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1、LTE基本原理与关键技术,提纲,LTE起源 LTE系统网元介绍 LTE基本原理介绍 LTE关键技术介绍,什么是LTE,分FDD和TDD两种模式 采用OFDM和MIMO技术,用户峰值速率 DL 100Mbps UL 50Mbps 扁平、全IP网络架构减少系统时延 CP：驻留激活小于100ms，休眠激活小于50ms UP：最小可达到5ms 控制面处理能力：单小区5M带宽内不少于200用户 频谱利用率：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz 频谱利用率相对于3G提高2-3倍,LTE频谱（TDD）,LTE语音业务的实现方案,CSFB 在LTE部署初期，IMS部署不全，CS
2、 FallBack技术解决在LTE覆盖区域的用户语音业务,SRVCC 在LTE部署中期，且存在IMS网络，LTE接入的Single-Radio用户使用VOLTE，漫游到非LTE覆盖区域，SRVCC技术保持语音的连续性。,CSFB,SRVCC,提纲,LTE起源 LTE系统网元介绍 LTE基本原理介绍 LTE关键技术介绍,LTE网络结构无线侧,网络结构扁平化,与传统网络互通,E-UTRAN只有一种节点网元E-Node B,全IP,媒体面控制面分离,RNC+NodeB =eNodeB,网络扁平化使得系统延时减少，从而改善用户体验，可开展更多业务 网元数目减少，使得网络部署更为简单，网络的维护更加容易
3、 取消了RNC的集中控制，避免单点故障，有利于提高网络稳定性,EPC网络架构概述,Internet, IMS,控制面,用户面,EPC,S6d/Gr,S6a,S3/Gn,S4,S10,S11,S1-MME,S1-U,S5,Rx,Gx,SGi,SAE-GW: SGW+PGW,S2b,S2a,Non 3GPP,3GPP CS Core,基于 MIP,Gn,sGs/Sv,S12,EPC网元的主要功能,类似SGSN的用户面功能,类似GGSN的功能,类似SGSN的控制面功能,EPC网元的主要功能,类似HLRVLR的功能,LTE整体协议栈架构,信令流,数据流,提纲,LTE起源 LTE系统网元介绍 LTE基本
4、原理介绍 LTE关键技术介绍,频域资源子载波,LTE使用正交的子载波来区分频域上的资源，子载波间隔为15KHz或7.5KHz。,MBMS子载波,常规子载波,Type1帧结构 每个10ms无线帧，分为20个时隙，10个子帧 每个子帧1ms，包含2个时隙，每个时隙0.5ms 上行和下行传输在不同频率上进行,时域资源LTE无线帧,LTE支持两种无线帧结构：Type 1，适用于FDD；Type 2，适用于TDD LTE系统中，利用NFFT=2048的采样周期定义基本时间单元：Ts = 1/Fs = 1/(15000 x2048) 秒=32.6ns， 所有时域资源均通过时间单元Ts表示,帧结构Type1
5、FDD,时域资源LTE无线帧,帧结构Type2TDD,Type2帧结构： 每个10ms无线帧，分为2个长度为5ms的半帧 每个半帧由8个长度为0.5ms的时隙和3 个特殊区域 DwPTS,GP, UpPTS组成(“8+3方案”) DwPTS,GP和UpPTS的总长度等于1ms，其中DwPTS和UpPTS的长度可配置,时域上，每个1ms子帧，分为若干个符号（Symbols）， 符号之间有保护间隔CP，每个子帧中符号个数根据符号之间的保护间隔CP决定：常规CP时1ms有14个符号，扩展CP时1ms有12个符号。,“D”代表此子帧用于下行传输，“U” 代表此子帧用于上行传输，“S”是由DwPTS、G
6、P和UpPTS组成的特殊子帧。,特殊子帧中DwPTS和UpPTS的长度是可配置的，满足DwPTS、GP和UpPTS总长度为1ms 。,时域资源TDD无线帧配比,目前子帧配比及后续建议,表 1-1 20MHz带宽、典型时隙配比下的理论峰值速率 * 目前F频段特殊子帧默认配置5，后续为6。,道路实测速率与子帧配比关系,表 2-1 中移DT速率指标及实测值（20MHz带宽） 注：非20MHz带宽配置时速率=上表速率*实际配置带宽（MHz）/20,小区搜索步骤： 搜索PSCH，确定5ms定时、获得小区ID 解调SSCH，取得10ms定时，获得小区ID组 计算得出小区物理层小区标识 检测小区下行参考信号
7、，获取BCH的天线配置 读取PBCH的系统消息（PCH配置、RACH配置、邻区列表等）,5ms 定时，获得,10ms 定时，获得,计算得到,检测下行参考信号,读取MIBSIB,LTE物理层过程小区搜索,小区搜索是UE接入网络，为用户提供各种业务的基础。 在小区搜索中UE必需的小区信息有：小区总发射带宽、小区ID、小区天线配置、CP长度配置、BCH带宽等。,LTE物理层过程随机接入,随机接入的目的 UE通过接入过程获得时间同步,保证数据发送在系统接收窗口内;并获取UE标识 系统进行接纳控制 随机接入过程 通过PRACH发送rach preamble UE监控PDCCH获得相应的上下行资源配置，并
8、从相应的PDSCH获取随机接入响应，包含上行授权、定时消息和C-RNTI UE从PUSCH发送连接请求 eNB从PDSCH发送冲突检测,上行初始同步： UE在随机接入信道上发送preamble码 eNodeB根据preamble码的到达位置，将调整信息反馈给UE UE根据该信息进行后续的发送时间调整,上行同步保持： eNodeB可以根据上行信号估计接收时间生成上行时间控制命令字 UE在子帧n接收到的时间控制命令字，UE在n+x子帧按照该值对发送时间提前量进行调整,下行初始同步： 初始下行同步是小区搜索过程。 UE通过检测小区的主要同步信号，以及辅助同步信号，实现与小区的时间同步,下行同步保持：
9、 小区搜索成功后，UE周期性测量下行信号的到达时间点，并根据测量值调整下行同步，以保持与eNB之间的时间同步,LTE物理层过程同步,提纲,LTE起源 LTE系统网元介绍 LTE基本原理介绍 LTE关键技术介绍,LTE系统关键技术一览,FDD LTE链路关键技术,MIMO多天线技术,OFDM 多址接入技术,物 理 层 M A C 层 关 键 技 术,OFDM 调制,64QAM,更高的峰值速率：20MHz带宽内 下行峰值速率最小可达到100Mbps 上行峰值速率最小可达到50Mbps 更高的频谱利用率： 频谱利用率达到5bps/Hz 更灵活的频谱配置： 可变的信道带宽,小区干扰消除,OFDM（正交
10、频分复用）的本质就是一个频分系统，而频分是无线通信最朴素的实现方式，可以多采用几个频率并行发送，实现宽带传输 传统FDM系统中，载波之间需要很大的保护带，频谱效率很低 OFDM系统允许载波之间紧密相临，甚至部分重合，可以实现很高的频谱效率,OFDM是什么,如何实现载波间的正交?,50年前提出，为什么直到近20年才逐渐实用？,依赖FFT（快速傅立叶变换）,依赖数字信号处理（DSP）芯片的发展,LTE中的OFDM原理是将高速的数据流分解为N个并行的低速数据流，在N个子载波上同时进行传输。这些在N子载波上同时传输的数据符号，构成一个OFDM符号。,Bandwidth,LTE中的OFDM原理,保护间隔
11、(Guard Interval) 无线电信号从发射天线抵达接收天线，一般都会经过多个路径，多径会导致信号的衰落和相移。因此，在LTE无线信号传输时，前一个符号的多径分量信号可能会与后一个符号的主径信号叠加从而造成干扰。 为了最大限度地消除符号间干扰，在OFDM符号之间插入保护间隔，保护间隔长度大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量不会对下一个符号造成干扰。,决定OFDM成败的CP,循环前缀(cyclic prefix) 多径会导致信号的衰落和相移，相移将造成子载波间的正交性破坏，从而带来子载波间的干扰。 为了解决多径传播造成子载波间的正交性破坏，将每个OFDM符号的后 时间中的样点
12、复制到OFDM符号的前面，形成循环前缀(cyclic prefix)。,决定OFDM成败的CP,OFDM优缺点,OFDM系统的优点： 各子信道上的正交调制和解调可以采用IDFT和DFT实现，运算量小，实现简单 OFDM系统可以通过使用不同数量的子信道，实现上下行链路的非对称传输 所有的子信道不会同时处于频率选择性深衰落，可以通过动态子信道分配充分利用信噪比高的子信道，提升系统性能 OFDM系统的缺点： 对频率偏差敏感：传输过程中出现的频率偏移，如多普勒频移，或者发射机载波频率与接收机本地振荡器之间的频率偏差，会造成子载波之间正交性破坏 存在较高的峰均比(PAPR)：OFDM调制的输出是多个子信
13、道的叠加，如果多个信号相位一致，叠加信号的瞬间功率会远远大于信号的平均功率，导致较大的峰均比，这对发射机PA的线性提出了更高的要求,下行多址方式：OFDMA（正交频分多址：Orthogonal Frequency Division Multiple Access） 上行多址方式：SC-FDMA（单载波FDMA：Single Carrier FDMA） 、或者称为DFT-S-OFDM（离散傅立叶变换扩展OFDM：Discrete Fourier Transform Spread OFDM）,LTE引用的OFDM多址方式,子载波间隔 15kHz，用于单播（unicast）和多播（MBSFN）传输
14、7.5kHz，仅仅可以应用于独立载波的MBSFN传输 子载波数目 循环前缀长度 一个时隙中不同OFDM符号的循环前缀长度不同,OFDMA主要参数,子载波间隔 15kHz 子载波数目 循环前缀长度 一个时隙中不同DFTS-OFDM符号的循环前缀长度不同,DFTS-OFDM关键参数,OFDMA与SC-FDMA的对比,上行多天线技术 上行传输天线选择(TSTD) MU-MIMO 下行多天线技术 传输分集：SFBC, SFBC+FSTD，闭环Rank1预编码 空间复用：开环空间复用，闭环空间复用以及MU-MIMO 波束赋形 多天线技术分类 SISO SIMO MISO MIMO,MIMO多天线技术,L
15、TE 定义了8种MIMO传输模式,多天线技术LTEMIMO模式,1,单天线端口，端口 0,2,发射分集,3,开环空分复用,4,5,7,闭环空分复用,多用户 MIMO,单天线端口，端口 5,提高用户峰值速率,提高小区吞吐量,增强小区覆盖,兼容单发射天线,提高传输可靠性，改善信噪比,8,双流BeamForming,提高用户峰值速率,多天线技术LTEMIMO模式,STBC,SFBC,LTE系统中在2天线端口发送情况下的传输分集技术确定为SFBC,多天线技术传输分集,LTE系统上行天线选择技术可以看作是TSTD的一个特例,多天线技术传输分集,LTE系统并没有直接采用FSTD技术，而且与其他传输分集技术
16、结合起来使用,SFBC+FSTD,LTE系统中在4天线端口发送情况下的传输分集技术采用SFBC与FSTD结合的方式,多天线技术传输分集,空间复用技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的带宽内由多个发射天线上同时刻发射，经过无线信道后，由多个接收天线接收，并根据各个并行数据流的空间特性（Spatial Signature），利用解调技术，最终恢复出原数据流。 LTE空间复用采用多码字，最大的码字数目为2,单码字,多天线技术空间复用,多码字,LTE下行目前同时支持SU-MIMO和MU-MIMO 下行MU-MIMO: 将多个数据流传输个不同的用户终端，多个用户终端以及eNB构成下行MU-MIMO系统 下行MU-MIMO可以在接收端通过消除/零陷的方法，分离传输给不同用户的数据流 下行MU-MIMO还可以通过在发送端采用波束赋形的方法，提前分离不同用户
