LTE無線通信系統(tǒng)

LTE無線通信系統(tǒng)LTE背景介紹TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議棧介紹LTE物理層結(jié)構(gòu)介紹LTE層2結(jié)構(gòu)介紹TD-LTE與WLAN區(qū)別LTE無線通信系統(tǒng)1LTE背景介紹1.1LTE的概念和設(shè)計目標(biāo)1.2LTE的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程1.3SAE簡介1.43GPP簡介LTE背景介紹什么是LTE？長期演進(jìn)LTE(LongTermEvolution)是3GPP主導(dǎo)的無線通信技術(shù)的演進(jìn)。接入網(wǎng)將演進(jìn)為E-UTRAN

(EvolvedUMTSTerrestrialRadioAccessNetwork)。連同核心網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)將演進(jìn)為SAE

(SystemArchitectureEvolution)，后改名EPS（EvolvedPacketSystem）。LTE的設(shè)計目標(biāo)帶寬靈活配置：支持1.4MHz,3MHz,5MHz,10Mhz,15Mhz,20MHz峰值速率(20MHz帶寬）：下行100Mbps，上行50Mbps控制面延時小于100ms，用戶面延時小于50ms能為速度>350km/h的用戶提供100kbps的接入服務(wù)支持增強(qiáng)型MBMS（E-MBMS）取消CS域，CS域業(yè)務(wù)在PS域?qū)崿F(xiàn)，如VOIP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化，低成本建網(wǎng)3GPP的目標(biāo)是打造新一代無線通信系統(tǒng)，超越現(xiàn)有無線接入能力，全面支撐高性能數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的，“確保在未來10年內(nèi)領(lǐng)先”。LTE背景介紹LTE的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程2004年12月3GPP正式成立了LTE的研究項(xiàng)目。原定2006年6月完成的研究項(xiàng)目SI（StudyItem）推遲到2006年9月。完成可行性研究，并輸出技術(shù)報告。2006年9月正式開始工作項(xiàng)目WI（WorkItem）/標(biāo)準(zhǔn)制定階段。接著進(jìn)入Stage3(Protocol)研究階段，在各個子組會議上進(jìn)行討論。2008年12月推出首個商用協(xié)議版本。LTE主要涉及36.xxx系列協(xié)議。目前協(xié)議仍在不斷完善中。LTEWIstageLTESIstageDelayed2006Mar2006Jun2006Sep2005Dec2006Dec2007Dec2008Dec2007Jun2008Jun2007Mar2007Sep2008Mar2008Sep2009MarLTEenhancementandimprovementLTERel8(Approval)LTESILTEWILTERel8(Specfinished)LTE背景介紹SAE簡介系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)SAE（SystemArchitectureEvolution），是為了實(shí)現(xiàn)LTE提出的目標(biāo)而從整個系統(tǒng)架構(gòu)上考慮的演進(jìn)，后改名為EPC（EvolvedPacketCore）主要包括：功能平扁化，去掉RNC的物理實(shí)體，把部分功能放在了E-NodeB，以減少時延和增強(qiáng)調(diào)度能力（如，單站內(nèi)部干擾協(xié)調(diào)，負(fù)荷均衡等，調(diào)度性能可以得到很大提高）把部分功能放在了核心網(wǎng)，加強(qiáng)移動交換管理，采用全I(xiàn)P技術(shù)，實(shí)行用戶面和控制面分離。同時也考慮了對其它無線接入技術(shù)的兼容性。LTE背景介紹3GPP簡介3GPP（3rdGenerationPartnershipProject）成立于1998年12月，是一個無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)組織，由一系列的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟作為成員（OrganizationalPartners）。目前有ARIB（日本）,CCSA（中國）,ETSI（歐洲）,ATIS（美洲）,TTA（韓國）,andTTC（日本）等。3GPP分為標(biāo)準(zhǔn)工作組TSG和管理運(yùn)維組兩個部分。TSG主要負(fù)責(zé)各標(biāo)準(zhǔn)的制作修訂工作，管理運(yùn)維組主要負(fù)責(zé)整理市場需求，并對TSG和整個項(xiàng)目的運(yùn)作提供支持。TSG（TechnicalSpecificationGroups）TSGGERAN:GERAN無線側(cè)相關(guān)(2G)；TSGRAN:無線側(cè)相關(guān)(3GandLTE)；TSGSA(ServiceandSystemAspects):負(fù)責(zé)整體的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和業(yè)務(wù)能力；TSGCT(CoreNetworkandTerminals):負(fù)責(zé)定義終端接口以及整個網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)相關(guān)部分。LTE背景介紹規(guī)范編號規(guī)范名稱內(nèi)容TR25.913E-UTRA需求定義LTE的需求TS36.201LTE物理層總體描述E-UTRA空中接口的物理層總體描述TS36.211物理信道和描述描述E-UTRA的物理信道TS36.212復(fù)用和信道編碼定義E-UTRA物理信道的編碼、映射和復(fù)用TS36.213物理過程定義物理過程特性TS36.214物理層測量包含為了支持空閑狀態(tài)和連接狀態(tài)而進(jìn)行的UE側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)的測量的定義和描述TS36.300E-UTRA的總體描述提供了E-UTRA無線接口協(xié)議框架的總體描述TS36.321MAC協(xié)議規(guī)范描述MAC協(xié)議TS36.322RLC協(xié)議規(guī)范描述RLC協(xié)議TS36.323PDCP協(xié)議規(guī)范描述PDCP協(xié)議TS36.331RRC協(xié)議規(guī)范描述RRC協(xié)議TS23.401基于GTP的SAE架構(gòu)及功能TS24.301UE與MME間的NAS接口LTE無線通信系統(tǒng)LTE背景介紹TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議棧介紹LTE物理層結(jié)構(gòu)介紹LTE層2結(jié)構(gòu)介紹TD-LTE與WLAN區(qū)別TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)頻域多址技術(shù)—OFDM/SC-FDMAMIMO技術(shù)高階調(diào)制技術(shù)HARQ技術(shù)鏈路自適應(yīng)技術(shù)—AMC快速M(fèi)AC調(diào)度技術(shù)小區(qū)干擾消除多址技術(shù)更大的帶寬和帶寬靈活性隨著帶寬的增加，OFDMA信號仍將保持正交，而CDMA的性能會受到多徑的影響

在同一個系統(tǒng)，使用OFDMA可以靈活處理多個系統(tǒng)帶寬

扁平化架構(gòu)當(dāng)分組調(diào)度的功能位于基站時，可以利用快速調(diào)度、包括頻域調(diào)度來提高小區(qū)容量。頻域調(diào)度可通過OFDMA實(shí)現(xiàn)，而CDMA無法實(shí)現(xiàn)

便于上行功放的實(shí)現(xiàn)

SC-FDMA相比較OFDMA可以實(shí)現(xiàn)更低的峰均比,有利于終端采用更高效率的功放

簡化多天線操作

OFDMA相比較CDMA實(shí)現(xiàn)MIMO容易LTE多址技術(shù)的要求多址技術(shù)OFDM基本思想OFDM將頻域劃分為多個子信道，各相鄰子信道相互重疊，但不同子信道相互正交。將高速的串行數(shù)據(jù)流分解成若干并行的子數(shù)據(jù)流同時傳輸OFDM子載波的帶寬<信道“相干帶寬”時，可以認(rèn)為該信道是“非頻率選擇性信道”，所經(jīng)歷的衰落是“平坦衰落”O(jiān)FDM符號持續(xù)時間<信道“相干時間”時，信道可以等效為“線性時不變”系統(tǒng)，降低信道時間選擇性衰落對傳輸系統(tǒng)的影響多址技術(shù)OFDM的正交性-時域描述多址技術(shù)OFDM的正交性-頻域描述多址技術(shù)保護(hù)間隔與循環(huán)前綴-無保護(hù)間隔第1徑第2徑第1徑的第2個符號與第2徑的第1個符號疊加干擾在沒有保護(hù)間隔的情況下，由于多徑的存在，各徑之間將在交疊處產(chǎn)生符號間干擾(ISI)多址技術(shù)保護(hù)間隔與循環(huán)前綴-加保護(hù)間隔保護(hù)間隔為了最大限度地消除符號間干擾，在OFDM符號之間插入保護(hù)間隔，保護(hù)間隔長度大于無線信道的最大時延擴(kuò)展，這樣一個符號的多徑分量不會對下一個符號造成干擾

多址技術(shù)保護(hù)間隔與循環(huán)前綴-無循環(huán)前綴因多徑延時的存在，空閑的保護(hù)間隔進(jìn)入到FFT的積分時間內(nèi)，導(dǎo)致積分時間內(nèi)不能包含整數(shù)個波形，破壞了載波間的正交性多址技術(shù)保護(hù)間隔與循環(huán)前綴-加循環(huán)前綴FFT積分區(qū)間為了避免空閑保護(hù)間隔由于多徑傳播造成子載波間的正交性破壞，將每個OFDM符號的后時間中的樣點(diǎn)復(fù)制到OFDM符號的前面，形成循環(huán)前綴(cyclicprefix)

只要各徑的延遲不超過Tg，都能保正在FFT的積分區(qū)間內(nèi)包含各徑各子載波的整數(shù)個波形多址技術(shù)下行多址技術(shù)-OFDM系統(tǒng)框圖OFDM調(diào)制的各個子載波信號在頻域上正交多址技術(shù)下行多址技術(shù)-OFDMA示意圖下行上行集中式下行上行分布式多址技術(shù)上行多址技術(shù)-SC-FDMASC-FDMA即DFT-spreadOFDMA峰均比小于OFDMA,有利于提高功放效率易于實(shí)現(xiàn)頻域的低復(fù)雜度的高效均衡器易于對FDMA采用靈活的帶寬分配多址技術(shù)OFDMA示例最大支持64QAM通過CP解決多徑干擾兼容MIMO多址技術(shù)SC-FDMA示例最大支持64QAM單載波調(diào)制降低峰均比（PAPR）FDMA可通過FFT實(shí)現(xiàn)多址技術(shù)OFDMA與SC-FDMA對比TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)頻域多址技術(shù)—OFDM/SC-FDMAMIMO技術(shù)高階調(diào)制技術(shù)HARQ技術(shù)鏈路自適應(yīng)技術(shù)—AMC快速M(fèi)AC調(diào)度技術(shù)小區(qū)干擾消除MIMO技術(shù)多天線技術(shù)

MIMO：多入多出(MultipleInputMultipleOutput)SISO：單入單出(SingleInputSingleOutput)SIMO：單入多出(SingleInputMultipleOutput)LTE的基本配置是DL2*2和UL1*2,最大支持4*4MIMO技術(shù)1單天線端口，端口0

2發(fā)射分集

3開環(huán)空分復(fù)用457閉環(huán)空分復(fù)用多用戶MIMO單天線端口，端口5

6閉環(huán)Rank=1預(yù)編碼

LTE定義了7種下行MIMO傳輸模式（由高層通過傳輸模式通知UE）

提高用戶峰值速率提高小區(qū)吞吐量增強(qiáng)小區(qū)覆蓋兼容單發(fā)射天線提高傳輸可靠性MIMO技術(shù)SU-MIMO:空分復(fù)用兩個數(shù)據(jù)流在一個TTI中傳送給UESU-MIMO:發(fā)射分集只傳給UE一個數(shù)據(jù)流LTE下行的SU-MIMOMIMO技術(shù)MU-MIMO：也稱虛擬MIMO，用戶端是兩個UE實(shí)體，不增加每個用戶的吞吐量，但是可以提供相對于SU-MIMO來說相當(dāng)，甚至更多的小區(qū)容量UE不需要做成高成本的多天線，但是仍然能夠增加小區(qū)的容量TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)頻域多址技術(shù)—OFDM/SC-FDMAMIMO技術(shù)高階調(diào)制技術(shù)HARQ技術(shù)鏈路自適應(yīng)技術(shù)—AMC快速M(fèi)AC調(diào)度技術(shù)小區(qū)干擾消除高階調(diào)制技術(shù)頻率利用率高星座圖中信號點(diǎn)分布合理容易實(shí)現(xiàn)高階調(diào)制技術(shù)高階調(diào)制可提高峰值速率.LTE支持BPSK,QPSK,16QAM和64QAM.TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)頻域多址技術(shù)—OFDM/SC-FDMAMIMO技術(shù)高階調(diào)制技術(shù)HARQ技術(shù)鏈路自適應(yīng)技術(shù)—AMC快速M(fèi)AC調(diào)度技術(shù)小區(qū)干擾消除HARQ技術(shù)FEC：前向糾錯編碼(ForwardErrorCorrection)ARQ：自動重傳請求(AutomaticRepeatreQuest)HARQ=FEC+ARQHARQ技術(shù)HARQ實(shí)際上整合了ARQ的高可靠性和FEC的高效率TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)頻域多址技術(shù)—OFDM/SC-FDMAMIMO技術(shù)高階調(diào)制技術(shù)HARQ技術(shù)鏈路自適應(yīng)技術(shù)—AMC快速M(fèi)AC調(diào)度技術(shù)小區(qū)干擾消除鏈路自適應(yīng)技術(shù)QPSK,16QAM和64QAM.“連續(xù)”的編碼速率(0.07～0.93)AMC原理鏈路自適應(yīng)技術(shù)上行探測參考信號上行發(fā)射，用于在不同的頻段上估計上行信道的質(zhì)量SRS不必和PUSCH同一頻段發(fā)送，可以覆蓋更大的頻率范圍SRS可周期發(fā)送，發(fā)送周期可從2ms到160ms（子幀的最后一個OFDM符號）在頻域可占用整個上行頻段，也可以用跳頻的方式發(fā)送TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)頻域多址技術(shù)—OFDM/SC-FDMAMIMO技術(shù)高階調(diào)制技術(shù)HARQ技術(shù)鏈路自適應(yīng)技術(shù)—AMC快速M(fèi)AC調(diào)度技術(shù)小區(qū)干擾消除快速M(fèi)AC調(diào)度技術(shù)MAC調(diào)度只在eNodeB內(nèi)MAC調(diào)度不僅控制復(fù)用、優(yōu)先級處理和HARQ,也控制資源分配、天線映射和MCSinPHY.調(diào)度原理DL:todynamicallydeterminewhichUEsaresupposedtoreceiveDL-SCHtransmissionandonwhatresourcesUL:todynamicallydeterminewhichUEsaretotransmitdataonUL-SCHandonwhichuplinkresources快速M(fèi)AC調(diào)度技術(shù)常用的分組調(diào)度算法最大C/I算法輪詢算法(RoundRobin：RR)正比公平算法(PF)其他調(diào)度算法持續(xù)調(diào)度算法(Persistentscheduling：PS)半持續(xù)調(diào)度算法(Semi-persistentscheduling：SPS)動態(tài)調(diào)度算法(Dynamicalscheduling：DS)illustrationofULschedulingTD-LTE關(guān)鍵技術(shù)頻域多址技術(shù)—OFDM/SC-FDMAMIMO技術(shù)高階調(diào)制技術(shù)HARQ技術(shù)鏈路自適應(yīng)技術(shù)—AMC快速M(fèi)AC調(diào)度技術(shù)小區(qū)干擾消除小區(qū)干擾消除小區(qū)間干擾消除技術(shù)方法：加擾跳頻傳輸發(fā)射端波束賦形以及IRC

小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)功率控制小區(qū)干擾消除LTE系統(tǒng)充分使用序列的隨機(jī)化避免小區(qū)間干擾一般情況下，加擾在信道編碼之后、數(shù)據(jù)調(diào)制之前進(jìn)行即比特級的加擾PHICH物理信道的加擾是在調(diào)制之后，進(jìn)行序列擴(kuò)展時進(jìn)行加擾擾碼序列與小區(qū)id和時隙起始位置有關(guān)干擾消除方法-加擾小區(qū)干擾消除干擾消除方法-跳頻傳輸目前LTE上下行都可以支持跳頻傳輸，通過進(jìn)行跳頻傳輸可以隨機(jī)化小區(qū)間的干擾除了PBCH之外，其他下行物理控制信道的資源映射均于小區(qū)id有關(guān)PDSCH、PUSCH以及PUCCH采用子幀內(nèi)跳頻傳輸PUSCH可以采用子幀間的跳頻傳輸小區(qū)干擾消除干擾消除方法-發(fā)射端波束賦形提高期望用戶的信號強(qiáng)度降低信號對其他用戶的干擾特別的，如果波束賦形時已經(jīng)知道被干擾用戶的方位，可以主動降低對該方向輻射能量小區(qū)干擾消除干擾消除方法-小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)頻率資源協(xié)調(diào)(example)基本思想：以小區(qū)間協(xié)調(diào)的方式對資源的使用進(jìn)行限制，包括限制哪些時頻資源可用，或者在一定的時頻資源上限制其發(fā)射功率靜態(tài)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)不需要標(biāo)準(zhǔn)支持頻率資源協(xié)調(diào)/功率資源協(xié)調(diào)小區(qū)干擾消除干擾消除方法-小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)半靜態(tài)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)：需要小區(qū)間交換信息，比如資源使用信息在X2接口交換PRB的使用信息進(jìn)行頻率資源的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)（上行），即告知哪個PRB被分配給小區(qū)邊緣用戶，以及哪些PRB對小區(qū)間干擾比較敏感。同時，小區(qū)之間可以在X2接口上交換過載指示信息（OI：OverloadIndicator），用來進(jìn)行小區(qū)間的上行功率控制LTE無線通信系統(tǒng)LTE背景介紹TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議棧介紹LTE物理層結(jié)構(gòu)介紹LTE層2結(jié)構(gòu)介紹TD-LTE與WLAN區(qū)別LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及協(xié)議棧3

LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議棧介紹3.1LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3.2LTE的網(wǎng)元功能3.3LTE的協(xié)議棧介紹LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE的主要網(wǎng)元LTE的接入網(wǎng)E-UTRAN由e-NodeB組成，提供用戶面和控制面。LTE的核心網(wǎng)EPC由MME，S-GW和P-GW組成。LTE的網(wǎng)絡(luò)接口e-NodeB間通過X2接口相互連接，支持?jǐn)?shù)據(jù)和信令的直接傳輸。S1接口連接e-NodeB與核心網(wǎng)EPC。其中，S1-MME是e-NodeB連接MME的控制面接口，S1-U是e-NodeB連接S-GW的用戶面接口。RRC:RadioResourceControlPDCP:PacketDataConvergenceProtocolRLC:RadioLinkControl

MAC:MediumAccessControlPHY:PhysicallayerEPC:EvolvedPacketCoreMME:MobilityManagementEntityS-GW:ServingGatewayP-GW:PDNGateway與傳統(tǒng)3G網(wǎng)絡(luò)比較，LTE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)更加簡單扁平，降低組網(wǎng)成本，增加組網(wǎng)靈活性，并能大大減少用戶數(shù)據(jù)和控制信令的時延。LTE網(wǎng)元功能e-NodeB的主要功能包括：無線資源管理功能，即實(shí)現(xiàn)無線承載控制、無線許可控制和連接移動性控制，在上下行鏈路上完成UE上的動態(tài)資源分配（調(diào)度）；用戶數(shù)據(jù)流的IP報頭壓縮和加密；UE附著狀態(tài)時MME的選擇；實(shí)現(xiàn)S-GW用戶面數(shù)據(jù)的路由選擇；執(zhí)行由MME發(fā)起的尋呼信息和廣播信息的調(diào)度和傳輸；完成有關(guān)移動性配置和調(diào)度的測量和測量報告。MME的主要功能包括：

NAS(Non-AccessStratum)非接入層信令的加密和完整性保護(hù)；AS(AccessStratum)接入層安全性控制、空閑狀態(tài)移動性控制；EPS(EvolvedPacketSystem)承載控制；支持尋呼，切換，漫游，鑒權(quán)。S-GW的主要功能包括：分組數(shù)據(jù)路由及轉(zhuǎn)發(fā)；移動性及切換支持；合法監(jiān)聽；計費(fèi)。P-GW的主要功能包括：分組數(shù)據(jù)過濾；UE的IP地址分配；上下行計費(fèi)及限速。LTE協(xié)議棧介紹LTE協(xié)議棧的兩個面：用戶面協(xié)議棧：負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)傳輸控制面協(xié)議棧：負(fù)責(zé)系統(tǒng)信令傳輸用戶面的主要功能：頭壓縮加密調(diào)度ARQ/HARQ用戶面協(xié)議棧

控制面協(xié)議棧

控制面的主要功能：RLC和MAC層功能與用戶面中的功能一致PDCP層完成加密和完整性保護(hù)RRC層完成廣播，尋呼，RRC連接管理，資源控制，移動性管理，UE測量報告控制NAS層完成核心網(wǎng)承載管理，鑒權(quán)及安全控制LTE無線通信系統(tǒng)LTE背景介紹TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議棧介紹LTE物理層結(jié)構(gòu)介紹LTE層2結(jié)構(gòu)介紹TD-LTE與WLAN區(qū)別LTE物理層結(jié)構(gòu)4LTE物理層結(jié)構(gòu)4.1LTE支持頻段4.2無線幀結(jié)構(gòu)4.3物理信道4.4物理信號4.5物理層過程LTE支持頻段E-UTRABandUplink(UL)Downlink(DL)DuplexModeFUL_low–FUL_highFDL_low–FDL_high11920MHz–1980MHz2110MHz–2170MHzFDD21850MHz–1910MHz1930MHz–1990MHzFDD31710MHz–1785MHz1805MHz–1880MHzFDD41710MHz–1755MHz2110MHz–2155MHzFDD5824MHz–849MHz869MHz–894MHzFDD6830MHz–840MHz875MHz–885MHzFDD72500MHz–2570MHz2620MHz–2690MHzFDD8880MHz–915MHz925MHz–960MHzFDD91749.9MHz–1784.9MHz1844.9MHz–1879.9MHzFDD101710MHz–1770MHz2110MHz–2170MHzFDD111427.9MHz–1452.9MHz1475.9MHz–1500.9MHzFDD12698MHz–716MHz728MHz–746MHzFDD13777MHz–787MHz746MHz–756MHzFDD14788MHz–798MHz758MHz–768MHzFDD……

…

…17704MHz–716MHz734MHz–746MHzFDD...…

…

…E-UTRABandUplink(UL)Downlink(DL)DuplexModeFUL_low–FUL_highFDL_low–FDL_high331900MHz–1920MHz1900MHz–1920MHzTDD342010MHz–2025MHz2010MHz–2025MHzTDD351850MHz–1910MHz1850MHz–1910MHzTDD361930MHz–1990MHz1930MHz–1990MHzTDD371910MHz–1930MHz1910MHz–1930MHzTDD382570MHz–2620MHz2570MHz–2620MHzTDD391880MHz–1920MHz1880MHz–1920MHzTDD402300MHz–2400MHz2300MHz–2400MHzTDDTDD模式支持頻段FDD模式支持頻段根據(jù)2008年底凍結(jié)的LTER8協(xié)議：支持兩種雙工模式：FDD和TDD支持多種頻段，從700MHz到2.6GHz支持多種帶寬配置：1.4MHz,3MHz,5MHz,10MHz,15MHz,20MHz無線幀結(jié)構(gòu)（1）LTE共支持兩種無線幀結(jié)構(gòu)：類型1，適用于頻分雙工FDD類型2，適用于時分雙工TDDFDD類型無線幀結(jié)構(gòu)：LTE采用OFDM技術(shù)，子載波間隔為f=15kHz，2048階IFFTFDD類型無線幀長10ms，如下圖所示。每幀含有20個時隙，每時隙為0.5ms。普通CP配置下，一個時隙包含7個連續(xù)的OFDM符號FDD類型無線幀結(jié)構(gòu)資源塊的概念：LTE具有時域和頻域的資源，資源分配的最小單位是資源塊RB（ResourceBlock），RB由RE（ResourceElement）組成RE是二維結(jié)構(gòu)，由時域符號（Symbol）和頻域子載波（Subcarrier）組成1個時隙和12個連續(xù)子載波組成一個RB無線幀結(jié)構(gòu)（2）TDD類型無線幀結(jié)構(gòu)：同樣采用OFDM技術(shù)，子載波間隔和時間單位均與FDD相同。幀結(jié)構(gòu)與FDD類似，每個10ms幀由10個1ms的子幀組成；子幀包含2個0.5ms時隙。10ms幀中各個子幀的上下行分配策略可以設(shè)置。如右邊表格所示。DL/UL子幀分配Uplink-downlinkconfigurationDownlink-to-UplinkSwitch-pointperiodicitySubframenumber012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUDDwPTS:DownlinkPilotTimeSlotGP:GuardPeriodUpPTS:UplinkPilotTimeSlotTDD類型無線幀結(jié)構(gòu)D:DownlinksubframeU:UplinksubframeS:Specialsubframe無線幀結(jié)構(gòu)（3）CP長度配置：為克服OFDM系統(tǒng)所特有的符號間干擾ISI，LTE引入了循環(huán)前綴CP（CyclicPrefix）。CP的長度與覆蓋半徑有關(guān)，一般情況下下配置普通CP即可滿足要求；廣覆蓋等小區(qū)半徑較大的場景下可配置擴(kuò)展CP。CP長度配置越大，系統(tǒng)開銷越大。ConfigurationDLOFDMCPLengthULSC-FDMACPLengthSub-carrierofeachRBSymbolofeachslot普通CPf=15kHz160forslot#0144forslot#1~#6160forslot#0144forslot#1~#6127擴(kuò)展CPf=15kHz512forslot#0~#5512forslot#0~#56f=7.5kHz1024forslot#0~#2NULL24(DLonly)3(DLonly)上下行CP長度配置上下行普通CP配置下時隙結(jié)構(gòu)（△f=15kHz）上下行擴(kuò)展CP配置下時隙結(jié)構(gòu)（△f=15kHz）下行擴(kuò)展CP配置下時隙結(jié)構(gòu)（△f=7.5kHz）LTE資源塊載波帶寬[MHz]1.435101520RE數(shù)目(每個OFDM符號)721803006009001200RB數(shù)目（每個slot）615255075100RE(ResourceElement)物理層資源的最小粒度時域：1個OFDM符號，頻域：1個子載波RB（ResourceBlock）物理層數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y源分配頻域最小單位時域：1個slot，頻域：12個連續(xù)子載波TTI物理層數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度的時域基本單位1TTI=1subframe=2slots1TTI=14個OFDM符號(NormalCP)1TTI=12個OFDM符號(ExtendedCP)CCEControlChannelElement控制信道的資源單位1CCE=36REs1CCE=9REGs(1REG=4REs)LTE特殊子幀配置TD-LTE特殊子幀繼承了TD-SCDMA的特殊子幀設(shè)計思路，由DwPTS，GP和UpPTS組成。TD-LTE的特殊子幀可以有多種配置，用以改變DwPTS，GP和UpPTS的長度。但無論如何改變，

DwPTS+GP+UpPTS永遠(yuǎn)等于1msTD-LTE的特殊子幀配置和上下行時隙配置沒有制約關(guān)系，可以相對獨(dú)立的進(jìn)行配置特殊子幀配置NormalCPExtendedCPDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS03101381194183121031921311211011412113725392822693291271022---81112---DwPTS主同步信號PSS在DwPTS上進(jìn)行傳輸只要DwPTS的符號數(shù)大于等于9，就能傳輸數(shù)據(jù)（參照上頁特殊子幀配置）DwPTS上最多能傳兩個PDCCHOFDM符號（正常時隙能傳最多3個）TD-SCDMA的DwPTS承載下行同步信道DwPCH，采用規(guī)定功率覆蓋整個小區(qū)，UE從DwPTS上獲得與小區(qū)的同步TD-SCDMA的DwPTS無法傳輸數(shù)據(jù)，所以TD-LTE在這方面是有提高的。如果小區(qū)覆蓋距離和遠(yuǎn)距離同頻干擾不構(gòu)成限制因素（在這種情況下應(yīng)該采用較大的GP配置），推薦將DwPTS配置為能夠傳輸數(shù)據(jù)UpPTSUpPTS可以發(fā)送短RACH（做隨機(jī)接入用）和SRS（Sounding參考信號，詳細(xì)介紹見后）根據(jù)系統(tǒng)配置，是否發(fā)送短RACH或者SRS都可以用獨(dú)立的開關(guān)控制因?yàn)橘Y源有限（最多僅占兩個OFDM符號），UpPTS不能傳輸上行信令或數(shù)據(jù)LTE上行/下行信道BCCHPCCHCCCHDCCHDTCHMCCHMTCHPCHDL-SCHMCHBCHPBCHPDSCHPMCH邏輯信道傳輸信道物理信道CCCHDCCHDTCHUL-SCHPRACHPUSCHRACHPUCCH下行信道上行信道邏輯信道傳輸信道物理信道物理信道和信號上行物理信道PUSCHPUCCHPRACH上行物理信號參考信號（ReferenceSignal：RS）下行物理信道PDSCH:PBCHPMCHPCFICHPDCCHPHICH下行物理信號同步信號（SynchronizationSignal）參考信號（ReferenceSignal）物理信道一系列資源粒子（RE）的集合，用于承載源于高層的信息物理信號一系列資源粒子（RE）的集合，這些RE不承載任何源于高層的信息物理信道的使用小區(qū)搜索涉及的物理信道SCH->PBCH->PCFICH->PDCCH->PDSCH(獲取DBCH)隨機(jī)接入涉及的物理信道PRACH->PCFICH->PDCCH->PDSCH->PUSCH下行數(shù)據(jù)傳輸涉及的物理信道PCFICH->PDCCH->PDSCH->PUCCH上行數(shù)據(jù)傳輸涉及的物理信道PCFICH->PDCCH->PUSCH->PHICH物理信道-下行物理信道調(diào)制方式物理信道調(diào)制方式PBCHQPSKPCFICHQPSKPDCCHQPSKPHICHBPSKPDSCHQPSK,16QAM,64QAMPMCHQPSK,16QAM,64QAM下行信道處理過程加擾：物理層傳輸?shù)拇a字都需要經(jīng)過加擾；調(diào)制：對加擾后的碼字進(jìn)行調(diào)制，生成復(fù)數(shù)值的調(diào)制符號；層映射：將復(fù)數(shù)調(diào)制符號影射到一個或多個發(fā)射層中；預(yù)編碼：對每個發(fā)射層中的復(fù)數(shù)調(diào)制符號進(jìn)行預(yù)編碼，并影射到相應(yīng)的天線端口；RE影射：將每個天線端口的復(fù)數(shù)調(diào)制符號影射到相應(yīng)的RE上；OFDM信號生成：每個天線端口信號生成OFDM信號。下行信道的調(diào)制方式下行物理信號-參考信號下行參考信號RS(ReferenceSignal)：類似CDMA/UMTS的導(dǎo)頻信號，用于下行物理信道解調(diào)及信道質(zhì)量測量協(xié)議指定有三種參考信號小區(qū)特定參考信號（Cell-SpecificReferenceSignal）為必選CQI測量總基于CRS另外兩種參考信號（MBSFNSpecificRS&UE-SpecificRS）為可選LTE下行參考信號特點(diǎn)：RS本質(zhì)上是終端已知的偽隨機(jī)序列對于每個天線端口，RS的頻域間隔為6個子載波被參考信號占用的RE，在其它天線端口相同RE上必須留空天線端口增加時，系統(tǒng)的導(dǎo)頻總開銷也增加，可用的數(shù)據(jù)RE減少LTE的參考信號是離散分布的，而CDMA/UMTS的導(dǎo)頻信號是連續(xù)的RS分布越密集，則信道估計越精確，但開銷越大，影響系統(tǒng)容量下行物理信號-同步信號Page68同步信號（SynchronizationSignal）：同步信號用于小區(qū)搜索過程中UE和E-UTRAN的時頻同步。同步信號包含兩個部分：主同步信號）：用于符號timing對準(zhǔn)，頻率同步，以及部分的小區(qū)ID偵測次同步信號：用于幀timing對準(zhǔn)，CP長度偵測，以及小區(qū)組ID偵測同步信號特點(diǎn)：無論系統(tǒng)帶寬是多少，同步信號只位于系統(tǒng)帶寬的中部，占用72個子載波。同步信號只在每個10ms幀的第1個和第11個時隙中傳送。主同步信號位于傳送時隙的最后一個符號，次同步信號位于傳送時隙的倒數(shù)第二個符號。PSS位于DwPTS的第三個符號SSS位于5ms第一個子幀的最后一個符號SCH(P/S-SCH)占用的72子載波位于系統(tǒng)帶寬中心位置時域結(jié)構(gòu)頻域結(jié)構(gòu)PBCH配置頻域：對于不同的帶寬，都占用中間的1.08MHz（72個子載波）進(jìn)行傳輸；時域：映射在每個5ms無線幀的subframe0里的第二個slot的前4個OFDM符號上；周期：PBCH周期為40ms，每10ms重復(fù)發(fā)送一次，終端可以通過4次中的任一次接收解調(diào)出BCH；PBCH(廣播信道)

廣播消息：MIB&SIBMIB在PBCH上傳輸,包含了接入LTE系統(tǒng)所需要的最基本的信息：下行系統(tǒng)帶寬PHICH資源指示系統(tǒng)幀號(SFN）CRC天線數(shù)目的信息等SIB在DL-SCH上傳輸，映射到物理信道PDSCH，攜帶如下信息：一個或者多個PLMN標(biāo)識Trackareacode小區(qū)IDUE公共的無線資源配置信息同、異頻或不同技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)重選信息SIB1固定位置在#5子幀上傳輸，攜帶了DL/UL時隙配比，以及其他SIB的位置與索引等信息。SIB1SIB2SIB3~8BCCHBCHDL-SCHPDSCHPBCH傳輸信道物理信道MIBSIBs邏輯信道PCFICH&PHICH信道PHICH的傳輸以PHICH組的形式，PHICH組的個數(shù)由PBCH指示。采用BPSK調(diào)制，傳輸上行信道反饋信息。指示PDCCH的長度信息（1、2或3），在子幀的第一個OFDM符號上發(fā)送，占用4個REG，均勻分布在整個系統(tǒng)帶寬。采用QPSK調(diào)制，攜帶一個子幀中用于傳輸PDCCH的OFDM符號數(shù)，傳輸格式。小區(qū)級shift，隨機(jī)化干擾PCFICH(物理層控制格式指示信道)PHICH(物理HARQ指示信道)PDCCH信道PDCCH控制信令的主要類型“上行數(shù)據(jù)傳輸”的調(diào)度與授權(quán)信息“下行數(shù)據(jù)傳輸”的調(diào)度信息“尋呼消息傳輸”的調(diào)度信息“隨機(jī)接入響應(yīng)上行傳輸”的調(diào)度信息上行功控信令PDCCH主要特點(diǎn)PDCCH信道可能占用每個子幀的前1，2或者3個OFDM符號具體符號數(shù)由PCFICH指示不同UE的控制信令是獨(dú)立發(fā)送的，可以針對不同UE的信道情況進(jìn)行自適應(yīng)傳輸自適應(yīng)包括：CCE聚合級別自適應(yīng)和發(fā)射功率自適應(yīng)PDCCH通過盲檢測來進(jìn)行解調(diào)PDSCH資源分配方式資源分配方式包括集中式(Localized)：有利于頻率選擇性調(diào)度分布式(Distributed)：有利于抵抗窄帶深衰落，獲得頻率分集增益物理信道-上行物理信道調(diào)制方式PUCCHBPSK,QPSKPUSCHQPSK,16QAM,64QAMPRACHZadoff-Chu序列,QPSK上行信道處理過程加擾調(diào)制：對加擾后的碼字進(jìn)行調(diào)制，生成復(fù)數(shù)值的調(diào)制符號；轉(zhuǎn)換預(yù)編碼：生成復(fù)數(shù)值的符號；RE影射：將復(fù)數(shù)符號影射到相應(yīng)的RE上；SC-FDMA信號生成：每個天線端口信號生成SC-FDMA信號。上行信道的調(diào)制方式物理信號-上行上行參考信號RS（ReferenceSignal）：上行的導(dǎo)頻信號，用于E-UTRAN與UE的同步和上行信道估計。上行參考信號有兩種：解調(diào)參考信號DMRS(DemodulationReferenceSignal),PUSCH和PUCCH傳輸時的導(dǎo)頻信號Sounding參考信號SRS(SoundingReferenceSignal),無PUSCH和PUCCH傳輸時的導(dǎo)頻信號PRACH配置頻域：1.08MHz帶寬（72個子載波），與PUCCH相鄰時域：位于UpPTS（format4）及普通上行子幀中（format0~3）。每10ms無線幀接入0.5~6次，每個子幀采用頻分方式可傳輸多個隨機(jī)接入資源。LTE中有兩種接入類型（競爭和非競爭），兩種類型共享接入資源（前導(dǎo)碼，共64個），需要提前設(shè)置；初期建議：競爭/非競爭兩種接入類型均要求，配置保證在切換場景下使用非競爭接入；應(yīng)用場景接入類型IDLE態(tài)初始接入競爭無線鏈路失敗后初始接入競爭連接態(tài)上行失步后發(fā)送上行數(shù)據(jù)競爭小區(qū)切換競爭/非競爭連接態(tài)上行失步后接收下行數(shù)據(jù)競爭/非競爭PRACH(物理隨機(jī)接入信道)接入類型建議PUCCH配置PUCCH格式承載信息內(nèi)容承載用戶數(shù)1SRIUE是否有調(diào)度請求181a1bitACK傳輸HARQ信息1b2bitACK2CQIPMI+RI+CQI122aCQI+1比特ACK混合傳輸CQI及HARQ信息2bCQI+2比特ACK傳輸上行用戶的控制信息，包括CQI,ACK/NAK反饋，調(diào)度請求等。一個控制信道由1個RBpair組成，位于上行子幀的兩邊邊帶上在子幀的兩個slot上下邊帶跳頻，獲得頻率分集增益通過碼分復(fù)用，可將多個用戶的控制信息在同一個PDCCH資源上發(fā)送。上行容量與吞吐量是PUCCH個數(shù)與PUSCH個數(shù)的折中PUCCH（上行物理控制信道）控制信道示意圖物理層過程-小區(qū)搜索小區(qū)搜索（CellSearch）基本原理：小區(qū)搜索是UE實(shí)現(xiàn)與E-UTRAN下行時頻同步并獲取服務(wù)小區(qū)ID的過程。小區(qū)搜索分兩個步驟：第一步：UE解調(diào)主同步信號實(shí)現(xiàn)符號同步，并獲取小區(qū)組內(nèi)ID；第二步：UE解調(diào)次同步信號實(shí)現(xiàn)幀同步，并獲取CP長度和小區(qū)組ID。關(guān)于CellID：LTE協(xié)議規(guī)定物理層CellID分為兩個部分：小區(qū)組ID和組內(nèi)ID。目前最新協(xié)議規(guī)定物理層小區(qū)組有168個，每個小區(qū)組由3個ID組成，因此共有168*3=504個獨(dú)立的CellID其中代表小區(qū)組ID，取值范圍0~167；代表組內(nèi)ID，取值范圍0~2初始化小區(qū)搜索：UE上電后開始進(jìn)行初始化小區(qū)搜索，搜尋網(wǎng)絡(luò)。UE第一次開機(jī)時并不知道網(wǎng)絡(luò)的帶寬和頻點(diǎn)。UE會重復(fù)基本的小區(qū)搜索過程，歷遍整個頻譜的各個頻點(diǎn)嘗試解調(diào)同步信號?？梢酝ㄟ^一些方法縮短以后的UE初始化時間，如UE儲存以前的可用網(wǎng)絡(luò)信息，開機(jī)后優(yōu)先搜索這些網(wǎng)絡(luò)。一旦UE搜尋到可用網(wǎng)絡(luò)并與網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)同步，獲得服務(wù)小區(qū)ID(完成小區(qū)搜索)后，UE將解調(diào)下行廣播信道PBCH，獲取系統(tǒng)帶寬、發(fā)射天線數(shù)等系統(tǒng)信息。完成上述過程后，UE解調(diào)下行控制信道PDCCH，獲取網(wǎng)絡(luò)指配給這個UE的尋呼周期。然后在尋呼周期中從IDLE態(tài)醒來解調(diào)PDCCH，監(jiān)聽尋呼。如果有屬于該UE的尋呼，則解調(diào)指定的下行共享信道PDSCH資源，接收尋呼。搜索頻點(diǎn)同步信號廣播信道控制信道共享信道在以下情況下UE需要進(jìn)行隨機(jī)接入初始接入無線鏈路失敗后重建無線鏈路切換到新小區(qū)需要與新小區(qū)上行同步時UE在連接狀態(tài)，但是上行同步丟失時需進(jìn)行調(diào)度請求，且沒有專用調(diào)度請求資源時隨機(jī)接入的主要目的是獲得上行同步隨機(jī)接入LTE無線通信系統(tǒng)LTE背景介紹TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議棧介紹LTE物理層結(jié)構(gòu)介紹LTE層2結(jié)構(gòu)介紹TD-LTE與WLAN區(qū)別LTE層2結(jié)構(gòu)5

LTE層2結(jié)構(gòu)介紹5.1LTE層2概述5.2MAC層介紹5.3RLC層介紹5.4PDCP層介紹5.5層1層2數(shù)據(jù)流小結(jié)LTE層2概述LTE層2分為以下幾個子層：MAC層（MediumAccessControl）RLC層（RadioLinkControl）PDCP層（PacketDataConvergenceProtocol）層2的主要功能頭壓縮，加密分段/串接，ARQ調(diào)度，優(yōu)先級處理，復(fù)用/解復(fù)用，HARQ下行層2結(jié)構(gòu)上行層2結(jié)構(gòu)MAC層MAC層的主要功能邏輯信道（LogicalChannel）與傳輸信道（TransportChannel）間的映射將RLC層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU復(fù)用到傳輸塊TB（TransportBlock）中，然后通過傳輸信道傳送到物理層。業(yè)務(wù)量測量報告通過HARQ糾錯對單個UE的邏輯信道優(yōu)先級處理多個UE間的優(yōu)先級處理（動態(tài)調(diào)度）傳輸格式選擇填充MAC層的邏輯信道控制信道（ControlChannel）：傳輸控制面信息業(yè)務(wù)信道（TrafficChannel）：傳輸用戶面信息MAC層結(jié)構(gòu)MAC層上行信道映射MAC層下行信道映射控制信道業(yè)務(wù)信道RLC層RLC層的主要功能上層PDU的傳輸支持確認(rèn)模式AM和非確認(rèn)模式UM數(shù)據(jù)傳輸支持透傳模式TM通過ARQ糾錯對傳輸塊TB進(jìn)行分段處理：僅當(dāng)RLCSDU不完全符合TB大小時，將SDU分段到可變大小的RLCPDU中，而不用進(jìn)行填充對重傳的PDU進(jìn)行重分段處理：僅當(dāng)需要重傳的PDU不完全符合用于重傳的新TB大小時，對RLCPDU進(jìn)行重分段處理多個SDU的串接順序傳遞上層PDU（除切換外）協(xié)議流程錯誤偵測和恢復(fù)SDU丟棄復(fù)位RLCPDU結(jié)構(gòu)RLCheader承載的PDU序列號與SDU序列號無關(guān)根據(jù)調(diào)度機(jī)制，RLCPDU的大小動態(tài)可變。RLC根據(jù)PDU的大小對SDU進(jìn)行分段和串接，一個PDU的數(shù)據(jù)可能來自一個或多個SDURLC層結(jié)構(gòu)AM:AcknowledgeModeUM:Un-acknowledgeModeTM:TransparentModeTB:TransportBlockSDU:ServiceDataUnitPDU:Prot