LTE每天一课(整理3)

第一章LTE简介一．4G4G即第四代移动通信技术，采用全IP网络结构。4G网络采用许多关键技术，包括：正交频分复用（OFDM）多载波调制技术、自适应调制和编码（AMC）技术、多天线技术（MIMO）和智能天线技术、基于IP的核心网等。4G技术特点如下：1、传输速率更快：对于高速移动用户（250km/h）数据速率为2Mbps；对于中速移动用户（60km/h）数据速率为20Mbps；对于低速移动用户（室内或步行）数据速率为100Mbps；2、频谱利用率更高：4G使用OFDM、MIMO等技术，无线频谱效率比3G系统更高；3、带宽更宽：每个4G信道将会占用100MHz或更多的带宽，而3G网络的带宽则在5~20MHz之间；4、容量更大：4G采用空分多址等技术来提高系统容量；5、灵活性更强：4G系统可自适应地进行资源分配，采用智能信号处理技术对各种复杂环境进行信号的正常收发。另外，用户可以使用各式各样的设备接入到4G网络；6、实现更高质量的多媒体通信：4G网络无线多媒体通信服务包括语音、数据、影像等，大量信息通过宽频信道传送出去，用户可以在任何时间、任何地点接入网络；7、兼容性更平滑：4G系统具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联以及能从3G平稳过渡。二．LTE1．LTE目标3GPP长期演进(LTE)，被看作“准4G”技术或3.9G。LTE以OFDMA（正交频分多址）和MIMO（多输入多输出）技术为基础。LTE包括FDD和TDD两种制式。LTE的增强技术（LTE-Advanced）是国际电信联盟（ITU）认可的4G标准。LTE的主要性能目标包括：（1）峰值速率高。在20MHz带宽、2*2MIMO情况下能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；（2）低延迟。控制面从睡眠态到激活态迁移时间低于50ms，从驻留态到激活态迁移时间小于100ms；用户面时延低于5ms，指的是20MHz带宽下，小区中只有一个用户，UE单向向eNodeB发送一个IP包头的时延；（3）更低的资本支出与运营成本；（4）频谱灵活性。支持成对、非成对频谱，并可灵活配置1.4MHz到20MHz多种带宽；（5）更高的频谱效率。频谱效率为每赫兹能承载的数据速率，100Mbps/20MHz=5bit/s/hz；（6）更好的覆盖。支持100Km小区半径。2．LTE频段中国联通：TD-LTE是2300～2320MHz、2555～2575MHz；LTE-FDD是1745-1765MHz1840-1860MHz中国移动：TD-LTE是2320～2370MHz、2575～2635MHz、1880～1900MHz中国电信：TD-LTE是2370～2390MHz、2635～2655MHz；LTE-FDD是1765-1780MHz1860-1875MHz3．LTE与以往移动通信系统的速率对比无线蜂窝制式CDMA2000(EVDORA)TD-SCDMA(HSPA)WCDMA(HSPA)下行速率3.1Mbps2.8Mbps14.4Mbps上行速率1.8Mbps2.2Mbps5.76Mbps无线蜂窝制式LTE-FDDTD-LTE下行速率150Mbps100Mbps上行速率40Mbps50Mbps三．LTE-FDD与TD-LTE1．FDD与TDD工作原理1、频分双工(FDD)，FDD模式是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。其单方向的资源在时间上是连续的。FDD在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将降低。2、时分双工(TDD)，TDD模式是在同一频率载波的不同时隙信道上进行接收和发送，时间资源在两个方向上进行分配。某个时间段由基站发送信号给移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站，其单方向的资源在时间上是不连续的，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。FDD和TDD的工作原理2．TD-LTE和LTE-FDD技术综合对比1．TDD优势：（1）能够灵活配置频率，使用FDD系统不易使用的零散频段；

（2）可以通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，能够很好的支持非对称业务；

（3）具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低设备成本；

（4）接收上下行数据时，不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低设备复杂度；

（5）具有上下行信道互惠性，能够更好的采用传输预处理技术，如RAKE技术、智能天线技术等，有效地降低终端的处理复杂性。2．TDD不足：（1）时间资源分上行和下行，因此TDD方式的发射时间大约只有FDD的一半，如果TDD要发送和FDD同样多的数据，就要增大发送功率；

（2）收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间都存在干扰；（3）TDD系统上行受限，TDD基站的覆盖范围明显小于FDD基站；第二章LTE系统结构一．LTE网络结构LTE系统由演进型分组核心网（EPC）、演进型通用陆地无线接入网（E-UTRAN）和用户设备（UE）三部分组成。其中，MME为移动管理实体，是核心网控制处理部分；S-GW为服务网关，是核心网数据承载部分；E-UTRAN只有一种网元eNodeB。如下图。eNodeB与EPC通过S1接口连接，与MME之间为S1-MME，与S-GW之间为S1-U；eNodeB之间是X2接口；eNodeB与UE之间是Uu接口。与UMTS相比，由于NodeB和RNC融合为eNodeB，所以LTE少了Iub接口。X2接口类似于Iur接口，S1接口类似于Iu接口。功能划分如下图：1、eNodeB功能:小区间无线资源管理；RB控制；连接状态下的移动性管理；无线接纳控制；eNodeB测量控制与上报；动态资源分配；IP头压缩和用户数据流加密；UE附着时MME选择；用户面数据向S-GW路由；寻呼消息和广播信息调度和发送。2、MME功能：NAS安全管理，如NAS信令加密与完整性保护；空闲状态下的移动性管理，如TAU；SAE承载控制；寻呼消息发送。3、S‐GW功能：移动性控制，如UE移动性产生的用户面切换；数据的路由和传输；用户面数据的加密。二．3GPP系统架构演进（SAE）3GPPR8在提出LTE的同时，也提出了系统架构演进（SAE）的概念。SAE由EPC和E-UTRAN两大部分构成。SAE采用了全IP的架构，简化了网络结构，集成其他非3GPP的接入技术，能支持更加灵活的业务。EPS架构示意图各实体功能：（1）MME（移动管理实体）NAS安全管理，如NAS信令加密与完整性保护；空闲状态下的移动性管理，如TAU；SAE承载控制；寻呼消息发送。3GPP内不同节点间的移动性管理、S-GW和P-GW的选择、MME改变时的目标MME选择、切换到2G/3G网络时的SGSN选择、漫游、安全认证、信令的合法监听、预警消息的传输。（2）S-GW（服务网关）移动性控制，如UE移动性产生的用户面切换；数据的路由和传输；用户面数据的加密。支持eNodeB间切换、支持3GPP内不同接入技术之间用户平面切换、中继转发2G/3G系统PDNGW之间的数据、空闲状态的下行分组缓冲、合法监听、上下行方向传输层分组标记、运营商间的计费。（3）P-GW（分组数据网络网关）用户数据报过滤、对数据报进行QoS级别分类和速率控制、UEIP地址分配、合法监听、上下行方向的传输层分组标记。（4）PCRF（策略和计费规则功能）对用户的业务请求进行QoS授权、门控规则与计费规则的下发。（5）HSS（归属用户服务器）HSS是用户数据库。它包含用户配置文件，执行用户的身份验证和授权，并可提供用户位置信息。类似于GSM位置寄存器（HLR）。（6）SGSN（服务GPRS支持节点）SGSN是GPRS/WCDMA(TD-SCDMA)核心网分组域重要组成部分，主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密等。第三章LTE关键技术一．OFDM基本原理和应用1．OFDM正交频分复用OFDM正交频分复用，是多载波调制（MCM）的一种。其主要原理是：将信道带宽分成若干正交子载波，把高速数据流转换成并行的低速子数据流，调制到每个子载波上进行传输。子载波带宽小于信道的相干带宽，每个子载波可以看成水平衰落信道，可以消除符号间干扰（ISI）。（相干带宽是描述时延扩展的，是表征多径信道特性的一个重要参数。它是指某一特定的频率范围内的任意两个频率分量都具有很强的幅度相关性。通常，相干带宽近似等于最大多径时延的倒数。如果发送信道的带宽大于相干带宽，则会导致接收信号波形产生频率选择性衰落，即某些频率成分信号的幅值会增强，而另外一些频率成分信号的幅值会被削弱。）OFDM和传统的FDM多载波调制技术的区别：FDM子载波是分开的，子载波之间要有保护间隔，而OFDM是重叠在一起的且正交，频谱利用率高；FDM是子载波分别调度，OFDM是统一调度，效率高；OFDM的子载波小于信道相干带宽，可以克服频率选择性衰落。缺点是，OFDM符号时间和频率都很小，对频偏比较敏感；信号重叠，峰均比PAPR较大。OFDM子载波间隔的选择取决于频谱效率和抗频偏能力的折中，在一定CP长度下，子载波间隔越小，OFDM符号周期越长，频谱效率越高，但对多普勒频移和相位噪声越敏感。（OFDM并不比CDMA的频谱利用率更高，但他的优势是大宽带的支持更简单更合理，而且配合mimo更好。举个例子，CDMA是一个班级，班中有说中文有说英文，如果大家音量控制好的话，虽然是一个频率但是可以达到互不干扰。OFDMA则可以想象成高架桥，10米宽的路，上面架设一个5米宽的高架，实际上道路的通行面积就是15米，这样虽然水平路面没增加但是可以通行的车辆增加了。OFDM技术，利用傅里叶快速变换导入正交序列，相当于在有限的带宽里架设了N个高架桥，目前是一个OFDM信号的前半个频率和上一个频点的信号复用，后半个频率和后一个频点的信号复用。那信号频率重叠了怎么区分，OFDM正交，正交就是能保证唯一性，举例子，A和B重叠，但是A*a+B*b，a和b是不同的正交序列,如果要从同一个频率中只获取A，那么通过计算，（A*a+B*b）*a=A*a*a+B*b*a=A+0=A（因为正交，a*a=1，a*b=0）。所以OFDMA是允许频率重叠的，甚至理论上可以重叠到无限，但是为了增加解调的容易性，目前LTE支持OFDM重叠波长的一半。）2．OFDMA正交频分多址2．1下行多址方式LTE采用OFDMA（正交频分多址）作为下行多址方式。OFDM是一种频分技术，而OFDMA则是利用这种频分技术实现的多址技术。OFDMA将信道带宽划分成相互正交的子载波集，通过将不同的子载波集分配给不同的用户，可用时频资源在不同用户之间共享，从而实现不同用户的多址接入。可看成是OFDM+FDMA+TDMA技术相结合的多址方式。经过信道编码后的数据比特，再经过调制星座映射后可视为频域信号，通过串并转换将这些调制符号映射到子载波，利用快速傅里叶逆变换（IFFT）将子载波上的频域信号转换到时域，形成时域波形信号OFDM符号，插入CP，最后经过并串转换将多个子载波的时域信号进行叠加，形成OFDM发送信号。OFDMA的优势：（1）频谱效率高：子载波重叠、正交、支持非对称。（2）带宽扩展性强：带宽取决于子载波的数量。（3）抗多径衰落：子信道可以看做水平衰落信道、CP的引入。（4）频域调度和自适应：集中式子载波分配，将子载波连续分配给一个用户，频域调度选择较优子信道，获得多用户分集增益；（高速移动或SINR较低时）将分配给用户的子载波分散到整个带宽，交替排列，获得频率分集增益。通过调制编码方式（MCS）的选择，支持链路自适应。（5）实现MIMO技术较简单：水平衰落信道，避免天线间干扰。2．2上行多址方式LTE采用DFT-S-OFDM（离散傅立叶扩展OFDM）或者称为SC-FDMA（单载波FDMA）作为上行多址方式。通过多用户复用频谱资源时改变不同用户的DFT输出端到IDFT输入端的对应关系，承载数据符号的频谱可以被搬移至不同的位置，从而实现多用户多址接入，同时子载波之间具有良好的正交性，避免了干扰。上行采用SC-FDMA而不用OFDMA的原因是：OFDMA信号功率峰均比高、功放效率低、电池效率低、不适合UE；SC-FDMA信号功率峰均比低、功放效率高、电池寿命长、适合UE。OFDMA支持6种带宽，如下图，可以根据实际需要灵活使用。OFDMA在实际应用中分为集中式和分布式，如下图。集中式将连续的子载波分给一个用户，而分布式则是交叉分布。现网多用集中式，调度起来简单效率高。为了获得低的峰均比，降低UE的负担，上行选择集中式的分配方式。（注：LTE上行采用SC-FDMA，很多人说不是OFDM，其实不对。SC-FDMA字面理解是单载波频分多址，实际上就是在OFDM之前增加了一步，DFT扩频，模拟出一个单载波，由于单载波可以克服OFDMA多子载波造成的峰均比问题，所以适合上行UE。）2．3CP（循环前缀）信号在空间传输时经过反射和折射，会通过不同路径到达接收端（多径效应），不同路径的信号到达接收端时间不同，即时延，导致互相干扰，如下图。由于路径2的第一个符号延迟，一部分落到路径1的第二个符号上，导致第二个符号正交性破坏从而无法解调出来。为了避免这种状况，设计了保护间隔，在每个符号之前增加一个间隔，只要时延小于间隔就不会互相影响，如下图。保护间隔加入保护间隔后，虽然路径2的第一个符号延迟了，但是刚好落入路径1的第二个符号的保护间隔内，不会干扰到第二个符号。由于保护间隔本身不是正交的，引入后，积分区间内不再具有整数个子载波，子载波间的正交性被破坏，两个子载波之间会产生载波间的干扰，如下图。解决的办法是采用加入CP（循环前缀）。所谓循环前缀就是这个保护间隔不是传统的全0，而是用自身的一部分，如下图。将符号的最后一部分拿出来放到前面当保护间隔。由于保护间隔是信号的一部分，所以不会破坏符号本身的正交性。由于基站覆盖的距离远近不同，多径延迟也不同，所以CP分3种。常规，扩展和超长扩展。CP过小，不足以抑制符号间干扰（ISI）与载波间干扰（ICI）；过大，会造成系统频谱效率降低。常规CP用于常规半径小区，扩展CP用于大半径小区，超长扩展CP用于独立载波MBMS系统。循环前缀可以消除多径效应，但要牺牲一部分时间资源，降低了各个子载波的符号速率和信道容量。二．MIMO基本原理和应用MIMO（多输入多输出）技术的基本原理是将用户数据分解为多个并行的数据流，在多个发射天线上同时发射，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，利用解调技术，最终恢复出原数据流。MIMO可以分为三类，传输分集、空间复用和波束赋形。1．传输分集（发射分集）两根天线传输相同数据，一个数据传两遍，有分集增益，可靠性高。适用信道质量差的用户，如小区边缘用户、移动速度快的用户。要求天线相关性低。2．空间复用（空分复用）在多个相互独立的空间信道上向一个终端/基站并行发射多个不同数据流，以提高峰值速率。适用信道质量好的用户，如小区中心用户、移动速度慢的用户。要求天线之间相关性低，否则会导致无法解出两路数据。如下图。空间复用MIMO2*23．波束赋形利用波的干涉原理产生强方向性的辐射方向图，使主瓣自适用地指向用户来波方向，从而提高信噪比、系统容量、覆盖范围。适用小区边缘用户、中低速移动用户。各种波束赋形4．LTER8版本中的MIMO分类目前R8版本主要有7类MIMO，具体现网中使用哪种需要结合实际情况去设置。如下图。原理和适用场景：（1）单天线端口。单天线传输，也是基础模式，兼容单天线UE。（2）发射分集。在不同天线上传输同一个数据，适用于覆盖边缘。（3）开环空分复用。不同天线传输不同数据，速率增加一倍，适用于覆盖较好区域。无需用户反馈。（4）闭环空分复用。同上，只不过增加了用户反馈（CQI、PMI、RI），对无线环境的变化更敏感。（5）多用户MIMO。多个天线传输给多个用户，如果用户较多且每个用户数据量不大的话可以采用，增加小区吞吐量。（6）闭环Rank=1预编码。闭环空分复用的一种，基于码本（预先设置好），预编码矩阵是在接收端获得，并反馈PMI，由于有反馈所以形成闭环。（7）波束赋形。适用于TDD，由于TDD上下行是在同一频点，所以可以根据上行推断出下行，无需码本和反馈，FDD由于上下行不同频点所以不能使用。5．上行MIMO技术截止到R8版本，上行支持MU-MIMO,但是上行天线只支持1发，也就是1x2和1x4（高版本支持2x2和4x4），可以采用最高阶的64QAM调制。6．OFDM技术与MIMO技术结合1．MIMO技术的关键是区分多个并行数据流，有效避免天线间干扰（IAI），在水平衰落信道中更易实现。2．CDMA是单载波信号，易受到多径干扰，多径均衡的复杂度随带宽增大而加剧，符号间干扰（ISI）也随之增加。IAI与ISI混合在一起，接收机很难将MIMO接收与信道均衡分开处理。3．OFDM将宽带传输分成多个子载波的窄带传输，每个子载波(带宽15KHz)可看作水平衰落信道，降低了接收机均衡器的复杂度，给MIMO系统带来的额外复杂度可以控制在较低的水平（随天线数量呈线性增加）。三．HARQ技术1．FEC、ARQ、HARQ前向纠错编码（FEC），具有自动纠错的能力。优点是时延低、效率高、无需反馈。缺点是可靠性差，接收端不管译码结果如何都发送给用户；对信道的适应性差，选用的纠错码必须与信道干扰情况相匹配。自动重传请求（ARQ），收到信息后通过CRC校验位进行校验，如果发现错误或者没收到信息回NACK要求重传，否则回ACK。优点是设备简单，复杂性低；错误反馈，可靠性高；检错能力与信道干扰变化无关，适应性强。缺点是需要反馈，实时性低；需要重发，连续性差；传输效率低。混合自动重传请求（HARQ）系统是在ARQ系统中包含一个FEC子系统，FEC部分用来纠正信道中经常出现的易于纠正的错误，以减少重传次数；ARQ部分是纠正那些不常出现的、FEC不能纠正的错误。FEC提高系统通过效率，ARQ提高系统可靠性。2．HARQ分类2．1根据重传时刻是否预定义：同步HARQ和异步HARQ同步HARQ：重传在预先定义好的时间进行，不需要额外的信令指示HARQ进程号，可以根据HARQ进程所在的子帧编号得到该HARQ进程的编号。（根据PHICH传输的子帧位置，确定PUSCH的传输子帧位置。）异步HARQ：重传在上一次传输之后的任何可用时间上进行，接收机需要额外的信令指示HARQ进程所在的子帧。异步HARQ可以灵活的分配HARQ资源。2．2根据重传时传输属性能否动态改变：自适应HARQ和非自适应HARQ自适应HARQ：重传时可以改变初传的一部分或者全部属性，比如调制方式、资源分配等，这些属性的改变需要额外的信令通知。非自适应HARQ：重传时改变的属性是发射机与接收机事先协商好的，不需要额外的信令通知。LTE下行采用异步自适应HARQ；LTE上行同时支持同步自适应HARQ和同步非自适应HARQ。自适应的HARQ通过PDCCH调度来实现，即基站发现接收错误之后，不反馈NACK，而是通过调度器调度其重传所使用的参数，来重传；非自适应的HARQ由PHICH信道承载的NACK信息来触发。3．HARQ方式单纯HARQ机制中，接收到的错误数据包都是直接被丢掉的。LTE采用以下方式。跟踪结合ChaseCombine（CC）或软合并方式：重传时的数据与初次传输时相同，将接收到的错误数据包保存在存储器中，与重传的数据包合并在一起进行译码，提高传输效率。增量冗余（IR)方式：第一次传输发送信息bit和一部分冗余bit，如果没有成功解码，则重传更多的冗余bit降低信道编码率，从而提高解码成功率。分两种情况。（1）部分增量冗余（PIR)。PIR指重传数据由信息bit和新增加的冗余bit构成，收端将其与先前接收的数据合并，提高纠错能力。信息bit不变，冗余bit与初次传输不同，重传的数据是可以自译码的。（2）全增量冗余（FIR)。FIR指重传数据完全由递增冗余构成。重传的数据不可以自译码。增量冗余方式的性能要优于软合并方式，但在接收端需要更大的内存。终端的缺省内存容量是根据终端所能支持的最大数据速率和软合并方式设计的，因而在最大数据速率时，只可能使用软合并方式。而在较低速率时，两种方式都可以使用。4．HARQ流程下面是一个软合并的流程图HARQ流程eNodeB发一个packet1给UE；UE没有解调出来，回NACK给eNodeB；这时eNodeB将packet1另外一部分发给UE；UE通过软合并解调出来，回ACK；eNodeB收到后继续发packet2。HARQ发端每发一个包都会开一个timer，如果timer到时了还没有下一个包到来，eNodeB会认为这是最后一个包，会发一个指示给UE，告诉它发完了，防止最后一个包丢失。而UE侧也有计时器，回NACK后计时器开始，到时后如果还没有收到重发的话就会放弃这个包，由上层进行纠错。不同Qos的HARQ机制也不同，如VOIP之类的小时延业务，不要求上层重发，丢了就丢了，保证时延。递增冗余（IR）这种方式，第一次发和重发的内容不同，原理是信息在进入通信系统后会首先进行调制和编码，经过调制的信息相当于压缩过的，是比较小的信息，第一次会先发这个信息。而经过编码的信息是带冗余信息的，如果第一次发送失败的话，第二次会将编码后的信息发射出去，由于冗余信息有纠错的功能，所以增加了重发的可靠性。5．RTT与进程数环回时间（RTT）：UE通过PUCCH向eNodeB反馈上一次传输的ACK/NACK信息；eNodeB对ACK/NACK信息进行解调和处理，并根据ACK/NACK信息和下行资源分配情况对重传数据进行调整，然后在PDSCH上按照下行调度的时域位置发送重传数据；到达UE端后，UE进行解码处理，通过PUCCH再次反馈针对此次重传的ACK/NACK信息，RTT结束。RTT=传输延迟+处理延迟。传输延迟取决于UE与eNodeB之间的距离，6.7us/km，对于半径较小的小区，传输延迟相对于处理延迟可以忽略。UE的处理延迟估算为2ms，包括下行数据解码和上行数据的编码、复用；eNodeB的处理延迟估算为3ms，包括上行数据解码和下行数据的编码、复用、调度。配置为了充分利用时域资源，在RTT内必须发起其他的并行HARQ进程。HARQ进程数量与RTT有关，RTT越大，需要支持越多的并行HARQ进程以填满RTT，约等于RTT/TTI。综合考虑重传延迟、缓存大小的要求，在LTE下行，支持两种HARQ进程数，7或8个可配置。在LTE上行，为了降低复杂度，只支持8个。对于TDD系统，HARQ进程数量还取决于上下行时隙的比例。如上图。四．AMC自适应调制与编码链路自适应技术可以通过两种方法实现：功率控制和速率控制。一般的链路自适应都指速率控制，LTE中为自适应编码调制技术（AMC）。eNodeB根据UE反馈的CQI及时调整调制方式（QPSK、16QAM、64QAM）和编码速率，从而使得数据传输能及时跟上信道的变化状况，当信道条件较差时选择低阶的调制方式与编码速率；当信道条件较好时选择高阶的调制方式与编码速率，从而最大化传输速率。对于长时延的分组数据，AMC可以在提高系统容量的同时不增加对邻区的干扰。具体的流程如下图。上行方向的链路自适应基于UE测量的上行信道质量，直接确定具体的调制方式与编码速率。下行方向的链路自适应，UE会周期性的测量无线信道，并上报CQI、PMI和RANK（秩）；eNodeB根据反馈信息，并检查缓存器，安排UE，调度HARQ进程，选择调制方式与编码速率，资源块，信道编码冗余版本等发送数据。CQI（信道质量指示）：用来反映PDSCH的质量；PMI（预编码矩阵指示）：是指仅在闭环空间复用发射模式下，UE告诉eNodeB应使用什么样的预编码矩阵来给UE的PDSCH进行预编码；RI（秩指示）：用来指示PDSCH的有效的数据层数。其中CQI是UE对无线环境的一个判断，eNodeB会根据上报的CQI从预定义的CQI表中选择相应的调制方式和编码速率，同时兼顾缓存中的数据量（步骤2和3），最后决定调制方式、HARQ、资源块大小等发射给终端（步骤4和5）。不同的CQI和相对应的调制方式、编码速率及效率，如下图。CQI对应调制方式和编码速率从上图看，虽然是自适应调制编码，但是实际上在R8版本中规定了16种不同的调制编码方式。根据UE上报的CQI来选择，其中0是无效的，也就是当前的无线环境无法传输数据；15是最好的，可以采用最高阶的调制方式64QAM和最快的编码速率，效率也最高。可以通过统计CQI上报的数值来分析本地网无线环境如何，如果上报的CQI里14、15档很少，那么说明网络还需要进一步优化。五．MAC调度算法调度，即分组调度，为具有不同带宽要求、不同时延保障、不同QoS等级的业务或用户，按照某种算法合理分配资源，从而提高网络吞吐量和频谱效率。常用的调度算法有最大C/I算法、轮询算法、比例公平算法。1．最大C/I算法只选择最大载干比（C/I）（载波信号强度和干扰信号强度比）的用户，即让信道传输条件最好的用户占用资源传输数据，当该用户信道变差后，再选择其他信道最好的用户。优点是能获得最大的吞吐量和资源利用率，缺点是不公平。2．轮询算法轮询算法，也叫循环调度算法，即循环地调度每个用户，以同样的概率占用资源（时隙、频率、功率等）。优点是公平，缺点是资源利用率低。3．比例公平算法从上面两种调度算法看，都有优缺点，采取一个折中的方法，比例公平算法。比例公平算法考虑用户的信道质量，保证一些优质用户的网速，同时又兼顾分配的公平，保证都有RB分配。4．持续调度、半持续调度和动态调度调度根据分配时间可分为持续调度、半持续调度和动态调度，前面三种调度都是动态调度的细分。其中持续调度是电路域的思想，将资源一直给一个用户，在LTE里是不用的。半持续调度方式是在动态调度的基础上引入的，是指在调度传输过程中，eNodeB在初始调度时通过PDCCH指示UE当前的调度信息，UE识别是半持续调度，则保存当前的调度信息，每隔固定周期在相同的时频资源位置上进行该业务数据的发送或接收。与动态调度相比，半持续调度灵活性稍差，但控制信令开销较小，适合突发特征不明显、有保障速率要求的业务，例如VoIP。调度算法六．小区间干扰抑制技术LTE采用OFDMA技术，小区内用户通过频分实现信号的正交，小区内的干扰基本可以忽略。但是同频组网时，如果两个相邻小区在交界处使用了相同的频谱资源，则会产生较强的小区间干扰，严重影响边缘用户体验。在LTE中，主要讨论了三种小区间干扰抑制技术：小区间干扰随机化、小区间干扰消除和小区间干扰协调。1．小区间干扰随机化小区间干扰随机化主要利用物理层信号处理技术和频率特性将干扰信号随机化，从而降低对有用信号的干扰。干扰随机化不能降低干扰的能量，但能将干扰的特性转变为近似“白噪声”，从而使终端可以依赖处理增益对干扰进行抑制，因此又称为“干扰白化”。干扰随机化的方法主要包括加扰、交织和跳频。1.1加扰（Scrambling）（传统技术）小区专属加扰，即在信道编码后，对干扰信号随机加扰。如下图，对小区A和小区B，在信道编码和交织后，分别对其传输信号进行加扰，通过不同的扰码区分不同小区的信号，让UE只针对有用信号进行解码。如果没有加扰，UE的解码器不能区分接收到的信号是来自本小区还是来自其他干扰小区。加扰并不影响带宽，但可以提高性能。小区专属加扰LTE采用504个扰码（与504个小区ID绑定）区分小区，进行干扰随机化。一般情况下，加扰是在编码交织之后，调制之前进行，即比特级别的加扰。而且不同信道的扰码也不一样，例如PDSCH/PUCCH/PUSCH扰码序列与小区ID、UEID和时隙起始位置有关；PBCH/PDCCH/PCFICH/PHICH扰码序列与小区ID和时隙起始位置有关；PMCH扰码序列与MBSFNSID和时隙起始位置有关。这里要说一下PHICH，他的加扰位置和前面的不同，是在调制之后，扩频的时候加扰。通过加扰，小区间用户的冲突可能性会降低。（举个例子，1班和2班都有学号为1号的学生，在自己的班里绝对不会冲突，但是如果2个班的学生混在一起交作业，老师怎么区分那个是自己班的1号呢？如果用加扰的思想去解决，1班的学生交作业必须在学号前加上班号1#1，2班的1号是2#1，这样互相干扰的情况就降低了。当然这也是比较理想的情况，有很多情况是加扰后也会冲突，毕竟数据那么多，碰撞的机会也多，所以加扰只能随机化干扰不能从根本上避免干扰。）1.2交织（Interleaving）也称交织多址（IDMA)小区专属交织，即在信道编码后，对传输信号进行不同方式的交织。如下图，对于小区A和小区B，在信道编码后分别对其传输信号进行交织。小区专属交织的模式可以由伪随机数的方法产生，可用的交织模式数(交织种子)是由交织长度决定的，不同的交织长度对应不同的交织模式编号，UE端通过检查交织模式的编号决定使用何种交织模式。在空间距离较远的小区间，交织种子可以复用，类似于频分复用。小区专属交织1）IDMA是一种新的干扰随机化技术和干扰消除技术，比较复杂，在LTER8中未被使用。2）仅干扰随机化效果而言，小区交织和加扰性能相近。但IDMA可用于干扰消除技术。3）对各小区的信号在信道编码后采用不同的交织图案进行信道交织，以获得干扰白化效果。交织图案与小区ID一一对应。相距较远的两个小区间可以复用相同的交织图案。1.3跳频目前LTE上下行都支持跳频传输。大多数信道都支持子帧内的跳频，如PDSCH、PUSCH、PUCCH；其中PUSCH也支持子帧间的跳频。通过跳频避免了同一频率上的干扰，缺点是只能随机化，不能根本消除。2．小区间干扰消除小区间干扰消除是利用物理层信号处理技术，将干扰小区的信号解调、解码，然后利用接收机的处理增益将干扰重构、消除。2.1基于多天线接收终端的干扰消除技术利用接收机的多天线技术实现，不需要标准化，又称为干扰抑制合并(IRC)。不依赖发射端配置，利用从两个相邻小区到UE的空间信道独立性来区分服务小区和干扰小区的信号，通过对接收信号进行加权来抑制干扰。配置双天线的UE可以区分两个空间信道，即空分复用原理。需要说明的是，这个技术比较复杂，目前实际中很少采用。IRC2.2基于干扰重构/减去的干扰消除技术将干扰信号解调、解码，进行重构，从接收信号中减去。将干扰信号分量准确分离，剩下的就是有用信号和噪声，是干扰消除最理想的方法。小区间干扰消除的优势在于，对小区边缘的频率资源没有限制，可以使用相同的频率资源，以获得更高的小区边缘频谱效率（ESE）和总频谱效率（SE）。局限在于小区间必须保持同步，目标小区必须知道干扰小区的导频结构，以对干扰信号进行信道估计；对于要进行小区间干扰消除的用户，必须给其分配相同的频率资源。IDMA技术可以通过迭代干扰消除获得显著的性能增益，但需要系统在资源分配、信号格式获得、小区间同步、交织器设计、信道估计等提出更高的要求。2.3发射端波束赋形通过波束赋形技术的运用，提高目标用户的信号强度，同时主动降低干扰用户方向的辐射能量（假如能判断出干扰用户的位置），来解决小区间干扰。发射端波束赋形3．小区间干扰协调小区间干扰协调（ICIC）技术本质上是一种调度策略。通过对边缘用户资源（时隙、频率）的使用进行限制，或者在一定的时频资源上限制其发射功率，来达到避免或降低干扰、保证边缘覆盖速率的目的。小区间干扰协调通常有以下两种实现方式。3．1静态干扰协调通过预配置或网络规划方式，限定小区的可用资源和分配策略。静态干扰协调基本上避免了X2接口信令，不能自适应考虑小区负载和用户分布的变化，导致某些性能的限制。主要分为2种方式，频率资源协调和功率资源协调。（1）频率资源协调LTE采用软频率复用（SFR）和部分频率复用（FFR）的干扰协调机制来控制小区边缘的干扰。将频率分为三份，小区中心用户可以使用所有频率资源；小区边缘用户只能按照频率复用规则使用一部分频率资源，保证边缘用户始终处于异频的状态，从而避免小区间干扰。如下图。频率资源协调这样做牺牲了频率资源、平均吞吐量但是保证了边缘的吞吐量。这里有个问题，小区如何知道哪些用户在边缘呢？通过UE上报的RSRP来判断。（2）功率资源协调和上面的原理一样，也是保证边缘异频，但是是通过功率控制来实现。如下图。功率资源协调每个小区都会在某一个频率上加强功率，其余两个频率上降低功率，从而使小区边缘的频率不同，实现异频来解决干扰。优点是频率资源得到了全部的使用，缺点是功率资源利用率低。（3）时域资源协调同站各小区的主频一样时，对同站小区间采用时域协调，如下图。1）黄色区域的用户只在偶数子帧调度2）蓝色区域的用户只在奇数子帧调度时域协调3．2半静态干扰协调通过X2接口信令与邻小区交换功率使用、负载、干扰情况等信息，从而调整本小区资源、上行功率来抑制干扰。交互周期通常为几十毫秒到几百毫秒。半静态干扰协调会导致一定的信令开销，但更加灵活的适应网络变化。分为基于高干扰指示(HII)信息和过载指示(OI)信息的ICIC技术。1）高干扰指示(HII)：一个eNodeB将一个PRB分配给一个小区边缘用户时，预测到该用户可能干扰相邻小区UE，也容易受相邻小区UE干扰，通过HII将该敏感PRB通报给相邻小区；相邻eNodeB接收到HII后，避免将自己小区边缘的UE调度到该PRB上。2）过载指示(OI)：当eNodeB检测到某个PRB已经受到干扰时，向邻小区发出OI，指示该PRB已经受到干扰，邻小区做出相应的功率调整，抑制干扰。HII和OI的传送频率，最小更新周期20ms，与X2接口控制面最大传输延迟相当。频率选择性的HII和OI为每个PRB发送一个HII和OI；非频率选择性的HII和OI可以降低X2接口的信令开销，但只能指示本小区受到了邻小区干扰，无法说明哪些频带受到了干扰，也就无法指导邻小区有针对的降低干扰。HII不分等级，OI分低、中、高三个等级。HII和OI采用事件触发方式发送。ICIC技术可以从根本上解决小区间的干扰，但是其对资源的浪费也是很明显的，尤其是小区负载较低的时候。所以推荐的使用范围是负载达到30%~70%的时候使用。第四章LTE物理层结构与过程一．LTE物理层概述LTE物理层关键技术创新主要体现在以下几方面：OFDMA多址技术实现时频资源的灵活配置；MIMO技术实现了频谱效率的大幅度提升；AMC、功率控制、HARQ等自适应技术以及多种传输模式的配置进一步提高了对不同应用环境的支持和传输性能优化；灵活的上下行控制信道设计为充分优化资源管理提供了可能。1．协议结构物理层协议结构如下图。物理层与MAC子层和RRC子层具有接口，其中圆圈表示不同层/子层间的服务接入点SAP。物理层向MAC层提供传输信道，MAC层提供逻辑信道给RLC子层。物理层周围的无线接口协议结构2．物理层功能物理层通过传输信道给高层提供数据传输服务，具体功能:1）传输信道的前向纠错（FEC）编解码、错误检测并向高层提供指示；2）混合自动重传请求（HARQ）软合并；3）编码的传输信道与物理信道之间的映射、速度匹配；4）物理信道的调制和解调、功率加权；5）频率和时间同步；6）多输入多输出（MIMO）天线处理；7）传输分集、波束形成、射频处理、射频特性测量并向高层提供指示。3．LTE无线帧结构3.1帧结构LTE空中接口支持两种帧结构：Type1和Type2，其中Type1用于FDD模式；Type2用于TDD模式，两种无线帧长度均为10ms。在FDD模式下，10ms的无线帧分为10个长度为1ms的子帧（Subframe），每个子帧由两个长度为0.5ms的时隙（slot）组成，如下图。帧结构类型1在TDD模式下，10ms的无线帧包含两个长度为5ms的半帧（HalfFrame），每个半帧由5个长度为1ms的子帧组成，其中有4个普通子帧和1个特殊子帧。普通子帧包含两个0.5ms的常规时隙，特殊子帧由3个特殊时隙（DwPTS、GP和UpPTS）组成，如下图。帧结构类型23.2TDD帧结构－特殊时隙的设计在Type2TDD帧结构中，特殊子帧由三个特殊时隙组成：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms，如图。DwPTS的长度为3～12个OFDM符号，UpPTS的长度为1～2个OFDM符号，相应的GP长度为1～10个OFDM符号，如下图。UpPTS中，最后一个符号用于发送上行SRS。DwPTS用于正常的下行数据发送，其中主同步信号位于第三个符号，同时，该时隙中下行控制信道的最大长度为两个符号。TDD帧结构特殊时隙设计TDD特殊子帧长度配置3.3帧结构－同步信号设计对比除了固有的特性之外（上下行转换、GP等），TDD帧结构与FDD帧结构主要区别在于同步信号的设计，如下图。LTE同步信号的周期是5ms，分为主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS）。TDD和FDD帧结构中，同步信号的位置/相对位置不同。在TDD中，PSS位于DwPTS的第三个符号，SSS位于5ms第一个子帧的最后一个符号；在FDD中，PSS和SSS分别位于5ms第一个子帧第一个时隙的最后一个符号与倒数第二个符号。利用主、辅同步信号相对位置的不同，终端可以在小区搜索的初始阶段识别系统是TDD还是FDD。TDD帧结构同步信号设计3.4TDD帧结构－上下行配比选项FDD依靠频率区分上下行，其单方向上的资源在时间上是连续的；TDD依靠时间来区分上下行，其单方向上的资源在时间上是不连续的，如下图。帧结构上下行配比TDD中支持5ms和10ms的下行与上行子帧切换周期，7种不同的上、下行时间配比，从将大部分资源分配给下行的“8:1”到上行占用资源较多的“1:3”，如下图。在实际使用时，网络可以根据业务量的特性灵活的选择配置。TDD上下行时间配比二．LTE物理层基本过程1．小区搜索与同步小区搜索过程是指UE获得与所在eNodeB下行同步并检测该小区PCI的过程。UE取得下行同步之后，接收并读取该小区在PBCH上的MIB信息（包括系统带宽、系统帧号、PHICH配置信息），以决定后续操作，如小区驻留、重选、发起随机接入等操作。当UE完成与基站下行同步后，需要不断检测服务小区的下行链路质量，确保UE能够正确接收下行广播信息和控制信息。同时，为了保证基站能够正确接收UE的数据，UE必须取得并保持与基站的上行同步。1.1配置同步信号下行同步信号分为主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS)。LTE中，支持504个小区ID，将其划分为168个组，每个组内有504/168=3个小区。PCI由组ID和组内ID共同决定，具体关系为。小区搜索的第一步是检测出PSS，再根据二者间的位置偏移检测SSS，进而利用上述关系式计算出小区ID。采用PSS和SSS两种同步信号能够加快小区搜索的速度。（PSS和SSS的位置参考上节）1.2时间同步检测时间同步是小区搜索的第一步，首先利用ZC序列的相关性获取PSS位置，再利用盲检测算法确定CP类型，最后根据PSS与SSS的固定位置偏移确定SSS的位置，利用相干或非相干检测检测出SSS信号。具体步骤如下：1)PSS检测当UE处于初始接入状态时，首先在频域中央的1.08MHz内进行扫描，分别使用本地主同步序列（三个ZC序列）与接收信号的下行同步相关，根据峰值确认服务小区使用的是3个PSS序列中的哪一个（对应于组内小区ID），以及PSS的位置。PSS检测可用于5ms定时，获得小区组内ID。2)CP类型检测LTE中子帧采用常规CP和扩展CP两种类型，因此在确定了PSS位置后，SSS的位置仍然存在两种可能，需要UE采用盲检的方式识别CP类型，通常是利用PSS与SSS相关峰的距离进行判断。3)SSS检测在确定了子帧的CP类型后，根据PSS与SSS的固定位置偏移确定SSS的位置。SSS可确定无线帧同步（10ms定时）和小区组ID，与PSS确定的小区组内ID相结合，即可获取小区ID。2．随机接入2.1随机接入概述通过随机接入，UE与基站取得上行同步并建立无线链路获取资源。只有在随机接入完成后，eNodeB和UE才能进行数据发送和接收。当UE已经和eNodeB取得上行同步时，UE的随机接入过程称为同步随机接入。当UE尚未和eNodeB取得同步时，UE的随机接入过程称为非同步随机接入。两者区别在于eNodeB需要估计、调整UE的上行传输定时。本节主要介绍的是非同步随机接入。2.2随机接入应用场景以下5种场景：（1）RRC_IDLE状态下的初始接入；（2）RRC连接重建；（3）切换；（4）RRC_CONNECTED状态上行失步，有下行数据到达；（5）RRC_CONNECTED状态上行失步，有上行数据发送，或者没有用于SR的PUCCH资源。2.3随机接入分类LTE支持两种模式的随机接入：竞争性随机接入和非竞争性随机接入。在竞争性随机接入过程中，UE随机的选择接入前导码，这可能导致多个UE使用同一个接入前导码而导致随机接入冲突，为此需要增加后续的竞争解决流程。场景（1）~（5）均可以使用竞争性随机接入模式。在非竞争性随机接入过程中，eNodeB为每个需要接入的UE分配一个唯一的接入前导码，避免了不同UE在随即接入过程中产生冲突，因而可以快速完成随机接入。非竞争性随机接入只能用于场景（3）、（4）。若某种场景同时支持两种模式，则eNodeB会优先选择非竞争性随机接入，只有在非竞争性随机接入资源不够分配时，才指示UE发起竞争性随机接入。2.3.1竞争性随机接入UE物理层的随机接入过程由高层触发。对于RRC建立、RRC重建和上行数据发送的场景，随机接入由UE自主触发，eNodeB没有任何先验信息；对于切换和下行数据到达的场景，UE根据eNodeB指示发起随机接入。随机接入过程之前，UE的物理层从高层接收用于随机接入的高层信息（SIB2），高层信息中包含可使用的前导序号、前导传输功率、关联的随机接入无线网络临时标识（RA-RNTI）以及PRACH资源。协议规定，LTE中每个小区可以使用的随机接入前导码Preamble数量最多为64（0~63）个，其中60~63用于非竞争随机接入，剩余的用于竞争性随机接入；用于竞争性随机接入的前导码又划分为PreambleA（0~59）和PreambleB（4~59）两组，A组用于小区中所有用户，B组用于小区中心用户。竞争接入使用的前导序号会通过小区广播消息进行广播，其中包括了A组和B组的大小。RA-RNTI由PRACH的时频资源位置所确定。作用是UE在接收msg2的时候通过RA-RNTI来检测PDCCH。竞争性随机接入流程，又称为“四步”接入法，如图。竞争性随机接入流程图(1)Msg1：UE通过PRACH向基站发送Preamble码触发随机接入时，UE首先根据待发送Msg3的大小和路损大小确定前导码集合，其中A组用于Msg3较小和路损较大的场景，B组用于Msg3较大和路损较小的场景。UE在确定前导码集合后，在高层指示的PRACH资源上，将选中的Preamble码发送给基站。Msg1包含的内容有随机接入ID、接入目的、CQI、路损信息、是否请求C-RNTI。(2)Msg2：基站向UE发送随机接入响应消息基站收到UE发送的Preamble码后，在PDSCH上向UE发送随机接入响应授权（RAR），RAR必须在随机接入响应窗内发送。eNodeB使用PDCCH调度Msg2，并通过RA-RNTI（随机接入过程之前由高层指示给UE）进行寻址。Msg2携带了前导序列标识、时间提前量（用于与来自UE的上行传输定时对齐）、Msg3准许传输的初始上行资源以及C-RNTI等。UE发送Preamble码之后，将在随机接入响应窗内（响应窗的起始和结束由eNodeB设定，并作为部分小区特定系统信息广播）以RA-RNTI为标识监听PDCCH信道，PDCCH包含承载RAR的PDSCH调度信息。UE将监听到的包含自身发送前导序列的DL-SCH传输块传送给高层，高层解析这些数据后下发20bit的UL-SCH授权（grant）信令给物理层。(3)Msg3：UE向基站发送MSG3消息UE接收到基站的随机接入响应后，在PUSCH上进行L2/L3消息的传输。MSG3消息的发送，支持HARQ重传。L2/L3消息包含了确切的随机接入过程消息，如RRC连接请求、跟踪区（TA）更新、调度（SR）请求、步骤（2）中RAR分配的临时C-RNTI，以及UE已经有的一个C-RNTI或48bit的UEID等。假如步骤（1）中有多个UE发送相同的前导序列，则UE会从RAR接收到相同的临时C-RNTI，L2/L3消息在相同的时频资源上进行发送，此时冲突的UE间存在干扰。当UE发送MSG3消息达到最大重传次数后，会重新开始随机接入过程。为此，需要步骤（4）进行竞争解决。(4)Msg4：基站通过DCCH向UE发送竞争判决消息基站如果对某个UE发送的Msg3消息进行正确解码，则认为该UE成功接入，随后向UE发送竞争判决消息。竞争判决消息包含成功接入的用户ID、UE在MSG3消息中发送的竞争标识。支持HARQ。当UE在竞争判决定时器启动期间，成功接收到响应消息，则认为本次随机接入成功，否则认为失败。eNodeB将为成功接入的UE分配时频资源。2.3.2非竞争性随机接入非竞争性随机接入流程又称为“三步”接入法，如下图。非竞争性随机接入流程图（1）eNodeB为每个需要随机接入的UE分配一个唯一的Preamble；（2）UE通过PRACH发送从专用信令获得的基于非竞争的Preamble；（3）eNodeB通过PDSCH发送接入响应消息。在非竞争性随机接入过程中，避免了不同UE在接入过程中产生冲突，因而可以快速的完成随机接入。随机接入过程止于RAR。三．LTE下行功率控制LTE下行采用OFDMA技术，一个小区内发送给不同UE的信号之间是相互正交的，不存在CDMA系统因远近效应而进行功率控制的必要。LTE可以通过频域上的灵活调度来避免给UE分配路径损耗和阴影衰落较大的RB。另一方面，采用下行功控会扰乱下行CQI测量，功控补偿了某些RB的路径损耗，UE无法获得真实的下行信道质量信息，从而影响到下行调度的准确性。因此，LTE中不对下行采用功率控制，而只是采用静态或半静态的功率分配（小区间干扰协调时采用功控，下行功率分配的目标是在满足用户接收质量的前提下尽量降低下行信道的发射功率，来降低小区间干扰）。在LTE中，下行功率分配以RE为单位，控制基站在各个时刻各个子载波上的发射功率。四．LTE上行功率控制1．上行功控概述无线系统中上行功控是非常重要的，通过上行功控，可以使得UE在保证上行发射数据质量的基础上尽可能的降低对其它用户的干扰，延长终端电池的使用时间。CDMA系统中，上行功控的主要目的是克服“远近效应”和“阴影效应”，在保证服务质量的同时抑制用户间的干扰。LTE系统中，上行采用SC-FDMA技术，小区内的用户通过频分实现正交，因此小区内干扰较小，不存在明显的“远近效应”。小区间干扰是影响LTE系统性能的重要因素，尤其是频率复用因子为1时，系统内所有小区都使用相同的频率，一个小区的资源分配会影响到其他小区的容量和性能。因此LTE采用上行功控进行小区间的干扰协调。2．上行功控分类上行功控可以分为小区内功率控制和小区间功率控制。小区内功控的目的是补偿路损和阴影衰落，当一个UE的上行信道质量下降时，eNodeB根据该UE的需要指示UE加大发射功率，达到上行传输的目标SINR。小区间功控的目的是基于邻小区的负载信息调整UE的发送功率，降低小区间干扰以提高小区边缘用户的吞吐量。小区间功控通过X2接口传递相邻小区间的干扰协调指示来实现。分成3种：1）上行共享信道PUSCH的功率控制2）上行控制信道PUCCH的功率控制3）SRS的功率控制通过X2接口交换小区间干扰信息，进行协调调度，抑制小区间的同频干扰。交互的信息有：（1）高干扰指示HII（主动）：指示本小区每个PRB对于上行干扰的敏感程度。反映了本小区的调度安排，相邻小区通过交换该信息了解对方将要采用的调度安排，并进行适当的调整以实现协调调度。1）HII指示服务eNodeB内调度给小区边缘用户的PRB，这些PRB将产生高的小区间干扰，同时也易受到小区间的干扰；2）“cell-edgeUE”可以通过UE测量的RSRP确定；3）HII以Bitmap形式发送（1bit/PRB），不同小区可以有不同的bitmap，目标小区可以明确自已的HII；4）基于事件触发，HII更新频率不高于20ms一次（这受限于X2接口时延~20ms）；5）服务小区和目标小区之间不需要handshake过程。（2）过载指示OI（被动）：指示本小区每个PRB上已经受到的上行干扰情况。相邻小区通过交换该消息了解对方的负载情况，并做出适当的功率调整，抑制干扰。1）OI携带当前小区基于每个PRB的干扰水平；2）报告值的范围包含3种干扰水平指示：低（low）、中（medium）、高（high）；3）报告是基于事件触发，报告频率不高于20ms一次（这受限于X2接口时延~20ms）；4）OI是一个反映过去状态的测量，基于eNodeB对上行一些子带的干扰测量（例如RIP，热噪声），当检测到干扰水平超过一定的门限时，通过X2接口触发向邻区的汇报。邻小区收到OI指示后，将采取一定的措施，抑制小区间干扰，改善过载小区的性能。TDD系统可以利用上下行信道的对称性进行更高频率的功率控制。五．下行物理信道处理流程LTE定义了6个下行物理信道，即物理下行共享信道（PDSCH）、物理广播信道（PBCH）、物理多播信道（PMCH）、物理控制格式指示信道（PCFICH）、物理下行控制信道（PDCCH）、物理HARQ指示信道（PHICH）。1．下行时隙结构和物理资源1.1天线端口在多天线传输的情况下，每个天线端口对应一个资源栅格，而每个天线端口由与其相关的参考信号来定义。这里的天线端口与物理天线不是直接对应的，与具体采用的MIMO技术有关。一个小区中支持的天线端口集合取决于参考信号的配置。（1）天线端口是从接收机的角度来定义的，即接收机通过不同天线端口区分资源在空间上的差别。（2）目前LTE上行仅支持单射频链路的传输，不需要区分空间上的资源，没有引入天线端口的概念。（3）目前LTE下行定义了三类天线端口，分别对应于天线端口序号0~5。小区专用参考信号传输天线端口：天线端口0~3MBSFN参考信号传输天线端口：天线端口4终端专用参考信号传输天线端口：天线端口51.2物理资源分配——RE/RB资源粒子（RE）是天线端口上资源栅格中的最小单元，它通过索引对(k,l)进行唯一标识；资源块（RB）为业务信道的资源单位，上下行RB的定义一致。1.3物理资源分配——REG/CCE/RBG资源粒子组用于定义资源粒子到信道的映射。2．下行物理信道处理流程与功能2．1下行物理信道处理流程下行物理信道基本处理流程1）加扰：对每个码字中的编码比特进行加扰。2）调制：对加扰后的比特进行调制，产生复值调制符号。3）层映射：将复值调制符号映射到一个或者多个传输层。4）预编码：对将要在各个天线端口上发送的每个传输层上的复制调制符号进行预编码。5）映射到资源粒子：把每个天线端口的复值调制符号映射到资源元素上。6）生成OFDM信号：为每个天线端口生成复值的时域OFDM符号。这里只简单述说一下预编码预编码LTE中的MIMO传输模式是通过预编码实现的。①对于单端口传输而言，预编码的作用仅仅是一个简单的一对一映射。②对于传输分集而言，预编码模块实现了SFBC（空频块码）(2CRS的情况)或FSTD（频率切换发送分集）/SFBC（4CRS的情况）传输分集。③对于开环空间复用，预编码实现了层之间的数据混合、CDD传输以及盲预编码功能。④对于闭环空间复用（包括Rank1的情况）与MU-MIMO，预编码模块实现基于码本的预编码。⑤对于基于专用导频的传输，预编码只完成层到专用导频端口的一对一映射，而实际的波束赋形功能通过天线端口到物理天线的映射模块实现。基于码本的预编码方法其原理是在收发端预先存储一个码本，即预编码矩阵的集合，接收端根据当前的信道状况选择最好的预编码矩阵，将PMI反馈回发射端。2．2各物理信道的功能2．3下行信道映射2．4信道图3．PBCH作用：PBCH用来承载主系统信息块（MIB），包括系统带宽、系统帧号（SFN）、小区PHICH配置（类型、组数）。为了保证PBCH的接收性能，PBCH中承载的用于初始接入的参数信息比较少，只有24bit，是接入系统所必须的参数。位置：时域上，0#子帧第2个时隙前4个OFDM符号；频域上，占中间6个RB。4．PCFICH作用：PCFICH用来承载子帧中用于PDCCH传输的OFDM符号个数信息，即指示子帧控制区的大小。位置：时域上，占每个子帧控制区第1个OFDM符号；频域上，占4个REG，均匀分布。用户需要先知道控制区域的大小，才能进行相应的数据解调，因此将PCFICH始终映射在子帧的第1个OFDM符号上；4个REG在频域上均匀分布，相互之间相差1/4带宽，通过这种频率分集来保证PCFICH的接收性能。另外，为了随机化小区间的干扰，第1个REG的位置取决于PCI。控制格式指示（CFI）取值范围（0、1、2、3、4），信息指示的是该子帧控制区域的大小，源信息为2bit。最多可以指示四种配置，其中有一个配置是预留的，用作后续扩展，因此每个子帧只有三个状态可以指示。对于大带宽情况下，CFI的值可以为1、2、3；小带宽情况下，CFI的值可以为2、3、4。如下图。用于PDCCH传输的OFDM符号个数5．PHICH作用：PHICH用来承载基站对终端上行数据的ACK/NACK反馈信息。位置：时域上，占每个子帧控制区第1个符号；频域上，占3个REG，均匀分布。多个PHICH映射到相同资源粒子上，形成PHICH组，同一组中的PHICH通过不同的正交序列来区分。重传指示信息（HI）指示的是上行数据的反馈信息，源信息只有1bit。“1”表示对应的上行数据传输正确；“0”表示对应的上行数据传输有误，需要相应的操作纠正。源信息比特被重复编码3次成为3bit信息，在经扩频、复用等操作映射到物理资源上。6．PDCCH作用：PDCCH用来承载下行控制信息（DCI），如上行调度信令、资源分配（下行数据传输指示）、公共控制信息（上行功控）等。位置：时域上，占每个子帧控制区其他没被占用的符号；频域上，1/2/4/8个CCE。与其他控制信道的资源映射以REG为基本单位不同，PDCCH资源映射的基本单位是控制信道单元（CCE）。CCE是一个逻辑单元，1个CCE包含9个连续的REG。PDCCH格式是PDCCH在物理资源上的映射格式，与PDCCH的内容不相关。一个PDCCH在一个或几个连续的CCE上传输，PDCCH有4种格式，对应的CCE个数是1、2、4、8，如下图：PUCCH格式与资源占用下行控制信息（DCI）用于传输上/下行的调度信息以及相关的公共控制信息。目前LTE中定义了10种DCI格式，如下图。10种DCI格式的功能根据不同DCI格式完成的功能，可以进一步划分为以下4种主要类型。1）上行PUSCH调度的DCI格式，例如DCI格式0。2）下行PDSCH调度的DCI格式，例如DCI格式1、1A、1B、1C、1D、2、2A。3）调度公共控制信息的DCI格式，例如DCI格式1A、1C。4）调度组播的功率控制的DCI格式，例如格式3、3A。7．PDSCH作用：PDSCH用来承载下行业务数据、SIB、控制信息、寻呼。位置：时域上，位于每个子帧数据区；频域上，除PBCH、CRS以外的区域。LTE下行物理信道控制与共享区域划分，如图：PDSCH处理流程按照下行物理信道基本处理流程进行，同时遵循以下几点原则:1）在没有UE专用参考信号的资源块中，PDSCH与PBCH在同样的天线端口上传输，端口集合为{0},{0,1}或{0,1,2,3}。2）在传输UE专用参考信号的资源块中，PDSCH将在天线端口{5},{7},{8},或p∈{7,8,...,υ+6}上传输，υ为PDSCH传输的层数目。系统消息块（SIB）包括：SIB1：小区选择参数，其他SIB调度；SIB2：随机接入参数，部分计数器、定时器；SIB3:小区重选参数；SIB4：同频邻区信息；SIB5：异频邻区信息：SIB6/7：GSM、UMTS邻区信息；SIB8：CDMA2000邻区信息；SIB9：家庭式基站；SIB10/11：ETWS（地震海啸预警系统）SIB12：暂不使用9．下行参考信号下行定义了三种参考信号：（1）小区专用参考信号（CRS）CRS在所有非MBSFN的下行子帧上发送（对于MBSFN子帧，只在前2个OFDM符号上发送）。CRS在天线端口0~3上发送。主要用于信道估计，对控制信道和数据信道相干解调和检测；信道质量测量（CQI/PMI/RI测量），为调度、链路自适应提供依据；导频强度的测量，为切换、小区选择提供依据。（2）MBSFN参考信号MBSFN参考信号只在MBSFN子帧发送，并在天线端口4上发送。MBSFN只支持扩展CP配置。用于解调多播业务。（3）终端专用参考信号（DRS）DRS仅在PDSCH对应的资源块中传输，用于支持单天线端口的PDSCH传输。DRS在天线端口5上发送。如果高层信令通知终端存在DRS，并且是有效的PDSCH解调相位参考，UE可以忽略在天线端口2和3上的传输。用于传输模式7的数据解调，支持动态波束赋形。10．同步信号504个PCI，被分为168个ID组，每组包含3个组内ID。LTE同步信号的周期是5ms，分为主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS）。TDD和FDD帧结构中，同步信号的位置/相对位置不同。在TDD中，PSS位于DwPTS的第三个符号，SSS位于0号5号子帧的最后一个符号(频域上占中间6个RB）；在FDD中，PSS和SSS分别位于5ms第一个子帧第一个时隙的最后一个符号与倒数第二个符号。利用主、辅同步信号相对位置的不同，终端可以在小区搜索的初始阶段识别系统是TDD还是FDD。帧结构同步信号六．上行物理信道处理流程LTE定义了3个上行物理信道，即物理上行共享信道（PUSCH）、物理上行控制信道（PUCCH）、物理随机接入信道（PRACH）。1．上行时隙结构和物理资源同下行时隙结构和物理资源2．上行物理信道处理流程与功能上行物理信道处理流程如下图：上行物理信道基本处理流程1）加扰：对码字中的编码比特进行加扰。2）调制：对加扰后的比特进行调制，产生复值调制符号。3）层映射：将复值调制符号映射到一个或者多个传输层。4）预编码：对将要在各个天线端口上发送的每个传输层上的复值调制符号进行预编码。5）映射到资源粒子：把每个天线端口的复值调制符号映射到资源元素上。6）生成SC-FDMA信号：为每个天线端口生成复值的时域SC-FDMA符号。LTE上行信道映射3．PRACH作用：PRACH用来承载随机接入前导（Preamble）序列，用于上行同步。位置：时域上，与格式有关；频域上，占6个RB，1.08MHz.Preamble之前需要加入循环前缀，之后需要预留保护间隔。在FDD模式下，PRACH的频域为6个RB，每个子帧中，至多有一个PRACH。TDD模式下，允许一个子帧中存在多个频分的PRACH。为了适应不同的小区大小，LTEFDD中的PRACH定义了四种类型：格式0：占一个子帧，一个Preamble序列长度800us，CP长度103us，适用于小型小区，最大小区半径14.53km；格式1：占两个子帧，一个Preamble序列长度800us，CP长度684us，适用于大型的小区，最大小区半径为77.34km；格式2：占两个子帧，两个Preamble序列长度1600us，适用于路损较大的小区环境；CP长度203us，适用于中型小区，最大小区半径为29.53km；格式3：占三个子帧，两个Preamble序列长度1600us，适用于路损较大的小区环境；CP长度684us，适用于大型小区，最大小区半径为100.16km，一般用于海面、孤岛等需要超长距离覆盖的场景；格式4：TDD模式专用的格式，持续时间157.292us（2个OFDM符号的突发），适用于小型小区，小区半径≤1.4km，一般应用于短距离覆盖，特别是密集市区、室内覆盖或热点补充覆盖等场景。从上图可以看出，PRACH中的CP和前导序列并没有占满整个子帧的时间，剩余的部分即为保护时间（GuardPeriod），这对非同步的上行PRACH来说是必要的。4．PUCCH作用：PUCCH用于承载上行控制信息（UCI），包括ACK/NACK、CQI/PMI/RI以及SR。位置：时域上，占整个子帧，一个子帧的两个时隙采取跳频方式获得频率分集增益；频域上，占带宽的两端N个子载波，N值在SIB2中广播。对于帧结构类型2，PUCCH不在UpPTS上传输。同一个UE的PUCCH不会与PUSCH同时传输，既能有效的利用频谱资源又能保持上行传输的单载波特性。PUCCH存在多种格式，不同的格式对应不同的传输结构，以支持不同的信息，不同格式所采用的调制方式也不同。如下图。PUCCH支持格式Format1：用于终端上行发送调度请求，申请UL-SCH资源，基站侧仅需检测是否存在这样的发送；Format1a：用于终端上行发送ACK/NAK（1比特），采用BPSK调制；Format1b：用于终端上行发送ACK/NAK（2比特），采用QPSK调制；Format2：用于发送上行CQI反馈（编码后20比特），采用QPSK调制；Format2a：用于发送上行CQI反馈（编码后20比特）+1比特的ACK/NAK信息，采用QPSK+BPSK调制；Format2b：用于发送上行CQI反馈（编码后20比特）+2比特的ACK/NAK信息，采用QPSK+QPSK调制。5．PUSCH作用：PUSCH用于承载业务数据、上行控制信息（UCI）。位置：时域上，位于子帧数据区；频域上，除PRACH、DMRS以外的区域。上行控制信息可以在PUSCH中传输，当一个子帧中同时存在上行数据和上行控制信息时，控制消息与数据信息将复用在PUSCH上传输。PUSCH可用的调制方式包括QPSK、16QAM、64QAM。6．上行参考信号上行支持以下两种类型的参考信号（RS）：（1）专用解调参考信号（DMRS）：作用：用于上行信道估计，eNodeB端相干检测与解调，与PUSCH、PUCCH传输有关。位置：时域上，一个时隙一个DMRS符号，放在时域中间；频域上，与PUSCH相同带宽。（2）探测用参考信号（SRS）：作用：用于信道测量，调度和链路自适应；功控；定时调整。位置：时域上，子帧最后一个符号；频域上，占整个带宽。TDD系统SRS位于UpPTS。七．传输信道编码基本过程信道编码是为保证通信系统的传输可靠性，克服信道中的噪声和干扰而专门设计的一类抗干扰技术和方法。信道编码从功能上看有三类编码：1）仅具有检错功能的检错码，如循环冗余校验CRC码、自动请求重传ARQ等；2）具有自动纠错功能的纠错码，如循环码中的BCH、RS码及卷积码、级联码、Turbo码等；3）既能检错又能纠错的信道编码，HARQ。从结构和规律上分两类：1）线性码：监督关系方程是线性方程的信道编码称为线性码，目前大部分实用化的信道编码均属于线性码，如线性分组码、线性卷积码是经常采用的信道编码；2）非线性码：一切监督关系方程不满足线性规律的信道编码均称为非线性码。LTE中采用的信道编码有2种：Turbo码和咬尾卷积码。LTE中不同的物理信道都唯一的对应于Turbo、咬尾卷积码中的一种，只要物理信道确定，则其编码方式唯一确定。物理信道从上层接收到的传输块TB后，进行信道编码，一般流程包括：1）向传输块TB添加CRC校验2）码块分段及码块CRC校验添加3）数据和控制信息的信道编码4）速度匹配5）码块级联6）数据和控制信息复用7）信道交织第五章LTE接口协议与信令流程一．接口协议栈1．Uu接口协议栈Uu接口，即空中接口，是指终端和接入网之间的接口，通常也称为无线接口。无线接口协议主要是用来建立、配置和释放各种无线承载业务。Uu接口是一个完全开放的接口，只要遵守规范，不同制造商生产的设备就能够互相