基础和协议栈课件

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1、LTE基础及协议栈,SVD,LTE背景介绍及网络架构,LTE关键技术,LTE基础及协议栈,LTE协议栈介绍,LTE物理层基础和过程,LTE L2和L3介绍,什么是LTE? 长期演进LTE (Long Term Evolution)是3GPP主导的无线通信技术的演进。 接入网将演进为E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network)。连同核心网的系统架构将演进为SAE (System Architecture Evolution)。,LTE背景介绍,SAE简介 系统架构演进SAE(System Architecture Evolutio

2、n),是为了实现LTE提出的目标而从整个系统架构上考虑的演进,主要包括: 功能平扁化,去掉RNC的物理实体,把部分功能放在了E-NodeB,以减少时延和增强调度能力(如,单站内部干扰协调,负荷均衡等,调度性能可以得到很大提高) 把部分功能放在了核心网,加强移动交换管理,采用全IP技术,实行用户面和控制面分离。同时也考虑了对其它无线接入技术的兼容性。,LTE背景介绍,LTE的网络架构,LTE的主要网元 LTE的接入网E-UTRAN由e-NodeB组成,提供用户面和控制面。 LTE的核心网EPC由MME,S-GW和P-GW组成。 LTE的网络接口 e-NodeB间通过X2接口相互连接,支持数据和信

3、令的直接传输。 S1接口连接e-NodeB与核心网EPC。其中,S1-MME是e-NodeB连接MME的控制面接口,S1-U是e-NodeB连接S-GW 的用户面接口。,RRC: Radio Resource Control PDCP: Packet Data Convergence Protocol RLC: Radio Link Control MAC: Medium Access Control PHY: Physical layer EPC: Evolved Packet Core MME: Mobility Management Entity S-GW: Serving Gatewa

4、y P-GW: PDN Gateway,与传统3G网络比较,LTE的网络结更加简单扁平,降低组网成本,增加组网灵活性,并能大大减少用户数据和控制信令的时延。,宽带多媒体集群通信系统架构,LTE协议栈介绍,LTE关键技术,LTE物理层基础和过程,LTE L2和L3介绍,LTE基础及协议栈,LTE背景介绍及网络架构,控制面协议栈-集群,此协议栈适用于集群业务控制面; 对于宽接业务(视频业务除外),其控制面不涉及Tx接口和eAPP; 针对集群业务,自定义部分NAS,RRC,S1接口过程,宽接业务,不涉及此部分,用户面协议栈-集群,以上行为例: 集群语音的编/解码由eUE完成; RTP数据排序/封装有

5、eNB完成; Tx口上行IP&UDP的封装由核心网完成;,用户面协议栈-其他(如视频),非集群业务的控制面(信令)对网络而言; 属于用户面数据; 与公网PS数据的控制面相同;,控制面和用户面数据路径,LTE协议规范体系,LTE物理层基础过程,LTE关键技术,LTE协议栈介绍,LTE基础及协议栈,LTE背景介绍及网络架构,LTE L2和L3介绍,LTE物理层基础,TD-LTE下行传输参数: 占用的带宽=子载波宽度 X 每个RB上的子载波数 X RB数 Question: 我司系统有哪些频段,各种频段下有哪些带宽及配比,一个10ms的无线帧包含两个5ms的半帧,每个半帧包含5个1ms的子帧 周期分

6、为5ms,10ms两类 LTE TDD中GP的作用:上下行传输时延、上下行收发转换时间、避免站间干扰、与其他TDD系统兼容,TD-LTE帧结构,每个特殊子帧由DwPTS,GP,UpPTS三个特殊时隙组成,时隙配比,LTE基础-资源单位,RE、REG、RBRE:一个子载波的一个ODFM符号 REG:四个连续RE组成REG CCE:若干个REG组成 RB:12个连续子载波,半个子帧(一个时隙),物理层概述,下行信道处理过程 加扰:物理层传输的码字都需要经过加扰; 调制:对加扰后的码字进行调制,生成复数值的调制符号; 层影射:将复数调制符号影射到一个或多个发射层中; 预编码:对每个发射层中的复数调制

7、符号进行预编码,并影射到相应的天线端口; RE影射:将每个天线端口的复数调制符号影射到相应的RE上; OFDM信号生成:每个天线端口信号生成OFDM信号。,物理层信道处理过程,上行信道处理过程 加扰 调制:对加扰后的码字进行调制,生成复数值的调制符号; 转换预编码:生成复数值的符号; RE影射:将复数符号影射到相应的RE上; SC-FDMA信号生成:每个天线端口信号生成SC-FDMA信号。,物理信道和信号,下行物理信道和信号,物理信道和信号,上行物理信道和信号,传输信道,逻辑信道,信道间的映射,专网信道间的映射-下行,物理层过程小区搜索,小区搜索(Cell Search)基本原理: 小区搜索是

8、UE实现与E-UTRAN下行时频同步并获取服务小区ID的过程。 小区搜索分两个步骤: 第一步:UE解调主同步信号实现符号同步,并获取小区组内ID; 第二步:UE解调次同步信号实现帧同步,并获取CP长度和小区组ID。,关于Cell ID: LTE协议规定物理层Cell ID分为两个部分:小区组ID(Cell Group ID)和组内ID(ID within Cell Group)。目前最新协议规定物理层小区组有168个,每个小区组由3个ID组成,因此共有168*3=504个独立的Cell ID 其中 代表小区组ID,取值范围0167; 代表组内ID,取值范围02,初始化小区搜索(Initial

9、Cell Search): UE上电后开始进行初始化小区搜索,搜寻网络。一般而言,UE第一次开机时并不知道网络的带宽和频点。 UE会重复基本的小区搜索过程,历遍整个频谱的各个频点尝试解调同步信号。这个过程耗时,但一般对此的时间要求并不严格。可以通过一些方法缩短以后的UE初始化时间,如UE储存以前的可用网络信息,开机后优先搜索这些网络。 一旦UE搜寻到可用网络并与网络实现时频同步,获得服务小区ID,即完成小区搜索后,UE将解调下行广播信道PBCH,获取系统带宽、发射天线数等系统信息。 完成上述过程后,UE解调下行控制信道PDCCH,获取网络指配给这个UE的寻呼周期。然后在固定的寻呼周期中从IDL

10、E态醒来解调PDCCH,监听寻呼。如果有属于该UE的寻呼,则解调指定的下行共享信道PDSCH资源,接收寻呼。,物理层过程随机接入,随机接入(Random Access)基本原理: 随机接入是UE与E-UTRAN实现上行时频同步的过程。 随机接入前,物理层应该从高层接收到下面的信息: 随机接入信道PRACH参数:PRACH配置,频域位置,前导(preamble)格式等; 小区使用preamble根序列及其循环位移参数,以解调随机接入preamble。 物理层的随机接入过程包含两个步骤: UE发送随机接入preamble; E-UTRAN对随机接入的响应。,随机接入的具体过程: 高层请求发送随机接

11、入preamble,继而触发物理层随机接入过程; 高层在请求中指示preamble index, preamble目标接收功率,相关的RA-RNTI,以及随机接入信道的资源情况等信息; UE决定随机接入信道的发射功率为preamble的目标接收功率+路径损耗。发射功率不超过UE最大发射功率,路径损耗为UE通过下行链路估计的值; 通过preamble index选择preamble序列; UE以计算出的发射功率,用所选的preamble序列,在指定的随机接入信道资源中发射单个preamble ; 在高层设置的时间窗内,UE尝试侦测以其RA-RNTI标识的下行控制信道PDCCH。如果侦测到,则相应

12、的下行共享信道PDSCH则传往高层,高层从共享信道中解析出20位的响应信息。,随机接入信道,随机接入前导,下行控制信道,随机接入响应,RA-RNTI: Random Access Radio Network Temporary Identifier,LTE L2和L3介绍,LTE关键技术,LTE协议栈介绍,LTE基础及协议栈,LTE背景介绍及网络架构,LTE物理层基础,LTE层2分为以下几个子层: MAC层(Medium Access Control) RLC层(Radio Link Control) PDCP层(Packet Data Convergence Protocol),层2的主要功

13、能 调度,优先级处理,复用/解复用,HARQ 分段/串接,ARQ 头压缩,加密,LTE层2概述,下行层2结构,上行层2结构,RRC协议功能,广播系统信息: 包括NAS公共信息; 适于用 RRC_IDLE状态UE的信息,例如小区选择/小区重选参数,邻区信息以及适用于RRC_CONNECTED状态UE的可用信息,例如公共信道配置信息。 包括ETWS通知; RRC 连接控制: 寻呼; 建立/修改/释放RRC连接,包括例如UE标识符(C-RNTI)的分配/修改 ,SRB1 和SRB2的建立/修改/释放,接入禁止类型; 初始安全激活,即AS完整性保护(SRBs)和AS加密(SRBs, DRBs)的初始配

14、置; RRC 连接移动性,包括例如同频和异频切换,相关的安全处理,密钥/算法改变、网络节点间传输的RRC上下文信息规范; 承载用户数据(DRBs) 的RB建立/修改/释放; 无线配置控制包括,例如ARQ配置、HARQ配置、DRX配置的分配/修改; QoS 控制包括上下行半持久调度控制包括上下行半持续调度(SPS)配置信息的分配/修改,在UE侧上行速率控制参数的分配/修改,即每个RB优先权和优先比特速率(PBR)的分配; 从无线链路失败中恢复; RAT间转移性,包括例如安全激活、RRC上下文信息的传输; 测量配置与报告: 测量的建立/修改/释放(例如同频、异频以及不同RAT 的测量); 测量间隙

15、的建立和释放; 测量报告。 其它的功能,包括例如专用NAS信息和非3GPP专用信息的传输,UE无线接入性能信息的传输,并支持E-UTRAN 共享(多个PLMN身份); 通用协议错误处理; 支持自配置和自优化; 注:随机接入在MAC中有详细的说明,包括初始传输功率估计。,LTE空口关键技术,LTE协议栈介绍,LTE物理层基础,LTE基础及协议栈,LTE背景介绍及网络架构,LTE L2和L3介绍,LTE关键技术-OFDM,OFDM:将频域划分为多个子信道,各相邻信道相互重叠,但不同子信道相互正交。将高速的串行数据流分解成若干并行的字数据流同时传输,OFDMA与SC-FDMA对比,为降低峰均比,提高

16、功放效率,LTE上行采用SC-FDMA技术,LTE关键技术-OFDM,优点 频谱利用率高 抗多径干扰 抗频率选择性衰落 信道估计与均衡实现简单 缺点 对频率偏移特别敏感 多普勒频谱扩展会引起ICI OFDM系统的PAPR较大,LTE关键技术-,业务传输-传输模式,LTE系统定义了7种传输模式 注:下行PDSCH的传输模式通过高层信令半静态配置的,LTE关键技术-,LTE关键技术-,LTE关键技术-,LTE关键技术-,LTE关键技术-,Question: 系统TDD和FDD的峰值速率多少(范围)? 影响速率的因素有哪些?,LTE需求分析及技术特点,用户数 峰值速率 传输时延 频谱效率 覆盖 频谱灵活使用 复杂度,接入网架构 扁平化网络架构 简化网络接口 优化网元间功能划分 空口高层协议栈 简化信道映射和RRC状态 优化RRC信令流程 优化调度机制 空口物理层 可变传输带宽 OFDM 多天线 分组数据调度,LTE学习建议,基本思路 由浅到深,由记忆到理解 由宏观到细节 结合实际操作 总结/

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