LTE技术分析.docx

1、LTE技术分析Long Term Evolution (LTE)目录LTE发展概况LTE标准发展LTE协议栈LTE关键技术LTE产业发展LTE发展概况 LTE是指3GPP长期演进（Long Term Evolution） LTE是3.9G的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术 为了满足未来业务需求和保证在更长的时间范围内保持竞争领先，3GPP于04年底启动无线接入技术的长期演进(LTE)计划 LTE演进项目主要目标包括了降低端到端的延时、 更高的数据传输速率、改善系统容量和覆盖、降低运营成本等 按照双工方式可分为频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种 其中TDD LTE即为中国的3G

2、标准TD-SCDMA的演进TD-LTE 3GPP还开展了一项平行研究：即系统架构演进（SAE），来展示核心网络的演进要点。这是一个基于IP的扁平网络体系结构，旨在简化网络操作，确保平稳、有效地部署网络LTE发展概况移动通信技术的演进与融合4G标准主要可以分成WIMAX 802.16m和LTE-Advanced两大体系，而LTE-Advanced下又细分成TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advanced两条分支，最终4G标准出炉可能就是采用上述框架LTE成为移动通信技术演进的主流方向LTE发展概况LTE网络架构 E-UTRAN中只有一种网元eNode B EPC演进分组核心网 E

3、PS演进分组系统LTE发展概况LTE网络架构 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eNode B，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eNode B与EPC通过S1接口连接；eNode B之间通过X2接口连接；eNode B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PCGTSG GERANTSG RANTSG SATSG CT技术验证LTE标准发展相关标准组织

4、 NGMN：即Next Generation Mobile Network，成立于2006年9月，由中国移动、英国Vodafone和Orange、日本NTT DoCoMo、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20102020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The 3rd Generation Partnership Project 负责制订3G及LTE等

5、国际标准 LSTI：即LTE/SAE Trial Initiative，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 以运营商为主导，研究可在20102020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LTE标准发展 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（Release 8） 定义了L

6、TE的基本功能 2010年3月发布第二版（Release 9） 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 Release 10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LTE TDD技术提案 2007年，我国成立IMT-Advanced(4G)推进组，并且在我国主导和

7、全球主要运营商和制造商的支持下，半年内将3GPP的两种LTE TDD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FDD LTE标准制定进度一致LTE标准发展基础版本（Release 8）标准化历程LTE标准发展 TD-LTE版本演进TD-LTE与LTE FDD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： 100 Mb/s （

8、20 MHz带宽） 上行峰值速率：50Mb/s （20 MHz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15 km/h环境，系统提供最优性能对于中速15 至120 km/h环境，系统提供较好的性能对于高速120 km/h to 350 km/h环境，系统保证通话能力也考虑

9、高达500 km/h环境中的传输 覆盖范围 一般情况，小区半径5 km,满足所有的性能要求 小区半径30 km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100 km的情况LTE关键技术 LTE基本要求 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

10、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关键技术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

11、其中最主要的创新在于： 频分多址系统 MIMO 扁平网络LTE关键技术 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：提高用户容量和系统容量 创新三：扁平网络取消RNC（中央控制节点），只保留一层RAN节点eNodeBeNodeB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M

12、esh连接X2接口扁平化，可扩展更短TTI: 1 ms (2 ms for HSPA). 回程基于IP / MPLS传输。适用IMS，VoIP，SIPLTE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

13、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LTE关键技术OFDMOFDM系统框图OFDM

14、调制的各个子载波信号在频域上正交LTE关键技术OFDMSC-FDMA即DFT-spread OFDMA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（Multiple Input Multiple Output），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

15、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22，上行12天线阵列，LTE发展后期会支持44的天线配置LTE关键技术MIMO MIMO技术主要可以分为： 空间分集（Spatial Diversity）􀂃􀂃 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（Spatial Multiplexing）􀂃􀂃 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

16、/基站并行发射多个数据流，以提高链路容量（峰值速率）。LTE关键技术MIMO 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

17、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关键技术MIMO 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

18、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（Transmission Mode） 3种反馈：CQI、RI、PMILTE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LTE关键技术扁平网络 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eNode BLTE产业发展 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LST

19、I。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TDLTEAdvanced技术天正式成为IMTAdvanced(4G)国际标准 2010年12月，全球首个双频(4)商用网络日前在香港正式商用。该网络由香港运营商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