LTE移动通信技术.docx

1、LTE移动通信技术LTE移动通信技术课程目标：了解移动通信的发展过程以及LTE的位置和网络结构了解E-UTRAN的协议结构和基本技术了解LTE应用的关键技术第章 概述 1 背景介绍1.1移动通信演进过程概述1.12CDMA、TD-CDMA与CDMA200制式对比21.CDA技术演进过程 21.1.4 -SDM技术演进过程31. CA2000技术演进过程 41.2TE简介和标准进展4第2章 LTE主要指标和需求. 频谱划分2.2 峰值数据速率 82 控制面延迟82.4用户面延迟2.5 用户吞吐量 82.6 频谱效率 9.7移动性92.8 覆盖12.9 频谱灵活性102.10与现有3GPP系统的共

2、存和互操作0.11减小CAP和OPEX11第章LTE总体架构 123.1 系统结构123.21 控制面协议结构331和X接口1第4章 物理层244.2 物理资源 25.物理信道 24. 传输信道294.5传输信道与物理信道之间的映射 304.6 物理信号 31.3 随机接入过程 355.1MA子层351. M功能 385.1. 逻辑信道 395.1 逻辑信道与传输信道之间的映射452 R子层41.21 C功能 415.2.PD结构 .3 DCP子层45.1 PDCP功能4253.2PDU结构43第6章 RRC446.2RRC状态 463 AS状态及其与RC状态的关系466.4RRC过程476.

3、1 系统信息 476.4.2连接控制48第章 LT关键技术507.1 双工方式 50.2 多址方式507.3 多天线技术57.5 HARQ和ARQ 57.5. HRQ52.5.2 ARQ 5375.3 AARQ交互54第9章参考资料 6第一章 概述& 知识点移动通信系统的发展过程WCD技术演进过程TD-SCDMA技术演进过程CDMA200技术演进过程一.1 背景介绍一.1.1 移动通信演进过程概述移动通信从2G、3G到3.9G发展过程,是从低速语音业务到高速多媒体业务发展的过程。G正逐渐完善R8的LTE标准:008年1月R8LE 1冻结，208年1月R8 LT RAN2、RAN3、RA4完成功

4、能冻结,209年3月8 LE标准完成,此协议的完成能够满足E系统首次商用的基本功能。无线通信技术发展和演进过程如下图所示图 1.11 无线通信技术发展和演进图一.1.2 WCDM、TD-SCMA与CDM00制式对比表 1. 种制式对比制式WDMACMA00-SDM继承基础SM窄带CDMAM同步方式异步同步同步码片速率384Mc1.2288cps1.28Mcps系统带宽MH1.25MHz.MHz核心网SMAPASI1GS AP语音编码方式RQCELP,VRC,VM-WAMR一.1.3 WCD技术演进过程WD的技术发展路标如下图所示：图 112 WCDM技术发展路标一.1.4 D-SCDMA技术演

5、进过程中兴无线网络设备支持TD近期演进软件平滑升级。TD 演进可分为两个阶段,CDMA技术标准阶段和FDA技术标准阶段。CDMA技术标准阶段可平滑演进到HSPA 。频谱效率接近T。图 1. T-SCDMA技术演进过程一.1.5 CDM000技术演进过程CDMAoe是基于S-95标准的各种CDMA产品的总称,即所有基于CDAone技术的产品,其核心技术均以IS-作为标准 。CDA00 在1MHz频谱带宽内,单载扇提供3072高速分组数据速率 ,1EV-DORe.0提供2.M下行峰值速率,ReA提供3.M下行峰值速率。图 14 CDMA200技术演进过程一.2 LTE简介和标准进展G于2004年1

6、2月开始TE相关的标准工作,LTE是关于UAN和UTRA改进的项目。3PP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LE直接相关的是RN1/2/3/4/工作组。图 1.1 3GPP标准组织与制定阶段第二章 LTE主要指标和需求知识点频谱划分LTE系统需求与其他物理层信道及映射关系3GPP要求LTE支持的主要指标和需求如下图所示。图 .1 LE主要指标和需求概括二.1 频谱划分EUTRA的频谱划分如下表。表 2.11 EUTRA rqncy bandsEUTR ati nUplin（UL)peratngbandBS recieUE ranmiDwl

7、in(D） opain bandS transmE rceveDulex ModeUL_low U_highFDo FDL_high1120 MHz 1980z 2110 Hz 217 MzF21850 H 1910 Hz90 z 190 MzFD37 MHz 785 Mz85MHz 880 MHzFD710 H1755MH 110 H 255 MHFDD52 Mz84 Hz69Mz 84MH6830 Hz40 MH87 MHz885MFDD7200 MH27260 MH 69 zFDD888 Mz15 925Hz 96 MzFDD91749. MHz174.9 MH14.9 MHz 879

8、MHzFDD10170 MH1770 MHz210 2170 MHzFDD1112.9 Hz 15.9MHz1459 Mz 1500.9MHD12698Hz716 MHz728 MHz746HzFD177MHz787 Hz46 MHz756 HFD1788MHz798 MH78Hz78MHzFDD1704 Mz76 Mz734 MHz746 FDD.390 MHz190MHz1900 920 HzTD42010M025 Hz 200H 025 MTD351850MHz 0 MHz5 M191 MHTDD1930 Mz 1990 Hz193 MHz 190 MHzTDD719 z 193Mz91

9、 MHz 1930 MHzTD82570 MHz20 Hz270 MHz 2620 MHzTDD391880Mz120 z1880MHz20 MHzTD40230 MHz24Mz30 MH 2400MzT二.2 峰值数据速率下行链路的瞬时峰值数据速率在20MH下行链路频谱分配的条件下，可以达到100Mbp（5bp/Hz)(网络侧2发射天线,UE侧2接收天线条件下）;上行链路的瞬时峰值数据速率在2MHz上行链路频谱分配的条件下,可以达到5ps(2. bps/z）（UE侧发射天线情况下）。宽频带、MM、高阶调制技术都是提高峰值数据速率的关键所在。二.3 控制面延迟从驻留状态到激活状态,也就是类似于

10、从Relee 的空闲模式到L_DH状态，控制面的传输延迟时间小于100m，这个时间不包括寻呼延迟时间和AS延迟时间；从睡眠状态到激活状态,也就是类似于从Reeae的CELL_PCH状态到ELL_DC状态，控制面传输延迟时间小于0，这个时间不包括DRX间隔。另外控制面容量频谱分配是5MH的情况下,期望每小区至少支持200个激活状态的用户。 在更高的频谱分配情况下，期望每小区至少支持0个激活状态的用户。二.4 用户面延迟用户面延迟定义为一个数据包从E/N边界节点(RAN ede nod）的IP层传输到AN边界节点/U的IP层的单向传输时间。这里所说的RA边界节点指的是RN和核心网的接口节点。在“零

11、负载”（即单用户、单数据流）和“小IP包”(即只有一个P头、而不包含任何有效载荷）的情况下,期望的用户面延迟不超过。二.5 用户吞吐量下行链路：在5% CDF（累计分布函数)处的每z用户吞吐量应达到R6 HSDPA的23倍;每MHz平均用户吞吐量应达到R HSDPA的4倍。此时 HSPA是1发1收,而LTE是2发2收。上行链路：在% CDF处的每Mz用户吞吐量应达到R6SUA的23倍;每MHz平均用户吞吐量应达到R HSUPA的2倍。此时R6 PA是发2收,TE也是1发2收。二.6 频谱效率下行链路：在一个有效负荷的网络中,TE频谱效率（用每站址、每H、每秒的比特数衡量）的目标是R6 HDPA

12、的3倍。此时R6HSPA是发1收,而TE是2发2收。上行链路：在一个有效负荷的网络中，LTE频谱效率（用每站址、每Hz、每秒的比特数衡量)的目标是R6 HSUP的23倍。此时R HSPA是发2收,L也是1发2收。二.7 移动性-UTA能为低速移动（01km/h)的移动用户提供最优的网络性能，能为1120k/h的移动用户提供高性能的服务,对12050km/h（甚至在某些频段下,可以达到00/h）速率移动的移动用户能够保持蜂窝网络的移动性。在R CS域提供的话音和其它实时业务在URA中将通过S域支持，这些业务应该在各种移动速度下都能够达到或者高于UTAN的服务质量。E-URA系统内切换造成的中断时

13、间应等于或者小于GRAN C域的切换时间。超过250km/h的移动速度是一种特殊情况(如高速列车环境)，ETRAN的物理层参数设计应该能够在最高50km/h的移动速度（在某些频段甚至应该支持5km/)下保持用户和网络的连接。二.8 覆盖E-UTRA系统应该能在重用目前N站点和载频的基础上灵活地支持各种覆盖场景,实现上述用户吞吐量、频谱效率和移动性等性能指标。EUT系统在不同覆盖范围内的性能要求如下：覆盖半径在m内：上述用户吞吐量、频谱效率和移动性等性能指标必须完全满足;覆盖半径在30k内：用户吞吐量指标可以略有下降，频谱效率指标可以下降、但仍在可接受范围内，移动性指标仍应完全满足;覆盖半径最大

14、可达10km。二.9 频谱灵活性频谱灵活性一方面支持不同大小的频谱分配,譬如EUTR可以在不同大小的频谱中部署,包括1.4 MH、3 MHz、 MHz、10MH、1 Mz以及20MHz,支持成对和非成对频谱。频谱灵活性另一方面支持不同频谱资源的整合(ivrsectrumranements）。二.10 与现有PP系统的共存和互操作E-TRA与其它3GPP系统的互操作需求包括但不限于： E-URAN和N/GERAN多模终端支持对UN/ERAN系统的测量，并支持E-UTRN系统和UTRAN/GERA系统之间的切换。 E-UTRAN应有效支持系统间测量。 对于实时业务，E-U和UTRAN之间的切换中断

15、时间应低于300ms。 对于非实时业务,-UTRAN和TRAN之间的切换中断时间应低于50ms。 对于实时业务，E-UTAN和GERA之间的切换中断时间应低于00m。对于非实时业务，E-UTAN和ERA之间的切换中断时间应低于500ms。处于非激活状态（类似R6Idle模式或l_PC状态)的多模终端只需监测GRAN,UTA或-UA中一个系统的寻呼信息。二.11 减小AEX和OPE体系结构的扁平化和中间节点的减少使得设备成本和维护成本得以显著降低。第三章 LE总体架构& 知识点无线协议结构S1接口X接口三.1 系统结构采用了与2G、3G均不同的空中接口技术、即基于OFD技术的空中接口技术,并对传

16、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-URN不再包含RC，仅包含节点eNB,提供E-UTRA用户面PC/RLMA/物理层协议的功能和控制面RRC协议的功能。-UTAN的系统结构参见下图的LTEE-TAN系统结构图所示。图 31 EUTN结构eB之间由X2接口互连，每个eNB又和演进型分组核心网EPC通过1接口相连。S1接口的用户面终止在服务网关SGW上，S1接口的控制面终止在移动性管理实体M上。控制面和用户面的另一端终止在eB上。上图中各网元节点的功能划分如下:eNB功能T的eNB除了具有原来NodeB的功能之外，还承担了原来的大部分功能,包括有物理层功能、MAC层功

17、能(包括ARQ）、RLC层(包括RQ功能)、PDP功能、RC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。具体包括有: 无线资源管理:无线承载控制、无线接纳控制、连接移动性控制、上下行链路的动态资源分配(即调度）等功能I头压缩和用户数据流的加密 当从提供给UE的信息无法获知到ME的路由信息时，选择E附着的ME 路由用户面数据到S-G 调度和传输从ME发起的寻呼消息调度和传输从MME或O&M发起的广播信息用于移动性和调度的测量和测量上报的配置 调度和传输从ME发起的EWS(即地震和海啸预警系统)消息 ME功能 MM是E的控制核心,主要负责用户

18、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。 NAS信令 NA信令安全 A 安全控制 3PP无线网络的网间移动信令 ide状态UE的可达性（包括寻呼信号重传的控制和执行)跟踪区列表管理 P-GW和 SGW 的选择 切换中需要改变MM时的ME选择 切换到G或3GPP网络时的SGSN选择 漫游 鉴权 包括专用承载建立的承载管理功能支持S信号传输S-GW功能 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

19、计费等。NB间切换时，本地的移动性锚点GPP系统间的移动性锚点EUTRAN dle状态下,下行包缓冲功能、以及网络触发业务请求过程的初始化合法侦听 包路由和前转 上、下行传输层包标记运营商间的计费时,基于用户和QCI粒度统计 分别以UE、DN、QC为单位的上下行计费PDN网关(P-GW）功能 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3PP网络间的互联等。 基于每用户的包过滤(例如借助深度包探测方法）合法侦听 UE 的IP地址分配下行传输层包标记上下行业务级计费、门控和速率控制 基于聚合最大比特速率（ABR)

20、的下行速率控制从上图中可见，新的T架构中,没有了原有的u和Iub以及Iu接口,取而代之的是新接口S1和X2。E-UTRAN和EP之间的功能划分图,可以从TE在S接口的协议栈结构图来描述,如下图所示黄色框内为逻辑节点，白色框内为控制面功能实体,蓝色框内为无线协议层。图.12ERAN和EC的功能划分三.2 无线协议结构三.2.1 控制面协议结构控制面协议结构如下图所示。图3.2 控制面协议栈PP在网络侧终止于eB，需要完成控制面的加密、完整性保护等功能。RLC和A在网络侧终止于NB,在用户面和控制面执行功能没有区别。RC在网络侧终止于eB，主要实现广播、寻呼、RR连接管理、RB控制、移动性功能、的

21、测量上报和控制功能。NS控制协议在网络侧终止于MME,主要实现ES承载管理、鉴权、CM（EPS连接性管理）dle状态下的移动性处理、E idl状态下发起寻呼、安全控制功能。三.2.2 用户面协议结构用户面协议结构如下图所示。图 22 用户面协议栈用户面PDP、C、MC在网络侧均终止于eNB，主要实现头压缩、加密、调度、ARQ和HRQ功能。三.3 S1和X2接口与2G、3G都不同,1和X2均是LTE新增的接口。三.3.1 S接口1接口定义为E-RA和EPC之间的接口。S接口包括两部分：控制面S1-MM接口和用户面S-接口。S1-ME接口定义为eNB和ME之间的接口；S1-定义为eB和S-G之间的

22、接口。下图为S1-ME和1-U接口的协议栈结构。图 3.31 S1接口控制面（NB-MME)图 3.32 S接口用户面(eNB SGW)已经确定的S1接口支持功能包括有: E-RAB业务管理功能建立，修改，释放 E在M-OECED状态下的移动性功能 TE系统内切换与3GP系统间切换S1寻呼功能 AS信令传输功能 S接口管理功能：错误指示复位网络共享功能漫游和区域限制支持功能 N节点选择功能 初始上下文建立功能 上下文修改功能MME负载均衡功能 位置上报功能消息传输功能 过载功能 A信息管理功能已经确定的S接口的信令过程有: E-RAB信令过程：-RAB建立过程 E-RAB修改过程ME发起的E-

23、RAB释放过程 NB发起的E-R释放过程切换信令过程:切换准备过程 切换资源分配过程 切换结束过程切换取消过程寻呼过程 N传输过程：上行直传(初始E消息） 上行直传(上行NAS传输）下行直传(下行NAS传输) 错误指示过程:eN发起的错误指示过程 ME 发起的错误指示过程复位过程eNB发起的复位过程 M发起的复位过程初始上下文建立过程UE上下文修改过程S1建立过程 eNB配置更新过程MM配置更新过程位置上报过程：位置上报控制过程位置报告过程 位置报告失败指示过程过载启动过程过载停止过程写置换预警过程直传信息转移过程下图是一个1接口信令过程示例:图 .33 初始上下文建立过程(蓝色部分)i dl

24、e-to-Actie rocedueS1接口和X2接口类似的地方是：S-和X2-U使用同样的用户面协议，以便于eNB在数据反传（at forward)时,减少协议处理。三.3.2 X2接口X2接口定义为各个eNB之间的接口。X2接口包含X2-P和2U两部分,2-CP是各个eNB之间的控制面接口，X-U是各个e之间的用户面接口。下图为X2-CP和X2-U接口的协议栈结构。图3.34 2接口控制面图 3.35 X2接口用户面X2CP支持以下功能: UE在ECMONNECED状态下TE系统内的移动性支持 上下文从源eNB到目标eNB的转移源e和目标eN之间的用户面通道控制切换取消 上行负荷管理通常的

25、2接口管理和错误处理功能：错误指示已经确定的X2CP接口的信令过程包括有：切换准备切换取消 上下文释放错误指示 负载管理小区间负载管理通过2接口来实现。LOAD IICOR消息用做NB间的负载状态通讯，如下图所示:图 3.3 2接口OAD INDCATR消息物理层三.4 帧结构L支持两种类型的无线帧结构: 类型1，适用于FDD模式;类型2，适用于DD模式。帧结构类型如下图所示。每一个无线帧长度为1m,分为10个等长度的子帧,每个子帧又由2个时隙构成,每个时隙长度均为5s。图 3.41 帧结构类型1对于DD,在每一个10ms中，有0个子帧可以用于下行传输，并且有1个子帧可以用于上行传输。上下行传输在频域上进行分开。三.5 物理资源L上下行传输使用的最小资源单位叫做资源粒子（R:Resorce Element)。LE在进行数据传输时，将上下行时频域物理资源组成资源