《lte入门介绍》PPT课件

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LTE入门介绍LTE基本原理介绍中兴通讯销售体系工程服务部TD产品支持部姓名:徐济乾E-mail:Xu.Jiqian@zte.com.cn 2修改记录版本日期拟制人/修改人备注V1.02009-06徐济乾创建V2.02009-07徐济乾修改 通过本文档的学习，您可以掌握以下技能：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应用的上下行传输技术。 第一部分LTE前世今生第二部分LTE基础技术第三部分LTE传输技术 5第一部分LTE前世今生第一章LTE前世篇第一节移动通信的发展第二节向LTE演进第二章LTE今生篇第一节什么是LTE第二节LTE网络结构 移动通信的发展移动通信发展的最终目标是实现任何人（whoever）可以在任何时候（whenever）、任何地方（wherever）与其它任何人（whomever）以任何方式（whatever）进行通信。蜂窝移动通信系统从70年代发展至今，根据其发展历程和发展方向，可以划分为三个阶段，即：第一代，模拟蜂窝通信系统，简称1G；第二代，数字蜂窝移动通信系统，简称2G；第三代，IMT-2000，简称3G。 第三代移动通信简介在1985年，国际电信联盟（ITU）提出了第三代移动通信系统的概念，当时被称为未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS）。后来考虑该系统预计在2000年左右开始商用，且工作于2000MHz的频段，故1996年ITU采纳日本等国的建议，将FPLMTS更名为国际移动通信系统IMT-2000。国际上目前最具代表性的第三代移动通信技术标准有三种，它们分别是CDMA2000WCDMATD-SCDMA其中，CDMA2000和WCDMA属于FDD方式；TD-SCDMA属于TDD方式，并且其上、下行工作于同一频率。 3G—X-CDMA3G标准WCDMA核心网络：基于MAPTD-SCDMA核心网络：基于MAPCDMA2000核心网络：基于ANSI-41CDMA技术是3G的主流技术 向4G演进策略 多种技术体制将长期并存，并最终演进到单一网络LTE向LTE演进——分久必合！ 11第一部分LTE前世今生第一章LTE前世篇第一节移动通信的发展第二节向LTE演进第二章LTE今生篇第一节什么时候LTE第二节LTE网络结构 LTE：3GPPLongTermEvolutionLTE采用优化的UTRAN结构LTE工程目的是确保3GPP在未来的持续竞争力什么是LTE LTE是什么LTE根据双工方式的不同,分为FDD和TDD两种模式LTE采用基于OFDM和MIMO的空中接口方式,用户峰值速率：UL100Mbps，DL50Mbps简化的网络架构,采用flatall-in-ip网络架构,减少系统时延控制面时延：从驻留态转为激活态小于100ms，从休眠态转为激活态小于50ms用户面时延：最小可达到5ms控制面处理能力：单小区5M带宽内不少于200用户频谱利用率：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz频谱利用率相对于3G提高2-3倍 LTE的扁平化网络架构网络结构扁平化与传统网络互通E-UTRAN只有一种节点网元—E-NodeB全IP媒体面控制面分离EPCRNC+NodeB=eNodeB OperatorIPservices(includingIMS,PSS,...)GERANUTRANGPRSCoreMMEInterASAnchorhPCRFIPAccessEvolvedPacketCoreS5S2S3S4HSSS7S6GiS1-UGbIuRx+系统网元X1eNBX1eNBX2EvolvedRANVPCRFS9ServingSAEGWS11S10S1-MMES7PDNSAEGWS8b TDDLTE的网元功能E-NodeBMMEServingGWPDNGW具有现3GPPNodeB全部和RNC大部分功能，包括：物理层功能MAC、RLC、PDCP功能RRC功能资源调度和无线资源管理无线接入控制移动性管理NAS信令以及安全性功能3GPP接入网络移动性导致的CN节点间信令空闲模式下UE跟踪和可达性漫游鉴权承载管理功能（包括专用承载的建立）支持UE的移动性切换用户面数据的功能E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持数据包路由和转发上下行传输层数据包标记基于用户的包过滤合法监听IP地址分配上下行传输层数据包标记DHCPv4和DHCPv6（client、relay、server） LTE的扁平化网络架构的优点网络扁平化使得系统延时减少，从而改善用户体验，可开展更多业务网元数目减少，使得网络部署更为简单，网络的维护更加容易取消了RNC的集中控制，避免单点故障，有利于提高网络稳定性 第一部分LTE前世今生第二部分LTE基础技术第三部分LTE传输技术 19第二部分LTE基础技术第一章LTE协议结构第一节LTE的扁平化网络架构第二节LTE的协议栈架构第二章E-UTRAN物理层第一节LTE无线帧结构第二节LTE物理资源分配第三节LTE物理信道 FunctionalSplitbetweenE-UTRANandEPCLTE的扁平化网络架构 LTE的协议栈架构信令流数据流 22第二部分LTE基础技术第一章LTE协议结构第一节LTE的扁平化网络架构第二节LTE的协议栈架构第二章E-UTRAN物理层第一节LTE无线帧结构第二节LTE物理资源分配第三节LTE物理信道 Type1帧结构：每个10ms无线帧，分为20个时隙，10个子帧。每个子帧1ms，包含2个时隙，每个时隙0.5ms。上行和下行传输在不同频率上进行。LTE无线帧结构LTE支持两种无线帧结构：Type1，适用于FDD；Type2，适用于TDD；帧结构Type1——FDD LTE无线帧结构帧结构Type2——TDDType2帧结构：每个10ms无线帧，分为2个长度为5ms的半帧。每个半帧由8个长度为0.5ms的时隙和3个特殊区域DwPTS,GP,UpPTS组成(“8+3方案”)。DwPTS,GP和UpPTS的总长度等于1ms，其中DwPTS和UpPTS的长度可配置。 Type2帧结构特点子帧1和6由DwPTS,GP,andUpPTS组成，所有其他子帧由2个时隙组成，即子帧i包括时隙2i和2i+1。子帧0和子帧5总是用作下行。LTE支持5ms和10ms上下行切换点。对于5ms上下行切换周期，子帧2和7总是用作上行。DwPTS最短包含1个OFDMsymbol,P-SCH位于DwPTS的第一个符号,S-SCH位于第一个子帧第二个Timeslot的最后一个符号。UpPTS可用于发送ShortRACH等等,其余空闲资源可用于发送参考信号或者数据。 物理资源分配资源块概念:一个物理资源块（RB）由时域上连续的个符号，频域上连续的个子载波组成。其中和由CP类型和子载波间隔决定。 上下行配比方式“D”代表此子帧用于下行传输，“U”代表此子帧用于上行传输，“S”是由DwPTS、GP和UpPTS组成的特殊子帧。特殊子帧中DwPTS和UpPTS的长度是可配置的，满足DwPTS、GP和UpPTS总长度为1ms。Uplink-downlinkconfigurationDownlink-to-UplinkSwitch-pointperiodicitySubframenumber012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUDConfigurationNormalcyclicprefixExtendedcyclicprefixDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS03101OFDMsymbols381OFDMsymbols1948321039231121014121372OFDMsymbols5392OFDMsymbols82693917102---8111--- 资源的分组RE（ResourceElement）为最小的资源单位，时域上为一个符号，频域上为一个子载波。RB（ResourceBlock）为业务信道资源分配的资源单位，时域上为一个时隙，频域上为12个子载波。REG（ResourceElementGroup）为控制信道资源分配的资源单位，由4个RE组成。CCE（ChannelControlElement）为PDCCH资源分配的资源单位，由9个REG组成。RBG（ResourceBlockGroup）为业务信道资源分配的资源单位，由一组RB组成。 REG/RBG的概念464–110327–63211–261≤10(P)RBGSizeSystemBandwidthDLRBNRBG用于业务信道的资源分配一个RBG是一组RB组成分组的大小和系统带宽有关REGRBG PUSCH（物理上行业务信道）用于承载上行业务信息。加扰：使用UE专用扰码。调制：支持QPSK，16QAM和64QAM调制。传输预编码：输入的符号先分成组再进行预编码，即DFT。映射到资源元素：从子帧的第一个时隙开始，先k后l进行映射。SC-FDMA信号生成：IDFT。 有6种格式，用于承载HARQ-ACK，CQI，SR信息。对于同一个UE而言，PUCCH不与PUSCH同时传输。支持多种格式，格式不同调制方法和每个子帧中的比特数不同。PUCCH格式调制每子帧的比特数1N/AN/A1aBPSK11bQPSK22QPSK202aQPSK+BPSK212bQPSK+QPSK22PUCCH（物理上行业务信道） Format1传输SR信息，发射常数1。Format1a/1b传输HARQ-ACK，1比特时BPSK调制，2比特时QPSK调制。Format2传输CQI信息，先将CQI进行信道编码成20bit，后进行QPSK调制。Format2a/2b传输CQI和HARQ-ACK的混合信息，先将CQI进行信道编码成20bit，后进行QPSK；HARQ-ACK则进行BPSK/QPSK调制。PUCCH（物理上行业务信道） PRACH（物理随机接入信道）帧结构不同的无线帧结构不同前缀序列的生成由零相关区Zadoff-Chu序列生成 SCH（同步信道）下行同步信道包括P_SCH和S_SCH，P-SCH和S-SCH的频域位置为直流附近的72个子载波。实际上只占了62个子载波，其他10个不放同步序列。P-SCH在一个无线帧中有两个，这两个是完全一样的。时域位置为第0个slot的倒数第一个符号；第10个slot的倒数第一个符号。S-SCH在一个无线帧中也有两个，而这两个同步符号是有差别的。时域位置为第0个slot的倒数第二符号；第10个slot的倒数第二个符号。 PBCH（物理广播信道）PBCH承载BCH包含的系统信息，系统信息包括下行系统带宽、系统帧序号(SFN)、PHICH持续时间以及资源大小指示信息。每个第0号子帧有4个OFDM符号的PBCH信号。 PCFICH（物理控制格式指示信道）每个子帧中都发射PCFICH，E-NodeB通过PCFICH将一个子帧中PDCCH占用的OFDM符号数通知给UE，这个OFDM符号数由CFI来指示，CFI可以取值为CFI=1,2,3,4（4保留）。 PHICH（物理HARQ指示信道）PHICH承载E-NodeB对上行发射信号做出的NAK/ACK响应信息。在一个子帧中，PHICH持续时间主要有两种，一是短PHICH，另一种是长PHICH。这个持续时间在PBCH中利用1bit来指示。在下行的每个子帧中，都需要发射PHICH，而且可以同时发射多个PHICH组。定义一个PHICH组由多个映射到相同RE中的PHICH。 PDCCH（物理下行控制信道）PDCCH承载调度以及其他控制信息，包含传输格式、资源分配、上行调度许可、功率控制以及与上行传输相关的ACK/NACK等信息。这些信息可以组成多种控制信息(DCI)格式，被映射到每个子帧的最先的前n（n<=4）个OFDM符号中，n的具体取值由PCFICH信道中的CFI来指示。在一个子帧中，可以同时传输多个PDCCH，一个UE可以监听一组PDCCH。每个PDCCH在一个或者多个控制信道单元(CCE)中发射，通过集成不同数目的CCE可以实现不同的PDCCH编码码率。PDCCH支持4种物理层格式，分别占用1、2、4、8个CCE。 PDSCH（物理下行业务信道） 物理资源的映射主辅同步信号、导频信号、广播信息映射位置是固定的，控制格式指示信息的位置可以估算出，也基本上是固定的。一般来说，先映射以上固定信息；再按照广播信息规定的HARQ指示信息位置，映射HARQ指示信息；然后在相应的控制符号内其他的RE上，映射控制信息；最后把业务信息映射到剩余的RE上。（1）确定系统参数；（2）参考符号的物理资源映射；（3）同步信号的物理资源映射；（4）PBCH符号的物理资源映射；（5）PCFICH符号的物理资源映射；（6）PHICH符号的物理资源映射；（7）PDCCH符号的物理资源映射；（8）PDSCH（PMCH）符号的物理资源映射。 物理资源的映射举例 第一部分LTE前世今生第二部分LTE基础技术第三部分LTE传输技术 43第三部分LTE传输技术第一章下行传输技术—OFDM技术原理第一节OFDM技术原理第二节OFDM优缺点第二章上行传输技术—DFT-S-OFDM技术原理第一节DFT-S-OFDM技术原理第二节上行SC-FDMA多址方式 OFDM将频域划分为多个子信道，各相邻子信道相互重叠，但不同子信道相互正交。将高速的串行数据流分解成若干并行的子数据流同时传输OFDM子载波的带宽<信道“相干带宽”时，可以认为该信道是“非频率选择性信道”，所经历的衰落是“平坦衰落”OFDM符号持续时间<信道“相干时间”时，信道可以等效为“线性时不变”系统，降低信道时间选择性衰落对传输系统的影响下行传输技术—OFDM技术原理 OFDM正交性原理下行传输技术—OFDM技术原理 CP的原理与作用下行传输技术—OFDM技术原理 OFDM原理框图下行传输技术—OFDM技术原理 OFDM优缺点OFDM系统的优点：各子信道上的正交调制和解调可以采用IDFT和DFT实现，运算量小，实现简单。OFDM系统可以通过使用不同数量的子信道，实现上下行链路的非对称传输。所有的子信道不会同时处于频率选择性深衰落，可以通过动态子信道分配充分利用信噪比高的子信道，提升系统性能。OFDM系统的缺点：对频率偏差敏感：传输过程中出现的频率偏移，如多普勒频移，或者发射机载波频率与接收机本地振荡器之间的频率偏差，会造成子载波之间正交性破坏。存在较高的峰均比(PARA)：OFDM调制的输出是多个子信道的叠加，如果多个信号相位一致，叠加信号的瞬间功率会远远大于信号的平均功率，导致较大的峰均比，这对发射机PA的线性提出了更高的要求。 49第三部分LTE传输技术第一章下行传输技术—OFDM技术原理第一节OFDM技术原理第二节OFDM优缺点第二章上行传输技术—DFT-S-OFDM技术原理第一节DFT-S-OFDM技术原理第二节上行SC-FDMA多址方式 上行传输技术—DFT-S-OFDM技术原理LTE系统中上行链路采用SC-FDMA技术，以期降低PAPR，提高功率效率，通过DFT-S-OFDM技术来实现。DFT-S-OFDM可以认为是SC-FDMA的频域产生方式，是OFDM在IFFT调制前进行了基于傅立叶变换的预编码。DFT-S-OFDM与OFDM的区别在于：OFDM是将符号信息调制到正交的子载波上，而DFTS-OFDM是将M个输入符号的频谱信息调制到多个正交的子载波上去。单载波的实质是一个星座点符号分布在所有分配给他的频率上。单载波本身不一定PAPR小，但一般单载波容易做到PAPR小。如果DFT后的信号不是等间隔或者集中分布在所分到的子载波上，也是单载波，但是PAPR就比较大。 以长度为M的数据符号块为单位完成DFTS-OFDM的调制过程。首先通过DFT离散傅里叶变换，获取与这个长度为M的离散序列相对应的长度为M的频域序列。DFT的输出信号送入N点的离散傅里叶反变换IDFT中去，其中N>M。IDFT的长度比DFT的长度长，IDFT多出的那一部分输入为用0补齐。在IDFT之后，为避免符号干扰同样为这一组数据添加循环前缀。上行传输技术—DFT-S-OFDM技术原理 上行SC-FDMA多址方式利用DFTS-OFDM的特点可以方便的实现SC-FDMA多址接入方式。通过改变不同用户的DFT的输出到IDFT输入端的对应关系，输入数据符号的频谱可以被搬移至不同的位置，从而实现多用户多址接入。基于DFTS-OFDM的频分多址基于DFTS-OFDM的集中式、分布式频分多址