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移动普及性教程之六(步入LTE时代

'移动普及性教程之六(步入LTE时代'
内容 n LTE起源 n LTE技术原理与系统架构 n LTE关键技术什么是LTE? nLTE=Long Term Evolution,又称E-UTRA/E-UTRAN,和3GPP2 UMB合称E3G(Evolved 3G) nLTE是以OFDM为核心的技术,为了降低用户面延迟,取消了无线 网络控制器(RNC)。与其说是3G技术的“演进”(evolution), 不如说是“革命”(revolution)。 n这场“革命”使系统不可避免的丧失了大部分后向兼容性,也就是 说,从网络侧和终端侧都要做大规模的更新换代。因此从技术归属上, 可以将LTE看作4G范畴。 nLTE的起因:在2004年WiMAX对UMTS技术产生挑战(尤其是 HSDPA技术)时,3GPP急于开发和WiMAX抗衡的、以 OFDM/FDMA为核心技术、支持20MHz系统带宽的、具有相似甚至更 高性能的技术;长期上也可以在IMT-Advanced标准化上先发制人。3GPP 标准与技术演进 UTRAN Long-Term WLAN I/W IMT-Advanced? Evolution (LTE) 标准化 PoC LTE V1 (2004.11) IMS MBMS 2009.3 HSDPA EDCH HSPA+ LTE/SAE LTE+ (?) R99/4 R5 R6 R7 R8 R9(?) 2000 2004 2009 2010 Release 99/4 产业化 Release 5/6/7 LTE/SAE LTE的进一步演进将会满足 IMT-Advanced的技术要求无线技术演进路径内容 n LTE起源 n LTE技术原理与系统架构 n LTE关键技术LTE TDD的定位? 3G是移动通信标准,BWA(802.16e等)是 定位: 宽带无线接入标准 集高质量话音和宽带数据为一体;支? 3G演进是移动通信宽带化;BWA是宽带 持全移动、综合多业务;网络可控、 接入无线化 可管理;具有低成本、低时延、后向? 3G定位是语音为主、兼顾数据;BWA是 兼容的“先进的综合移动宽带无 数据为主、兼顾语音 线系统” 技术路线:电信运营商竞争的需求: 技术? 既能承载高质量实时话音, OFDM+SA/MIMO+IP? 又能提供无线宽带数据接入的全移动系 +TD-SCDMA成熟技术 统LTE TDD系统目标 l 1.4MHz、3.0MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz可变带宽;在5MHz以下 1 带宽中,采用现有的1.4MHz带宽,实现系统的平滑演进; l 更小的 TTI 满足用户面和控制面的时延;共享信道支持在多个用户间同时 2 传输数据;用户面延迟小于5ms,控制面延迟小于100ms ; l 采用 , 等先进技术支持更高的用户传输速率;下行最大 3 OFDM MIMO 速率可达100Mbits/s,上行最大速率可达50Mbits/s; l 下行频谱效率可达 的 ~ 倍;上行频谱效率可达 4 HSDPA 3 4 HSUPA 的2~3倍; 5 l 与LTE FDD系统帧结构兼容,系统设计保证了站点的重用。LTE网络结构简化 业务平面与控制平面完全分离化 核心网趋同化,交换功能路由化 HSS MME eNodeB S- P- UE Gateway Gateway IMS 终端部分 接入部分 接入控制部分 网络控制部分 网元数目最小化,协议层次最优化 网络扁平化,全IP化IP化的网络架构 n 网络扁平化、IP化架构 n LTE间各网络节点之间的接口使用IP传输 l eNB间的X2接口 l eNB和MME、S-GW间的S1接口 n 通过IMS承载综合业务 l 原UTRAN的CS域业务均可由LTE网络的PS域承载LTE网络架构TD LTE接入网——E-UTRAN结构 n 扁平RAN结构:取消了RNC, eNB直接和EPC(Evolved Packet Core)相连,eNB之间 直接相连 n EPC分为控制面实体MME和用户 面实体SAE Gateway n S1是eNB和MME/S-GW之间的接 口:S1-C,S1-U n X2是eNB之间的接口:X2-C, X2-UTD LTE终端 操作系统简单 PDA 低成本 GSM 低功耗 ALL IN ONE 业务丰富 通用性强 设置灵活商用终端与HSPA等商用网络进 多模多功能行IWT和IOT测试,保证漫游等 TD LTE 接入性强 功能的实现 终端 TD-SCDMA 系统稳定空中接口 业务面 控制面 n 完成业务数据流在空中接口的 n E-UTRAN控制面主要包括 收发处理,协议栈包括PDCP、 NAS、RRC、PDCP、RLC、 RLC、MAC和PHY四个协议子 MAC和PHY,网络侧的协议终 层 止点除NAS在MME中外,其他 的协议层都终止于eNB 空中接口的主要工作过程 n 广播:MIB等需要频繁发送的系统信息使用固定无线资源在PBCH 上发送,而其它广播信息与数据动态共享无线资源,由PDSCH承 载。 n 寻呼:采用与数据共享无线资源的方式采用PDSCH承载。 n 业务链接建立和释放:在E-UTRAN中对RRC消息进行了较大的简 化,仅使用一个单一的配置消息(RRC CONNECTION RECONFIGURATION)来进行业务链接的建立和释放。 n 动态调度 n 测量:测量对E-UTRAN网络性能影响非常大,与切换、调度密切 相关。E-UTRAN中测量由网络侧发起和配置,具体的测量量仍在 定义中。 n 切换空中接口分层 Layer 3 Radio Resource Control (RRC) Logical channels Layer 2 Medium Access Control (MAC) Transport channels C o Layer 1 n Physical layer t r o l / M e a 位于 口协议规范的最底层 s n PHY UU u r e n 与 子层以及 层之间有信息交互 m MAC RRC e n n PHY通过传输信道向高层提供数据传输服务 t s物理层帧结构 5ms转换点: 10ms转换点: 固定下行 固定上行物理信道类型和功能 上行物理信道 信道类型 功能 PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) 承载上行业务数据 PUCCH (Physical Uplink Control Channel) 承载HARQ信息 PRACH (Physical Random Access Channel) 用于UE随机接入时发送preamble信息 下行物理信道 信道类型 功能 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel ) 承载下行业务数据 PBCH (Physical Broadcast Channel) 承载广播信息 PMCH ( Physical Multicast Channel) 在支持MBMS业务时,用于承载多小区的 广播信息 PCFICH (Physical Control Format Indicator 用于指示同一子帧中PDCCH占用的符号 Channel) 数信息 PDCCH (Physical Downlink Control Channel) 承载下行调度信息 PHICH (Physical Hybrid ARQ Indicator Channel) 承载HARQ信息 物理层信令物理层信令主要用于携带与资源分配相关的信息以及HARQ相关信息: 控制信息 物理信道 承载的信息 UCI PUCCH 对下行传输的ACK/NACK的反馈、调度请求以及CQI的测量结果 CFI PCFICH PDCCH占用几个OFDM符号,CFI取值为1或2或3 HI PHICH 对上行传输的ACK/NACK的反馈,HI取值为0或者1 DCI PDCCH 资源分配信息、HARQ信息、上行调度确认以及其他控制信息。 根据承载信息不同,PDCCH分为以下几种格式: DCI 格式0承载UL-SCH资源分配信息; DCI 格式1 承载SIMO方式的DL-SCH资源分配信息; DCI 格式1A承载简单的 SIMO方式的DL-SCH资源分配信息; DCI 格式2承载 MIMO方式的DL-SCH资源分配信息; DCI格式3承载对于PUCCH和PUSCH的TPC命令字(2比特的功率调 整); DCI格式3A承载对于PUCCH和PUSCH的TPC命令字(1比特的功率 调整) 。LTE信道编码与调制方式 n 传输信道的信道编码 传输信道 编码方案 编码速率 UL-SCH DL-SCH Turbo coding 1/3 PCH MCH BCH Tail biting convolutional coding 1/3 RACH N/A N/A n控制信息的信道编码 控制信息 编码方案 编码速率 DCI Tail biting convolutional coding 1/3 CFI Block code 1/16 HI Repetition code 1/3 Block code variable UCI Tail biting convolutional coding 1/3LTE信道编码与调制方式 n 下行物理信道的调制方式 物理信道 调制方式 PDSCH QPSK, 16QAM, 64QAM PMCH QPSK, 16QAM, 64QAM PDCCH QPSK PBCH QPSK PCFICH QPSK PHICH BPSK n 上行物理信道的调制方式 物理信道 调制方式 PUSCH QPSK, 16QAM, 64QAM PUCCH BPSK,QPSK PRACH N/A内容 n LTE起源及里程碑 n LTE技术原理与系统架构 n LTE关键技术LTE关键技术 1G 2G 3G LTE (FDMA) (TDMA为主) (CDMA) (OFDM+MIMO+IP) LTE的主要增强型技术:OFDM、MIMOLTE TDD多址接入技术 nLTE TDD下行采用OFDM技术; 采用OFDM作为下行复用技术,利用OFDM具有很好的抗码间干 扰,以及子载波的正交性提高频率利用率的性能,实现系统性能的提 升,满足LTE对下行吞吐量和传输速率的要求。 nLTE TDD上行采用SC-FDMA技术; 采用SC-FDMA技术作为上行多址接入技术。SC-FDMA技术具有 较小的PAPR,可以提高覆盖和小区边缘的传输速率,延长终端电池的 使用时间。同时,DFT-S OFDMA具有很好的频谱利用率,简化了实现 的复杂度。OFDMA+64QAM n OFDMA各个子载波之间相互正交,彼此重叠 n OFDMA无需保护频带,相比传统FDM,频谱利用率提高1倍 n 大规模集成电路和DSP技术使得OFDAMA的调制、解调易于实现 n 64QAM调制方式下的每symbol携带bit数是16QAM的1.5倍LTE TDD MIMO技术 基本天线配置为2x2、4x2、4x4 、8x2、8x4可以被考虑 n空间复用(Spatial multiplexing) 其主要目的是提高传输的峰值速率和吞吐量,从而满足LTE的需求 n发送分集(Single stream transmit diversity) 其主要目的是提高小区边缘用户以及高速移动用户的传输性能 n波束赋形(Beam-forming) 其主要目的是在提高小区边缘用户,以及高速移动用户的传输性 能的基础上,有效的降低小区间干扰,从而更有利于OFDM系统的同 频组网MIMO技术概述 发送分集: 分组空频码(SFBC): 循环延迟分集(CDD): n 数据经过空频编码,然后编码数据分为 n 实施简单、性能好 多个支路数据流,分别经过多个发射天 n 不需要信息的反馈 线同时发射出去 n 在不了解任意信道状态的 n 利用的是空频码字矩阵的正交性从而得 前提下,获得空间频率分 到基于线性处理的最大似然译码算法 集的好处 n 有效抵消衰落,提高功率效率 空间复用: n 通过基站的两个发送天线发送两组不同的编码数据流 n 把高速编码数据流分割为一组相对速率较低的数据流,分别在不同的两 个天线,对不同的数据流独立的编码、调制和发送 n 在接收端使用空间均衡器分离两个信号 n 在信道质量好的情况下,可以大大提高数据的传输速率时域频域二维调度 LTE系统支持基于频域的信道调度 相对于单载波CDMA系统,LTE系统的一个典型特征是可以在频域进 行信道调度和速率控制 下行:基于公共参考信号 上行:基于探测参考信号内容 n LTE起源 n LTE技术原理与系统架构 n LTE关键技术什么是LTE? nLTE=Long Term Evolution,又称E-UTRA/E-UTRAN,和3GPP2 UMB合称E3G(Evolved 3G) nLTE是以OFDM为核心的技术,为了降低用户面延迟,取消了无线 网络控制器(RNC)。与其说是3G技术的“演进”(evolution), 不如说是“革命”(revolution)。 n这场“革命”使系统不可避免的丧失了大部分后向兼容性,也就是 说,从网络侧和终端侧都要做大规模的更新换代。因此从技术归属上, 可以将LTE看作4G范畴。 nLTE的起因:在2004年WiMAX对UMTS技术产生挑战(尤其是 HSDPA技术)时,3GPP急于开发和WiMAX抗衡的、以 OFDM/FDMA为核心技术、支持20MHz系统带宽的、具有相似甚至更 高性能的技术;长期上也可以在IMT-Advanced标准化上先发制人。3GPP 标准与技术演进 UTRAN Long-Term WLAN I/W IMT-Advanced? Evolution (LTE) 标准化 PoC LTE V1 (2004.11) IMS MBMS 2009.3 HSDPA EDCH HSPA+ LTE/SAE LTE+ (?) R99/4 R5 R6 R7 R8 R9(?) 2000 2004 2009 2010 Release 99/4 产业化 Release 5/6/7 LTE/SAE LTE的进一步演进将会满足 IMT-Advanced的技术要求无线技术演进路径内容 n LTE起源 n LTE技术原理与系统架构 n LTE关键技术LTE TDD的定位? 3G是移动通信标准,BWA(802.16e等)是 定位: 宽带无线接入标准 集高质量话音和宽带数据为一体;支? 3G演进是移动通信宽带化;BWA是宽带 持全移动、综合多业务;网络可控、 接入无线化 可管理;具有低成本、低时延、后向? 3G定位是语音为主、兼顾数据;BWA是 兼容的“先进的综合移动宽带无 数据为主、兼顾语音 线系统” 技术路线:电信运营商竞争的需求: 技术? 既能承载高质量实时话音, OFDM+SA/MIMO+IP? 又能提供无线宽带数据接入的全移动系 +TD-SCDMA成熟技术 统LTE TDD系统目标 l 1.4MHz、3.0MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz可变带宽;在5MHz以下 1 带宽中,采用现有的1.4MHz带宽,实现系统的平滑演进; l 更小的 TTI 满足用户面和控制面的时延;共享信道支持在多个用户间同时 2 传输数据;用户面延迟小于5ms,控制面延迟小于100ms ; l 采用 , 等先进技术支持更高的用户传输速率;下行最大 3 OFDM MIMO 速率可达100Mbits/s,上行最大速率可达50Mbits/s; l 下行频谱效率可达 的 ~ 倍;上行频谱效率可达 4 HSDPA 3 4 HSUPA 的2~3倍; 5 l 与LTE FDD系统帧结构兼容,系统设计保证了站点的重用。LTE网络结构简化 业务平面与控制平面完全分离化 核心网趋同化,交换功能路由化 HSS MME eNodeB S- P- UE Gateway Gateway IMS 终端部分 接入部分 接入控制部分 网络控制部分 网元数目最小化,协议层次最优化 网络扁平化,全IP化IP化的网络架构 n 网络扁平化、IP化架构 n LTE间各网络节点之间的接口使用IP传输 l eNB间的X2接口 l eNB和MME、S-GW间的S1接口 n 通过IMS承载综合业务 l 原UTRAN的CS域业务均可由LT
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