可以分为：

–空间分集（SpatialDiversity）􀂃

􀂃

利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，发射或接收一个数据

流，避免单个信道衰落对整个链路的影响

–空分复用（SpatialMultiplexing）􀂃

利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向一个终端/基站并行

发射多个数据流，以提高链路容量（峰值速率）。

–波束赋形（Beamforming）􀂃

利用较小间距的天线阵元之间的相关性，通过阵元发射的波之间形成干涉，集中能

量于某个（或某些）特定方向上，形成波束，从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果

–空分多址（SDMA）􀂃

利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向多个终端并向发射数

据流，或从多个终端并行接收数据流，以提高用户容量

又可以称为多用户MIMO（MU-MIMO），相对单用户MIMO（SU-MIMO），空分

多址可以获得更大的多用户分集增益，也更适合于用户数量较多，数据率较低的情

况（如提高VoIP用户容量）

LTE系统中采用的MIMO技术

–发射分集（下行）：

2天线：

SFBC

4天线：

SFBC+FSTD

–空间复用（下行）：

单用户MIMO（SU-MIMO）

开环空间复用：

大延迟CDD

闭环空间复用：

自适应预编码（码本）

最多4个层，2个码字

–波束赋形（下行）：

非码本预编码

主要用于TD-LTE

单层（R9会扩展到2层，R10（LTE-Advanced）会扩展到多层）

–空间多址（上行、下行）：

多用户MIMO（MU-MIMO）

其中下行的MIMO模式（波束成行，发射分集和空间复用）适用于不同的信噪

比条件并可以相互转化

–波束成型和发射分集适用于信噪比条件不高的场景中，用于小区边缘用户有利于提高

小区的覆盖范围

–空间复用模式适用于信噪比较高的场景中，用于提高用户的峰值速率

7种传输模式（TransmissionMode）

3种反馈：

CQI、RI、PMI

LTE关键技术—扁平网络

分组域向EPC演进，EPC节点少，架构扁平，具有高吞吐率和低时延的优点

LTE驱动无线接入网和核心网彻底转型全IP网络

接入网中原RNC的大部分功能下放到eNodeB，E-UTRAN中只有一种网元—eNodeB

2009年8月，TD-LTE国内完成了6个厂家概念试验（P0C），测试结果提

交LSTI。

随后的9月份启动TD-LTE技术试验

2009年10月，中国移动首次进行了TD-LTE的外场测试

2010年3月，TD-LTE第一阶段外场测试完成

2010年4月，中国移动承建的全球首个TD-LTE演示网络在上海开通,成

为上海世博会上的一大亮点

2010年10月，ITU（国际电信联盟）确定我国提交的的TD—LTE—

Advanced技术天正式成为IMT—Advanced（4G）国际标准

2010年12月，全球首个双频ＬＴＥ（4Ｇ）商用网络日前在香港正式商用

。

该网络由香港运营商ＣＳＬ和中兴通讯合力建设

2011年1月，工信部召开会议正式宣布启动TD-LTE规模技术试验,该试

验于上海、深圳、广州、南京、厦门、杭州六城市进行

LTE产业发展—TD-LTE产业测试进展