LTE移动通信技术

1、LTE移动通信技术课程目标：了解移动通信的发展过程以及LTE的位置和网络结构了解E-UTRAN的协议结构和基本技术了解LTE应用的关键技术 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 第1章概述1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 背景介绍1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.1移动通信演进过程概述1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.2 WCDMA、TD-SCDMA与CDMA2

2、000制式对比2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1. 3 WCDMA技术演进过程2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1. 4 TD-SCDMA技术演进过程 3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1. 5 CDMA2000技术演进过程4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document LTE简介和标准进展4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第2章LTE主要

3、指标和需求6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1频谱划分7峰值数据速率8控制面延迟8用户面延迟8用户吞吐量9频谱效率9 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 移动性10 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 覆盖10 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 频谱灵活性11 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 10与现有3Gpp系统的共存和互操作11 HYPERL

4、INK l bookmark30 o Current Document 11 减小 CAPEX 和 0PEX 11 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 第3章LTE总体架构12 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 1系统结构12 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 无线协议结构16 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 3. 2. 1控制面协议结构16 HYPERLINK l bookmark40 o Cu

5、rrent Document 3. 2.2用户面协议结构17 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 3 S1 和X2接口 173. 1 S1接 I I 18 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 3.2 X2接口 22第4章物理层241帧结构254.2物理资源253物理信道27传输信道29 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 传输信道与物理信道之间的映射30物理信号31物理层模型32物理层过程364. 8. 1同步过程364. 8. 2功率控制364. 8

6、. 3随机接入过程36第5章层2 39 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 5. 1 MAC子层40 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 5. 1. 1 MAC功能405. 1. 2逻辑信道41 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 5.1.3逻辑信道与传输信道之间的映射42 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 5. 2 RLC子层43 HYPERLINK l bookmark78 o Current Do

7、cument 5. 2. 1 RLC功能43 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 5. 2. 2 PDU结构44 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 3 PDCP子层45 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 3. 1 PDCP功能453. 2 PDU结构45第 6章 RRC47 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 1RRC功能47 HYPERLINK l bookmark90 o Current Docu

8、ment 6.2RRC状态48 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 6. 3NAS状态及其与RRC状态的关系49 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 6.4RRC过程50II TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 6.4. 1系统信息50 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document . 4. 2连接控制52 HYPERLINK l bookmark100 o Current Docume

9、nt 第7章LTE关键技术54. 1双工方式54.2多址方式54 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document .3多天线技术55 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 4链路自适应56 HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 5 HARQ和ARQ 56 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document 7. 5. 1 HARQ 56 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 7.

10、5. 2 ARQ 58 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 7. 5. 3 HARQ/ARQ交互 58 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 第8章缩略语59 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document 第9章参考资料61III第1章概述工1知识点移动通信系统的发展过程WCDMA技术演进过程TD-SCDMA技术演进过程CDMA2000技术演进过程背景介绍移动通信演进过程概述移动通信从2G、3G到3. 9G发展过程，是从低速语音业务到高速多媒体业务发 展的过

11、程。3GPP正逐渐完善R8的LTE标准：2008年12月R8 LTE RAN1冻结， 2008 年 12 月 R8 LTE RAN2、RAN3、RAN4 完成功能冻结，2009 年 3 月 R8 LTE 标 准完成,此协议的完成能够满足LTE系统首次商用的基本功能。无线通信技术发展和演进过程如下图所示1/61GSMCDMAIS9542GGSMCDMAIS9542G图1. IT 无线通信技术发展和演进图WCDMA、TD-SCDMA 与 CDMA2000 制式对比表L1-1 3种制式对比制式TOMACDMA2000TD-SCDMA继承基础GSM窄带CDMAGSM同步方式异步同步同步码片速率3. 8

12、4Mcps1. 2288Mcps1. 28Mcps系统带宽5MHz1.25MHz1. 6MHz核心网GSM MAPANSI-41GSM MAP语音编码方式AMRQCELP,EVRC,VMR-WBAMRWCDMA技术演进过程WCDMA的技术发展路标如卜图所示:2/612002-3200342005-62007-91Nnadeode64-144 立033-JMbps0 3S4 - 7 Nftps 12fh to 50 SfcjMDl TtrougrpulPlease note that these are peak data m rrferaw m good radbo ccodtoctK图1.1

13、-2 WCDMA技术发展路标TD-SCDMA技术演进过程中兴无线网络设备支持TD近期演进软件平滑升级。TD演进可分为两个阶段，CDMA技术标准阶段和0FDMA技术标准阶段。CDMA技术标准阶段可平滑演进到HSPA+ o频谱效率接近LTE。图1.1-3 TD-SCDMA技术演进过程3/61CDMA2000技术演进过程CDMA one是基于IS-95标准的各种CDMA产品的总称,即所有基于CDMA one技 术的产品，其核心技术均以IS-95作为标准。CDMA2000 lx在1.25MHz频谱带宽内，单载扇提供307. 2K高速分组数据速 率，lxEV-DO Rev.O提供2. 4M下行峰值速率,

14、Rev. A提供3. 1M下行峰值速 率。图1.1-4 CDMA2000技术演进过程LTE简介和标准进展3GPP于2004年12月开始LTE相关的标准工作，LTE是关于UTRAN和UTRA改进 的项目。3Gpp标准制定分为提出需求、制定结构、详细实现、测试验证四个阶段。3GPP以工作组的方式工作，与LTE直接相关的是RAN1/2/3/4/5工作组。4/615/61LTE特性小CPs 1001W5-PUP= 51ns噌强乐 谱效率一灵活3不同带宽“更低的， LTE特性小CPs 1001W5-PUP= 51ns噌强乐 谱效率一灵活3不同带宽“更低的， OPEX 和, CAPEXu第2章LTE主要指

15、标和需求知识点频谱划分LTE系统需求与其他物理层信道及映射关系3GPP要求LTE支持的主要指标和需求如卜图所示。DLs lOOMbp.9UL： 50Mbpsv噌强小。 区覆盖科图L2-1 LTE主要指标和需求概括6/61频谱划分E-UTRA的频谱划分如卜表。表 2. IT E-UTRA frequency bandsE-VTRAUplink (UL) operating bandDownlink (DL) operating bandDuplexOperatingBS receiveBS transmitModeBandUE transmitUE receive_ Rui 曲11920 MHz

16、-1980 MHz2110 MHz-2170 MHzFDD21850 MHz-1910 MHz1930 MHz-1990 MHzFDD31710 MHz-1785 MHz1805 MHz-1880 MHzFDD41710 MHz-1755 MHz2110 MHz-2155 MHzFDD5824 MHz-849 MHz869 MHz- 894MHzFDD6830 MHz-840 MHz875 MHz-885 MHzFDD72500 MHz-2570 MHz2620 MHz-2690 MHzFDD8880 MHz-915 MHz925 MHz-960 MHzFDD91749.9 MHz -1784

17、.9 MHz1844.9 MHz-1879.9 MHzFDD101710 MHz-1770 MHz2110 MHz-2170 MHzFDD111427.9 MHz -1452.9 MHz1475.9 MHz-1500.9 MHzFDD12698 MHz-716 MHz728 MHz-746 MHzFDD13777 MHz-787 MHz746 MHz-756 MHzFDD14788 MHz-798 MHz758 MHz-768 MHzFDD 17704 MHz-716 MHz734 MHz-746 MHzFDD 331900 MHz-1920 MHz1900 MHz-1920 MHzTDD34

18、2010 MHz-2025 MHz2010 MHz-2025 MHzTDD351850 MHz-1910 MHz1850 MHz-1910 MHzTDD361930 MHz-1990 MHz1930 MHz-1990 MHzTDD371910 MHz-1930 MHz1910 MHz-1930 MHzTDD382570 MHz-2620 MHz2570 MHz-2620 MHzTDD391880 MHz-1920 MHz1880 MHz-1920 MHzTDD402300 MHz-2400 MHz2300 MHz-2400 MHzTDD7/61峰值数据速率卜行链路的瞬时峰值数据速率在20MHz

19、卜.行链路频谱分配的条件卜.，可以达到 100Mbps (5 bps/Hz)(网络侧2发射天线,UE侧2接收天线条件下);上行链路的瞬时峰值数据速率在20MHz上行链路频谱分配的条件卜.，可以达到 50Mbps (2. 5 bps/Hz) (UE侧1发射天线情况下)。宽频带、MIMO高阶调制技术都是提高峰值数据速率的关键所在。控制面延迟从驻留状态到激活状态，也就是类似于从Release 6的空闲模式到CELL.DCH状 态，控制面的传输延迟时间小于100ms,这个时间不包括寻呼延迟时间和NAS延 迟时间；从睡眠状态到激活状态，也就是类似于从Release 6的CELL_PCH状态到 CELJD

20、CH状态，控制面传输延迟时间小于50ms,这个时间不包括DRX间隔。另外控制面容量频谱分配是5MHz的情况下，期望每小区至少支持200个激活状 态的用户。在更高的频谱分配情况下，期望每小区至少支持400个激活状态的 用户。用户面延迟用户而延迟定义为一个数据包从UE/RAN边界节点(RAN edge node)的IP层传 输到RAN边界节点/UE的IP层的单向传输时间.这里所说的RAN边界节点指的 是RAN和核心网的接口节点。8/61在“零负载”（即单用户、单数据流）和“小IP包”（即只有一个IP头、而不 包含任何有效载荷）的情况下，期望的用户面延迟不超过5ms。用户吞吐量卜.行链路：在5% C

21、DF （累计分布函数）处的每MHz用户吞吐量应达到R6 HSDPA的23倍；每MHz平均用户吞吐量应达到R6 HSDPA的34倍。此时R6 HSDPA是1发1收，而LTE是2发2收。上行链路：在5% CDF处的每MHz用户吞吐量应达到R6 HSUPA的23倍：每MHz平均用户吞吐量应达到R6 HSUPA的23倍。此时R6 HSUPA是1发2收,LTE也是1发2收。频谱效率下行链路：在一个有效负荷的网络中，LTE频谱效率（用每站址、每Hz、每秒 的比特数衡量）的目标是R6 HSDPA的34倍。此时R6 HSDPA是1发1收，而 LTE是2发2收。上行链路：在一个有效负荷的网络中，LTE频谱效率（

22、用每站址、每Hz、每秒 的比特数衡量）的目标是R6 HSUPA的2、3倍。此时R6 HSUPA是1发2收，LTE 也是1发2收。9/61移动性E-UTRAN能为低速移动（0、15km/h）的移动用户提供最优的网络性能，能为 15120km/h的移动用户提供高性能的服务，对120350km/h （甚至在某些频段 卜.，可以达到500km/h）速率移动的移动用户能够保持蜂窝网络的移动性。在R6 CS域提供的话音和其它实时业务在E-UTRAN中将通过PS域支持，这些业 务应该在各种移动速度下都能够达到或者高于UTRAN的服务质量。E-UTRA系统 内切换造成的中断时间应等于或者小于GERAN CS域

23、的切换时间。超过250km/h的移动速度是一种特殊情况（如高速列车环境），E-UTRAN的物理 层参数设计应该能够在最高350km/h的移动速度（在某些频段甚至应该支持 500km/h）下保持用户和网络的连接。覆盖E-UTRA系统应该能在重用目前UTRAN站点和载频的基础上灵活地支持各种覆盖 场景，实现上述用户吞吐量、频谱效率和移动性等性能指标。E-UTRA系统在不同覆盖范国内的性能要求如F：覆盖半径在5km内：上述用户吞吐量、频谱效率和移动性等性能指标必须完全 满足；覆盖半径在30km内：用户吞吐量指标可以略有下降，频谱效率指标可以下降、 但仍在可接受范围内，移动性指标仍应完全满足；覆盖半径

24、最大可达lOOkmo10/61频谱灵活性频谱灵活性一方面支持不同大小的频谱分配，譬如E-UTRA可以在不同大小的频 谱中部署，包括 1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz 以及 20 MHz,支 持成对和非成对频谱。频谱灵活性另一方面支持不同频谱资源的整合(diverse spectrum arrangements)o与现有3GPP系统的共存和互操作E-UTRA与其它3Gpp系统的互操作需求包括但不限于：E-UTRAN和UTRAN/GERAN多模终端支持对UTRAN/GERAN系统的测量，并支 持E-UTRAN系统和UTRAN/GERAN系统之间的切换。E-UTRA

25、N应有效支持系统间测量。对于实时业务，E-UTRAN和UTRAN之间的切换中断时间应低于300mso对于非实时业务，E-UTRAN和UTRAN之间的切换中断时间应低于500mso对于实时业务，E-UTRAN和GERAN之间的切换中断时间应低于300mso对于非实时业务，E-UTRAN和GERAN之间的切换中断时间应低于500mso处于非激活状态(类似R6 Idle模式或Cell_PCH状态)的多模终端只需 监测GERAN, UTRA或E-UTRA中一个系统的寻呼信息。2.11 减小 CAPEX 和 OPEX体系结构的扁平化和中间节点的减少使得设备成本和维护成本得以显著降低。11/61第3章LT

26、E总体架构C0知识点无线协议结构S1 接IIX2 接 I I3.1系统结构LTE采用了与2G、3G均不同的空中接I I技术、即基于OFDM技术的空中接I I技 术，并对传统3G的网络架构进行了优化，采用扁平化的网络架构，亦即接入网 E-UTRA不再包含RNC,仅包含节点eNB,提供ETJTRA用户面PDCP/RLC/MAC/物 理层协议的功能和控制面RRC协议的功能。E-UTRAN的系统结构参见卜.图的LTE E-UTRA系统结构图所示。12/61图 3. 1-1 E-UTRAN 结构eNB之间由X2接口互连，每个eNB又和演进型分组核心网EPC通过S1接I I相 连。S1接II的用户面终止在

27、服务网关S-GW上，S1接I I的控制面终止在移动性 管理实体MME上。控制面和用户面的另一端终止在eNB上。上图中各网元节点 的功能划分如卜.：eNB功能LTE的eNB除了具有原来NodeB的功能之外，还承担了原来RNC的大部分 功能，包括有物理层功能、MAC层功能（包括HARQ）、RLC层（包括ARQ 功能）、PDCP功能、RRC功能（包括无线资源控制功能）、调度、无线接 入许可控制、接入移动性管理以及小区间的无线资源管理功能等。具体 包括有：无线资源管理：无线承载控制、无线接纳控制、连接移动性控制、上下 行链路的动态资源分配（即调度）等功能IP头压缩和用户数据流的加密当从提供给UE的信息

28、无法获知到MME的路由信息时，选择UE附着的MME路由用户面数据到S-GW调度和传输从MME发起的寻呼消息调度和传输从MME或0&M发起的广播信息用于移动性和调度的测量和测量上报的配置调度和传输从MME发起的ETWS （即地震和海啸预警系统）消息MME功能MME是SAE的控制核心，主要负责用户接入控制、业务承载控制、寻呼、 切换控制等控制信令的处理。13/61MME功能与网关功能分离，这种控制平面/用户平面分离的架构，有助于 网络部署、单个技术的演进以及全面灵活的扩容。NAS信令NAS信令安全AS安全控制3GPP无线网络的网间移动信令idle状态UE的可达性（包括寻呼信号重传的控制和执行）跟踪

29、区列表管理P-GW和S-GW的选择切换中需要改变MME时的MME选择切换至lj 2G或3GPP网络时的SGSN选择漫游鉴权包括专用承载建立的承载管理功能支持ETWS信号传输S-GW功能S-GW作为本地基站切换时的锚定点，主要负责以下功能：在基站和公共 数据网关之间传输数据信息；为下行数据包提供缓存；基于用户的计费 等。eNB间切换时，本地的移动性锚点3GPP系统间的移动性锚点14/61E-UTRAN idle状态下，下行包缓冲功能、以及网络触发业务请求过程的 初始化合法侦听包路由和前转上、下行传输层包标记运营商间的计费时，基于用户和QCI粒度统计分别以UE、PDN、QCI为单位的上下行计费PD

30、N网关（P-GW）功能公共数据网关P-GW作为数据承载的锚定点，提供以下功能：包转发、包 解析、合法监听、基于业务的计费、业务的QoS控制，以及负责和非 3GPP网络间的互联等。基于每用户的包过滤（例如借助深度包探测方法）合法侦听UE的IP地址分配卜.行传输层包标记上下行业务级计费、门控和速率控制基于聚合最大比特速率（AMBR）的下行速率控制从上图中可见，新的LTE架构中，没有了原有的lu和lub以及lur接口，取而 代之的是新接口 S1和X2。E-UTRAN和EPC之间的功能划分图，可以从LTE在S1接口的协议栈结构图来描 述，如下图所示黄色框内为逻辑节点，白色框内为控制面功能实体，蓝色框内

31、 为无线协议层。15/61eNBInter Cell RRMRB ControlConnection Mobility Cont.MMERadio Admission ControlNAS SecurityeNB MeasurementConfiguration & ProvisionDynamic ResourceAllocation (Scheduler)Idle State MobilityHandlingEPS Bearer ControlRRCPDCPS-GWRLCMACMobilityAnchoringPHYE-UTRAN图3. 1一2 eNBInter Cell RRMRB Co

32、ntrolConnection Mobility Cont.MMERadio Admission ControlNAS SecurityeNB MeasurementConfiguration & ProvisionDynamic ResourceAllocation (Scheduler)Idle State MobilityHandlingEPS Bearer ControlRRCPDCPS-GWRLCMACMobilityAnchoringPHYE-UTRAN图3. 1一2 E-UTRAN和EPC的功能划分3.2无线协议结构控制面协议结构控制面协议结构如卜.图所示。16/61图3. 2-

33、1控制面协议栈PDCP在网络侧终止于eNB,需要完成控制面的加密、完整性保护等功能。RLC和MAC在网络侧终止于eNB,在用户面和控制面执行功能没有区别。RRC在网络侧终止于eNB,主要实现广播、寻呼、RRC连接管理、RB控制、移动 性功能、UE的测量上报和控制功能。NAS控制协议在网络侧终止于MME,主要实现EPS承载管理、鉴权、ECM （EPS连 接性管理）idle状态下的移动性处理、ECM idle状态下发起寻呼、安全控制功 能3.2.2用户面协议结构用户面协议结构如下图所示。图3. 2-2用户面协议栈用户面PDCP、RLC、MAC在网络侧均终止于eNB,主要实现头压缩、加密、调 度、A

34、RQ和HARQ功能。3.3S1 和 X2 接口与2G、3G都不同,S1和X2均是LTE新增的接口。17/613.3.1 S1 接口SI接口定义为E-UTRAN和EPC之间的接口. S1接I包括两部分:控制面SLMME接I I和用户面S1-U接I。S1-MME接I I定义为eNB和MME之间的接口： SLU定义为eNB和S-GW之间的接口。卜图为S1-MME和S1-U接口的协议栈结构。S1-AP图 3.3-1 S1 接口控制面(eNB-MME)图 3. 3-2 S1 接口用户面(eNB - S-GW)18/61已经确定的S1接I I支持功能包括有:E-RAB业务管理功能建立，修改，释放UE在EC

35、M-CONNECTED状态下的移动性功能LTE系统内切换马3GPP系统间切换S1寻呼功能NAS信令传输功能S1接口管理功能：错误指示复位网络共享功能漫游和区域限制支持功能NAS节点选择功能初始上下文建立功能UE上下文修改功能MME负载均衡功能位置上报功能ETWS消息传输功能过载功能19/61RAN信息管理功能已经确定的S1接I 1的信令过程有:E-RAB信令过程：E-RAB建立过程E-RAB修改过程MME发起的E-RAB释放过程eNB发起的E-RAB释放过程切换信令过程：切换准备过程切换资源分配过程切换结束过程切换取消过程寻呼过程NAS传输过程：上行直传（初始UE消息）上行直传（上行NAS传输

36、）下行直传（下行NAS传输）错误指示过程：eXB发起的错误指示过程MME发起的错误指示过程20/61夏位过程eNB发起的匆位过程MME发起的好位过程初始上下文建立过程UE上下文修改过程S1建立过程eNB配置更新过程MME配置更新过程位置上报过程：位置上报控制过程位置报告过程位置报告失败指示过程过载启动过程过载停止过程写置换预警过程直传信息转移过程卜.图是一个S1接口信令过程示例:21/61UEeNBMMEPagingPagingRandom Access ProcedureNAS: Service RequestRRC: Radio Bearer Setup (NAS Message)NAS:

37、 Service RequestRRC: Radio Bearer Setup (NAS Message)S1-AP: INITIAL UE MESSAGE (FFS) NAS: Service Request+ eNB UE signalling connection IDS1-AP INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST+ (NAS message)+ MME UE signalling connection ID+ Security Context+ UE Capability Information (FFS) Bearer Setup (Serving SAE-G

38、W TEID, QoS profile)RRC: Radio Bearer Setup CompleteS1-AP: INITIAL CONTEXT SETUP COMPLET1 + eNB UE signalling connection ID + Bearer Setup Confirm (eNB TEID)图3. 3-3初始上下文建立过程(蓝色部分)in Idle-to-Active procedureSI接口和X2接口类似的地方是：SLU和X2-U使用同样的用户面协议，以便于 eNB在数据反传(data forward)时，减少协议处理。3.3.2 X2 接口X2接口定义为各个eNB之

39、间的接口。X2接口包含X2-CP和X2-U两部分，X2-CP 是各个eNB之间的控制面接II, X2-U是各个eNB之间的用户面接I I。下图为 X2-CP和X2-U接口的协议栈结构。22/61图3. 3-4 X2接口控制面图3.3-5 X2接口用户面X2-CP支持以下功能： UE在ECM-CONNECTED状态下LTE系统内的移动性支持23/61上卜文从源eNB到目标eNB的转移 源eNB和目标eNB之间的用户面通道控制切换取消上行负荷管理通常的X2接I I管理和错误处理功能：错误指示已经确定的X2-CP接I I的信令过程包括行：切换准备切换取消UE上下文释放错误指示负载管理小区间负载管理通

40、过X2接I I来实现。LOAD INDICATOR消息用做eNB间的负载状态通讯，如下图所示:图3. 3-6 X2接口 LOAD INDICATOR消息物理层24/613.43.4帧结构LTE支持两种类型的无线帧结构：类型1,适用于FDD模式；类型2,适用于TDD模式。#18#19帧结构类型1如下图所示。每一个无线帧长度为10ms,分为10个等长度的子 帧，每个子帧又由2个时隙构成，每个时隙长度均为0.5ms。#0#1#2 Sub-frame One radio frame = 10ms图3. 4-1帧结构类型1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

41、以用于上行传输。上下行传输在频域上进行分开。3.5物理资源LTE上下行传输使用的最小资源单位叫做资源粒子（RE： Resource Element）oLTE在进行数据传输时，将上下行时频域物理资源组成资源块（RB： Resource Block）,作为物理资源单位进行调度与分配。一个RB由若干个RE组成，在频域上包含12个连续的子载波、在时域上包含7 个连续的OFDM符号（在Extended CP情况下为6个），即频域宽度为180kHz, 时间长度为0. 5ms o卜行和上行时隙的物理资源结构图分别如下面两个图所示。25/61One downlink slot LJolN雕 OFDM symb

42、olsresource elementsX图3.5-1下行时隙的物理资源结构图26/61One uplink slot 7：resource elements(1)图3.5-2上行时隙的物理资源结构图3.6物理信道卜行物理信道有:1.物理广播信道PBCH已编码的BCH传输块在40ms的间隔内映射到4个子帧;27/6140ms定时通过盲检测得到，即没有明确的信令指示40ms的定时：在信道条件足够好时，PBCH所在的每个子帧都可以独立解码。物理控制格式指示信道PCFICH将PDCCH占用的OFDM符号数目通知给UE；在每个子帧中都有发射。物理下行控制信道PDCCH将PCH和DL-SCH的资源分配、

43、以及与DL-SCH相关的HARQ信息通知给 UE；承载上行调度赋予信息。物理HARQ指示信道PHICH承载上行传输对应的HARQ ACK/NACK信息。物理下行共享信道PDSCH 承载DL-SCH和PCH信息。6.物理多播信道PMCH 承载MCH信息。上行物理信道有：物理上行控制信道PUCCH承载下行传输对应的HARQ ACK/NACK信息：承载调度请求信息；承载CQI报告信息。28/61物理上行共享信道PUSCH 承载UL-SCH信息。物理随机接入信道PRACH 承载随机接入前导。3.7传输信道下行传输信道类型有：.广播信道BCH固定的预定义的传输格式；要求广播到小区的整个覆盖区域。.下行共

44、享信道DL-SCH支持HARQ；支持通过改变调制、编码模式和发射功率来实现动态链路自适应:能够发送到整个小区；能够使用波束赋形；支持动态或半静态资源分配：支持UE非连续接收(DRX)以节省UE电源；支持MBMS传输。. 寻呼信道PCH支持UE DRX以节省UE电源(DRX周期由网络通知UE)；29/61要求发送到小区的整个覆盖区域：映射到业务或其它控制信道也动态使用的物理资源上。.多播信道MCH要求发送到小区的整个覆盖区域：对于单频点网络MBSFN支持多小区的MBMS传输的合并；支持半静态资源分配。上行传输信道类型有：.上行共享信道UL-SCH能够使用波束赋形；支持通过改变发射功率和潜在的调制

45、、编码模式来实现动态链路自适 应；支持HARQ；支持动态或半静态资源分配。. 随机接入信道RACH承载有限的控制信息；有碰撞风险。传输信道与物理信道之间的映射下行和上行传输信道与物理信道之间的映射关系分别如卜 .面两个图所示。30/61图3.8-1下行传输信道与物理信道的映射关系图UL-SCH RACHUL-SCH RACHUplinkTransport channelsUplinkPhysical channels-OoUplinkPhysical channelsPUSCH PRACH PUCCH图3.8-2上行传输信道与物理信道的映射关系图物理信号物理信号对应物理层若干RE,但是不承载任

46、何来自高层的信息。下行物理信号包括有参考信号(Reference signal )和同步信号 (Synchronization signal)o.参考信号下行参考信号包括下面3种:小区特定(Cell-specific)的参考信号，与非MBSFN传输关联MBSFN参考信号，与MBSFN传输关联31/61UE特定(UE-specific)的参考信号.同步信号同步信号包括下面2种：主同步信号(Primary synchronization signal )辅同步信号(Secondary synchronization signal )对于FDD,主同步信号映射到时隙0和时隙10的最后一个OFDM符号

47、上，辅同步 信号则映射到时隙0和时隙10的倒数第二个OFDM符号上。上行物理信号包括有参考信号(Reference signal)o.参考信号上行链路支持两种类型的参考信号：解调用参考信号(Demodulation reference signal )：与 PUSCH 或 PUCCH 传输有关探测用参考信号(Sounding reference signal )：与 PUSCH 或 PUCCH 传 输无关解调用参考信号和探测用参考信号使用相同的基序列集合。物理层模型卜边几个图形分别描述各类信道的物理层模型。图中的Node B在LTE中都称为 eNode B 或 eNB。32/61NodeBUE

48、HARQErrorHARQAntenna demappingDeinterleaving图3. 10-1 DL-SCH物理层模型UEErrorindicationUEErrorindication Single Transport blocksII (fixed size S)CRCCRCCRCCoding + RMDecoding + RMInterleavingData modulationQPSKonfyResource mappingAntenna mappingDeinterleaving33/61图3. 10-2 BCH物理层模型Node BUEblocks立npESS 0 发射定

49、时 调整 (Transmission timing adjustment) 等。3.11.2功率控制卜行功率控制决定每个资源粒子的能量(EPRE ： energy per resource element)o资源粒子能量表示插入CP之前的能量。资源粒子能量同时表示应用 的调制方案中所有星座点上的平均能量。上行功率控制决定物理信道中一个 DFT-SOFDM符号的平均功率。上行功率控制(Uplink power control)上行功率控制控制不同上行物理信道的发射功率。卜行功率分配(Downlink power allocation)eNB决定每个资源粒子的下行发射能量。3.11.3随机接入过程

50、在非同步物理层随机接入过程初始化之前，物理层会从高层收到以下信息：36/61随机接入信道参数（PRACH配置，频率位置和前导格式）；用于决定小区中根序列码及其在前导序列集合中的循环移位值的参数（根序列表格索引，循环移位，集合类型（非限制集合或限制集合）。从物理层的角度看，随机接入过程包括随机接入前导的发送和随机接入响应。 被高层调度到共享数据信道的剩余消息传输不在物理层随机接入过程中考虑。物理层随机接入过程包括如下步骤：.由高层通过前导发送请求来触发物理层过程。. 高层请求中包括前导索引（preamble index ）,前导接收功率目标值 （PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_

51、POWER）,对应的随机接入无线网络临时标 识（RA-RNTI ）,以及 PRACH 资源。.确定前导发射功率 ： Pm = min付山, PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER + PL,其中表示高层配置的最大允许功率，PL表示UE计算的下行路损估计。.使用前导索引在前导序列集中选择前导序列。.使用选中的前导序列，在指示的PRACH资源上，使用传输功率P皿e进行 一次前导传输。.在高层控制的随机接入响应窗中检测与RA-RNTI关联的PDCCHo如果检测 至IJ,对应的PDSCH传输块将被送往高层，高层解析传输块、并将20比特 的UL-SCH授权指示给物理层。37/61层

52、2包括PDCP、RLC和MAC三个子层，下行和上行的层2结构分别如下面两个 图所示。图3. 11-1层2下行结构图39MAC子层MAC 功能图3. 11-2层2上行结构图图中各个子层之间的连接点称为服务接入点（SAP）。PDCP向上提供的服务是无 线承载，提供可靠头压缩（ROHC）功能与安全保护。物理层和MAC子层之间的 SAP提供传输信道，MAC子层和RLC子层之间的SAP提供逻辑信道。MAC子层提供逻楫信道（无线承载）到传输信道（传输块）的更用与映射。非MIMO情形下，不论上行和下行，在每个TTI （1ms）只产生一个传输块。MAC子层的主要功能包括有： 逻辑信道与传输信道之间的映射:40

53、/61MAC业务数据单元(SDU)的复用/解兔用;调度信息上报：通过HARQ进行错误纠正；同一个UE不同逻辑信道之间的优先级管理；通过动态调度进行的UE之间的优先级管理；传输格式选择；4.1.2逻辑信道4.1.2逻辑信道MAC提供不同种类的数据传输服务。每个逻辑信道类型根据传输数据的种类来定 义。逻辑信道总体上可以分为下面两大类：控制信道(Control Channel,用于控制面信息传输)业务信道(Traffic Channel,用于用户面信息传输)控制信道包括有：广播控制信道(Broadcast Control Channel BCCH)卜.行信道，广播系统控制信息寻呼控制信道(Pagin

54、g Control Channel, PCCH)卜.行信道，传输寻呼信息和系统信息改变通知。当网络不知道UE小区位 置时用此信道进行寻呼。公共控制信道(Common Control Channel. CCCH)41/61用于UE和网络之间传输控制信息。该信道用于UE与网络没有RRC连接 的情况。多播控制信道(Multicast Control Channel, MCCH)点到多点的卜行信道，为1条或多条MTCH信道传输网络到UE的MBMS控 制信息。该信道只对能够接收MBMS的UE有效。专用控制信道(Dedicated Control Channel, DCCH)点到点的双向信道，在UE和网络

55、之间传输专用控制信息。用于UE存在 RRC连接的情况。业务信道包括有：专用业务信道(Dedicated Traffic Channel DTCH)点到点双向信道，专用于一个UE,用于传输用户信息。多播业务信道(Multicast Traffic Channel, MTCH)点到多点下行信道，用于网络向UE发送业务数据。该信道只对能够接收 MBMS的UE有效。4.1.3逻辑信道与传输信道之间的映射卜 .行和上行传输信道与物理信道之间的映射关系分别如下面两个图所示。42/61DownlinkLogical channelsDownlinkLogical channelsDownlinkTransp

56、ort channels图4. 1-1下行逻辑信道与传输信道映射关系图UplinkLogical channelsUplinkLogical channelsUplinkTransport channels图4. 1-2上行逻辑信道与传输信道映射关系图4.2 RLC子层4.2.1 RLC 功能RLC子层的主要功能包括有：上层PDU传输：通过ARQ进行错误修正（仅对AM模式有效）；RLC SDU的级联，分段和重组（仅对UM和AM模式有效）;43/61RLC数据PDU的重新分段（仅对AM模式有效）；上层PDU的顺序传送（仅对UM和AM模式有效）；重灾检测（仅对UM和AM模式有效）；协议错误检测及恢

57、更；RLC SDU的丢弃（仅对UM和AM模式有效）：RLC重建。4.2.2 PDU 结构RLC PDU结构如下图所示：RLC头携带的PDU序歹IJ号与SDU序歹IJ号（即PDCP序列号）独立;图中红色的虚线表示分段的位置：图 4. 2-1 RLCPDU 结构44/614.3 PDCP 子层4.3.1 PDCP 功能PDCP子层用户面的主要功能包括有：头压缩与解压缩：只支持ROHC算法；用户数据传输：RLCAM模式下，PDCP重建过程中对上层PDU的顺序传送;RLCAM模式下，PDCP重建过程中对下层SDU的重夏检测;RLC AM模式下，切换过程中PDCP SDU的重传；加密、解密；上行链路基于

58、定时器的SDU丢弃功能。PDCP子层控制面的主要功能包括有：加密和完整性保护：4.3.2 PDU 结构4.3.2 PDU 结构卜图是PDCP PDU结构图:PDCP PDU和PDCP头均为8位组的倍数；PDCP头可以是一个字节或者两个字节长。45/61PDCP headerPDCP SDUPDCP PDU图 4. 3-1 PDCP PDU 结构46/61第5章RRC5.1 RRC功能RRC的主要功能包括有：NAS层相关的系统信息广播：AS层相关的系统信息广播；寻呼：UE和E-UTRAN间的RRC连接建立、保持和释放，包括：UE和E-UTRAN之间的临时标识符分配：为RRC连接配置信令无线承载(

59、SRB)：低优先级和高优先级的SRBo.包括密钥管理在内的安全管理；. 建立、配置、保持和释放点对点RB；.移动性管理，包括：针对小区间和RAT间移动性的UE测量上报和上报控制;切换；UE小区选择和重选，以及小区选择和重选控制：切换过程中的上下文转发。47/61MBMS业务通知；为MBMS业务建立、配置、保持和释放RB；QoS管理功能；UE测量上报及上报控制；NAS直传消息传输。5.2 RRC状态RRC 的状态分为 RRC.IDLE 和 RRC_C0NNECTED 两种：空闲状态(RRC_IDLE)：PLMN选择；NAS配置的DRX；系统信息广播：寻呼；小区重选移动性；UE将被分配一个在跟踪区

60、(TA)范闹内唯一的标识;eNB中没有存储RRC上下文。连接状态(RRJC0NNECTED)：UE 有一个 E-UTRAN-RRC 连接：UE在E-UTRAN中有上下文；E-UTRAN知道UE归属哪个小区：48/61网络可以与UE之间进行数据收发；网络控制的移动性（切换）；邻区测量；RRC_CONNECTED 状态的 PDCP/RLC/MAC 特点：UE可以与网络之间收发数据：UE监听与共享数据信道相关的控制信令信道来查看在共享数据信道上是 否有分配给此UE的传输；UE也上报信道质量信息和反馈信息给eNB：DRX周期可以根据UE的活动水平来配置以达到终端节电和提高资源利用 率的目的。该功能由e