LTE架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

1、西安郵電大學通信與信息工程學院裝、LTE體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)論文訂線專業(yè)班級：通工0909班學生姓名：顧寶亮學號(班內(nèi)序號):03091327(08)2012 年 12月 09 日LTE體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)論文LTE(Long Term Evolution ,長期演進)就是3GPP的長期演進，是 3G與4G 技術(shù)之間的一個過渡，是3.9G的全球標準,它增強了 3G的空中接入技術(shù)，采用 OFDM 和 MIMO 作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進的唯一標準，為降低用戶面延遲，取消了 無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC),采用扁平網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在 20MHz頻譜帶寬下能提供下 行 100Mbit/s 與上行 50Mbit/s 的峰值速

2、率。改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小 區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。體系架構(gòu) ：LTE 采用扁平化、 IP 化得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， E-UTRAN 用 E-NodeB 替代原有的 RNC-NodeB 結(jié)構(gòu)，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的接口使用 IP 傳輸，通過 IMS 承載綜合業(yè) 務(wù)，原UTRAN的CS域業(yè)務(wù)均可由LTE網(wǎng)絡(luò)的PS域承載。其中，E-UTRAN 由 eNB 構(gòu)成；EPC( Evolved Packet Core)由 MME( Mobility Management Entity)， S-GW(Serving Gateway)以及 P-GW(PDN Gateway)構(gòu)成。相對 UMTS 得網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)而言， L

3、TE 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了大幅度簡化。 LTE 接入網(wǎng)在能夠有效支持新的物理層傳 輸技術(shù)的同時， 還需要滿足低時延、 低復雜度、低成本的要求。原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)顯然已無法 滿足要求， 需要進行調(diào)整與演進。 2006 年 3 月的會議上， 3GPP 確定了 E-UTRAN 的結(jié)構(gòu)， 接入網(wǎng)主要由演進型 eNodeB ( eNB )和接入網(wǎng)關(guān)( aGW )構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)類似于典型的 IP 寬帶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)將對 3GPP 系統(tǒng)的體系架構(gòu)產(chǎn)生深遠的影響。 eNodeB 是 在NodeB原有功能基礎(chǔ)上，增加了 RNC的物理層、MAC層、RRC、調(diào)度、接入控制、承 載控制、移動性管理和 inter-cel

4、l RRM 等功能。 aGW 可以看作是一個邊界節(jié)點，作為核心 網(wǎng)的一部分。 但在如何處理小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)、 負載控制等問題上各成員還存在分歧， 是采用 RRM Server 進行集中式管理，還是采用分散管理，尚未達成一致。關(guān)鍵技術(shù) ：LTE 標準定義了頻分雙工( FDD )和時分雙工( TDD )兩種方式， FDD 是在分離的兩 個對稱頻道上進行接收和發(fā)送，用保護頻段來分離接收和發(fā)送信道。 FDD 必須采用成對的 頻率，依靠頻率來區(qū)分上下行鏈路，其單方向的資源在時間上是連續(xù)的。 TDD 用時間來分 離接收和發(fā)送信道， 接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載， 上行或下行 方向的資源

5、時間上是不連續(xù)的。 某個時間段由基站發(fā)送信號給移動臺， 其他時間由移動臺發(fā) 送信號給基站，基站和移動臺之間必須協(xié)同一致才能順利工作。從技術(shù)上比較， LTE FDD/TDD 兩者均是 LTE 標準的不同方式， 但二者網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議棧完全相同。兩種技術(shù)在商用軟件開發(fā)中大約只有20%的代碼不能復用，能夠共用相同的SDR硬件平臺。LTE FDD與LTE TDD可以共享相同的 SAE網(wǎng)關(guān)，使得兩者非常容易實現(xiàn) 系統(tǒng)融合。兩者之間的相同點與不同點如下表。相同點不同點高層信令，包括NAS、RRC等幀結(jié)構(gòu)：影響無線資源管理、調(diào)度實現(xiàn)2層用戶面處理，MAC、RLC等TDD上下行時分方式：影響物理層反饋過程物理層

6、基本機制，幀長，調(diào)制，多址，信道冋步：TDD系統(tǒng)要求時間冋步，F(xiàn)DD在支持編碼，功率控制，干擾控制等eMBMS時才考慮TDD與FDD空中接口指標要求完全相同多天線：TDD可基于上行下行估計一旦LTE FDD/TDD實現(xiàn)融合，運營商無論在擁有什么樣的頻譜資源的情況下都可以采用TDD技術(shù)。LTE的關(guān)鍵優(yōu)勢之一就是頻譜利用的靈活性，靈活性包括對不同寬度的頻譜使用以及對不同對稱或者不對稱的頻譜使用。LTE可以支持從低于1.4MHZ到最高20MHZ的靈活的載波帶寬， 同時也支持FDD和TDD技術(shù)來使用對稱或者不對稱的頻譜資源。LTETDD可用頻譜集中在 2.5/2.3GHZ和1.9/2.0GHZ，其中部

7、分國家 2.5/2.3GHZ牌照已發(fā)放，典 型牌照頻譜帶寬高于 20MHz。多數(shù)歐洲國家已分配 1.9/2.0GHZ頻段，基本處于閑置狀態(tài)， 典型牌照頻譜帶寬為 5MHz。在對各公司提交的候選方案進行征集后，確定了以O(shè)FDM為物理層基本傳輸技術(shù)方案。實際上在確定這個方案的時候，3GPP內(nèi)部分為兩大陣營：支持OFDM的和支持CDMA的。支持CDMA的公司主要考慮的是后向兼容性，支持OFDM的公司主要是考慮到某些公司對 于CDMA技術(shù)的壟斷性把持。在選擇OFDM作為物理層基本傳輸技術(shù)的同時，大家對OFDM的具體實現(xiàn)上還存在分歧：一部分公司認為上行的峰平比較大，對終端的壽命和耗電量有很高的需求，由此

8、建議上行采用低峰平比的單載波技術(shù)；另一部分公司則認為在上行也可采用濾波、循環(huán)削峰等方法有效降低OFDM峰均比。最后，經(jīng)過激烈的討論的艱苦的融合，3GPP最終選擇了大多數(shù)公司支持的方案，下行OFDM ;上行 SC-FDMA。下行用OFDM是大家沒有意見的，下面我們來聊聊上行。上行SC-FDMA信號可以用 頻 域”和時域兩種方法生成，頻域生成方法又稱為 DFT擴展OFDM( DFT-S-OFDM );時域 生成方法又稱為交織 FDMA ( IFDMA )。DFT-S-OFDM 技術(shù)技術(shù)是在 OFDM的IFFT調(diào)制 之前對信號進行DFT擴展，這樣系統(tǒng)發(fā)射的是時域信號，從而可以避免OFDM系統(tǒng)發(fā)送頻

9、域信號帶來的PAPR問題。另外在是否采用宏分集問題上也產(chǎn)生了激烈的爭論。由于同步方面的問題，對于LTE 前綴，解決小區(qū)間的同步問題，實現(xiàn)下行宏分集。對于上行宏分集的看法，大家卻有分歧。 這是緣于宏分集是和軟切換在一起考慮的， 我們知道 OFDM 是實際上可以看作是 FDMA 的 方式，而軟切換對于 CDMA 來說是利大于弊，但是對于 FDMA 系統(tǒng)來說呢，很多人認為是 弊大于利。 另外軟切換也需要一個中心節(jié)點來控制， 考慮到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化， 分散化的發(fā)展 趨勢， 3GPP 組織在 2005 年 12 月經(jīng)過 “示意性 ”的投票，決定 LTE 系統(tǒng)暫不考慮宏分集技 術(shù)。OFDM 技術(shù)是 LTE

10、系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)與主要特點， OFDM 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定對整個系統(tǒng)的性 能會產(chǎn)生決定性的影響，其中載波間隔又是 OFDM 系統(tǒng)的最基本參數(shù)，經(jīng)過理論分析與仿 真比較最終確定為 15kHz 。上下行的最小資源塊為 375kHz ，也就是 25 個子載波寬度，數(shù) 據(jù)到資源塊的映射方式可采用集中( localized )方式或離散( distributed )方式。循環(huán)前綴 Cyclic Prefix (CP)的長度決定了 OFDM系統(tǒng)的抗多徑能力和覆蓋能力。長CP利于克服多徑干擾， 支持大范圍覆蓋，但系統(tǒng)開銷也會相應增加， 導致數(shù)據(jù)傳輸能力下降。 為了達到 小區(qū)半徑 100Km 的覆蓋要求， LTE 系

11、統(tǒng)采用長短兩套循環(huán)前綴方案，根據(jù)具體場景進行選 擇：短 CP 方案為基本選項，長 CP 方案用于支持 LTE 大范圍小區(qū)覆蓋和多小區(qū)廣播業(yè)務(wù)。MIMO 作為提高系統(tǒng)輸率的最主要手段，也受到了各方代表的廣泛關(guān)注。LTE 已確定MIMO天線個數(shù)的基本配置是下行2疋、上行1 X2，但也在考慮 4 4的高階天線配置。另外， LTE 也正在考慮采用小區(qū)干擾抑制技術(shù)來改善小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)容量。下行 方向 MIMO 方案相對較多，根據(jù) 2006 年3 月雅典會議報告， LTE MIMO 下行方案可分為 兩大類： 發(fā)射分集和空間復用兩大類。 目前， 考慮采用的發(fā)射分集方案包括塊狀編碼傳送分 集( ST

12、BC, SFBC )，時間(頻率)轉(zhuǎn)換發(fā)射分集( TSTD， FSTD ) ，包括循環(huán)延遲分集(CDD )在內(nèi)的延遲分集(作為廣播信道的基本方案)，基于預編碼向量選擇的預編碼技 術(shù)。其中預編碼技術(shù)已被確定為多用戶 MIMO 場景的傳送方案。高峰值傳送輸率是 LTE 下行鏈路需要解決的主要問題。為了實現(xiàn)系統(tǒng)下行 100Mbps 峰值速率的目標，在 3G 原有的 QPSK 、 16QAM 基礎(chǔ)上， LTE 系統(tǒng)增加了 64QAM 高階調(diào) 制。 LTE 上行方向關(guān)注的首要問題是控制峰均比，降低終端成本及功耗，目前主要考慮采 用位移 BPSK 和頻域濾波兩種方案進一步降低上行 SC-FDMA 的峰均比。 LTE 除了繼續(xù)采 用成熟的 Turbo