LTE学习笔记

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1、11 1 背景与概述背景与概述1.11.1 LTELTE 需求与技术特点需求与技术特点LTE 系统的需求： 1) 系统容量需求. 系统容量需求包括对更高传输峰值速率和更低传输时延的需求。 当终端采用 2 天线接收，在 20M 的载波带宽情况下，瞬时峰值速率应满足 100Mbps。当终端采用 1 天线发送时，瞬时峰值速率应满足 50Mbps。 下行平均用户吞吐率是 R6 HSDPA 的 3-4 倍，边缘用户是 2-3 倍；上行平均 用户吞吐率是 R6 HSDPA 的 2-3 倍。 控制面时延低于 100ms；用户面时延低于 10ms。 驻留态与激活态的转换时延小于 100ms；激活态与睡眠态的转

2、换时延小于 50ms。 对于 5MHz 带宽的小区，能够支持 200 个同时处于激活态的用户；对于更大 带宽的小区，能够支持至少 400 个同时处于激活态的用户。 能为速度350km/h 的用户提供 100kbps 的接入服务。 2) 系统性能需求 3) 系统部署相关需求 频谱灵活应用，支持包括 1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz，20MHz 支持两种广播传输模式：Downlink-Only 和 Downlink and Uplink 4) 网络架构及迁移需求 5) 无线资源管理需求 6) 复杂性需求 7) 成本相关需求 8) 业务相关需求 自组织网络（SON） ，自规划

3、（Self-Planning） 、自配置 （Self-Configuration） 、自优化（Self-Optimization） 、自维护 （Self-Maintenance） LTE 系统的技术特点 1) 接入网架构方面：采用扁平网络架构，简化网络接口，优化网元间功能 划分。 2) 空口高层协议栈方面：通过简化信道映射方式和 RRC 协议状态，优化 RRC 的信令流程，降低了控制平面和用户平面的时延。 3) 空口物理层方面：支持可变传输带宽，实现各种场景下对带宽的灵活配 置；应用基于 OFDM 的多址接入技术及其传输方式；引入先进的多天线 技术提升系统容量；优化和提升基于分组域数据调度传输

4、特点的物理 过程。21.21.2 LTELTE 标准化历程标准化历程2004 年年底提出概念，2008 年 12 月发布的 LTE R8 系列规范，是第一个 LTE 可商用的版本。 R9 版本在 2009 年 12 月正式发布。R9 主要包括 LTE 终端定位技术、增强的 下行双流波束赋形传输、eMBMS 基本功能、网络自优化（SON） 、Home eNode B 等功能。31.31.3 TDDTDD LTELTE 与与 FDDFDD LTELTE 的异同的异同TDD LTE 与 FDD LTE 的相同点：TDD LTE 与 FDD LTE 的不同点：41.41.4 LTELTE 频率资源频率

5、资源5频点计算公式：UL：1765-1780MHz DL：1860-1875MHzFDL=FDL_low+0.1(NDLNOffs-DL) 其中 FDL 为该载频下行频点(所使用频段的中心频率，即 1867.5） ，FDL_low 对 应频段的最低下行频点（B3 频段对应的是 1805） ，NDL 为该频段下行频点号 （即所求频点） ，NOffs-DL 对应频段的最低下行频点号（B3 频段对应的是 1200） 。1867.5=1805+0.1（NDL1200） NDL=62 2 LTELTE 关键技术关键技术2.12.1OFDMOFDMLTE 的多址接入技术，下行主要是 OFDMA 技术，上行

6、主要是 SC-FDMA。 OFDM，是一种正交频分复用技术，是由多载波技术 MCM 发展而来。OFDM 即 属于调制技术，也属于复用技术。 OFDMA 的主要思想是从时域和频域两个维度将系统的无线资源划分资源块 （RB） ，每个用户占用其中一个或多个 RB。从频域角度看，无线资源包含多个 子载波；从时域角度看，无线资源包含多个 OFDM 符号周期。 OFDM 实现强相关的功能模块有三个：（1）串/并，并/串转换模块；（2） FFT、逆 FFT 转换模块；（3）加 CP、去 CP 模块。7OFDM 优点：1.频谱利用率高。 2.带宽可灵活配置，可扩展性强。 3.抗衰落和抗干扰能力得到增强。 OF

7、DM 缺点：1.峰均比高。2.多普勒频移对 OFDM 影响大，对相位噪声比较敏感。3.OFDM 对时间和频率同步要求严格。4.OFDM 系统本身无法提供小区间的多址能力，小区间干扰控制难度大。 降低 OFDM 系统峰均比的技术有两种：信号预失真技术和信号预扩展处理技 术。LTE 最终选用的最典型预扩展处理技术是在频域上进行预扩展的技术： DFT-S-OFDM（离散傅里叶变换扩展 OFDM） 。DFT-S-OFDM 支持集中式 OFDM 和分布 式 OFDM 两种频谱资源的分配方式。 LTE 在 OFDM 符号间，引入 CP（Cyclic Prefix）以降低符号间因延迟和多 径带来的干扰。8L

8、TE 的空中接口资源分配的基本单位是物理资源块（RB） 。1 个 RB 在频域上 包含 12 个连续子载波，在时域上包含 7 个连续的常规 OFDM 符号周期。 把一个常规 OFDM 符号周期和一个子载波组成的资源称为资源单元（RE） 。 1 个 RB=12*7=84 个 RE 每个子载波间隔为 15kHz，RB 在频域上的宽度为 180kHz=15kHz*12；每个 子载波为 2048 阶 IFFT 采样，则 LTE 采样周期为 Ts=1/(2048*15000)=0.033s。 在 LTE 中，帧时间描述的最小单位就是采样周期 Ts。每个 OFDM 符号的周期为 71.4s，RB 在时域上

9、的宽度为 0.5ms=71.4s *7+CP。 帧长 Tframe=307200*Ts=10ms 子帧长 Tsubframe=30720*Ts=1ms 时隙 Tslot=15360*Ts=0.5ms 调度周期 TTI 为 1 个子帧长度 1ms。 1 个子帧可以传送两个码字。 （codewords） 每一个 RE 都可以根据无线环境选择 QPSK、16QAM 或 64QAM 的调制方式。 QPSK2bit；16QAM4bit；64QAM6bit。 带宽的动态配置是通过调整 RB 数目的多少来完成的。 一个小区最少使用 6 个 RB, 即最少包含 72 个 sub-carriers: 6 RB

10、* 12 sub-carriers = 72 sub-carriers 一个小区最多支持 110 个 RB，相当于 1320 个 sub-carriers: 110 *12 =1320 sub-carriers9RBG（Resource Block Group）是连续的 PRB 的集合，大小根据系统的带宽 配置的不同而定：System Bandwidth(Number of DL RBs)RBG Size (P)10111 26227 63 (e.g.: 10MHz - 50 RBs)364 110 (e.g.: 20MHz - 100 RBs)4 REG 用来定义 控制信道到 RE 的映射，

11、REG=4 个 RE CCE（Control Channel Element）控制信道粒子，PDCCH 在一个或多个 CCE 上传输，CCE=9 个 REG=9*4 个 RE=36 个 REPDCCH formatNumber of CCEsNumber of REGsNumber of PDCCH bits(QPSK)01972121814424362883872576虚拟资源块 VRB：资源块相当于桌椅，VRB 就相当于座位号。VRB 定义了资 源的分配方式，VRB 和 RB 具有相同的数目。2.22.2MIMOMIMOMIMO 系统的信道极限容量：1.3.11.3.1 空间复用模式空间复

12、用模式 空间复用（Space Multiplexing，SM）的思想是把 1 个高速的数据流分割 为几个速率较低的数据流，分别在不同的天线进行编码、调制及发送。 空时编码技术（Bell Labs Layered Space-Time） 空时编码的最小单位是 TB 块，TB 是一个子帧内含有的编码前比特数，时 间单位是 TTI（1ms） 。一个 TB 块由很多 RB 组成，TB 块的大小取决于调度器分 配给某用户的资源数量、调制编码方式、天线映射模式等。 空间复用的常用空时编码技术有两种：预编码（Precoding） 、PARC（Per Antenna Rate Control，每天线速率控制）

13、 。101.3.21.3.2 空间分集模式空间分集模式 空间分集（Space Diversity，SD）的思想是制作同一个数据流的不同版本， 分别在不同的天线进行编码、调制及发送。 空间分集的常用技术有 STBC（Space Time Block Code，空时块编码） ， SFBC（Space Frequency Block Code，空频块编码） ，TSTD/FSTD(时间/频率转 换传送分集)、CDD（Cycle Delay Diversity，循环延时分集） 。 1.3.31.3.3 多天线工作模式对比多天线工作模式对比 多天线技术主要有四种：空间复用、空间分集、空分多址、波束赋型。1

14、.3.41.3.4 MIMOMIMO 系统的实现系统的实现 多码字 层映射用于重排码字数据，即按照一定的规则将编码调制好的数据流重新 映射到多个层（新的数据流） 。 预编码过程是将层数据按照一定的规则映射到不同的天线端口上。 1.3.51.3.5 自适应自适应 MIMOMIMO 自适应 MIMO 实现的三个难点：天线相关性问题、接收端复杂性问题、信道 估计问题。 根据无线环境的变化来调整自己的行为。无线环境的变化一般用信道状态 信息来表示（Channel State Information，CSI） 。 MIMO 系统可以调整的行为有编码方式、调整方式、层数目、预编码矩阵。 需要用户端的反馈：

15、CQI（Channel Quality Indicator，信道编码质量反 馈） 、RI（Rank Indicator，秩大小反馈） 、PMI（Precoding Matrix Indicator,预 编码反馈） 。 CQI 的反馈决定了编码和调制的方式，通过判断 CQI 的大小，来实现自适 应调制编码（AMC，Adaptive Modulation Coding） 。 RI 的反馈决定了层映射方式的选择空间，秩的自适应也就是层映射的自适11应。 PMI 的反馈决定了从层数据流到天线端口的对应关系。根据用户反馈的 PMI，选择性能最优的预编码矩阵。2.32.3HARQHARQHARQ 是基于

16、FEC（前向纠错）和 ARQ（自动请求重传）等纠错控制方法， 来降低系统的误码率来保证服务质量。LTE 采用和 UMTS 相同的三类信道：逻辑 信道、传输信道、物理信道。2.42.4AMCAMC 自适应调制编码自适应调制编码空口部分物理信道采用的是固定调制方式，PDSCH 和 PUSCH 采用 AMC：122.52.5资源调度和干扰协调资源调度和干扰协调13LTE 空口资源调度通常可以分为两类： (1)小区内的空口资源调度 多用户调度：对于不同用户的资源分配和调度； Qos：对于不同承载的资源分配和调度； (2)小区间的空口资源调度 干扰协调；1415干扰协调 ICIC （1） 部分频率复用：一个中心子集，各个小区在小区中心同频复用；三个边 缘子集，在相邻小区边缘异频复用。（2） 软频率复用：小区主频分配给边缘用户使用，高功率发射，在无边缘用 户时也可分配给中心用户使用，相邻小区的主频互不重叠 小区副频仅分配给小区中心用户使用，低功率发射；16（3） 动态 ICIC：通过在相邻小区间传递干扰信息，来避