LTE原理整理(精).doc

(一) LTE简述（）一、 LTE产生背景-3GPP简介 3GPP （3rd Generation Partnership Project ）成立于1998年12月，是一个无线通信技术的标准组织，由一系列的标准联盟作为成员（Organizational Partners）。目前有ARIB（日本）, CCSA（中国）, ETSI（欧洲）, ATIS（美洲）, TTA（韩国）, and TTC（日本） 等。 3GPP分为标准工作组TSG和管理运维组两个部分。TSG主要负责各标准的制作修订工作，管理运维组主要负责整理市场需求，并对TSG和整个项目的运作提供支持。TSG（Technical Specification Groups ）l TSG GERAN: GERAN无线侧相关(2G)； l TSG RAN: 无线侧相关(3G and LTE)； l TSG SA (Service and System Aspects):负责整体的网络架构和业务能力； l TSG CT (Core Network and Terminals):负责定义终端接口以及整个网络的核心网相关部分。二、 什么是LTE？ LTE(Long Term Evolution)是指3GPP组织推行的蜂窝技术在无线接入方面的最新演进。接入网将演进为E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network)。核心网的系统架构将演进为SAE (System Architecture Evolution)。之所以需要从3G演进到LTE，是由于近年来移动用户对高速率数据业务的要求，同时新型无线宽带接入系统的快速发展，如WiMax的出现，给3G系统设备商和运营商造成了很大的压力。在LTE系统设计之初，其目标和需求就非常明确：降低时延、提高用户传输数据速率、提高系统容量和覆盖范围、降低运营成本：三、 LTE的特点l 显著的提高峰值传输数据速率，例如20MHz带宽时下行链路达到100Mb/s，上行链路达到50Mb/s, 20MHz带宽时下行326Mbps(4*4 MIMO)，上行86.4(UE: SingleTX)；l 在保持目前基站位置不变的情况下，提高小区边缘比特速率；l 显著的提高频谱效率，例如达到3GPP R6版本的24倍；l 无线接入网的时延低于10ms；l 控制面延时小于100ms，用户面延时小于5msl 频谱效率：1.69bps/Hz(2x2 MIMO); 1.87bps/Hz(4x2 MIMO)l 用户数： 协议要求5MHz带宽，至少支持200激活用户/小区；5M以上带宽，至少400激活用户/小区l 显著的降低控制面时延（从空闲态跃迁到激活态时延小于100ms（不包括寻呼时间）；l 支持灵活的系统带宽配置，支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz带宽，支持成对和非成对频谱；l 支持现有3G系统和非3G系统与LTE系统网络间的互连互通；l 更好的支持增强型MBMS（E-MBMS）；l 系统不仅能为低速移动终端提供最优服务，并且也应支持高速移动终端，能为速度350km/h的用户提供100kbps的接入服务；l 实现合理的终端复杂度、成本、功耗；l 取消CS域，CS域业务在PS域实现，如VOIP；l 系统结构简单化，低成本建网四、 LTE的标准化进程 2004年12月3GPP正式成立了LTE的研究项目。 原定2006年6月完成的研究项目SI（Study Item）推迟到2006年9月。完成可行性研究，并输出技术报告。2006年9月正式开始工作项目WI（Work Item）/标准制定阶段，原定为2007年9月完成第一个标准版本，现已延期。 目前LTE处于Stage3 (Protocol)研究阶段，正在各个子组会议上热烈的讨论。预计2008年年底会推出首个商用协议版本。LTE主要涉及36.xxx系列协议。目前协议仍在不断完善中。五、 SAE简介 系统架构演进SAE（System Architecture Evolution），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： l 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） l 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。六、 SON简介 自组织网络SON（Self Organization Network）是由下一代移动网NGMN（Next Generation Mobile Network）运营商发起的要求LTE实现的功能。 运营商站在自己利益和感受的角度出发，鉴于早期通信系统在O&M兼容性和经济性比较差，而对LTE提出新的要求，主要集中于FCAPSI的管理（Fault, Configuration, Alarm, Performance, Security, Inventory）： l 自规划（Self-planning） l 自配置（Self-deployment） l 自优化（Self-optimization） l 自维护（Self-maintenance）SON的优势 ：运营商可以减少规划、优化、维护的成本，降低OPEX。 设备商可以促进性能特性、工具等的销售，降低交付后网络优化的成本；低附加值和低技术含量的工作收益将减少。(二) LTE网络架构及协议栈（）一、 LTE网络架构与接口1. 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(Evolved Packet Core)由MME，S-GW和P-GW组成。 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。2. LTE的网络接口 l e-NodeB间通过X2接口相互连接，支持数据和信令的直接传输。 l 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。S-GW和P-GW之间通过S5接口连接。附：其他核心网网元在LTE网络结构中HSS、PDNGateway 、PCRF和最后一个圆圈是什么，有什么功能？PDN：l 在3GPP接入系统与非3GPP接入系统移动时的移动性锚点，有时别成为SAE锚点功能。l 策略与计费执行（PCEF）l 给予每个用户的分组过滤（深度分组检查）l 支持计费l 支持合法监听l 为UE分配IP地址l 在服务网管和外部数据之间路由转发数据l 分组数据屏蔽HSS：l 永久的中心用户数据库l 为每一个用户存储移动性和服务数据l 包含认证中心（AuC）功能PCRF：l 架构进行策略和计费控制，PCRF和是PCEF是PCC架构中的两个重要功能模块，PCRF主要根据相关信息和一定的决策算法完成决策；l PCEF具体执行相关的决策，可以与LTE的P-GW合设完成该功能，也可单独设置。Operators IP Services(e.g. IMS, PSS etc.)l 服务运营商的ip服务。 我感觉是互联网。手机上网的时候不是要连接互联网么，应该就是这个。 二、 LTE网元功能1. e-NodeB的主要功能包括： l 无线资源管理功能，即实现无线承载控制、无线许可控制和连接移动性控制，在上下行链路上完成UE上的动态资源分配（调度）； l 用户数据流的IP报头压缩和加密； l UE附着状态时MME的选择； l 实现S-GW用户面数据的路由选择； l 执行由MME发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输； l 完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告。2. MME的主要功能包括： l NAS (Non-Access Stratum)非接入层信令的加密和完整性保护； l AS (Access Stratum)接入层安全性控制、空闲状态移动性控制； l EPS (Evolved Packet System)承载控制； l 支持寻呼，切换，漫游，鉴权。 3. S-GW的主要功能包括： l 分组数据路由及转发；移动性及切换支持；合法监听；计费。 4. P-GW的主要功能包括： l 分组数据过滤；UE的IP地址分配；上下行计费及限速。图 LTE各网元主要功能三、 LTE协议栈介绍1. LTE协议栈的两个面：l 用户面协议栈：负责用户数据传输l 控制面协议栈：负责系统信令传输2. 用户面的主要功能：l 头压缩l 加密l 调度l ARQ/HARQ3. 控制面的主要功能： l RLC和MAC层功能与用户面中的功能一致 l PDCP层完成加密和完整性保护 l RRC层完成广播，寻呼，RRC连接管理，资源控制，移动性管理，UE测量报告控制 l NAS层完成核心网承载管理，鉴权及安全控制(三) LTE物理层结构介绍（）一、 LTE支持频段对于频率的定位要考虑： l 覆盖？ Or 容量？ l 热点、热区？ l 漫游？ l 产业链？ l 全球频段？Or 区域性l 频段？ l 主频段？辅频段 l 根据2008年底冻结的LTE R8协议： l 支持两种双工模式：FDD和TDD l 支持多种频段，从700MHz到2.6GHz l 支持多种带宽配置，协议规定以下带宽配置：1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz 注1：协议还在更新中，部分频段的支持情况可能会有所变动注2：双工、复用和多址：双工用来区分不同方向（上下行），复用用来区分同一媒介的子信道，多址用来区分用户动态分配的子信道。multiplexing翻译为“复用”较好；deplexing翻译为“双工”较好；multiple access翻译为“多址”不是很好，其实准确地讲应当是“多点接入”。复用与多址是两个完全不同的概念，复用是将单一媒介(medium)划分成很多子信道(subchannel)，这些子信道之间相互独立，互不干扰。从媒介的整体容量上看，每个子信道只占用该媒介容量的一部分。多址（exactly,多点接入）处理的是动态分配信道给用户。这在用户仅仅暂时性地占用信道的应用中是必须的，而所有的移动通信系统基本上都属于这种情况。同时，在信道永久性地分配给用户的应用中，多址是不需要的（对于无线或者电视广播站就是这样）。归结起来：复用是将medium划分成channel(subdivision)，而多址处理的是channel的动态分配(dynamic assignment)，这里动态很重要。复用是对资源来说的，复用分时分、频分、码分等，复用是把资源分割供用户使用的方式，多址的对象是用户，是区分用户和用户的方式，每个用户使用不同的址来区分。简单来说，多址肯定要复用，不同用户必须占用不同的资源才能区分开来；但复用不一定多址，单个用户可以同时占用多个资源进行接收，比如在GSM或3G中一个用户占用多个频道、多个码道或多个时隙来提高传输速率就还是复用的概念注3：无线信道包括了电波的多径传播，时延扩展，衰落特性以及多普勒效应，在移动通信中，我们要充分考虑这些特性以及解决的方案。【多径传播】信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻，对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条，但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，我们想象两者之间有一个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为信道。【时延扩展】无线信道中电波的传播不是单一路径，而是许多路径来的众多反射波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径来的反射波到达时间不同，也就是各信号的时延不同。当发送端发送一个极窄的脉冲信号时，移动台接收的信号由许多不同时延的脉冲组成，我们称为时延扩展。【阴影效应】移动台在运动中，由于大型建筑物和其他物体对电波的传输路径的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区，从而形成电磁场阴影，这种随移动台位置的不断变化而引起的接收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应。阴影效应是产生慢衰落的主要原因。如果无线电波在传播路径中遇到起伏的地形、建筑物和高大的树木等障碍物时，就会在障碍物的后面形成电波的阴影。接收机在移动过程中通过不同的障碍物和阴影区时，接收天线接收的信号强度会发生变化，造成信号的衰落。【衰落特性】同时由于各个路径来的反射波到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端迭加，有时迭加而加强（方向相同），有时迭加而减弱（方向相反）。这样，接收信号的幅度将急剧变化，即产生了快衰落。这种衰落是由多种路径引起的，所以称为多径衰落（快衰落）。此外，接收信号除瞬时值出现快衰落之外，场强中值（平均值）也会出现缓慢变化。主要是由地区位置的改变以及气象条件变化造成的，以致电波的折射传播随时间变化而变化，多径传播到达固定接收点的信号的时延随之变化。这种由阴影效应和气象原因引起的信号变化，称为慢衰落。【多普勒效应】由于移动通信中移动台的移动性，如前所说那样，无线信道中还会有多普勒效应。在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时，频率变低。我们在移动通信中要充分考虑“多普勒效应”。虽然，由于日常生活中，我们移动速度的局限，不可能会带来十分大的频率偏移，但是这不可否认地会给移动通信带来影响，为了避免这种影响造成我们通信中的问题，我们不得不在技术上加以各种考虑。也加大了移动通信的复杂性。3GPP定义的E-UTRA频段如下表目前国内最常用的是38和40两个频段。移动、联通、电信TD-LTE频段与FDD-LTE部分频段！中国移动频段为：1880 -1900 MHz、2320-2370 MHz、2575-2635 MHz；（bands:39 bands:40 bands:41）中国联通频段为：2300-2320 MHz、2555-2575 MHz；(bands:40 bands:41)中国电信频段为：2370-2390 MHz、2635-2655 MHz；(bands:40 bands:41)中国联通FDD已知频段为：1800MHz(Band:3)中国电信FDD已知频段为：2100MHz(Band:1)附：频率资源频率是移动运营商的基础和核心资源。根据2002年10月原国家信息产业部下发文件关于第三代公众移动通信系统频率规划问题的通知（信部无2002479号）中规定：将我国第三代公众移动通信系统主要工作频段规划为时分双工（TDD）方式， 即18801920MHz、20102025MHz；补充工作频率为时分双工（TDD）方式，23002400MHz。因为第三代公众移动通信系统中TDD方式仅有我国的TD-SCDMA，根据上述规定，产业界为方面表达，称18801920MHz为A频段，称20102025MHz为B频段，称23002400MHz为C频段。目前中国移动10城市TD-SCDMA均运行于B频段。随着TD-SCDMA的进一步发展和小灵通（目前实际占用19001915MHz）的退出，TD-SCDMA系统将逐渐采用A频段。 最新的标准：（为了和国际接轨）A频段（20102025 MHz，原B频段）：共计15MHz，可供全国范围室内室外覆盖使用。F频段（18801900MHz，原A频段）：共计20MHz，可供全国范围室内室外覆盖使用。E频段（23202370 MHz，原C频段）：共计50MHz，可供全国范围室内覆盖使用。优先使用A频段 根据工业和信息化部的关于中国移动通信集团公司使用第三代公众移动通信系统频率的批复（工信部无函 2009 11号）和关于中国移动通信集团公司增加TD-SCDMA系统使用频率的批复（工信部无函 2009 572号）文件，目前中国移动TD-SCDMA系统可使用频率资源为85MHz，具体如下A频段（20102025 MHz，原B频段）：共计15MHz，可供全国范围室内室外覆盖使用。F频段（18801900MHz，原A频段）：共计20MHz，可供全国范围室内室外覆盖使用。E频段（23202370 MHz，原C频段）：共计50MHz，可供全国范围室内覆盖使用。总体使用原则：1、A频段是TD-SCDMA系统最早使用的频段，产业支持程度最好，该频段为TD-SCDMA主用频段。室外覆盖优先使用2015-2025MHz频段，室内覆盖优先使用2010-2015MHz频段。2、F频段无线传播特性相对较好，考虑到小灵通（PHS）系统的干扰，应从低频段用起。3、E频段规划为TD室内覆盖的扩展频段，只允许用于室内，考虑到与WLAN的干扰，应从低频段用起。 主载波及业务载波设置：鉴于现网大量TD终端仅支持A频段，为保证这些终端能够正常使用业务，2011年6月前要求全网所有TD小区均采用A频段作主载波，F频段仅作辅载波。随着单频段终端的逐步退网，2011年6月后各省可采用A、F频段均可作主载波的方案，以提高频点配置和调整的灵活性，降低信令信道、上行UP等干扰。二、 LTE分层结构1. LTE空中接口的分层结构LTE空中接口采用分层结构，与WCDMA空中接口的分层结构一模一样，从上到下也是分为RRC-PDCP-RLC-MAC-PHY等几个层次，其中RRC属于网络层，PDCP、RLC和MAC属于链路层，PHY属于物理层。因此，如果熟悉WCDMA空中接口的话，LTE空中接口的结构应该不会感到陌生。2. 网络层（层3）RRC无线资源控制负责LTE空中接口的无线资源分配与控制，还承担了NAS信令的处理和发送工作。由于RRC承担了LTE 空中接口的无线资源管理工作，可以看成LTE空中接口的大脑，是LTE 空中接口最重要的组成部分。从RRC的功能看，LTE空中接口与WCDMA空中接口没有什么区别。3. 链路层（层2）LTE层2分为MAC层（Medium Access Control）、RLC层（Radio Link Control）、PDCP层（Packet Data Convergence Protocol）三个子层。层2主要功能包含：头压缩，加密 ；分段/串接，ARQ ；调度，优先级处理，复用/解复用，HARQ。PDCP是LTE空中接口的一个显著变化，在WCDMA中尽管定义了PDCP，但是并没有实施，PDCP是可有可无的;在LTE中，PDCP成了必须的一个子层。理解PDCP还是要从控制面与用户面分别看。控制面上PDCP执行加密以及完整性保护。用户面上PDCP执行加密、包头压缩以及切换支持(也就是顺序发送以及重复性检查)。RLC LTE的RLC与WCDMA的RLC大同小异：也分为3种工作模式：TM、UM以及AM。不过由于LTE取消了CS域，没有了CS相关的承载和信道，结构变得比较简单。另外，加密的工作也从RLC中取消了。MAC是LTE与WCDMA空中接口功能接近，但是实施方式差异比较大的地方。比如随机接入是MAC的主要任务，LTE与WCDMA都具备，但是实施方法差异很大，LTE还引入了无竞争的随机接入。详解PDCPPDCP：Packet Data Convergence Protocol，分组数据汇聚协议。 PDCP协议发轫于WCDMA空中接口，壮大于LTE空中接口。PDCP位于RLC子层之上，是L2的最上面的一个子层，只负责处理分组业务的业务数据。PDCP主要用于处理空中接口上承载网络层的分组数据，例如IP数据流。在WCDMA空中接口中，PDCP的功能主要是压缩IP数据包的包头。由于IP数据包都带有一个很大的数据包头(20字节)，仅仅传输这些头部信息就需要大量的无线资源，而这些头部信息往往又可压缩，为了提高IP数据流在空中接口上的传输效率，需要对IP数据包头部信息进行压缩。但是WCDMA现网对IP包头压缩需求并不迫切，因此现网没有实施PDCP。在LTE空中接口中，PDCP的功能变得不可或缺，这是由于LTE中抛弃了CS域，必须采用VoIP，而VoIP的数据包尺寸很小，IP包头就成了很大的累赘，必须压缩。LTE的PDCP的功能还进行了延伸，将加密功能也收归旗下，因此也就从仅仅处理用户面扩展到了用户面以及控制面大小通吃。LTE的PDCP甚至还加入了无损切换的支持。LTE空中接口中PDCP由规范TS36.323定义。从PDCP上，我们看到了一个跑龙套的到舞台主角的华丽变身过程。(1) MAC层1) MAC层的主要功能 l 逻辑信道（Logical Channel）与传输信道（Transport Channel）间的映射 l 将RLC层的协议数据单元PDU（Protocol Data Unit）复用到传输块TB（Transport Block）中，然后通过传输信道传送到物理层。相反的过程即是解复用的过程 l 业务量测量报告 l 通过HARQ纠错 l 对单个UE的逻辑信道优先级处理 l 多个UE间的优先级处理（动态调度） l 传输格式选择 l 填充 2) MAC层的逻辑信道 l 控制信道（Control Channel）：传输控制面信息 l 业务信道（Traffic Channel）：传输用户面信息(2) RLC层1) RLC层的主要功能 l 上层协议数据单元PDU的传输支持确认模式AM和非确认模式UM l 数据传输支持透传模式TM l 通过ARQ纠错（无需CRC校验，由物理层提供CRC校验） l 对传输块TB进行分段（Segmentation）处理：仅当RLC SDU不完全符合TB大小时，将SDU分段到可变大小的RLC PDU中，而不用进行填充 l 对重传的PDU进行重分段（Re-segmentation ）处理：仅当需要重传的PDU不完全符合用于重传的新TB大小时，对RLC PDU进行重分段处理 l 多个SDU的串接（Concatenation） l 顺序传递上层PDU （除切换外） l 协议流程错误侦测和恢复 l 副本侦测 l SDU丢弃 l 复位2) RLC PDU结构 l RLC header承载的PDU序列号与SDU序列号无关 l 根据调度机制，RLC PDU的大小动态可变。RLC根据PDU的大小对SDU进行分段和串接，一个PDU的数据可能来自一个或多个SDU(1) PDCP层1) PDCP层的主要功能为： l 用户面的功能： 头压缩/解压缩：ROHC 用户数据传输：接收来自上层NAS层的PDCP SDU，然后传递到RLC层。反之亦然 RLC确认模式AM下，在切换时将上层PDU顺序传递 RLC确认模式AM下，在切换时下层SDU的副本侦测 RLC确认模式AM下，在切换时将PDCP SDU重传 加密 基于计时器的上行SDU丢弃 l 控制面的功能： 加密及完整性保护 控制数据传输：接收来自上层RRC层的PDCP SDU，然后传递到RLC层。反之亦然2) PDCP PDU结构l PDCP PDU和PDCP header均为8位格式 l PDCP header长度为1或2字节4. 物理层（层1）LTE的物理层反映了LTE的鲜明技术特点：OFDM+多天线，其中的时频结构、参考信号的位置、物理信道的种类，都是LTE所特有的。但是，LTE依旧保留了Turbo编码以及QAM的调制方式。5. 层1层2数据流小结层1和层2的数据传递如下 l 来自上层的数据包加头封装后传递到下层。反之，来自下层的数据包被拆封去头后传递到上层。 l 调度器在RLC，MAC和物理层均起作用。多个用户的数据包在MAC层实现复用。 l 物理层实现CRC校验。三、 无线帧结构LTE共支持两种无线帧结构（因为LTE有2种双工模式-即上下行实现有2种方式）： l 类型1：LTE FDD帧，适用于频分双工FDD l 类型2：LTE TDD帧，适用于时分双工TDD 1. FDD类型无线帧结构： l LTE FDD采用OFDM技术，子载波间隔为Df=15kHz，2048阶IFFT，则帧结构的时间单位为Ts=1/(2048* 15000)秒 附：计算方法：Ts是采样点周期，具体需要考虑子载波间隔和进行FFT运算时所使用的周期。LTE中子载波间隔有两种，分别为15Khz和7.5KHz，一般采用15KHz。FFT的点数随着带宽的不同有所不同，在20MHz带宽配置的情况下，FFT运算的点数为2048。子载波间隔为15000Hz，所以OFDM符号长度是1/15000秒，再确定FFT点数 为2048，所以采样间隔=时间/点数=1/15000/2048=1/(15000*2048)= 1/30720000=1/30.72MHZ，Ts=1/30.72MHZ=32.55ns。每个1ms的子帧在时域上由两个RB的长度构成，每个RB在时域上就是7个RE。所以RE 是最小的时频资源单位，每个RE就是1/14ms。每帧就是140个RE。LTE最基本的时间单位Ts，在LTE帧结构中都是基于这个基本单位的。如一个无线帧307200Ts=10ms，一个时隙153600Ts。为消除 OFDM符号键干扰引入了CP：Cp (short) = 144 x Ts ；Cp (long) = 512 x Ts；（每个时隙第一个符号的CP稍长如（Normal CP）160 x Ts）Ts = 1/(15000 x 2048) seconds，Ts是LTE中OFDM符号FFT大小为2048点的采样时间，即OFDM时域符号持续时间为2048Ts=1/15kHz。Type1：FDD（全双工和半双工）(FDD上下行数据在不同的频带里传输；使用成对频谱)每一个无线帧长度为10ms，由20个时隙构成，每一个时隙长度为Tslot = 15630 x Ts = 0.5ms。对于FDD，在每一个10ms中，有10个子帧可以用于下行传输，并且有10个子帧可以用于上行传输。上下行传输在频域上进行分开。l FDD类型无线帧长10ms，如下图所示。每帧含有20个时隙(slot) 和10个子帧(subframe)。每个子帧包括2个时隙，每时隙为0.5ms。LTE的TTI为1个子帧1ms。l 普通CP配置下，一个时隙(slot)包含7个连续的OFDM符号（Symbol）。Extend CP情况下，每个子载波一个时隙(slot)有6个symbol。为什么一个slot为15360TS？2. TDD类型无线帧结构： l LTE TDD同样采用OFDM技术，子载波间隔和时间单位均与FDD相同。 l LTE TDD的帧长10ms，分为两个长为5ms的半帧，10个1ms的子帧。子帧包含2个0.5ms时隙。10ms帧中各个子帧的上下行分配策略可以设置（时隙配比）。l 每个半帧包含8个长为0.5ms的时隙和3个特殊时隙（域）：DwPTS(Downlink Pilot TimeSlot)、GP(Guard Period)和UpPTS(Uplink Pilot TimeSlot)。DwPTS和UpPTS的长度是可配置的，但是DwPTS、UpPTS和GP的总长度为1ms。目前特殊子帧的配置有 3：9：2，10：2：2等。为了节省网络开销，TDD LTE允许利用特殊时隙DwPTS和UpPTS传输系统控制信息（因为TDD上下行需要隔开，所以必须有特殊时隙）。l 子帧1和6包含DwPTS，GP和UpPTS；子帧0和子帧5只能用于下行传输。LTE TDD中各个子帧支持灵活的上下行配置（时隙配比），支持5ms和10ms的切换点周期。 DwPTS：可看作一个特殊的下行子帧，最多12个symbol，最少3个symbol，可用于传送下行数据和信令 UpPTS：不发任何控制信令或数据，长度为2个或1个symbol；2个符号时用于传输RRACH Preamble或Sounding RS，当为1个符号时只用于Sounding RS。在FDD中，上行Sounding是在普通数据子帧中传输的。 GP：根据DwPTS、UpPTS长度，GP长度对应为110个symbol。GP有4点作用：a、保证距离天线远近不同的UE上行信号在eNodeB的天线空口对齐；b、提供上下行转化时间（eNodeB的上行到下行的转换实际也有一个很小转换时间Tud，小于20us），避免相邻基站间上下行干扰 ；c、GP大小决定了支持小区半径的大小，LTE TDD最大可以支持100km 。d、避免相邻基站间上下行干扰；GP越大说明小区覆盖半径越大对比TDD和FDD，可见，因为使用频率双工：时延短；峰值速率高；3. RB、RE及子载波概念子载波：LTE采用的是OFDM技术，不同于WCDMA采用的扩频技术，每个symbol占用的带宽都是3.84M，通过扩频增益来对抗干扰。OFDM则是每个Symbol都对应一个正交的子载波，通过载波间的正交性来对抗干扰。协议规定，通常情况下子载波间隔15khz，Normal CP(Cyclic Prefix)情况下，每个子载波一个slot有7个symbol；Extend CP情况下，每个子载波一个slot有6个symbol。下图给出的是常规CP情况下的时频结构，从竖的的来看，每一个方格对应就是频率上一个子载波。LTE具有时域和频域的资源，资源分配的最小单位是资源块RB（Resource Block）（不能以更小的资源来调度），RB由RE（Resource Element）组成，如右图示RE是二维结构，由时域符号（Symbol）和频域子载波（Subcarrier）组成。1个时隙（下图为7个symbol）和12个连续子载波组成一个RBRB(Resource Block)：频率上连续12个子载波，时域上一个slot，称为1个RB。如下图左侧橙色框内就是一个RB。根据一个子载波带宽是15k可以得出1个RB的带宽为180kHz。RE(Resource Element)：频率上一个子载波及时域上一个symbol，称为一个RE，如下图右下角橙色小方框所示。附：RE、RB、REG、CCE、什么意思，的带宽是多少，20 兆带宽有多少RB？ 答：RE（resource element，资源粒子），LTE最小无线资源单位，也是承载用户信息的最小单位，时域：一个加CP的OFDM符号，频域：1个子载波； RB（Resource Block）物理层数据传输的资源分配频域最小单位，时域：1个slot，频域：12个连续子载波(Subcarrier)； 根据CP长度不同，LTE的每个RB包含的OFDM符号个数不同，Normal CP 配置时，每个RB在时域上包含7个OFDM 符号个数，而Extended CP 配置时，每个RB在时隙上包含6个OFDM符号。REG（resource element group，资源粒子组），一个REG由4个RE组成； CCE（control channel element），控制信道元素，一个CCE由9个REG（resource element group，资源粒子组）组成； 目前带宽是 20M，20 兆带宽有 100 个 RB；4. CP循环前缀 (2) 循环前缀基本原理在OFDM系统中，为了最大限度地消除符号间干扰，在每个OFDM符号之间要插入保护间隔，该保护间隔长度Tg一般要大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。在这段保护间隔内，可以不插入任何信号，即保护间隔是一段空闲的传输时段。然而在这种情况中，由于多径传播的影响，会产生信道间干扰，即子载波之间的正交性遭到破坏，使不同的子载波之间产生干扰。为了消除由于多径传播造成的信道间干扰，将原来宽度为T的OFDM符号进行周期扩展，用扩展信号来填充保护间隔，如下图3所示(3) 循环前缀的长度配置l 为克服OFDM系统所特有的符号间干扰ISI，LTE引入了循环前缀CP（Cyclic Prefix）。l CP的长度与覆盖半径有关，一般情况下配置普通CP（Normal CP）即可满足要求；广覆盖等小区半径较大的场景下可配置扩展CP（Extended CP）。l CP长度配置越大，系统开销越大。四、 物理信道 LTE将传输媒介的上下行都复用成多个信道，主要包含6个下行信道、3个上行信道。不同信道的调制解调等方式不一样。1. 下行信道 l Physical Broadcast Channel (PBCH)：物理广播信道，承载小区ID等系统信息，用于小区搜索过程。 l Physical Downlink Control Channel (PDCCH)：物理下行控制信道，承载寻呼和用户数据的资源分配信息，以及与用户数据相关的HARQ信息。 l Physical Downlink Shared Channel (PDSCH)：物理下行共享信道，承载下行用户数据。 l Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH)：物理控制格式指示信道，承载控制信道所在OFDM符号的位置信息。 l Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH)：物理HARQ指示信道，承载HARQ的ACK/NACK信息。 l Physical Multicast Channel (PMCH)：物理多播信道，承载多播信息。 2. 上行信道l Physical Random Access Channel (PRACH)：物理随机接入信道，承载随机接入前导。 l Physical Uplink Shared Channel (PUSCH)：物理上行共享信道，承载上行用户数据。 l Physical Uplink Control Channel (PUCCH)：物理上行控制信道，承载HARQ的ACK/NACK，调度请求(Scheduling Request)，信道质量指示(Channel Quality Indicator)等信息3. 下行信道处理过程及调制方式(1) 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。(2) 下行信道的调制方式 如右表所示4. 上行信道处理过程及调制方式(1) 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。(2) 上行信道的调制方式 如右表所示五、 物理信号LTE物理信号分为上下行，下行主要有下行参考信号（细分3种：小区特定参考信号Cell-Specific Reference Signal、MBSFN Specific RS、UE-Specific RS）和同步信号，上行物理信号为上行参考信号（细分2种：解调参考信号DM RS、Sounding参考信号SRS）参考信号的作用主要是联系手机，并不传输业务，所以一般打孔错开，占用1个RE1. 下行参考信号RS（Reference Signal）-下行 l 类似CDMA的导频信号。用于下行物理信道解调及信道质量测量（CQI）。 l 协议指定有三种参考信号。其中，小区特定参考信号（Cell-Specific Reference Signal）为必选，另外两种参考信号（MBSFN Specific RS & UE-Specific RS）为可选。下行参考信号特点： l 小区特定参考信号由小区特定参考信号序列及频移影射得到。RS本质上是在时频域上传播的伪随机序列。 l 在某一天线端口上，RS的频域间隔为6个子载波。 l RS离散地分布在时频域上，相当于对信道的时频域特性进行抽样，供下行信道估计和信号解调提供参考。 l RS分布越密集，则信道估计越精确，但开销越大，影响系统容量。多天线时，每个天线口参考信号占用的资源也越多，所以需综合考虑（只针对发）。1个RB有2个RS，整个20M带宽有200个RS。PCI决定了RS在频域中的位置。基站2发的情况下，PCI mod 3 =0，则放在最下面。单发mod 6。PCI的4个作用（同步、决定下行参考RS的频域位置和上行参考RS的序列组、确定信号使用的扰码、一定范围内唯一标识）及PCI规划5点。RS信号功率分配问题1：三种RE。4中类型：rarbPAPB。知道RS功率、PA、PB三个参数就确定了各类RE的功率。问题2 ：各符号（12个子载波、12个RE）的功率利用率。PAPB不同取值的功率利用率表。功率增大对覆盖受限有用，对干扰受限无用；路测：PCI、RSCP、SINR、传输模式、调度数（TTI为1ms，PDSCCH在1秒内调度次数900多至1400）、下载速率（物理层、mac层、PDCP层）、上传速率、双流、调制方式、天馈2. 同步信号（Synchronization Signal）-下行l 同步信号用于小区搜索过程中UE和E-UTRAN的时频同步。 l 同步信号包含两个部分： 主同步信号PSS（Primary Synchronization Signal）：用于符号timing对准，频率同步，以及部分的小区ID侦测 次同步信号SSS（Secondary Synchronization Signal）：用于帧timing对准，CP长度侦测，以及小区组ID侦测 同步信号特点： l 无论系统带宽是多少，同步信号只位于系统带宽的中部，占用62个子载波。 l 同步信号只在每个10ms帧的第1个和第11个时隙中传送。 l 主同步信号位于传送时隙的最后一个符号，次同步信号位于传送时隙的倒数第二个符号。3. 上行参考信号RS（Reference Signal）-上行上行的导频信号，用于E-UTRAN与UE的同步和上行信道估计。上行参考信号有两种： l 解调参考信号DM RS (Demodulation Reference Signal), PUSCH和PUCCH传输时的导频信号 l Sounding参考信号SRS (Sounding Reference Signal), 无PUSCH和PUCCH传输时的导频信号 上行参考信号特点： l 由于上行采用SC-FDMA，每个UE只占用系统带宽的一部分，DM RS只在相应的PUSCH和PUCCH分配带宽中传输。 l DM RS在时隙中的位置根据伴随的PUSCH和PUCCH的不同格式而有所差异。 l Sounding RS的带宽比单个UE分配到的带宽要大，目的是为e-NodeB作全带宽的上行信道估计提供参考。 l Sounding RS在每个子帧的最后一个符号发送，周期/带宽可以配置。Sounding RS可以通过系统调度由多个UE发送。六、 物理层过程1. 小区搜索l 小区搜索（Cell Search）基本原理： 小区搜索是UE实现与E-UTRAN下行时频同步并获取服务小区ID的过程。 l 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。 l 关于Cell ID： LTE的物理小区标识(PCI)是用于区分不同小区的无线信号，保证在相关小区覆盖范围内没有相同的物理小区标识。LTE的小区搜索流程确定了采用小区ID分组的形式，首先通过SSCH确定小区组ID，再通过PSCH确定具体的小区ID。PCI在LTE中的作用有点类似扰码在W中的作用，因此规划的目的也类似，就是必须保证复用距离；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 初始化小区搜索（Initial Cell Search）： l 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。 l 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。 l 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。 l 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IDLE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。PCI mod 3：LTE网络中PCI = 3* Group ID ( S-SS)+ Sector ID (P-SS)，如果PCI mod 3值相同的话，那么就会造成P-SS的干扰；干扰会影响小区搜索，小区搜索时，会