LTE原理整理精.docx

1、LTE原理整理精(一)LTE简述（）一、LTE产生背景-3GPP简介 3GPP （3rd Generation Partnership Project ）成立于1998年12月，是一个无线通信技术的标准组织，由一系列的标准联盟作为成员（Organizational Partners）。目前有ARIB（日本）, CCSA（中国）, ETSI（欧洲）, ATIS（美洲）, TTA（韩国）, and TTC（日本） 等。 3GPP分为标准工作组TSG和管理运维组两个部分。TSG主要负责各标准的制作修订工作，管理运维组主要负责整理市场需求，并对TSG和整个项目的运作提供支持。TSG（Technical

2、 Specification Groups ）TSG GERAN: GERAN无线侧相关(2G)； TSG RAN: 无线侧相关(3G and LTE)； TSG SA (Service and System Aspects):负责整体的网络架构和业务能力； TSG CT (Core Network and Terminals):负责定义终端接口以及整个网络的核心网相关部分。二、什么是LTE？ LTE(Long Term Evolution)是指3GPP组织推行的蜂窝技术在无线接入方面的最新演进。接入网将演进为E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Ac

3、cess Network)。核心网的系统架构将演进为SAE (System Architecture Evolution)。之所以需要从3G演进到LTE，是由于近年来移动用户对高速率数据业务的要求，同时新型无线宽带接入系统的快速发展，如WiMax的出现，给3G系统设备商和运营商造成了很大的压力。在LTE系统设计之初，其目标和需求就非常明确：降低时延、提高用户传输数据速率、提高系统容量和覆盖范围、降低运营成本：三、LTE的特点显著的提高峰值传输数据速率，例如20MHz带宽时下行链路达到100Mb/s，上行链路达到50Mb/s, 20MHz带宽时下行326Mbps(4*4 MIMO)，上行86.4

4、(UE: SingleTX)；在保持目前基站位置不变的情况下，提高小区边缘比特速率；显著的提高频谱效率，例如达到3GPP R6版本的24倍；无线接入网的时延低于10ms；控制面延时小于100ms，用户面延时小于5ms频谱效率：1.69bps/Hz(2x2 MIMO); 1.87bps/Hz(4x2 MIMO)用户数： 协议要求5MHz带宽，至少支持200激活用户/小区；5M以上带宽，至少400激活用户/小区显著的降低控制面时延（从空闲态跃迁到激活态时延小于100ms（不包括寻呼时间）；支持灵活的系统带宽配置，支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz带宽，支持成对

5、和非成对频谱；支持现有3G系统和非3G系统与LTE系统网络间的互连互通；更好的支持增强型MBMS（E-MBMS）；系统不仅能为低速移动终端提供最优服务，并且也应支持高速移动终端，能为速度350km/h的用户提供100kbps的接入服务；实现合理的终端复杂度、成本、功耗；取消CS域，CS域业务在PS域实现，如VOIP；系统结构简单化，低成本建网四、LTE的标准化进程 2004年12月3GPP正式成立了LTE的研究项目。 原定2006年6月完成的研究项目SI（Study Item）推迟到2006年9月。完成可行性研究，并输出技术报告。2006年9月正式开始工作项目WI（Work Item）/标准制

6、定阶段，原定为2007年9月完成第一个标准版本，现已延期。 目前LTE处于Stage3 (Protocol)研究阶段，正在各个子组会议上热烈的讨论。预计2008年年底会推出首个商用协议版本。LTE主要涉及36.xxx系列协议。目前协议仍在不断完善中。五、SAE简介 系统架构演进SAE（System Architecture Evolution），是为了实现LTE提出的目标而从整个系统架构上考虑的演进，主要包括： 功能平扁化，去掉RNC的物理实体，把部分功能放在了E-NodeB，以减少时延和增强调度能力（如，单站内部干扰协调，负荷均衡等，调度性能可以得到很大提高） 把部分功能放在了核心网，加强移

7、动交换管理，采用全IP技术，实行用户面和控制面分离。同时也考虑了对其它无线接入技术的兼容性。六、SON简介 自组织网络SON（Self Organization Network）是由下一代移动网NGMN（Next Generation Mobile Network）运营商发起的要求LTE实现的功能。 运营商站在自己利益和感受的角度出发，鉴于早期通信系统在O&M兼容性和经济性比较差，而对LTE提出新的要求，主要集中于FCAPSI的管理（Fault, Configuration, Alarm, Performance, Security, Inventory）： 自规划（Self-planning

8、） 自配置（Self-deployment） 自优化（Self-optimization） 自维护（Self-maintenance）SON的优势 ：运营商可以减少规划、优化、维护的成本，降低OPEX。 设备商可以促进性能特性、工具等的销售，降低交付后网络优化的成本；低附加值和低技术含量的工作收益将减少。(二)LTE网络架构及协议栈（）七、LTE网络架构与接口1.LTE的主要网元 LTE的接入网E-UTRAN由e-NodeB组成，提供用户面和控制面。 LTE的核心网EPC(Evolved Packet Core)由MME，S-GW和P-GW组成。 与传统3G网络比较，LTE的网络结更加简单扁平

9、，降低组网成本，增加组网灵活性，并能大大减少用户数据和控制信令的时延。2.LTE的网络接口 e-NodeB间通过X2接口相互连接，支持数据和信令的直接传输。 S1接口连接e-NodeB与核心网EPC。其中，S1-MME是e-NodeB连接MME的控制面接口，S1-U是e-NodeB连接S-GW 的用户面接口。S-GW和P-GW之间通过S5接口连接。附：其他核心网网元在LTE网络结构中HSS、PDNGateway 、PCRF和最后一个圆圈是什么，有什么功能？PDN：在3GPP接入系统与非3GPP接入系统移动时的移动性锚点，有时别成为SAE锚点功能。策略与计费执行（PCEF）给予每个用户的分组过滤

10、（深度分组检查）支持计费支持合法监听为UE分配IP地址在服务网管和外部数据之间路由转发数据分组数据屏蔽HSS：永久的中心用户数据库为每一个用户存储移动性和服务数据包含认证中心（AuC）功能PCRF：架构进行策略和计费控制，PCRF和是PCEF是PCC架构中的两个重要功能模块，PCRF主要根据相关信息和一定的决策算法完成决策；PCEF具体执行相关的决策，可以与LTE的P-GW合设完成该功能，也可单独设置。Operators IP Services(e.g. IMS, PSS etc.)服务运营商的ip服务。 我感觉是互联网。手机上网的时候不是要连接互联网么，应该就是这个。 八、LTE网元功能3.

11、e-NodeB的主要功能包括： 无线资源管理功能，即实现无线承载控制、无线许可控制和连接移动性控制，在上下行链路上完成UE上的动态资源分配（调度）； 用户数据流的IP报头压缩和加密； UE附着状态时MME的选择； 实现S-GW用户面数据的路由选择； 执行由MME发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输； 完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告。4.MME的主要功能包括： NAS (Non-Access Stratum)非接入层信令的加密和完整性保护； AS (Access Stratum)接入层安全性控制、空闲状态移动性控制； EPS (Evolved Packet System)承载控制； 支

12、持寻呼，切换，漫游，鉴权。 5.S-GW的主要功能包括： 分组数据路由及转发；移动性及切换支持；合法监听；计费。 6.P-GW的主要功能包括： 分组数据过滤；UE的IP地址分配；上下行计费及限速。图 LTE各网元主要功能九、LTE协议栈介绍7.LTE协议栈的两个面：用户面协议栈：负责用户数据传输控制面协议栈：负责系统信令传输8.用户面的主要功能：头压缩加密调度ARQ/HARQ9.控制面的主要功能： RLC和MAC层功能与用户面中的功能一致 PDCP层完成加密和完整性保护 RRC层完成广播，寻呼，RRC连接管理，资源控制，移动性管理，UE测量报告控制 NAS层完成核心网承载管理，鉴权及安全控制(

13、三)LTE物理层结构介绍（）十、LTE支持频段对于频率的定位要考虑： 覆盖？ Or 容量？ 热点、热区？ 漫游？ 产业链？ 全球频段？Or 区域性频段？ 主频段？辅频段 根据2008年底冻结的LTE R8协议： 支持两种双工模式：FDD和TDD 支持多种频段，从700MHz到2.6GHz 支持多种带宽配置，协议规定以下带宽配置：1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz 注1：协议还在更新中，部分频段的支持情况可能会有所变动注2：双工、复用和多址：双工用来区分不同方向（上下行），复用用来区分同一媒介的子信道，多址用来区分用户动态分配的子信道。multiple

14、xing翻译为“复用”较好；deplexing翻译为“双工”较好；multiple access翻译为“多址”不是很好，其实准确地讲应当是“多点接入”。复用与多址是两个完全不同的概念，复用是将单一媒介(medium)划分成很多子信道(subchannel)，这些子信道之间相互独立，互不干扰。从媒介的整体容量上看，每个子信道只占用该媒介容量的一部分。多址（exactly,多点接入）处理的是动态分配信道给用户。这在用户仅仅暂时性地占用信道的应用中是必须的，而所有的移动通信系统基本上都属于这种情况。同时，在信道永久性地分配给用户的应用中，多址是不需要的（对于无线或者电视广播站就是这样）。归结起来：复

15、用是将medium划分成channel(subdivision)，而多址处理的是channel的动态分配(dynamic assignment)，这里动态很重要。复用是对资源来说的，复用分时分、频分、码分等，复用是把资源分割供用户使用的方式，多址的对象是用户，是区分用户和用户的方式，每个用户使用不同的址来区分。简单来说，多址肯定要复用，不同用户必须占用不同的资源才能区分开来；但复用不一定多址，单个用户可以同时占用多个资源进行接收，比如在GSM或3G中一个用户占用多个频道、多个码道或多个时隙来提高传输速率就还是复用的概念注3：无线信道包括了电波的多径传播，时延扩展，衰落特性以及多普勒效应，在移动

16、通信中，我们要充分考虑这些特性以及解决的方案。【多径传播】信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻，对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条，但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，我们想象两者之间有一个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为信道。【时延扩展】无线信道中电波的传播不是单一路径，而是许多路径来的众多反射波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径来的反射波到达时间不同，也就是各信号的时延不同。当发送端发送一个极窄的脉冲信号时，移动台接收的信号由许多不同时延的脉冲组成，我们称为时延扩展。【阴影效

17、应】移动台在运动中，由于大型建筑物和其他物体对电波的传输路径的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区，从而形成电磁场阴影，这种随移动台位置的不断变化而引起的接收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应。阴影效应是产生慢衰落的主要原因。如果无线电波在传播路径中遇到起伏的地形、建筑物和高大的树木等障碍物时，就会在障碍物的后面形成电波的阴影。接收机在移动过程中通过不同的障碍物和阴影区时，接收天线接收的信号强度会发生变化，造成信号的衰落。【衰落特性】同时由于各个路径来的反射波到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端迭加，有时迭加而加强（方向相同），有时迭加而减弱（方向相反）。这样，接收信号的幅度将急剧

18、变化，即产生了快衰落。这种衰落是由多种路径引起的，所以称为多径衰落（快衰落）。此外，接收信号除瞬时值出现快衰落之外，场强中值（平均值）也会出现缓慢变化。主要是由地区位置的改变以及气象条件变化造成的，以致电波的折射传播随时间变化而变化，多径传播到达固定接收点的信号的时延随之变化。这种由阴影效应和气象原因引起的信号变化，称为慢衰落。【多普勒效应】由于移动通信中移动台的移动性，如前所说那样，无线信道中还会有多普勒效应。在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时，频率变低。我们在移动通信中要充分考虑“多普勒效应”。虽然，由于日常生活中，我们移动速度的局限，不可能会带来十分大的频率偏移，但是

19、这不可否认地会给移动通信带来影响，为了避免这种影响造成我们通信中的问题，我们不得不在技术上加以各种考虑。也加大了移动通信的复杂性。3GPP定义的E-UTRA频段如下表目前国内最常用的是38和40两个频段。移动、联通、电信TD-LTE频段与FDD-LTE部分频段！中国移动频段为：1880 -1900 MHz、2320-2370 MHz、2575-2635 MHz；（bands:39 bands:40 bands:41）中国联通频段为：2300-2320 MHz、2555-2575 MHz；(bands:40 bands:41)中国电信频段为：2370-2390 MHz、2635-2655 MHz

20、；(bands:40 bands:41)中国联通FDD已知频段为：1800MHz(Band:3)中国电信FDD已知频段为：2100MHz(Band:1)附：频率资源频率是移动运营商的基础和核心资源。根据2002年10月原国家信息产业部下发文件关于第三代公众移动通信系统频率规划问题的通知（信部无2002479号）中规定：将我国第三代公众移动通信系统主要工作频段规划为时分双工（TDD）方式， 即18801920MHz、20102025MHz；补充工作频率为时分双工（TDD）方式，23002400MHz。因为第三代公众移动通信系统中TDD方式仅有我国的TD-SCDMA，根据上述规定，产业界为方面表达

21、，称18801920MHz为A频段，称20102025MHz为B频段，称23002400MHz为C频段。目前中国移动10城市TD-SCDMA均运行于B频段。随着TD-SCDMA的进一步发展和小灵通（目前实际占用19001915MHz）的退出，TD-SCDMA系统将逐渐采用A频段。 最新的标准：（为了和国际接轨）A频段（20102025 MHz，原B频段）：共计15MHz，可供全国范围室内室外覆盖使用。F频段（18801900MHz，原A频段）：共计20MHz，可供全国范围室内室外覆盖使用。E频段（23202370 MHz，原C频段）：共计50MHz，可供全国范围室内覆盖使用。优先使用A频段 根

22、据工业和信息化部的关于中国移动通信集团公司使用第三代公众移动通信系统频率的批复（工信部无函 2009 11号）和关于中国移动通信集团公司增加TD-SCDMA系统使用频率的批复（工信部无函 2009 572号）文件，目前中国移动TD-SCDMA系统可使用频率资源为85MHz，具体如下A频段（20102025 MHz，原B频段）：共计15MHz，可供全国范围室内室外覆盖使用。F频段（18801900MHz，原A频段）：共计20MHz，可供全国范围室内室外覆盖使用。E频段（23202370 MHz，原C频段）：共计50MHz，可供全国范围室内覆盖使用。总体使用原则：1、A频段是TD-SCDMA系统最

23、早使用的频段，产业支持程度最好，该频段为TD-SCDMA主用频段。室外覆盖优先使用2015-2025MHz频段，室内覆盖优先使用2010-2015MHz频段。2、F频段无线传播特性相对较好，考虑到小灵通（PHS）系统的干扰，应从低频段用起。3、E频段规划为TD室内覆盖的扩展频段，只允许用于室内，考虑到与WLAN的干扰，应从低频段用起。 主载波及业务载波设置：鉴于现网大量TD终端仅支持A频段，为保证这些终端能够正常使用业务，2011年6月前要求全网所有TD小区均采用A频段作主载波，F频段仅作辅载波。随着单频段终端的逐步退网，2011年6月后各省可采用A、F频段均可作主载波的方案，以提高频点配置和

24、调整的灵活性，降低信令信道、上行UP等干扰。十一、LTE分层结构10.LTE空中接口的分层结构LTE空中接口采用分层结构，与WCDMA空中接口的分层结构一模一样，从上到下也是分为RRC-PDCP-RLC-MAC-PHY等几个层次，其中RRC属于网络层，PDCP、RLC和MAC属于链路层，PHY属于物理层。因此，如果熟悉WCDMA空中接口的话，LTE空中接口的结构应该不会感到陌生。11.网络层（层3）RRC无线资源控制负责LTE空中接口的无线资源分配与控制，还承担了NAS信令的处理和发送工作。由于RRC承担了LTE 空中接口的无线资源管理工作，可以看成LTE空中接口的大脑，是LTE 空中接口最重

25、要的组成部分。从RRC的功能看，LTE空中接口与WCDMA空中接口没有什么区别。12.链路层（层2）LTE层2分为MAC层（Medium Access Control）、RLC层（Radio Link Control）、PDCP层（Packet Data Convergence Protocol）三个子层。层2主要功能包含：头压缩，加密 ；分段/串接，ARQ ；调度，优先级处理，复用/解复用，HARQ。PDCP是LTE空中接口的一个显著变化，在WCDMA中尽管定义了PDCP，但是并没有实施，PDCP是可有可无的;在LTE中，PDCP成了必须的一个子层。理解PDCP还是要从控制面与用户面分别看。

26、控制面上PDCP执行加密以及完整性保护。用户面上PDCP执行加密、包头压缩以及切换支持(也就是顺序发送以及重复性检查)。RLC LTE的RLC与WCDMA的RLC大同小异：也分为3种工作模式：TM、UM以及AM。不过由于LTE取消了CS域，没有了CS相关的承载和信道，结构变得比较简单。另外，加密的工作也从RLC中取消了。MAC是LTE与WCDMA空中接口功能接近，但是实施方式差异比较大的地方。比如随机接入是MAC的主要任务，LTE与WCDMA都具备，但是实施方法差异很大，LTE还引入了无竞争的随机接入。详解PDCPPDCP：Packet Data Convergence Protocol，分组

27、数据汇聚协议。 PDCP协议发轫于WCDMA空中接口，壮大于LTE空中接口。PDCP位于RLC子层之上，是L2的最上面的一个子层，只负责处理分组业务的业务数据。PDCP主要用于处理空中接口上承载网络层的分组数据，例如IP数据流。在WCDMA空中接口中，PDCP的功能主要是压缩IP数据包的包头。由于IP数据包都带有一个很大的数据包头(20字节)，仅仅传输这些头部信息就需要大量的无线资源，而这些头部信息往往又可压缩，为了提高IP数据流在空中接口上的传输效率，需要对IP数据包头部信息进行压缩。但是WCDMA现网对IP包头压缩需求并不迫切，因此现网没有实施PDCP。在LTE空中接口中，PDCP的功能变

28、得不可或缺，这是由于LTE中抛弃了CS域，必须采用VoIP，而VoIP的数据包尺寸很小，IP包头就成了很大的累赘，必须压缩。LTE的PDCP的功能还进行了延伸，将加密功能也收归旗下，因此也就从仅仅处理用户面扩展到了用户面以及控制面大小通吃。LTE的PDCP甚至还加入了无损切换的支持。LTE空中接口中PDCP由规范TS36.323定义。从PDCP上，我们看到了一个跑龙套的到舞台主角的华丽变身过程。(1)MAC层1)MAC层的主要功能 逻辑信道（Logical Channel）与传输信道（Transport Channel）间的映射 将RLC层的协议数据单元PDU（Protocol Data Un

29、it）复用到传输块TB（Transport Block）中，然后通过传输信道传送到物理层。相反的过程即是解复用的过程 业务量测量报告 通过HARQ纠错 对单个UE的逻辑信道优先级处理 多个UE间的优先级处理（动态调度） 传输格式选择 填充 2)MAC层的逻辑信道 控制信道（Control Channel）：传输控制面信息 业务信道（Traffic Channel）：传输用户面信息(2)RLC层1)RLC层的主要功能 上层协议数据单元PDU的传输支持确认模式AM和非确认模式UM 数据传输支持透传模式TM 通过ARQ纠错（无需CRC校验，由物理层提供CRC校验） 对传输块TB进行分段（Segmen

30、tation）处理：仅当RLC SDU不完全符合TB大小时，将SDU分段到可变大小的RLC PDU中，而不用进行填充 对重传的PDU进行重分段（Re-segmentation ）处理：仅当需要重传的PDU不完全符合用于重传的新TB大小时，对RLC PDU进行重分段处理 多个SDU的串接（Concatenation） 顺序传递上层PDU （除切换外） 协议流程错误侦测和恢复 副本侦测 SDU丢弃 复位2)RLC PDU结构 RLC header承载的PDU序列号与SDU序列号无关 根据调度机制，RLC PDU的大小动态可变。RLC根据PDU的大小对SDU进行分段和串接，一个PDU的数据可能来自一

31、个或多个SDU(3)PDCP层1)PDCP层的主要功能为： 用户面的功能： 头压缩/解压缩：ROHC 用户数据传输：接收来自上层NAS层的PDCP SDU，然后传递到RLC层。反之亦然 RLC确认模式AM下，在切换时将上层PDU顺序传递 RLC确认模式AM下，在切换时下层SDU的副本侦测 RLC确认模式AM下，在切换时将PDCP SDU重传 加密 基于计时器的上行SDU丢弃 控制面的功能： 加密及完整性保护 控制数据传输：接收来自上层RRC层的PDCP SDU，然后传递到RLC层。反之亦然2)PDCP PDU结构PDCP PDU和PDCP header均为8位格式 PDCP header长度为1或2字节13.物理层（层1）LTE的物理层反映了LTE的鲜明技术特点：OFDM+多天线，其中的时频结构、参考信号的位置、物理信道的种