LTE基本原理

梁晋仲 内容 基于 技术增强之后，可以保证非来几年内的竞争力。但是，需要考虑如何保证在更长时间内的竞争力 应对来自于 为应对 of be to in an 0 a of to be R 产品与业务发展 技术趋势：无线宽带广域， 现宽带移动化、移动宽带化 技术趋势：接入多元化、网络一体化、应用综合 无线技术演进路径 2001 2006 2) s 99/384kb/s 17184kb/s 单载波 s 4 384kb/s 71kb/s/384 00L:50L:100L:5040L:40L1050动 2008 10 L:x (0) A L: O B （ 多载波 L: 27100L: 50L: 100L: 503G 3准与技术演进 ( 标准化 6 9/4 (?) (?) 2000 2004 2007 2010 内容 定位： 集高质量话音和宽带数据为一体；支持全移动、综合多业务；网络可控、可管理；具有低成本、低时延、后向兼容的 “先进的综合移动宽带无线系统” 技术路线 : A/+ 3是宽带无线接入标准 3 3顾数据； 顾语音 电信运营商竞争的需求： 既能承载高质量实时话音， 又能提供无线宽带数据接入的全移动系统 更小的 享信道支持在多个用户间同时传输数据； 用户面延迟小于 5制面延迟小于 100 采用 行最大速率可达 100s，上行最大速率可达 50s 下行频谱效率可达 4倍；上行频谱效率可达 2 3倍； 050 5用现有的 现系统的平滑演进。 1 2 3 4 5 与 统设计保证了站点的重用 网络扁平化 ,全 核心网趋同化 ,交换功能路由化 业务平面与控制平面完全分离化 网元数目最小化 ,协议层次最优化 - SS E 入部分 接入控制部分 网络控制部分 终端部分 网络扁平化、 2接口 1接口 通过 原 SG i - S6 a O p e ra to r s I P Se rv i c e s (e , e ) R x + L T E - E - Se rv i n g G a te w a y G a te w a y - U G N 认证；漫游跟踪区列表管理； 3 空闲模式 选择 W 和 W； 2G、 3 承载管理功能（包括专用承载的建立）； 在网络触发建立初始承载过程中，缓存下行数据包； 数据包的路由 转发； 切换过程中，进行数据的前转； 上下行传输层数据包的分类标示； 在漫游时，实现基于 合法性监听 ； W： 基于单个用户的数据包过滤； 上下行传输层数据包的分类标示； 上下行服务级的计费（基于 者基于本地策略）； 上下行服务级的门控； 上下行服务级增强，对每个 基于 法性监听； 基于服务数据流的策略控制（服务数据流模板、 基于服务数据流的计费规则控制。 网络将最大程度的使用运营商已有的资源 ， 包括已有的网络 、 频率 、 站点 、 天线 ，并通过有效的方式 ， 对所有的频率进行分配 高 吞吐量 提供高质量全频谱效率最高 良好兼容性 简约的天线系统 高数据接入效率 最短切换时间 支持 强小区边缘性能 无线资源管理（ 用户数据流 用户面数据向 寻呼消息的调度和发送功能 （源自 &播消息的调度和发送功能； 用于移动性和调度的测量和测量报告配置功能。 基于 上行传输层数据包的分类标示。 e N E / S - G W M M E / S - G U T R A 1供 于 供 于 支持不同的 3及用户和承载信息交换而定义的接口点，基于 心网和作为 3两者提供相关的控制功能和移动性功能支持。 该接口基于定义于 外，如果没有建立 接口提供用户平面的隧道功能。 责 于支持 于 于 输服务数据流级的 入网络和位置信息。 于 持传输 制信息。在8接口基于 义于不同 接口基于 5接口的跨 持跨 持 来处理 于二者之间的用户数据传输。该接口基于 U li nk D Ph P k la y P h y s la y 括改和释放）； 连接状态下 括 括复位、错误指示以及过载指示等）； 网络共享功能； 网络节点选择功能； 初始上下文建立功能； 漫游和接入限制支持功能 业务面 控制面 初始上下文建立 切换管理 切换准备 切换资源分配 切换通知 路径切换请求 切换取消 寻呼 初始 下行 上行 复位 错误指示 U li nk D Ph P k la y P h y s la y 业务面 控制面 连接状态下 对 上行负荷管理功能； 括复位和错误指示）。 r ce eN od H A N D O V E R R E Q U E S T H A N D O V E R R E Q U E S T A C K N O W G E t ar g e t eN od so eN od H A N D C A N C E L t ar g e t eN od X 2 A P Re l e a s e R e s o ur c e T a r ge B So u r c e e N B so eN od S N S T A T U S T R A N S F E R t ar g e t eN od I N F O R M A T I O N e N L a y e r R E S E T R E S P O N S E R E S E T R E Q U E S T e N B 2 L a y e r eN od S E T U P R E S T eN od S E T U P R E S P E 切换准备 切换取消 释放资源 序列号状态传输 负荷指示 复位 多模多功能 端 N 成本 低功耗 业务丰富 通用性强 设置灵活 接入性强 操作系统简单 系统稳定 商用终端与 证漫游等功能的实现 1 +30 2 +27 3 +23 +/-2 4 +21 完成业务数据流在空中接口的收发处理，协议栈包括 e N P H C C P H S N A C R R C P P D C 控制面 络侧的协议终止点除 他的协议层都终止于空中接口 广播： 其它广播信息与数据动态共享无线资源，由 寻呼： 采用与数据共享无线资源的方式采用 业务链接建立和释放： 在 使用一个单一的配置消息（ 进行业务链接的建立和释放。 动态调度 测量： 测量对 切换、调度密切相关。 体的测量量仍在定义中。 切换 空中接口的主要工作过程 与 R a d i o R e s o u r c e C o n t r o l ( R R C )M e d i u m A c c e s s C o n t r o l( M A C )T r a n s p o r t c h a n n e l sP h y s i c a l l a y e a y e r 3L o g i c a l c h a n n e l sL a y e r 2L a y e r 1空中接口分层 O n e s l o t , Ts l o t= 1 5 3 6 0 U p P T SD w P T SO n e r a d i o f r a m e , 3 0 7 2 0 0 1 0 m sO n e h a l f - f r a m e , 1 5 3 6 0 0 5 m 7 2 0 n e s u b f r a m e , 3 0 7 2 0 U p P T SD w P T SS u b f r a m e # 2 S u b f r a m e # 3 S u b f r a m e # 4S u b f r a m e # 0 S u b f r a m e # 5 S u b f r a m e # 7 S u b f r a m e # 8 S u b f r a m e # 9G P U p P T SD w P T SO n e s u b f r a m e , 3 0 7 2 0 U p P T SD w P T SS u b f r a m e # 2 S u b f r a m e # 3 S u b f r a m e # 4S u b f r a m e # 0 S u b f r a m e # 5 S u b f r a m e # 7 S u b f r a m e # 8 S u b f r a m e # 9固定下行 固定上行 G P U p P T SD w P T SO n e s u b f r a m e , 3 0 7 2 0 U p P T SD w P T SS u b f r a m e # 2 S u b f r a m e # 3 S u b f r a m e # 4S u b f r a m e # 0 S u b f r a m e # 5 S u b f r a m e # 7 S u b f r a m e # 8 S u b f r a m e # 95 10 物理层帧结构 上下行配置 上下行配置 子帧序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 5 S U U U D S U U U 1 5 S U U D D S U U D 2 5 S U D D D S U D D 3 10 S U U U D D D D D 4 10 S U U D D D D D D 5 10 S U D D D D D D D 6 5 S U U U D S U U D 物理层帧结构 特殊子帧配置 特殊子帧配置 常规 展 P P 3 10 1 3 8 1 1 9 4 8 3 2 10 3 9 2 3 11 2 10 1 4 12 1 3 7 2 5 3 9 2 8 2 6 9 3 9 1 7 10 2 - - - 8 11 1 - - - 物理层帧结构 基本时间单位 天线端口 线端口的定义是从接收机的角度来定义的，即如果接收机需要区分资源在空间上的差别，就需要定义多个天线端口。天线端口与实际的物理天线端口没有一一对应的关系。 由于目前 需要区分空间上的资源，所以上行还没有引入天线端口的概念。 目前 别对应于天线端口序号 05。 秒2 0 4 81 5 0 0 01s 线端口 03 线端口 4 终端专用参考信号传输天线端口：天线端口 5 物理资源概念 资源单元 ( 对于每一个天线端口，一个 资源块 ( 一个时隙中，频域上连续的宽度为1807 s y m b o l sO n e S l o ( 1 2 x 7 R E )R ER e s o u r c e G r i d ( E x a m p l e )物理资源概念 （常规子帧） 物理资源概念 资源单元组 ( 控制区域中 于映射下行控制信道 每个 个数据 R R E G n + 1R E G 个 O F D M 符 号R E G n + 2R E G R R G n + 1R E G 个 O F D M 符 号( 4 个 公 共 天 线 端 口 )第 三 个 O F D M 符 号第 二 个 O F D M 符 号( 1 / 2 个 公 共 天 线 端 口 )R E G n + 1R E G n + 2R E G G n + 1物理资源概念 常规子帧： 常规子帧由两个时隙组成，每个时隙长度 下行 下行 上行常规子帧 特殊子帧： 特殊子帧由三个特殊域组成，分别为 殊子帧只存在帧结构类型 2中 子帧结构 控制区域与数据区域进行时分 控制区域 7 s y m b o l s y m b o l 区 域数 据 区 域子帧 控制区域 号数目 帧结构类型 2中的子帧 1和子帧 6 1, 2 存在 1, 2 不存在 子 帧 1, 2, 3 下行 数据传输方式 区 域数 据 区 域d i s t r i b u t e dl o c a l i z e 下行 即控制区域 下行 帧 控制区域与数据区域进行频分 数据传输方式 区 域数 据 区 域控 制 区 域上行 常规 子帧 信道类型 功能 承载上行业务数据 承载 用于 信道类型 功能 承载下行业务数据 承载广播信息 在支持 于承载多小区的广播信息 用于指示同一子帧中 承载下行调度信息 承载 上行物理信道 下行物理信道 物理信道类型和功能 控制信息 物理信道 承载的信息 下行传输的 度请求以及 或 2或 3 上行传输的 或者 1 源分配信息、 行调度确认以及其他控制信息 。 根据承载信息不同， 式 0承载 式 1 承载 式 1 式 2承载 承载对于 2比特的功率调整）； 1比特的功率调整） 物理层信令主要用于携带与资源分配相关的信息以及 物理层信令 传输信道的信道编码 控制信息的信道编码 传输信道 编码方案 编码速率 下行物理信道的调制方式 上行物理信道的调制方式 物理信道 调制方式 16641664理信道 调制方式 1664： 调整信息反馈给 上行同步保持： 还未确定！ ) 下行初始同步： 初始下行同步是小区搜索过程。 及辅助同步信号，实现与小区的时间同步 下行同步保持： 小区搜索成功后， 根据测量值调整下行同步，以保持与 物理层主要过程 同步 小区搜索是 用户提供各种业务的基础 根据同步信号获得下行时间同步 根据同步信号获得下行频率同步 根据同步信号获得 D、系统 带宽、天线配置等相关信息 读取小区广播信息 物理层主要过程 小区搜索 上行随机接入的目的是 业务数据传输提供基础 送 相关的 上行随机接入资源配置 检测到含有 随机接入请求 随机接入请求响应 时间同步等信息 发送 相应的 物理层主要过程 上行随机接入 内容 P） G （ 2G （ 3G （ 下行 上行 与传统的多载波调制（ 比， 且能够保持各个子载波之间的正交性。 个并行的低速数据流，在 些在 成一个 采样频率 采样周期 子载波间隔 f 有用符号时间 循环前缀时间 可用子载波数目 Nc c - 1Q A M s y m b o l o n s u b - c a r r i e r a ) 频 域 描 述 ( b ) 时 域 描 述关键参数： f , c 采样频率以及 子载波间隔 15于单播（ 多播（ 输 仅可以应用于独立载波的 子载波数目 循环前缀长度 一个时隙中不同 号的循环前缀长度不同 信道带宽 （ 5 10 15 20 子载波数目 72 180 300 600 900 1200 用 048的采样周期定义基本时间单元： 1/ 1/(15000秒 频谱效率高 是取得用户间正交性的一种方式， “ 防讳于未然 ” 的一种方式 未然式 干扰出现后用信号处理技术将其消除，例如信道均衡、多用户检测等；以恢复系统的正交性 相对单载波系统 (说，多载波技术 (更直接的实现正交传输的方法 带宽扩展性强 得接收机复杂度大幅度上 抗多径衰落 相对于 频域调度及自适应 对 可以在不同的频带采用不同的调制编码方式，更好的适应频率选择行衰落 实现 效避免天线之间的干扰以区分多个数据流 水平衰落信道中实现 率选择性信道中， 难将 高 加模数 /数模转换的复杂度、降低 加发射机功放的成本等 未然式 降低 信号预失真技术：如消峰 (峰加窗 编码技术、加扰技术 时间和频率同步 时间偏移会导致 以引入 载波频率偏移带来两个影响：降低信号幅度、造成 多小区多址和干扰抑制 单载波特性： a) 信号具有低的峰均比 b) 传输带宽取决于 M 子载波间隔 15 子载波数目 循环前缀长度 一个时隙中不同 号的循环前缀长度不同 信道带宽 （ 5 10 15 20 子载波数目 72 180 300 600 900 1200 多天线技术 下行 利用公共天线端口， 1x），双天线发送（ 2x）以及 4天线发送（ 4x），从而提供不同级别的传输分集和空间复用增益 利用专用天线端口以及灵活的天线端口映射技术， 如 8天线发送，从而提供传输分集、空间复用增益同时，提供波束赋形增益 上行 目前， 可以采用天线选择技术提供空间分集增益 B 下行多天线技术 传输分集 环 空间复用 开环空间复用，闭环空间复用以及 波束赋形 上行多天线技术 上行传输天线选择 ( 天线技术 T B CE n c o d e S*1S *2Sk + 1 k T X 1T X 2S u b - c a r r i e 天线端口发送情况下的传输分集技术确定为 输分集 i m T DA n t e n n a 1A n t e n n a 2传输分集 i m T DA n t e n n a 1A n t e n n a 2且与其他传输分集技术结合起来使用 传输分集 S u b - c a r r i e 3 k + 2 k + 1 1T X 2*3*4*1*2432100000000T X 3T X 4天线端口发送情况下的传输分集技术采用 传输分集 间复用 多码字传输 多码字传输即复用到多根天线上的数据流可以独立进行信道编码和调制 单码字传输是一个数据流进行信道编码和调制之后再复用到多根天线上 。 为了降低反馈的量 单码字 多码字 空间复用 在空间复用传输之前，多个数据流使用一个线性的预编码矩阵或者向量进行预编码操作 在发送天线与接收天线相等 (L )的情况下，预编码操作可以正交化多个并行的传输，增加不同数据流之间的隔离度 进一步，在发送天线数目大于接收天线数目 ( L/L n 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 4 6 - - - 4 6 - - - 1 7 6 - - 4 7 6 - - 4 2 7 6 - 4 8 7 6 - 4 8 3 4 11 - - - 7 6 6 5 5 4 12 11 - - 8 7 7 6 5 4 5 12 11 - 9 8 7 6 5 4 13 6 7 7 - - - 7 7 - - 5 L/L n 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 4 7 6 4 7 6 1 4 6 4 6 2 6 6 3 6 6 6 4 6 6 5 6 6 4 6 6 4 7 重传与初传之间的定时关系 ：同步 步 如果重传在预先定义好的时间进行，接收机不需要显示告知进程号，则称为同步 根据 定 与 如果重传在上一次传输之后的任何可用时间上进行，接收机需要显示告知具体的进程号，则称为异步 自适应 自适应 如调制方式，资源分配等，这些属性的改变需要信令额外通知。 非自适应 非自适应的 需要额外的信令通知 非自适应的 自适应的 基站发现接收输出错误之后，不反馈 是通过调度器调度其重传所使用的参数 自适应 /非自适应 单纯 收到的错误数据包都是直接被丢掉的 将接收到的错误数据包保存在存储器中，与重传的数据包合并在一起进行译码 ，提高传输效率 中 信道调度 基本思想 对于某一块资源，选择信道传输条件最好的用户进行调度，从而最大化系统吞吐量 多用户分集 信道调度 相对于单载波 下行：基于公共参考信号 上行：基于探测参考信号 信道调度 链路自适应 速率控制 功率控制 链路自适应技术一般指速率控制技术，即自适应调制编码技术 链路自适应 通过动态调整发射功率，维持接收端一定的信噪比，从而保证链路的传输质量 当信道条件较差时需要增加发射功率，当信道条件较好时需要降低发射功率，从而保证了恒定的传输速率 功率控制可以很好的避免小区内用户间的干扰 功率控制 保证发送功率恒定的情况下，通过调整无线链路传输的调制方式与编码速率，确保链路的传输质量 当信道条件较差时选择较小的调制方式与编码速率，当信道条件较好是选择较大的调制方式，从而最大化了传输速率 速率控制可以充分利用所有的功率 速率控制 (即 路自适应技术基于 预定义的 x 1024 of 8 20 93 08 49 02 1678 1690 1616 0 6466 1 6467 2 6466 3 6472 4 6473 5 6448 行方向链路自适应 行方向的 链路自适应技术基于基站测量的上行信道质量，直接确定具体的调制与编码方式 上行方向的链路自适应 内容 多天线技术 链路自适应 信道调度与调度信令 小区间干扰消除 小区间干扰消除 加扰 跳频传输 发射端波束赋形以及 小区间干扰协调 功率控制 小区间干扰消除 一般情况下，加扰在信道编码之后、数据调制之前进行即 比特级的加扰 ， 码序列与 UE 区 码序列与 码序列与小区 行序列扩展时进行加扰 扰码序列与小区 T u r b o C o d i n g I n t e r l e a v e r S c r a m b l i n g A U s e r A 加扰 目前 过进行跳频传输可以随机化小区间的干扰 除了 他下行物理控制信道的资源映射均于小区 跳频传输 提高期望用户的信号强度 降低信号对其他用户的干扰 特别的，如果波束赋形时已经知道被干扰用户的方位，可以主动降低对该方向辐射能量 期 望 用 户被 干 扰 期 望 用 户发射端波束赋形 当接收端也存在多根天线时，接收端也可以利用多根天线降低用户间干扰，其主要的原理是通过对接收信号进行加权，抑制强干扰，称为 下行 上行 基本思想 ： 以小区间协调的方式对资源的使用进行限制，包括限制哪些时频资源可用，或者在一定的时频资源上限制其发射功率 静态的小区间干扰协调 不需要标准支持 频率资源协调 /功率资源协调 U s e r s i n i n n e r p a r t o f t h e c e l l m a y b e a s s i g n e d t h e f u l l s p e c t r u m . U s e r s a t t h e o u t e r p a r t o f t h e c e l l m a y o n l y b e a s s i g n e d p a r t o f t h e f u l l s p e c t r u m . 1 2 3 4 5 6 7 频率资源协调 (小区间干扰协调 功率资源协调 ( 132 f ) f ) f )C e l l t y p e 1C e l l t y p e 2C e l l t y p e 3小区间干扰协调 需要小区间交换信息，比如资源使用信息 目前 以在 行），即告知哪个 及哪些 同时，小区之间可以在 用来进行小区间的上行功率控制 半静态小区间干扰协调 nt