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1、第二章 LTE 根本理论2.1LTE 网络构造2.1.1 网络实体和功能整个 TD-LTE系统由 3 局部组成：核心网 EPC, Evolved Packet Core 、接入网eNodeB、用户设备UE。EPC分为三局部：MME (MobilityManagementEntity,负责信令处理局部S-GW (Serving Gateway ,负责本地网络用户数据处理局部、 P-GW (PDNGateway，负责用户数据包与其他网络的处理)和接入网也称E-UTRAN由eNodeB构成网络接口：S1 接口：eNodeB与 EPC ；X2 接口：eNodeB之间 ；Uu接口：eNodeB与 UE。
2、网络架构由图 2-1 所示：图 2-1 网络架构eNB功能：无线资源管理相关的功能，包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上 / 下行动态资源分配 / 调度等； IP 头压缩与用户数据流加密；UE附着时的 MME选择；提供到 S-GW的用户面数据的路由；寻呼消息的调度与传输；系统播送信息的调度与传输；测量与测量报告的配置。MME功能：寻呼消息分发， MME负责将寻呼消息按照一定的原那么分发到相关的 eNB；平安控制；空闲状态的移动性管理； EPC承载控制；非接入层信令的加密与完整性保护。效劳网关功能：终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包；支持由于UE移动性产生的用户平面切换。PDN网关功
3、能：逐用户数据包的过滤和检查。2.1.2无线接口协议无线接口是指终端和接入网质检费接口，简称Uu接口，通常我们称之为空中接口。无线接口协议主要分为三层两面，三层包括物理层、数据链路层、逻辑链路层，两面是指控制平面和用户平面。数据链路层被分为3 层，包括媒体接入控制 MAC Medium Access Control 、无线链路控制 (RLC Radio Link Control)和分组数据会聚协议 (PDCP Packet Data Convergence Protocol)3个子层。网元间控制面整体协议栈和网元间用户面整体协议栈分别如图2-2 和图 2-3 所示：图 2-2 网元间控制面整体
4、协议栈图 2-3 网元间用户面整体协议栈2.2 物理层关键技术2.2.1 OFDM根本理论在共享的信道中进展多路或多用户传输时， 需要采用信道复用技术。 多路复用和多址技术， 是对信道资源的一种分割复用和对承受信号的寻址别离技术： 在通信系统的发送端， 对信道资源进展划分分割， 分配给多路和多用户进展复用传输；在通信系统的承受端， 对承受到的信号进展别离和寻址， 恢复发送端的多路和多用户信号。 信道的复用方式有： 频分复用方式， 信道按照频率进展划分分割，多路或多址信号占用不重叠的频带； 时分复用方式， 信道按照时间进展划分分割，多路或多址信号占用不重叠时隙的时隙； 码分复用方式， 多路或多址
5、信号占用时间和频率重叠， 依照不同扩频地址码进展复用和分割； 空分复用方式，信道按照空间进展划分分割，多路或多址信号占用不重叠的空间。OFDM是一种基于正交多载波的频分复用技术。 OFDM传输的根本概念：高速串行数据流经串 / 并转换后，分割成大量的低速数据流，每路数据采用独立载波调制并叠加发送，承受端依据正交载波特性别离多路信号。OFDM的工作原理如图2-1 所示。我们看到， OFDM与传统 FDM的区别在于，传统的频分复用技术需要在载波间保存一定的保护间隔来减少不同载波间频谱的重叠，从而防止各载波间的相互干扰；而OFDM技术的不同载波间的频谱是重叠在一起的，各子载波间通过正交特性来防止干扰
6、，有效减少了载波间的保护间隔，提高了频谱利用率。图 2-1 OFDM根本原理总结目前 OFDM技术和应用的现状，可以归纳出5 个重要特点。 低速并行传输： 高速串行数据流经串 / 并转换后，分割成假设干低速并行数据流；每路并行数据流采用独立载波调制并叠加发送。抗摔落与均衡： 由于 OFDM对信道频带的分割作用， 每个子载波占据相对窄的信道带宽，因而可以把它看作是平坦衰落的信道；这样， OFDM技术就具有系统大带宽的抗摔落特性和子载波小带宽的均衡简单的特性。 抗多径时延引起的码间干扰： 在 OFDM技术中可以引入循环前缀(CP)，只要 CP的时间间隔长于信道时延扩展，就可以完成消除码间干扰的影响
7、。 多用户调度： OFDM系统可以利用信道的频率选择性进展多用户调度，用户可以选择最好的频率资源进展数据传输，从而获得频域的多用户分集增益。基于 DFT的实现：可以采用离散傅里叶变换 DFT进展 OFDM信号的调制和解调，从而解决了 OFDM的技术实现问题。在更宽带宽下，为何是 OFDM技术而不是 CDMA技术？我们可以从如下几个方面去理解这个问题。第一， OFDM比较干净、简单地解决了多径信道的问题，而 CDMA系统的 Rake 接收机在更高数据速率下的复杂性和性能难以承受；第二， OFDM实现简单，造价廉价；第三， OFDM可以灵活地选择带宽；第四，可以方便的进展自适应控制和调度，具有较高
8、的频谱利用率；第五，OFDM易于与， MIMO技术结合；第六，闭环的功率控制技术在分组域传输的情况下难以有效的工作，给CDMA带来较大的困难。2.2.2 多天线技术多入多出MIMO是指在发送端有多根天线，接收端也有多根天线的通信系统。一般将在发射端和接收端中的某一端拥有多天线的多入单出 MISO、单入多出 SIMO也看作是 MIMO的一种特殊情况。 MIMO可以有效提高信道容量，提高系统性能，被认为将是移动通信实现高速率数据传输、 提高传输质量的重要途径。作为第四代移动通信技术的长期演进 LTE，可以实现极高的数据传输速率。而 OFDM和 MIMO技术作为 LTE的两项最重要的技术， 是 LT
9、E能够实现极高数据峰值的关键所在。 MIMO在 LTE中的应用模式主要有两种， 一种用于提高链路质量，即 MIMO发射分集；一种用于提高数据传输速率，即 MIMO空分复用。比照分析 M I MO 系统有以下优点 :( 1)M I MO系统降低了码间干扰( ISI).在移动通信空间无线信道中,由于多径效应等原因造成码间干扰.在 M I MO系统中 ,高速的数据流经过串并转换为多个低速的数据子流 ,每个码的长度增加 ,抗码间干扰的能力明显增加。( 2)M I MO 系统提高了空间分集增益 . 由于 M I MO 系统中发射或者接收端的多个天线中 , 各个天线之间有足够的隔离度 , 各空间信道的相关
10、性很小 , 因此能够提供更高的空间分集增益。( 3)M I MO 系统提高了无线信道容量和频谱利用率 . M I MO 将多径无线信道与发射、 接收视为一个整体进展优化 , 从而实现高的通信容量和频谱利用率 . 这是一种近于最优的空域时域联合的分集和干扰对消处理。2.2.3 子帧构造TD-LTE帧构造如图 2-2 所示： 无论是正常子帧还是特殊子帧，长度均为 1ms。FDD子帧长度也是 1ms。一个无线帧分为两个 5ms半帧，帧长 10ms。和 FDDLTE 的帧长一样。 特殊子帧 DwPTS + GP + UpPTS = 1ms图 2-2 子帧构造转换周期为 5ms表示每 5ms有一个特殊时
11、隙。这类配置因为 10ms有两个上下周期行转换点，所以 HARQ的反响较为及时。适用于对时延要求较高的场景 ，转换为 10ms表示每 10ms有一个特殊时隙。这种配置对时延的保证略差一些，但是好处是 10ms 只有一个特殊时隙，所以系统损失的容量相对较小。 TD-LTE 上下行配比表如图 2-3 所示：图 2-3 上下行配比表2.2.4 PRACH2.2.4.1 PRACH 规划PRACH传送被分为 :? 时域 (prachConfigIndex) 适用于 TDD, 同步的 FDD网络或非同步的FDD网络中某个 eNB的小区 -:小区 A 的 PRACH将对小区 B 的 PUSCH产生干扰，相
12、反也是 +: 如果 PRACH区域不重叠，那么 PRACH间没有干扰 ( 取决于 PRACH格式 )? 频域 (prachFreqOff) PRACH频域位置应紧随 PUCCH信道区域，或者在频带的上边界，或者在频带的下边界 , 不能与 PUCCH信道区域有重叠。 PRACH配置防止把 PUSCH信道区域分成两个区域。 所有小区设置一样的配置。? 序列 (PRACH CS and rootSeqIndex) 所有相邻小区使用不同的序列3GPP(TS36.211) 关于 TDD定义了 5 种前导信号格式如图2-4 所示，格式 03随即接入信号在常规子帧上发射，格式4 仅在特殊子帧的UpPTS上发
13、射随机接入信号 .图 2-4 前导信号格式2.2.4.2 PRACH 配置指示 prachConfIndex如图 2-5 所示，该参数定义了前导信号的格式类型及其允许随机接入前导信号发射的子帧。? PRACH密度数值指示每 10ms 帧发射多少随机接入信道资源。 RACH density=1 每帧发射一个随机接入信道资源； RACH density=2 每帧发射 2 个随机接入信道资源。PRACH频率偏置 prachFreqOff指示 PRACH在上行频带的第一个有效的PRB位置 。? PRACH频域 (6 PRBs) 位置应紧随 PUCCH信道区域，或者在频带的上边界，或者在频带的下边界 , 不能与PUCCH信道区域有重叠。? 参数配置基于 PUCCH区域 ( 参
