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1、LTE无线网络优化接入问题分析摘要：LTE是由3GPP组织制定的通用移动通信技术标准的长期演进，由于其高传输带宽，多业务支持的能力以及相对灵活的组网方式1，是LTE成为了通信领域的热门研究问题。随着LTE无线技术的发展，支持LTE无线技术的智能终端的普及率逐步升高。然而LTE终端接入LTE无线网络存在着接入速度慢、接入质量不高等，这给用户体验LTE网络带来了不好的影响2。接入是移动性能管理的重要组成部分，本论文主要从接入指标的定义、接入问题的基本流程、接入问题的数据分析方法、接入失败的解决方法等方面加以研究，并结合实际接入问题的案例进行分析。关键词：LTE；接入；网络优化LTE Wireles
2、s Network OptimizationAccess Problem AnalysisAbstract:LTE is formulated by the 3GPP organization universal mobile communication technology standards of long term evolution, because of its high transmission bandwidth, multi service support capability and relatively flexible networking mode is LTE has
3、 become a hot research issue in the field of communication. With the development of LTE wireless technology, the popularity of intelligent terminals to support LTE wireless technology is gradually increasing. However, LTE terminal access LTE wireless network has a slow access speed, access quality i
4、s not high, which gives the user experience LTE network has brought bad influence. Access is an important part of the mobile performance management, this thesis mainly from the definition and access of access indicators of the basic process, the access of the data analysis method, failure of access
5、solutions such as research, and combined with the actual access problem of case analysis.Key words:LTE;Access;Network optimizationI目 录1 绪论11.1 选题的背景和意义12 LTE相关技术介绍22.1 LTE技术特点22.2 LTE网络结构43 LTE接入问题分析73.1 接入过程73.2 接入失败的基本概念93.3 接入失败的分析流程和方法94 LTE接入问题案例分析和解决办法164.1 RACH问题案例分析164.2 RRC连接问题案例分析204.3 E-R
6、AB建立问题分析225 小结26参考文献27附 录：英文缩略语28致 谢29II1 绪论1.1 选题的背景和意义随着通信技术的不断发展，智能手机的普及率不断提高，移动通信已经成为通信领域发展最好，发展潜力最大的热门产业。纵观通信发展史，移动通信已经经历了三代的发展。第一代是20世纪80年代的模拟蜂窝网移动通信系统采用频率复用技术，实现小区制大容量公用移动电话系统，主要采用模拟和频分多址（FDMA）技术。第二代是20世纪90年代使用的数字移动通信系统，主要采用时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)技术3。第三代移动通信系统（3G）比前两代移动通信系统有着更宽的带宽，主要是基于宽带的码分多址技
7、术，优点在于频率规划简单，系统容量大，频率复用系数高，抗多径能力强，信号质量好，软容量，软切换4。尽管第三代移动通信有很多优点，但它也面临着标准不兼容和竞争的局面。所以研究和发展第四代移动通信技术（4G）是顺应时代发展的必然趋势。LTE是通信行业公认的传统3G向4G演进的技术，各大运营商也在加快LTE无线网络的建设。由于采用的是IP来组建网络，取消了基于电路域的专用信道，数据传输采用共享信道，因而使LTE数据的传输效率和频谱利用率大大提高5。随着LTE商用和产业化的推进，移动智能终端设备作为产业链的重要组成部分受到越来越多的关注和研究。终端接入网络是实现终端和网络进行交互的第一步，高速率，高质
8、量的接入过程是终端和网络进行交互的重要保障，因此快速接入网络问题成为LTE网络优化一个重要研究方向。优化的目的是通过调整相关参数提高网络质量，给用户提供一个优质的网络。2 LTE相关技术介绍2.1 LTE技术特点LTE（Long Term Evolution）是新一代宽带无线移动通信技术。与3G采用的CDMA技术不同，LTE以OFDM（正交频分复用）和MIMO（多输入多输出天线）技术为基础，频谱效率是3G增强技术的23倍6。LTE包括FDD和TDD两种制式。LTE的增强技术（LTE-Advanced）是国际电联认可的第四代移动通信标准。LTE移动通信系统具有如下特征：（1） 传输速率更快：对于
9、移动速度超过250km/h的用户的数据传输速率可以达到2Mbps；对于移动速度在60km/h（中速）左右的用户的传输数据速率可以达到20Mbps；对于移动速度慢的用户，传输数据速率可以达到100Mbps；（2） 频谱利用效率更高：由于4G在研发过程中使用并且引入许多功能强大的突破性技术，使得无线频谱的利用效率比第二代和第三代移动通信系统有效得多，而且上下行速率提高了很多，下载速率可达到5Mbps10Mbps；（3） 网络频谱更宽：与3G网络的带宽相比，4G信道会占用更多的带宽，3G网络带宽在520MHz之间，而4G网络的带宽会达到100MHz或者更多；（4） 容量更大：为了满足未来信息大量增长
10、的需求，4G采用新的技术（如空分多址技术）来提高系统的容量来满足信息增长的需求。（5） 灵活性更强：4G系统采用了自适应调制编码技术，可以自适应的进行资源分配，对于信号质量不同的用户将采用最佳的调制编码方式来提高传输效率。对智能终端的支持也更加灵活，使得不同的终端都能够接入到4G网络；（6） 实现更高质量的多媒体通信：4G网络的上下行速率比3G网络的上下行速率有了很大的提高，用户可以通过智能终端观看高清视频、直播，还能高清视频通话，可以将大量的信息通过宽频信道传送出去，让用户可以随时随地的接入到系统中。（7） 兼容性更平滑：4G系统具备全球漫游，接口开放，能跟多种网络互联使得组网更加方便，终端
11、多样化以及能从第二代平稳过渡等特点；LTE要实现的目标已经超过了目前2G/3G网络所能实现的各项指标，为了实现这些目标，LTE引入了多种新技术，如混合自动重传技术、自适应调制编码技术，最核心的是MIMO技术和OFDM技术7。下面对这两种技术简单介绍：1. 多天线MIMO技术多天线是对SIMO技术的改进，利用空间中增加的传输信道，在发射端和接收端分别设置多个天线，利用天线来抑制信道衰落。多天线MIMO技术主要分为两种：空间分集（发射分集、传输分集）技术和空间复用技术。发射分集技术是指在发射端的不同的发射天线上发送相同信息，从而实现空间分集效果，该技术可以降低信道的误码率，提高信道的可靠性；空间复
12、用技术是指在发射端的不同的发射天线上发送不同的信息，从而大大提高了系统的容量8。多天线MIMO技术的多种具体工作方式会跟住应用场景的不同实现相互间的转换。2. OFDM技术OFDM是一种多载波传输调制技术，就是将大的频谱分为若干小的子载波，各相邻子载波相互重叠，相邻子载波互相正交（通过傅里叶变实现），从而使其重叠但不干扰。然后将串行数据映射到子载波上传输，实现统一调度。图2.1 OFDM由上图可以看出，OFDM和传统的FDM多载波调制技术的区别，传统的多载波是分开的，载波之间要有保护间隔，而OFDM则是重叠在一起的，最大的一个好处就是节省了带宽，同时OFDM是统一调度，而传统的FDM是子载波分
13、别调度，效率是不一样的。OFDM参数的设定会对LTE整个系统产生重要影响，如CP（循环前缀）9。通过添加CP，可以克服多径时延造成的符号间干扰，提高了系统的抗多径能力和覆盖能力。由于基站覆盖的距离远近不同，多径延迟也不同，所以CP也分3种。常规，扩展和超长扩展，应用范围也不同，如图2.2所示。图2.2 cp长度一般来说超长扩展除非在海边等特殊场景其它地方是用不到的，所以常见的就常规和扩展2种，CP的长度也会影响物理层资源块的大小，间接影响速率10。2.2 LTE网络结构整个LTE系统由演进型分组核心网（Evolved Packet Core，EPC）、演进型基站（eNodeB）和用户设备（UE
14、）三部分组成，如图2.3所示。其中，EPC负责核心网部分，EPC控制处理部分称为MME，数据承载部分称为SAE Gateway (S-GW)；eNodeB负责接入网部分，也称E-UTRAN；UE指用户终端设备。 图2.3 LTE网络构架eNodeB与EPC通过S1接口连接；eNodeB之间通过X2接口连接；eNodeB与UE之间通过Uu接口连接。相应的，其核心网和接入网的功能划分也有所变化，如图2.4所示： 图2.4 核心网和接入网之间功能划分 MME的功能主要包括：寻呼消息发送，安全控制，移动性管理，会话管理，用户鉴权和密匙管理，以及NAS信令的加密与完整性保护等。 SGW的功能主要包括：数
15、据的路由和传输，以及用户面数据的加密，eNodeB间的切换等。3 LTE接入问题分析3.1 接入过程接入流程可分为4个步骤：随机接入、RRC 连接建立、鉴权、E-RAB 建立。如图3.1所示。3.1 接入流程示意图3.1.1 随机接入随机接入过程是终端向系统请求接入，收到系统响应并分配接入信道资源的过程，目的是获取UE与eNodeB上行同步和上行调度资源11。在随机接入过程中会发送4个消息，这4个消息分别为：（1） Msg1：随机接入前导，UE向eNodeB发送随机接入前导码，使基站能够估计eNodeB和UE之间的传输延迟。（2） Msg2：随机接入响应，eNodeB向UE发送随机接入响应信息，响应信息包括：随机接入前导标示符、为Msg3分配上行资源、临时C-RNTI等。（3） Msg3：第一次调度传输，主要用于UE向eNodeB请求RRC连接以及传输RRC层生成的RRC切换完成消息以及UE的C-RNTI11。（4） Msg4：竞争解决，当多个不同的UE同时使用同一前导序列时，就发生冲突，UE只有收到属于自己的下行RRC竞争解决消息时就可以准备RRC连接。3.1.2 RRC连接RRC是无线资源协议，主要提供广播、寻呼、RRC连接管理、无线承载控
