第2章_LTE背景與概述

1、第2章 LTELTE背景與概述2.1 LTE簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介2.2 什么是什么是3GPP2.3 LTE的背景的背景2.4 LTE標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)程標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)程2.5 LTE的技術(shù)特點(diǎn)的技術(shù)特點(diǎn)2.6 系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（SAE）項(xiàng)）項(xiàng)目目2.1 LTE2.1 LTE簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介2004年，全球微波接入互操作技術(shù)迅猛崛起，幾乎與此同時(shí)第3代合作伙伴計(jì)劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）也著手開(kāi)始了通用移動(dòng)通信系統(tǒng)（Universal Mobile Telecommunications System，UMTS）技術(shù)的長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evo

2、lution，LTE）項(xiàng)目。這項(xiàng)技術(shù)和第3代合作伙伴計(jì)劃2（3rd Generation Partnership Project 2，3GPP2）的超移動(dòng)寬帶（Ultra Mobile Broadband，UMB）技術(shù)被統(tǒng)稱(chēng)為“演進(jìn)型3G”（Evolved 3G，E3G）。2.2 2.2 什么是什么是3GPP3GPP 2.2.1 3GPP的組織結(jié)構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)3GPP的基本組織結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，主要分為4個(gè)技術(shù)規(guī)范組（Technical Specification Group，TSG）。2.2.1 3GPP2.2.1 3GPP的組織結(jié)構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)WG中的標(biāo)準(zhǔn)化工作通常通過(guò)會(huì)議討論的方式推進(jìn)，當(dāng)

3、所有WG成員公司都同意一個(gè)技術(shù)方案時(shí)，該技術(shù)方案就會(huì)被接受，也可能被接受到正在起草的TR/TS中，還可能以會(huì)議記錄的方式作為下一步工作的工作假設(shè)。2.2.3 3GPP2.2.3 3GPP技術(shù)規(guī)范的版本劃分技術(shù)規(guī)范的版本劃分1R99版本版本R99版本的功能于2000年3月確定，是UMTS標(biāo)準(zhǔn)的第一個(gè)正式版本，后續(xù)版本將與R99版兼容。3GPP R99版本的主要特征是在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上繼承了2G系統(tǒng)的GSM/GPRS核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)。2R4版本版本3GPP R4版本功能于2001年3 月確定。3GPP R4與3GPP R99版本相比，在RAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面無(wú)明顯變化，重要的改變是在核心網(wǎng)方面。3R5版本版本隨著

4、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)和無(wú)線因特網(wǎng)的應(yīng)用，WCDMA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸向全I(xiàn)P化方向發(fā)展，先是核心網(wǎng)，然后是全網(wǎng)IP化，R5成為全I(xiàn)P的第一個(gè)版本。2.2.3 3GPP2.2.3 3GPP技術(shù)規(guī)范的版本劃分技術(shù)規(guī)范的版本劃分4R6版本版本（1）HSUPA技術(shù)。（2）多媒體廣播和多播業(yè)務(wù)。（3）擴(kuò)展工作頻段。（4）基于PS和IMS的緊急呼叫業(yè)務(wù)，改變僅電路域支持緊急呼叫業(yè)務(wù)的現(xiàn)狀，提出IMS緊急呼叫業(yè)務(wù)，對(duì)PS有一定的影響。（5）定位業(yè)務(wù)增強(qiáng)。（6）RAN功能的完善。（7）IMS第二階段。（8）基于不同IP連接網(wǎng)的IMS互通。（9）Push業(yè)務(wù)。（10）在線監(jiān)測(cè)。（11）安全性的增強(qiáng)。（12）無(wú)線局域網(wǎng)（W

5、LAN）/UMTS互通。（13）優(yōu)先業(yè)務(wù)。（14）網(wǎng)絡(luò)共享。（15）增強(qiáng)業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）。（16）計(jì)費(fèi)管理。（17）蜂窩一鍵通（PTT over Cellular，PoC）業(yè)務(wù)。2.2.3 3GPP2.2.3 3GPP技術(shù)規(guī)范的版本劃分技術(shù)規(guī)范的版本劃分3GPP UMTS從R99到R6的演進(jìn)可歸結(jié)為表2-1和圖2-2所示。無(wú)線接入網(wǎng)核心網(wǎng)（電路域）核心網(wǎng)（分組域）GSM/GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸速率最高達(dá)72144kbps電路交換基于IP，通過(guò)SGSN和GGSN，采用GTP協(xié)議3GPP R99WCDMA（FDD）無(wú)線數(shù)據(jù) 傳 輸 速 率 最 高 達(dá) 3 8 4 2000kbps無(wú)重大改進(jìn)無(wú)重大改

6、進(jìn)3GPP R4增加了TD-SCDMA控制與承載相分離的軟交換無(wú)重大改進(jìn)3GPPR5/R6增加了HSDPA無(wú)重大改進(jìn)疊加了IP多媒體子系統(tǒng)（IMS），可提供IP多媒體業(yè)務(wù)2.2.3 3GPP2.2.3 3GPP技術(shù)規(guī)范的版本劃分技術(shù)規(guī)范的版本劃分3GPP UMTS各版本之間的演進(jìn)示意圖2.2.3 3GPP2.2.3 3GPP技術(shù)規(guī)范的版本劃分技術(shù)規(guī)范的版本劃分5R7版本版本（1）干擾消除技術(shù)。（2）下行符號(hào)周期減小和高階調(diào)制。（3）延遲降低技術(shù)。（4）用于HSDPA的MIMO技術(shù)。（5）通過(guò)CS域承載IMS話音。（6）支持IMS緊急呼叫對(duì)PS域和IMS的影響。（7）采用OFDM增強(qiáng)HSDPA和

7、HSUPA的可行性研究。（8）位置業(yè)務(wù)的增強(qiáng)。（9）先進(jìn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Advanced Global Navigation Satellite System，A-GNSS）的概念。（10）輔助GPS（Assisted GPS，A-GPS）的最小性能。2.2.3 3GPP2.2.3 3GPP技術(shù)規(guī)范的版本劃分技術(shù)規(guī)范的版本劃分（11）合并業(yè)務(wù)（Combination Services）。（12）端到端QoS的增強(qiáng)。（13）在通用3GPP IP接入系統(tǒng)中支持短信息業(yè)務(wù)（Short Messaging Service，SMS）和多媒體信息業(yè)務(wù)（Multimedia Messaging Servi

8、ce，MMS）。（14）基于WLAN的IMS話音與GSM網(wǎng)絡(luò)的電路域的互通。（15）在R7架構(gòu)中的合法監(jiān)聽(tīng)。（16）GERAN的進(jìn)一步增強(qiáng)。（17）MBMS增強(qiáng)。（18）R7安全性增強(qiáng)。（19）通過(guò)IMS支持電話會(huì)議組與信息組管理。（20）為實(shí)時(shí)通信增強(qiáng)和優(yōu)化IMS。2.2.3 3GPP2.2.3 3GPP技術(shù)規(guī)范的版本劃分技術(shù)規(guī)范的版本劃分（21）UE在高速火車(chē)（最高速度350km/h）場(chǎng)景的性能評(píng)估。（22）可視電話（Video Telephony）業(yè)務(wù)研究。（23）分組數(shù)據(jù)用戶的連續(xù)連接。（24）UTRA塔放（Tower Mounted Amplifier）的研究。（25）UTRAN M

9、BMS業(yè)務(wù)的改進(jìn)。（26）1.28Mchip/s的上行增強(qiáng)。（27）LTE的可行性研究。（28）FDD HSPA演進(jìn)工作范圍研究。2.2.3 3GPP2.2.3 3GPP技術(shù)規(guī)范的版本劃分技術(shù)規(guī)范的版本劃分6R8版本版本（1）3G長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）。（2）3G系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（SAE）。（3）3G家庭節(jié)點(diǎn)B（Home Node B）與家庭演進(jìn)型節(jié)點(diǎn)B（Home eNode B）。（4）LTE和3GPP2、移動(dòng)WiMAX系統(tǒng)之間改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)控制移動(dòng)性研究。（5）3GPP WLAN和3GPP LTE之間互操作和移動(dòng)性的可行性研究。（6）GERAN側(cè)對(duì)GERAN/LTE互操作的支持。（7）基于SMS的增值

10、業(yè)務(wù)。（8）地震與海嘯報(bào)警系統(tǒng)。（9）IMS多媒體電話與補(bǔ)充業(yè)務(wù)。（10）針對(duì)Home Node B的與自組織網(wǎng)絡(luò)（Self Organizing Network，SON）相關(guān)的O&M接口。（11）用于FDD HSDPA的64QAM與MIMO的合并使用。（12）GSM和UMTS系統(tǒng)中的機(jī)器間通信（Machine -to-Machine Communications）等。2.2.3 3GPP2.2.3 3GPP技術(shù)規(guī)范的版本劃分技術(shù)規(guī)范的版本劃分7R9版本版本（1）對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和WLAN網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)縫漫游和業(yè)務(wù)連續(xù)性的需求研究。（2）對(duì)WiMAX/LTE移動(dòng)性的支持。（3）對(duì)WiMAX/U

11、MTS移動(dòng)性的支持。（4）對(duì)IMS緊急呼叫的擴(kuò)展性的支持。（5）對(duì)GPRS系統(tǒng)和EPS系統(tǒng)中IMS緊急呼叫的支持。（6）對(duì)EPS系統(tǒng)中增強(qiáng)話音業(yè)務(wù)的需求研究。（7）對(duì)Home Node B和Home eNode B安全性的研究。（8）對(duì)LTE-Advanced的研究。2.3 LTE2.3 LTE的背景的背景 2.3.1 移動(dòng)通信與寬帶無(wú)線的融合移動(dòng)通信與寬帶無(wú)線的融合不論是寬帶無(wú)線還是移動(dòng)通信，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)其目標(biāo)是基本一致的，那就是“無(wú)處不在的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)”，這兩種技術(shù)發(fā)展的兩條路線及關(guān)系如圖2-3所示。2.3.1 2.3.1 移動(dòng)通信與寬帶無(wú)線的融合移動(dòng)通信與寬帶無(wú)線的融合如圖2-4所示，

12、傳統(tǒng)通信產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)的IT產(chǎn)業(yè)不約而同地認(rèn)識(shí)到無(wú)處不在的移動(dòng)因特網(wǎng)市場(chǎng)的重要性，通過(guò)移動(dòng)因特網(wǎng)平臺(tái)，運(yùn)營(yíng)商可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)滿足用戶對(duì)寬帶IP多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。2.3.2 移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化工作1國(guó)際寬帶移動(dòng)通信研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作國(guó)際寬帶移動(dòng)通信研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作各類(lèi)移動(dòng)通信技術(shù)與無(wú)線寬帶技術(shù)在移動(dòng)性和數(shù)據(jù)速率方面的對(duì)比如圖2-5所示。2.3.2 移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化工作在“十五”（20012005年）期間，我國(guó)通過(guò)實(shí)施以高校為主的國(guó)家“863”FuTURE計(jì)劃，對(duì)B3G關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，取得了令人矚目的成果。2006年11月，F(xiàn)uTURE演示系統(tǒng)在上海成功進(jìn)行了測(cè)試，驗(yàn)證了OFDM、廣義多

13、載波（GMC）、多天線技術(shù)MIMO等4G關(guān)鍵技術(shù)，演示系統(tǒng)通過(guò)多媒體視頻流驗(yàn)證了寬帶無(wú)線傳輸能力，在移動(dòng)環(huán)境下可實(shí)現(xiàn)100Mbps峰值速率，并支持小區(qū)之間的切換。2.4 LTE2.4 LTE標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)程標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)程2.4.1 LTE項(xiàng)目的時(shí)間進(jìn)度項(xiàng)目的時(shí)間進(jìn)度LTE項(xiàng)目的時(shí)間進(jìn)度如圖2-6所示。2.4.1 LTE2.4.1 LTE項(xiàng)目的時(shí)間進(jìn)度項(xiàng)目的時(shí)間進(jìn)度各廠商在此標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)LTE的性能進(jìn)行了大量的仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，部分仿真實(shí)驗(yàn)所體現(xiàn)出的LTE性能如圖2-7所示。2.4.2 LTE2.4.2 LTE協(xié)議結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)至今在該系列下已經(jīng)設(shè)立了70多個(gè)LTE技術(shù)規(guī)范，它們的編號(hào)、

14、名稱(chēng)和主要內(nèi)容見(jiàn)表2-2。2.5 LTE2.5 LTE的技術(shù)特點(diǎn)的技術(shù)特點(diǎn) 2.5.1 LTE基本指標(biāo)基本指標(biāo)LTE系統(tǒng)將從以下幾個(gè)主要目標(biāo)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行考慮。（1）降低每比特成本。（2）擴(kuò)展業(yè)務(wù)的提供能力，以更低的成本、更佳的用戶體驗(yàn)提供更多的業(yè)務(wù)。（3）靈活使用現(xiàn)有的和新的頻段。（4）簡(jiǎn)化架構(gòu)，開(kāi)放接口。（5）實(shí)現(xiàn)合理的終端功耗。（6）盡可能刪減標(biāo)準(zhǔn)中選項(xiàng)（Option）的數(shù)量。（7）系統(tǒng)架構(gòu)需要進(jìn)行較大改變，以實(shí)現(xiàn)LTE的高性能要求。 在TR 25.913中，定義了對(duì)LTE系統(tǒng)的需求指標(biāo)。這些需求可簡(jiǎn)要總結(jié)在表2-3中。2.5.2 LTE2.5.2 LTE系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)E-UTRAN架構(gòu)和

15、E-UTRAN接口的總體原則如下。（1）信令和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的邏輯分割。（2）E-UTRAN和EPC的功能完全區(qū)分于傳輸功能。（3）RRC連接的移動(dòng)性完全由E-UTRAN控制。（4）當(dāng)定義E-UTRAN接口時(shí)，應(yīng)盡可能減少接口功能劃分的選項(xiàng)數(shù)量。（5）一個(gè)接口應(yīng)該基于通過(guò)這個(gè)接口控制的實(shí)體邏輯模型來(lái)設(shè)計(jì)。（6）一個(gè)物理網(wǎng)元可以包含多個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)。2.5.2 LTE2.5.2 LTE系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)E-UTRAN總體系統(tǒng)架構(gòu)在TS 36.300和TS 36.401中描述。如圖2-8所示，E-UTRAN由eNode B構(gòu)成，eNode B之間由X2接口互連，每個(gè)eNode B又和演進(jìn)型分組核心網(wǎng)（Ev

16、olved Packet Corenetwork，EPC）通過(guò)S1接口相連。2.5.3 LTE2.5.3 LTE空中接口空中接口LTE空中接口用戶面協(xié)議棧如圖2-9所示，用戶面協(xié)議包含PDCP子層、RLC子層和MAC子層，這些子層在網(wǎng)絡(luò)側(cè)終止在eNode B，分別實(shí)現(xiàn)頭壓縮、加密、自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ）和混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）功能。2.5.3 LTE2.5.3 LTE空中接口空中接口LTE空中接口控制面協(xié)議棧如圖2-10所示，將非接入層（Non-Access Stratum，NAS）協(xié)議顯示在這里，只是為了說(shuō)明它是UE-EPC通信的一部分。2.5.3 LTE2.5.3 LTE空中接口空中接口圖2-11顯示了總信道帶寬和系統(tǒng)傳輸帶寬（即資源塊數(shù)量）之間的關(guān)系。2.5.4 2.5.4 移動(dòng)性和無(wú)線資源管理移動(dòng)性和無(wú)線資源管理在LTE系統(tǒng)中，UE和eNode B 需要經(jīng)常測(cè)量無(wú)線信道的特性，并向網(wǎng)絡(luò)高層報(bào)告。這些測(cè)量主要包括切換測(cè)量包括同頻切換、異頻切換和RAT（無(wú)線接入技術(shù)）間切換、時(shí)鐘測(cè)量和用于無(wú)線資源管理（RRM）的測(cè)量。R