LTE系統(tǒng)介紹與無線原理

1、LTE系統(tǒng)介紹與無線原理一、 LTE/SAE 介紹主要內容解釋E-UTRAN和EPC的背景和結構：描述蜂窩網(wǎng)的發(fā)展；總結3GPP release從R99到R8的變革；描述EPS（E-UTRAN和EPC）的邏輯結構；1、介紹這個課程描述了第三代蜂窩網(wǎng)3GPP R8的LTE/SAE系統(tǒng)，主要點在MBB（mobile broadband）系統(tǒng)，語音服務將簡單的在IMS章節(jié)討論。下面回顧一下歷史上的通信網(wǎng)絡發(fā)展：1G第一代蜂窩通信網(wǎng)絡，系統(tǒng)包括NMT（北歐移動電話）、AMPS（高級移動電話系統(tǒng)）和TACS（全入網(wǎng)通信系統(tǒng)）。北歐移動電話(NMT)是被瑞典，挪威和丹麥的電訊管理部門在上世紀80年代初確立

2、的普通模擬移動電話北歐標準。NMT系統(tǒng)也在歐洲其他的一些國家安裝了，包括俄羅斯的部分地區(qū)，中東和亞洲。NMT運轉在450 MHz和900 MHz的帶寬上。AMPS系統(tǒng)由美國AT&T開發(fā)的最早的蜂窩電話系統(tǒng)標準。TACS系統(tǒng)技術按照英國標準而設計的模擬式移動電話系統(tǒng)，其頻率范圍為900MHz。與AMPS系統(tǒng)類似，它在地域上將覆蓋范圍劃分成小單元，每個單元復用頻帶的一部分以提高頻帶的利用率，即利用在干擾受限的環(huán)境下，依賴于適當?shù)念l率復用規(guī)劃（特定地區(qū)的傳播特性）和頻分復用（FDMA）來提高容量，實現(xiàn)真正意義上的蜂窩移動通信。1G網(wǎng)絡采用FDMA調制技術，即不同的用戶分配在時隙相同而頻率不同

3、的信道上。按照這種技術，把在頻分多路傳輸系統(tǒng)中集中控制的頻段根據(jù)要求分配給用戶。同固定分配系統(tǒng)相比，頻分多址使通道容量可根據(jù)要求動態(tài)。在FDMA系統(tǒng)中，分配給用戶一個信道，即一對頻譜，一個頻譜用作前向信道即基站向移動臺方向的信道，另一個則用作反向信道即移動臺向基站方向的信道。這種通信系統(tǒng)的基站必須同時發(fā)射和接收多個不同頻率的信號，任意兩個移動用戶之間進行通信都必須經過基站的中轉，因而必須同時占用2個信道(2對頻譜)才能實現(xiàn)雙工通信。缺點：它是一個模擬標準，它很容易受到靜電和噪音的干擾；沒有安全措施阻止掃描式的偷聽，安全性能差；容量不足。第二代蜂窩通信網(wǎng)，包括GSM（全球移動通信系統(tǒng)）、D-AM

4、PS（數(shù)字先進移動電話服務）、PDC（個人數(shù)字蜂窩，一種由日本開發(fā)及使用的2G移動電話通訊標準，采用TDMA技術）和IS-95（CDMA數(shù)字蜂窩標準）。二代網(wǎng)絡與一代不同的是，不僅能支持語音，同時通過數(shù)字TDMA或者CDMA電路交換無線技術調制也能支持數(shù)據(jù)業(yè)務。GSM的標準起始于1982年正式投入使用于1991年。能同時支持語音、短信和CS數(shù)據(jù)傳輸（9.6kb/s）。2G的增強有分組數(shù)據(jù)GPRS，通常我們視為2.5G網(wǎng)絡；或者更快的EDGE（增強型數(shù)據(jù)速率GSM演進技術），EDGE是一種從GSM到3G的過渡技術，它主要是在GSM系統(tǒng)中采用了一種新的調制方法，即最先進的多時隙操作和8PSK調制技

5、術，由于8PSK可將現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡采用的GMSK調制技術的符號攜帶信息空間從1擴展到3，從而使每個符號所包含的信息是原來的3倍，我們通常稱這種為2.75G。2.5G網(wǎng)絡引入了分組交換和分組傳輸?shù)母拍?，在原有的GSM網(wǎng)絡的基礎上增加了SGSN（服務GPRS支持節(jié)點）、GGSN（網(wǎng)關GPRS支持節(jié)點）等功能實體。PS數(shù)率達到50kbit/s，而EDGE可達到500kbit/s。1998年,歐洲電信標準協(xié)會同意WCDMA和TD-SCDMA各自作為U MTS的FDD和TDD多址接入方式。3G網(wǎng)絡與2001年和2003年開始投入使用于日本和歐洲。3G與2G的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能

6、夠在全球范圍內更好地實現(xiàn)無線漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務，同時也要考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性。WCDMA正式生效于1999年，所以第一版本稱為R99。WCDMA R99理論上的速率能達到2Mbps，比起2G網(wǎng)絡，速率得到很大的提升，R99也存在這樣或那樣的缺點，比如核心網(wǎng)的傳輸資源利用率低、核心網(wǎng)仍采用過時的TDM技術，分組域和電路域兩網(wǎng)并行，演進思路不清晰等。相對于R99，R4無線接入網(wǎng)網(wǎng)絡結構沒有改變，改變的只是一些接口協(xié)議的特性和功能的增強，如引入直放站，解決復雜地形覆蓋問題和扇區(qū)降低終端和基站的發(fā)射功率以提高容量

7、， Node B 同步減少系統(tǒng)鄰近小區(qū)的交調干擾，降低傳輸網(wǎng)絡的成本，Iub和Iur上的AAL2連接的QoS優(yōu)化、RRM(無線資源管理)的優(yōu)化，Iu上RAB(無線接入承載)的QoS協(xié)商，增強的RAB支持，Iub、Iur和Iu上的傳輸承載過程的修改；而核心網(wǎng)電路域變化較大，主要體現(xiàn)在：網(wǎng)絡由TDM中心節(jié)點交換型演進為典型的分組話音分布式體系結構；網(wǎng)絡采用開放式結構，業(yè)務邏輯與底層承載相分離，話音分組化，由包方式承載， UTRAN 與核心網(wǎng)話音承載方式均由分組方式實現(xiàn)；由于優(yōu)化了話音編解碼轉換器，改善了WCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡內部話音分組包的時延，提高了話音質量，編解碼轉換有可能只需在與PSTN的公網(wǎng)網(wǎng)

8、關上實現(xiàn)，同時提高了核心網(wǎng)傳輸資源的利用率；同時，由于話音采用統(tǒng)計復用方式傳遞，相對于TDM 64K靜態(tài)電路帶寬分配而言，可提高傳輸網(wǎng)的效率，實現(xiàn)網(wǎng)絡帶寬動態(tài)分配，避免TDM擴容時需反復調配2M電路的煩瑣程序。3G網(wǎng)絡的隨后發(fā)展，2002年R5的HSDPA（高速下行分組接入）和2004年R6的HSUPA（高速上行分組接入），最快下行速率達到14Mpbs，最快上行達到5.76Mbps。HSDPA和HSUPA統(tǒng)稱HSPA，HSUPA也被稱為EUL（增強型上行）。WCDMA的下一步發(fā)展叫HSPA evolution或者通常所叫的HSPA+，該業(yè)務目前正在不斷發(fā)展，我們叫此階段為R7和R8版本，最快的

9、理論下行速率可達到42Mbps?？蛇\用MIMO天線和HOM（更高階調制）技術實現(xiàn)。2007年9月3GPP新添另一位新成員，E-UTRAN（Evolved UTRAN）。而3G長期演進LTE將正式開始。3.9G LTE網(wǎng)絡分為兩個部分，LTE（長期演進）和SAE（系統(tǒng)架構演進），LTE主要負責無線網(wǎng)絡演進，而SAE主要負責分組核心網(wǎng)的演進。對于LTE和SAE，只是規(guī)定于PS數(shù)據(jù)交換域。網(wǎng)絡由E-UTRAN和EPC（分組演進核心網(wǎng)）構成，E-UTRAN和EPC通常EPS分組演進系統(tǒng)。LTE/SAE屬于R8版本。與此同時，另外一個相類似已成立的項目叫3GPP2，它與它的姐妹項目3GPP非常相像，被國

10、際電信聯(lián)盟標準稱為IMT-2000基礎網(wǎng)絡。3GPP2主要關注于cdma2000和EV-DO的演進，而3GPP主要關注在GSM，WCDMA，HSPA和LTE的演進。E-UTRAN的標準是基于下行OFDM正交頻分復用和OFDMA正交頻分多址以及上行SC-FDMA單載波頻分多址調制方式，可同時支持FDD和TDD模式?？芍С质褂貌煌琈IMO配置，這可以提高了數(shù)據(jù)速率以及頻譜效率。LTE目前被視為3.9G網(wǎng)絡，為什么不是4G呢？ITU規(guī)定IMT演進，就是IMT2000的接下來的發(fā)展，被視為4G網(wǎng)絡，它將意味著可支持的最大理論速率逼近1Gbit/s，或許也可以隨著LTE演進基礎原理的發(fā)展而發(fā)展。LTE演

11、進也許要發(fā)展到R10版本后才可能滿足到IMT演進的需求。EPS在R8版本里的網(wǎng)絡結構要比R6的網(wǎng)絡結構簡單得多。R8比R6減少了4個網(wǎng)元，包括NB，RNC，SGSN和GGSN，而總共在EPS中只有兩個大網(wǎng)元結構，E-NodeB和SAE-GW。而SAE-GW可以分為兩個部分：S-GW（serving GW）和P-GW（packet data GW），一般放在同一個物理節(jié)點上，稱為SAE-GW或者P/S-GW。另外，控制部分節(jié)點叫做MME（移動管理實體），同樣是EPC的一部分。從網(wǎng)絡結構來看，LTE網(wǎng)絡只定義了PS域，這意味著傳統(tǒng)的CS電路域將由PS來承載。LTE的要求LTE的一些目標特征：要求達

12、到高速率，在20MHZ頻譜帶寬下能提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率，比R6高出2到3倍；減少延遲，用戶面內部單向傳輸時延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms，控制面上用戶從空閑狀態(tài)到連接狀態(tài)的延遲要小于100ms-這需要使用更少的網(wǎng)絡節(jié)點和更小的TTI（傳輸時間間隔），更快的網(wǎng)絡響應；更高的頻譜利用率，下行頻譜利用率是R6 HSDPA的3到4倍，上行頻譜利用率是R6 HSUPA的2到3倍；更靈活的頻譜配置，可靈活配置帶寬；即插即用功能，e-nodeB自動配置；要求E-UTRAN的結構應該滿足減少未來網(wǎng)絡發(fā)展的開支，降低網(wǎng)絡建設和維護成本。支持與現(xiàn)有的3

13、GPP和非3GPP系統(tǒng)的互操作性，支持增強型的MBMS廣播多播業(yè)務；增強了小區(qū)邊界比特速率，在保持目前基站位置不變的情況下增加小區(qū)邊界比特率。另外，可支持100km半徑的小區(qū)覆蓋，能夠為350km/h高速移動用戶提供大于100kpbs的接入服務。與3G相比，LTE更具體高數(shù)據(jù)速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容。2、EPS綜合結構這部分包括EPC和E-UTRAN結構的綜合描述，以及其他3GPP系統(tǒng)如何結合到這個結構當中。概述EPS結構EPS系統(tǒng)是由EPC和E-UTRAN兩個部分構成。EPC提供接入外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（例如internet、corporate networks公司網(wǎng)等）以及op

14、erator services（MMS媒體信息服務、MBMS多播廣播服務）。同時涉及到一些與安全性（鑒定、密匙）、用戶信息、計費功能以及內部訪問接入移動性能（UTRAN/I-WLAN/CDMA2000等）。核心網(wǎng)也跟蹤一些不在活動的終端的移動性能（比如終端的省電模式狀態(tài)）。E-UTRAN由eNodeB組成，提供E-UTRAN的用戶面（PDCP/RLC/MAC/PHY）以及控制面協(xié)議。eNodeB之間通過X2接口互相連接。eNodeB通過S1接口與演進分組核心網(wǎng)EPC相連，通過用戶面接口S1-GW與S-GW相連，通過S1-MME接口與移動管理實體MME相連。S1接口支持eNodeB和MME/S-

15、GW之間的多對多連接。從EPS載體概念圖來看，UE與P-GW節(jié)點間的載體定義為EPS bearer（提供用戶IP點至外網(wǎng)）。EPS bearer進一步劃分為E-RAB和S5/S8 bearer，E-RAB承載于UE與S-GW間的S1無線接口，而S5/S8 bearer承載于S-GW和P-GW間的接口。End-to-end services（比如IP services）復用于不同的EPS bearer。End-to-end services和EPS Bearer是多點對一點的關系。LTE無線接口LTE無線接口基于下行OFDM模式和上行SC-FDMA模式，這些技術適合靈活的帶寬運作。ODFM正交頻

16、分復用技術，實際上是MCM（多載波調制）的一種，而多載波通信系統(tǒng)就是將一個高速的數(shù)據(jù)流分成若干個子數(shù)據(jù)流，然后將這些低速的數(shù)據(jù)流調制到相應的子載波上去，從而構成一個由多路低速數(shù)據(jù)并行傳輸?shù)南到y(tǒng)。在傳統(tǒng)的多載波通信系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)頻帶被劃分為若干個互相分離的子信道（載波）。載波之間有一定的保護間隔，接收端通過濾波器把各個子信道分離之后接收所需信息。這樣雖然可以避免不同信道互相干擾，但卻以犧牲頻率利用率為代價，而且當子信道數(shù)量很大的時候，大量分離各子信道信號的濾波器的設置就成了幾乎不可能的事。后來提出頻帶混疊的多載波通信方案，選擇相互之間正交的載波頻率作為子載波，這就是OFDM技術。通俗點說，OF

17、DM是一種特殊的多載波通信方案，將單個用戶的數(shù)據(jù)流被串/并變換為多個低速率碼流，每個碼流都用一個子載波發(fā)送。這種正交表示的是載波頻率間精確的數(shù)字關系，不用帶通濾波器來分隔子載波，而是通過快速傅里葉變換FFT來選用那些即便混疊也能保持正交的波形，所以OFDM可以充分利用信道帶寬，避免使用高速均衡和抗突發(fā)噪聲差錯。結構：發(fā)送端：->編碼->交織->數(shù)字調制->插入導頻->串并轉換->IFFT->并串轉換->插入循環(huán)前綴->數(shù)模轉換->天線發(fā)射接收端：->天線接收->模數(shù)轉換->頻率同步->去除循環(huán)前綴->串并

18、轉換->FFT->并串轉換->信道校正->數(shù)字解調->解交織->解碼->OFDM具有諸多優(yōu)點，如果上行鏈路也采用OFDMA，其上/下行鏈路將具有最大的一致性，可以簡化終端設計，使OFDM具有多載波系統(tǒng)固有的高峰值均比（PAPR）特性，提高了系統(tǒng)性能，降低了系統(tǒng)的功率利用率。對下行鏈路來說，基站作為信號發(fā)射端，可以容忍較高的功放成本和發(fā)射功率，但是上行鏈路中，終端設備作為信號發(fā)射端，發(fā)射功率增大會減少終端電池壽命，從而增加了終端設備成本；如果在UE端使用低成本的功放，將降低UE的功率利用率和上行鏈路的覆蓋能力，增加發(fā)射機的功放成本，不利用上行鏈路的實現(xiàn)，

19、因此，為了避免這些缺點，在不改變OFDM系統(tǒng)傳輸結構的基礎上降低OFDM信號的PAPR，特別提出單載波頻分復用SC-FDMA。調制原理圖：我們可以發(fā)現(xiàn)，SC-FDMA在OFDMA的基礎上發(fā)送和接收系統(tǒng)分別增加了一個DFT/IDFT（離散傅里葉變換）模塊，因此SC-FDMA也叫做DFT-S-OFDM?；竞徒K端使用的多天線系統(tǒng)。MIMO系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢:1、 提升系統(tǒng)容量。系統(tǒng)容量是通信系統(tǒng)的重要特征之一，代表通信系統(tǒng)的最大信息傳輸速率。隨著天線數(shù)目的增長，信道容量會出現(xiàn)對數(shù)增長。2、 提供頻譜利用率。MIMO系統(tǒng)通過空間復用提高頻譜的利用率。將高速的數(shù)據(jù)流按照發(fā)送天線數(shù)目的串/并變化，使其成為

20、若干的子數(shù)據(jù)流，各子數(shù)據(jù)流獨立編碼、調制，然后從發(fā)送天線發(fā)送出去，這就是通常所說的空間復用技術。3、 具有發(fā)射分集。分集指一組信息以某種方式重復的從信源傳到信宿的過程。MIMO系統(tǒng)利用多根天線所帶來的多條件傳輸路徑獲得空間分集增益，提高了系統(tǒng)的傳輸性能?？伸`活配置帶寬，可支持6個不同的帶寬帶寬：1.4MHZ、3、5、10、15、20，分別對應的傳輸帶寬資源塊RB為6、15、25、50、75、100。LTE手機種類：協(xié)議狀態(tài)和移動性與WCDMA R6版本相比，LTE系統(tǒng)EPS在協(xié)議狀態(tài)這一塊存在一個主要的簡化變化。WCDMA在連接狀態(tài)中，存在四種不同的RRC狀態(tài)，CELL_DCH，CELL_FA

21、CH，URA_PCH和CELL_PCH。而LTE系統(tǒng)中只有兩種RRC狀態(tài)：IDLE和CONNECTED。在EPC側UE可以有兩種狀態(tài)，EMM注銷或EMM注冊。EPS系統(tǒng)下，小區(qū)組被圈為tracking area（TA），類似于WCDMA的routing area（RAs），location areas（LAs）和UMTS registration areas（URAs）。好處在于，UE在已知的TA表上，這樣可以縮小信令的負荷。二、 EPC和EUtran的架構主要內容描述EPS和EUTRAN的接口描述MME、S-GW和P-GW描述S1和X2協(xié)議棧解釋CS域的倒回描述上下行使用的無線接口技術描述無

22、線接口的信道架構解釋OFDM原理和優(yōu)點上下行的參考信道1、EPC架構EPC由移動管理實體MME、歸屬用戶服務器HSS、策略與計費規(guī)則功能PCRF、服務GW和分組數(shù)據(jù)GW構成。移動管理實體MMEMME是3GPP協(xié)議LTE接入網(wǎng)絡的關鍵控制節(jié)點，它負責空閑模式的UE的定位，傳呼過程，包括中繼，涉及到bearer激活關閉過程，并且當一個UE初始化并且連接時為這個UE選擇一個SGW，通過和HSS交互認證一個用戶分配臨時ID，MME同時支持允許范圍內的攔截監(jiān)聽，MME為2/3G接入網(wǎng)提供控制函數(shù)接口，通過S3接口為漫游UE面向HSS提供SG6接口。歸結它的主要功能為：負責UE的接入和斷開，允許UE的注冊

23、和注銷；鑒權；處理EPS bearer，管理EPS bearer的建立、更改和拆除；控制Idle模式下UE的尋呼重傳；Idle態(tài)和激活態(tài)UE跟蹤區(qū)域TA的列表管理；選擇S-GW和P-GW。策略與計費規(guī)則功能PCRFPCRF可展開制定一套商業(yè)規(guī)則，這些規(guī)則定義網(wǎng)絡資源應該分配哪些用戶，用戶滿足什么條件可以申請。PCRF通過Gx接口與PGW連接，用于根據(jù)已建立的規(guī)則管理用戶和網(wǎng)絡信息。愛立信SAPC控制器在EPC網(wǎng)絡中能夠支持PCRF功能。SAPC運行于愛立信電信服務器的最高平臺TSP 6.0。TSP 6.0平臺通過NSP愛立信網(wǎng)絡服務器平臺支持，硬件使用BYB 501歸屬用戶服務器HSSHSS是

24、EPS網(wǎng)絡一個保存用戶信息的數(shù)據(jù)庫，HSS保存比如UE的位置信息以及鑒定參數(shù)。HSS是HLR的一個演進。它同樣運行在TSP 6.0平臺上。服務GWUE與P-GW用戶面通信是通過S-GW路由實現(xiàn)的。S-GW主要負責以下部分：eNodeB內部切換時本地移動錨點的確定；網(wǎng)絡路由的功能，S-GW負責當UE接入網(wǎng)絡后用戶面數(shù)據(jù)通過S-GW路由至正確的P-GW；漫游用戶的計費，S-GW負責漫游用戶的計費功能；合法監(jiān)聽功能；P-GWP-GW是一個內部EPS網(wǎng)絡與外部IP網(wǎng)之間的網(wǎng)關，比如接入到以太網(wǎng)或者公司網(wǎng)。UE可同時接入多個P-GW訪問多個分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。P-GW主要負責以下功能：QoS策略控制和強制性；

25、這個功能結合用戶的傳輸流以適當?shù)腝oS等級和實行速率策略，以防止超過已規(guī)定的。下行傳輸?shù)牟呗缘囟x在P-GW側，而上行傳輸?shù)膭t定義在E-NODEB側。包過濾，過濾通往或者來自外部IP網(wǎng)的IP包；計費；EPC系統(tǒng)有不同的方法執(zhí)行S-GW和P-GW。一種是通過M-120平臺與GGSN硬件共享，涉及使用MPG設備，MPG允許一個節(jié)點同時支持GGSN、SGW以及PGW功能。MPG支持最多6百萬個EPS bearer，高達40Gbps的吞吐。另外一種形式是使用CPG節(jié)點執(zhí)行SGW和PGW。CPG基于smartEdge 1200平臺，CPG 2010A支持GGSN、SGW和PGW功能。CPG支持最大1百萬

26、個EPS bearer，最高達480Gbps吞吐。GERAN和UTRAN架構由圖可見GERAN、UTRAN和E-UTRAN是如何結合到SAE核心網(wǎng)的。我們注意到SGSN和MME之間共享著許多共有的功能，SGSN和MME共享一個共同的3GPP標準演進。這樣，我們可以看成把SGSN和MME結合為一個節(jié)點，這樣一個節(jié)點可以不同的訪問。概述SAE/LTE接口S1S1是eNB和MME和SGW之間的接口。這個接口的用戶面基于GTP-U（類似現(xiàn)在的iu口和Gn口），控制面接口比較類似無線接入網(wǎng)應用部分RANAP，但由于EPS的不同的功能分裂和移動性，存在一些簡化改變。S1-AP協(xié)議有一下功能：EPS bea

27、rer管理功能，用于創(chuàng)建、修改和釋放EPS bearer，由MME或者eNB來觸發(fā)實現(xiàn)；初始化上下傳輸功能，該功能用于S1 UE在eNB建立一個環(huán)境，設置默認IP連接性，設置一個或者多個SAE承載，傳輸NAS信令相關的信息至eNB；尋呼功能；S1接口管理功能；NAS信令傳輸功能；S1 UE context釋放功能；X2X2是eNB之間的接口，這個接口主要是支持激活狀態(tài)的UE的移動性，它同時也用于多小區(qū)無線資源管理RRM。X2-CP控制面接口由X2-AP協(xié)議組成，X2-AP在SCTP的上層。X2-UP用戶面接口基于GTP-U。X2-AP協(xié)議提供下面一些功能：移動性管理，這個功能允許一個UE的管理

28、責任由一個eNB轉到另外一個eNB；負荷管理，每個eNB可相互指示過載和傳輸負荷；報告一般錯誤情況；S3是MME與2G/3G間的一個控制接口，接口基于Gn/GTP-C（SGSN-SGSN），也存在一些新的功能去支持E-UTRAN和UTRAN/GERAN之間空閑模式的移動性信令。S4是SGW和SGSN之間的接口，接口基于Gn/GTP。用戶面和S1一樣基于GTP-U，控制面基于GTP-C。S5/S8這個是SGW和PGW之間的接口，S5和S8是一樣的接口，不同的是S8主要用于當不同操作間的漫游，而S5是內部網(wǎng)絡的。CS倒回EPS系統(tǒng)CS倒回功能可提供給正在E-UTRAN服務下的UE CS服務，可以使

29、已連接上E-UTRAN的終端使用GERAN或者UTRAN或者CDMA的CS域。LTE/SAE系統(tǒng)只提供PS域的連接和數(shù)據(jù)包服務，這暗示CS的業(yè)務像CS語音、CS數(shù)據(jù)、SMS短信將不能被支持。為了解決平滑過渡，使用CS倒回方法來解決。E-UTRAN架構LTE的無線接口是根據(jù)頻譜靈活性、頻譜效率和消耗效果來演進發(fā)展的。頻譜靈活性包括使用對稱和不對稱頻譜的可能性，LTE可同時支持FDD和TDD全雙工模式，且可支持6個不同的帶寬操作。更高的頻譜效率需要使用更高的調制方法來實現(xiàn)，比如16-QAM和64-QAM以及先進的天線技術解決（MIMO）。另外，選擇下行OFDM和上行SC-FDMA可有效的減少碼間干

30、擾ISI。ENB的功能E-UTRAN由ENB組成，提供E-UTRAN的用戶面（PDCP/RLC/MAC/PHY）以及控制面協(xié)議。ENB之間通過X2接口相互連接，通過S1接口與演進分組核心網(wǎng)EPC相連。大部分R6版本的RNC功能被移到E-UTRAN的ENB上。ENB的功能有：小區(qū)控制和支持MME池。ENB可擁有和控制它所在的小區(qū)的無線資源，包括無線承載控制、無線準入控制、連接移動性控制、上下行資源的動態(tài)分配?？芍С諱ME池的概念，另外SGW池在MME中管理；移動性的控制功能。ENB負責控制在激活狀態(tài)中的終端的移動性，可命令UE在需要時進行測量和執(zhí)行切換。控制面和用戶面的安全性，IP頭壓縮和用戶數(shù)

31、據(jù)流加密；共享信道的處理。由于ENB擁有小區(qū)資源管理，所以它同時也需要處理共享信道和隨機接入信道；分割和拼接功能。無線連接控制RLC服務數(shù)據(jù)單元SDUs接收來自分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP層的數(shù)據(jù)，包括整個IP包和，這可能比物理傳輸層提供的傳輸塊更大，這樣RLC層必須支持分割和拼接來適應傳輸塊的大小；HARQ混合自動重傳請求功能；Scheduling功能支持QoS提供更有效的用戶面和控制面數(shù)據(jù)安排；復用和映射功能，ENB將邏輯信道映射至傳輸信道；物理層功能，ENB處理物理層類似加碼、波束形成處理和OFDM調制等，ENB同時也處理鏈路適配和功率控制；測量和報告，用于移動性和調度的測量和測量報告配置；

32、無線信道性能這一部分描述無線信道性能的一些一般原理和物理層對于減少錯誤的處理。TX和RX物理層處理過程：TX：->CRC->coding->scrambing->modulation->OFDM(IFFT) ->無線信道RX：無線信道->OFDM(FFT) ->demodulation->descrambing->decoding->CRC check->在所有的無線系統(tǒng)空中接口部分都會添加進許多噪聲，這會給接收信號產生失真。對于模擬的小區(qū)系統(tǒng)的人耳接收來說可以糾正接收信號和噪聲的錯誤的功能，然而對于數(shù)字系統(tǒng)來說則不可。噪

33、聲可造成比特錯誤，比如如果噪聲使幅度低于邏輯0的界限，傳輸邏輯1可能會被解調成邏輯0，同樣邏輯0也可能被解讀為邏輯1。所有的數(shù)字系統(tǒng)必須用一些手段克服這些錯誤。CRC循環(huán)冗余碼校驗數(shù)字通信系統(tǒng)中可靠性和快速性往往是一對矛盾。若要求快速，則必然使得每個數(shù)據(jù)碼元所占時間縮短、波形變窄、能量減少，但這樣會增加在收到干擾后產生錯誤的可能性，使信息傳送的可靠性下降。若是要求可靠性，則需要使消息傳輸?shù)乃俾首兟?。所以，如何合理的解決可靠性和速度這對矛盾，是正確設計一個通信系統(tǒng)的關鍵問題之一。為保證傳輸過程的正確性，需要對通信過程進行差錯控制。差錯控制最常用的方法是自動請求重傳方式ARQ、前向糾錯方式FEC和

34、混合糾錯HEC。在傳輸過程中誤碼率比較低時，用FEC方式比較理想。在傳輸過程中誤碼率較高時，采用FEC容易出現(xiàn)亂糾現(xiàn)象。實現(xiàn)檢錯功能的差錯控制方法很多，傳統(tǒng)的有：奇偶校驗、校驗和檢測、重復碼校驗、行列冗余碼校驗等，這些方法都是增加數(shù)據(jù)的冗余量，將校驗碼和數(shù)據(jù)一起發(fā)送到接收端。接收端對接收到的數(shù)據(jù)進行校驗，再將得到的校驗碼和接收到的校驗碼比較，如果二者一致則認為傳輸正確。但這些方法都有各自的優(yōu)缺點，誤判的概率比較高。目前通常使用循環(huán)冗余校驗CRC進行編碼和檢測。LTE使用24位CRC循環(huán)冗余碼在用戶數(shù)據(jù)信道上。越長的冗余碼，則可越精確的處理。前向糾錯多路傳輸和信道編碼多路反射傳輸后對信號帶來碼間

35、干擾ISI、快衰減以及時延等問題?？梢酝ㄟ^均衡器、rake接收機或者OFDM模式來減少問題。一般在開放的環(huán)境下的時延大概在0.2us，而在城市內時延大概為0.5us。交織交織原理交織其實是通信系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)處理而采用的一種技術，交織器從其本質上來說就是一種實現(xiàn)最大限度的改變信息結構而不改變信息內容的器件。從傳統(tǒng)上來講就是使信道傳輸過程中所突發(fā)產生集中的錯誤最大限度的分散化。因此，具體來講也許數(shù)據(jù)置亂器這個稱呼更加符合交織器其本質。速率匹配速率匹配執(zhí)行改變數(shù)據(jù)速率以達到系統(tǒng)的可容納度，這個功能不知能減少數(shù)據(jù)速率，同時也能增加數(shù)據(jù)速率。加擾在數(shù)字通信中，數(shù)字通信設備通常從0到1的變換點提取定時信息

36、，如果長時間出現(xiàn)0或者1序列，會使接收端跟蹤電路帶來困難，影響同步的建立和保持。在LTE系統(tǒng)中，會經常性反復使用1，這意味著所有小區(qū)使用同樣的頻帶，對于接近小區(qū)邊界的UE，會上下行會受到嚴重影響。為了減少內部小區(qū)干擾，在上下行傳輸送引入加擾。加擾使用偽隨機序列有效地將輸入序列攪亂，使輸出的數(shù)字碼元之間相關性最小。調制傳輸編碼和加擾后下一步就是調制。E-UTRAN三種調制:QPSK正交相移鍵控、16-QAM、64-QAM正交幅度調制QPSK是理論上純粹的相位調制，16-QAM和64-QAM使用了相位和幅度的結合。在QAM調制中，數(shù)據(jù)信號由相互正交的兩個載波的幅度變化表示。在E-UTRAN中，在每

37、個OFDM的子載波上都進行調制，也就是說每個15Khz的子載波都被以QPKS、16-QAM或者64-QAM來調制。OFDM正交頻分復用在傳輸編碼和調制的數(shù)據(jù)流都被分開為一系列子流，子流數(shù)可以由12（一個資源塊）最高到1200個（20MHZ帶寬上100個資源塊）。每個子流提供給IFFT模塊，然后傳送到一個個相應的子載波上。在接收端，相反地，OFDM信號提供給FFT模塊，然后從FFT模塊輸出的數(shù)據(jù)子流轉變成串流，再進行解調和解碼。OFDMA正交頻分多址OFDMA多址方式通過頻率和時間分隔開用戶和信道。不同用戶和不同的信道他們相互正交分開，這樣他們在相同的小區(qū)內將不會相互干擾。這樣對于LTE的上下行

38、來說是非常有效的。三、 無線接口這部分主要解釋無線接口的結構：無線接口信道結構上下行物理信號FDD模式無線接口上下行時域結構下行傳輸技術更深入理解OFDM原理下行的參考信號上下行的控制信號上行傳輸技術理解SC-FDMA原理介紹任何一個通信系統(tǒng)中無線接口技術都屬于關鍵技術，同樣在LTE系統(tǒng)中空中技術也是至關重要的。E-UTRAN采用了扁平化的設計，在其網(wǎng)絡結構中沒有RNC，所以整個空中接口結構與現(xiàn)在的網(wǎng)絡有較大的差異。E-UTRAN空中包含物理層（L1）、數(shù)據(jù)鏈路層（L2）以及網(wǎng)絡層（L3）。數(shù)據(jù)鏈路層包含媒體接入控制MAC子層、無線鏈路控制層RLC子層以及分組數(shù)據(jù)匯聚PDCP子層（用于用戶面部

39、分）。網(wǎng)絡層L3和無線資源控制RRC層被劃分為用戶面和控制面，控制信令RRC協(xié)議用于通過無線接口傳送非接入層。無線接口由層的模式建造，與WCDMA相似，2層（EPS承載服務）與R6版本的PDP-context相似，承載了三層數(shù)據(jù)和端到端服務。EPS bearer通過無線接口中的E-UTRAN無線承載服務承載的。無線信道結構被分為邏輯信道、傳輸信道和物理信道。邏輯信道被傳輸信道承載，傳輸信道被物理信道承載。PDCP協(xié)議映射EPS承載到E-UTRAN無線承載，執(zhí)行可靠性頭壓縮ROHC。RLC協(xié)議映射E-UTRAN無線承載到邏輯信道上，執(zhí)行分割、按序交付和重傳。MAC協(xié)議映射邏輯信道到傳輸信道，負責

40、HARQ和調度。物理層映射傳輸信道到物理信道，執(zhí)行信道信道編碼、調制等。信道結構邏輯信道邏輯信道按照消息的類別不同，對業(yè)務和信令消息進行了分類，獲得的相應信道成為邏輯信道，這種信道的定義只是邏輯上的人為定義。邏輯信道可以劃分為控制信道和傳輸信道，控制信道是用于傳輸控制面信息的，業(yè)務信道是用于傳送用戶面信息的。LTE系統(tǒng)有以下邏輯信道：控制信道BCCH廣播控制信道：下行信道，用于廣播系統(tǒng)控制信息（例如系統(tǒng)帶寬、天線數(shù)目以及各種信道的配置參數(shù)等）PCCH尋呼控制信道：下行信道，用于傳輸呼叫信息（被叫號碼等）以及系統(tǒng)信息改變的通知，這個信道用于系統(tǒng)不知道UE所在的小區(qū)位置時的呼叫。另外，當系統(tǒng)通知U

41、E的具體位置時，可以使用共享信道來呼叫，但是對系統(tǒng)信息改變還是必須使用PCCH的，因為那時呼叫的是小區(qū)內的所有UE。CCCH通用控制信道：下行信道，用于傳遞UE與系統(tǒng)之間的控制信息，當UE還沒有RRC連接時，使用這個控制信道來傳遞控制信息，例如傳輸接入時，由于還沒有RRC連接，RRC連接請求消息就是在這個邏輯信道上發(fā)送的。因此沒有RRC連接的UE都可以使用這個信道。MCCH多播控制信道：一點到多點的下行信道，用于傳遞MBMS多媒體廣播組播業(yè)務調度以及控制一個或者多個MTCH信息從網(wǎng)絡到UE。DCCH專用控制信道：上下行信道，點對點的雙向信道，用于傳遞UE與系統(tǒng)之間的專用控制信息，因此UE必須建

42、立RRC連接。業(yè)務信道DTCH專用數(shù)據(jù)信道：上下行信道，點對點的雙向信道，用于傳遞用戶數(shù)據(jù)。MTCH多播傳輸信道：一點對多點的下行信道，用于傳遞從網(wǎng)絡到UE使用的MBMS的傳輸數(shù)據(jù)。傳輸信道傳輸信道對應的是空中接口上不同信號的基帶處理方式，根據(jù)不同的處理方式來描述信道的特性參數(shù)，構成了傳輸信道的概念，具體來說就是根據(jù)信號的信道編碼、選擇的交織方式、CRC冗余校驗的選擇以及塊的分段等過程的不同，而定義了不同類別的傳輸信道。下行BCH廣播信道：下行方向，采用固定的預定義傳輸格式，例如具體固定大小、固定發(fā)送周期以及調制編碼方式等。除了主信息塊MIB消息在專屬的物理信道上傳輸外，其他的廣播消息（系統(tǒng)信

43、息塊SIB）都是在物理共享信道上傳輸?shù)模辉傧馯MTS那樣專門留有物理信道用于傳輸廣播信道。DL-SCH下行共享信道：可以傳輸業(yè)務數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)控制信息。PCH尋呼信道：下行方向，支持UE的非連續(xù)接收方式，映射到物理下行共享信道，與BCH類似。MCH多播信道：給MBMS的單獨傳輸信道。上行UL-SCH上行共享信道：可以傳輸業(yè)務數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)控制信息。RACH隨機接入信道：上行方向，用于傳輸隨機接入前導、發(fā)射功率等信息。物理信道物理信道就是在特定的頻域或者時域上采用特定的調至編碼方式發(fā)送數(shù)據(jù)的通道，物理信道就是空中接口的承載媒體，根據(jù)它所承載的上層信息的不同定義了不同類型的物理信道。物理信道PDSC

44、H物理下行共享信道：傳遞傳輸信道DL-SCHPUSCH物理上行共享信道：傳遞傳輸信道UL-SCHPCFICH物理控制格式指示信道：承載指示一個子幀中用于傳輸PDCCH的OFDM符號的數(shù)目PDCCH物理下行控制信道：傳送下行L1/L2控制信令PUCCH物理上行控制信道：傳送上行L1/L2控制信令PHICH物理HARQ指示信道：承載HARQ的反饋信息ACK/NACKPBCH物理廣播信道：傳送下行傳輸信道的BCHPMCH物理多播信道：傳送下行傳輸信道的MCHPRACH物理隨機接入信道：傳送上行傳輸信道的RACH提供的隨機接入前同步碼物理信號RS參考信號：支持上下行的測量和相干解調P-SS S-SS主

45、同步源信號和第二同步源信號：只用于下行小區(qū)搜索步驟SRS探測參考信號：支持下行信道質量測試與MAC子層相關的信道有傳輸信道和邏輯信道，比如傳輸信道是物理層提供給MAC子層的服務，MAC子層可以利用傳輸信道向物理層發(fā)送數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)，而邏輯信道是MAC子層想RLC子層提供的服務，RLC可以使用這些邏輯信道向MAC發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)時域結構上圖LTE傳輸使用FDD方式的高階時域結構。每個無線幀長10ms，由十個長度為1ms的子幀構成。每個子幀包括兩個長度為0.5ms的時隙。一個時隙內包括7個OFDM符號。這個結構上下行都適合，除了PBCH和SS只適合下行。PBCH在0子幀1時隙0-3四個符號里發(fā)送

46、；SS同步信號在0和5子幀0和10時隙5和6符號發(fā)送（S-SS使用第5個，P-SS使用第6個符號）下行傳輸技術我們知道，LTE下行傳輸是基于OFDM正交頻分復用技術的。在之前我們介紹過OFDM，OFDM是多載波調制MCM技術的一種，其思想是把數(shù)據(jù)流進行串并變換為N路速率較低的子數(shù)據(jù)流，用子數(shù)據(jù)流分別調制N路子載波后再傳輸。OFDMA系統(tǒng)的主要特點：1、 OFDMA能夠具有抗多徑衰落和多普勒的影響的能力。由于OFDM將寬帶傳輸轉化為多個子載波的窄帶傳輸，每個子載波都認為是水平衰落信道，因此可以采用簡單的頻域均衡糾正信道失真，降低接收機均衡器的實現(xiàn)復雜度。另外，插入了循環(huán)前綴CP后可以使系統(tǒng)容忍多

47、普勒頻移和多徑的影響，確保其子載波的正交性。2、 可變帶寬的OFDMA通過使用相同的符號寬度和子載波間隔能夠簡化系統(tǒng)設計。3、 具有可擴展性結構，支持可變帶寬。由于子載波的數(shù)量決定了OFDM的信號帶寬，因此OFDMA系統(tǒng)具有良好的帶寬擴展性。4、 多用戶接入保證正交，可減少干擾并增加容量。5、 具有頻帶自適應能力，OFDMA系統(tǒng)可以在不同的頻帶采用不同的調制編碼方式。從圖來看，一個資源粒子RE對應一個OFDM子載波。一個資源塊對應12個OFDM子載波和0.5ms的時隙，下圖一個小單元由兩個連續(xù)資源塊RB調度，這種小單元被看成一個調度塊，它等于1ms TTI傳輸時間間隙。在下行OFDM中插入循環(huán)

48、前綴CP，通過添加一個循環(huán)前綴，保證了正交狀態(tài)，其本質上防止了一個輔載波與另一個載波相混淆（叫做載波間干擾，或 ICI ）。這個被實現(xiàn)因為來自信道的時分的總數(shù)比循環(huán)前綴的持續(xù)時間短。在發(fā)現(xiàn) OFDM 的過程后，一個循環(huán)前綴已經被提議為其它調制提高多通道的可靠性。OFDM不足：1、 對系統(tǒng)定時和頻率偏移較為敏感。定時偏差會引起子載波相位的旋轉，而且相位旋轉角度與子載波的頻率有關，頻率越高旋轉角度越大。如果定時的偏移量與最大時延擴展的長度之和仍小于循環(huán)前綴的長度，此時子載波之間的正交性仍然成立，沒有ICI，對解調出來的數(shù)據(jù)信息符號的影響只是一個相位的旋轉。如果定時偏移量與最大時延擴展的長度之和大于

49、循環(huán)前綴的長度，這一部分數(shù)據(jù)信息就丟失了，最為嚴重的是子載波之間的正交性被破壞了，造成ICI。2、 存在較高的峰值平均功率比PARP。多載波系統(tǒng)的輸出是多個子信道信號的疊加，如果多個信號相位一致時，所得的疊加信號的瞬間功率會遠遠高于信號的平均功率。因此可能造成信號畸變是信號頻譜發(fā)生變化，同時子信道間正交性遭到破壞從而產生干擾，同時也會帶來高功率的消耗。下行參考信號下行參考信號的作用主要有以下幾個方面：1、 下行信道質量測量（信道探測）2、 下行信道估計，用于UE端的相干檢測和解調3、 小區(qū)搜索下行參考信號由已知的參考符號構成，參考符號以資源粒子RE為單元，一個參考符號占用一個RE。下行鏈路有4

50、種參考信號：小區(qū)專用參考信號、MBSFN參考信號、UE專用參考信號和定位參考信號小區(qū)專用參考信號可以在所有支持PDSCH傳輸?shù)南滦凶訋袀鬏?。小區(qū)專用參考信號在天線端口03中的一個活多個端口上傳輸。只適應與子載波間隔15KHZ的情況。MBSFN參考信號用于MBSFN的信道估計和相關解調，在天線端口四上發(fā)送。MBSFN參考信號僅在分配給MBSFN傳輸?shù)淖訋袀鬏?，同時，只能在擴展循環(huán)前綴的情況下定義MBSFN參考信號。UE專用參考信號用于支持單天線端口的PDSCH傳輸，并且在天線端口5上發(fā)送。UE專用參考信號只在PDSCH對應的資源映射塊中傳輸。下行L1/L2控制信令下行L1/L2控制信號用于傳遞下行調度工作給終端，使其能正常接收、解調和解碼DL-SCH，傳遞上行調度許可通知終端資源和傳輸格式給UL-SCH，以及傳遞HARQ應答響應至U