学习lte基本原理

修订记录课程编码适用产品产品版本课程版本ISSUEEA000040LTEALL2.01开发/优化者时间审核人开发类型（新开发/优化）ZhuDianrong2010-5-10新开发LiangJie2011-10-28

翻译LuoYing2012-09-17ZhouGuang优化HongXinpei

2012-11-28ZhouGuang优化LuoYing

2013-2-17ZhouGuang优化LuoYing

2013-5-17ZhouGuang优化LuoYing

2013-9-03ZhouGuangDebug本页不打印Page0LTE基本原理目录移动网络演进及3GPP版本演进LTE网络架构LTE无线接口概述LTE主要业务流程概述GSM/UMTS/LTE对比Page2百川归海——无线技术向LTE演进所有移动技术都朝着满足未来业务需求的方向发展，并且逐渐趋于一致！1GbpsLTE-AEV-DORel.0DL:2.4MbpsUL:153.6kbpscdma20001x153.6kbpsDORel.ADL:3.1MbpsUL:1.8MbpsDORevBDL：46.5MbpsUL:27MbpsHSPA+DL>42MUL>11MWCDMA384KbpsHSDPADL:14.4MbpsHSPADL:14.4MbpsUL:5.8MbpsLTEFDDDL:100MbpsUL:50MbpsGSMEDGETD-HSDPADL:2.8MbpsTD-HSUPAUL:2.2MbpsLTETDDDL:100MbpsUL:50MbpsTD-HSPA+

DL:>25.2MbpsUL:>19.2MbpsTD-SCDMA384KbpsGPRSGERAN/UTRANCSCNPSCNE-UTRANEPC“LTE”“SAE”EPS3GPP3GPP2R97R99R5R6R7R8/R9R10Page3PS域无变化CS引入软交换话音采用TDM/ATM/IP方式承载信令可采用IP承载3GPP网络架构的演进(1/2)3GPPR99从2G平滑演进CN:CS域和PS域引入UTRANIu接口采用ATM承载3GPPR4CS：SoftswitchPSGSM→CSGPRS→PS语音信令数据Page43GPP网络架构的演进(2/2)3GPPR5/R6/R7在PS上叠加IP多媒体子系统IMSUTRAN引入IP承载：全网IP化接入网提出HSDPA/HSUPA/HSPA+CS：SoftswitchPSIMS无线侧演进到E-UTRANPS域演进到EPC，控制面与用户面分离为MME和SGWEPCIMSE-UTREN3GPPR8语音信令数据Page53GPP网络架构的演进(2/2)有备注Page6什么是LTE？长期演进LTE(LongTermEvolution)是3GPP主导的无线通信技术的演进LTE与SAE是3GPP当年的两大演进计划，LTE负责无线空口技术演进，SAE(SystemArchitectureEvolution)负责整个网络架构的演进什么是LTE，为什么需要LTE为什么需要LTE（仅从技术角度看）？顺应宽带移动数据业务的发展需要移动通信数据化，宽带化，IP化高吞吐率=高频谱效率+大带宽低时延=扁平化的网络架构狭义来讲：LTE=E-UTRAN,SAE=EPCE-UTRAN:

EvolvedUMTSTerrestrialRadioAccessNetwork，LTE的接入网EPC：EvolvedPackageCore，LTE的核心网EPS：EvolvedPacketSystem，演进的分组系统EPS=E-UTRAN+EPCPage73GPP

LTE到LTE-A/B/C技术标准演进LTE-ALTE-BLTE-COFDMA,MIMOSmallCell载波聚合(CA),CoMP,增强MIMO,eICIC50xSmallCellPerMacro(4Gcertif.,1GpbsDLPeak.)Fundamental(CapacityBoosting)(Optimizeddiverseservicesupport)性能3GPP时间2005~20072008~20122013~20162017~202010xSmallCellPerMacro,MSA,256QAMLTER8/9R10/11R12/13R14/15…

同构网络HomoNet

异构网络HetNet融合网络FusionNetPage8Page9本页有备注LTE设计目标ITU对4G的要求3GPP技术实现带宽灵活配置：支持1.25MHz-20MHz带宽支持1.4MHz,3MHz,5MHz,10Mhz,15Mhz,20MHz更高的频谱效率DL:5(bit/s)/Hz,3~4倍于R6HSDPA；UL:2.5(bit/s)/Hz,2~3倍于R6HSDPA更高的峰值速率(20MHz带宽）：下行100Mbps，上行50Mbps下行100Mbps，上行50Mbps控制面时延小于100ms，用户面时延(单向)小于10ms控制面<100ms；用户面<5ms系统应能为低移动速度终端提供最优服务,同时也应支持高移动速度终端能为速度>350km/h的用户提供100kbps的接入服务应支持系统间切换支持与现有的3GPP系统和非3GPP规范系统的协同工作VoIP能力取消电路交换(CS)域,CS域业务在包交换(PS)域实现,有效的支持多种业务类型,特别是分组域业务(如VoIP等)降低网络架构演进成本BSC/RNC消失降低资本支出(CAPEX)和运营支出(OPEX)的成本SON等3GPP的目标是打造新一代无线通信系统，超越现有无线接入能力，全面支撑高性能数据业务的，“确保在未来10年内领先”。Page10目录移动网络演进及3GPP版本演进LTE网络架构LTE无线接口概述LTE主要业务流程概述GSM/UMTS/LTE对比Page11目录LTE网络架构2.1LTE的网络架构2.2LTE的网元功能2.3LTE的协议栈介绍Page12系统架构演进SAE（SystemArchitectureEvolution），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：接入网：扁平化，IP化，去掉RNC的物理实体，功能实体分解到基站和核心网元大部分功能放在了eNodeB，以减少时延和增强调度能力少部分功能放在了核心网，加强移动性管理核心网：用户面和控制面分离原有SGSN实体分解为MME(控制面实体)和Gateway（用户面实体）系统架构演进Page13LTE的接入网架构LTE的主要网元E-UTRAN(接入网)：eNodeB组成EPC(核心网)：MME，SGW，PGWLTE的网络接口X2接口：eNodeB之间的接口，支持数据和信令的直接传输S1接口：连接eNodeB与核心网EPC的接口S1-MME是eNodeB连接MME的控制面接口S1-U是eNodeB连接SGW的用户面接口与传统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。EPCE-UTRANEPSPage14UE标识IMSI国际移动终端标识(InternationalMobileSubscriberIdentity)IMEI国际移动设备标识(InternationalMobileEquipmentIdentity)GUTI全局唯一的临时标识(GloballyUniqueTemporaryIdentity)S-TMSI临时移动用户标识(Serving-TemporaryMobileSubscriberIdentity)IP地址-可以是IPV4或者IPV6的地址MMEIS-TMSIGUMMEI3bit3bit16bit8bit32bitGUTI：Page15LTE/LTE-A终端类型定义Page163GPPR8/R9/R10LTE终端(最大20MHz):Cat1,2,3,4(MIMODL2x2，UL1T2R)Cat5(MIMODL4x4,UL1T4R)3GPPR10/R11LTE-A

终端(最大40MHz):

Cat6(MIMODL4x4,UL1x2)Cat7(MIMODL4x4,UL2x4)Cat8(MIMODL8x8,UL4x4或4x8)LTE主要网元功能eNodeB的主要功能包括：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）用户数据流的IP报头压缩和加密UE附着状态时MME的选择实现SGW用户面数据的路由选择执行由MME发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告MME的主要功能包括：

NAS(Non-AccessStratum)非接入层信令的加密和完整性保护；AS(AccessStratum)接入层安全性控制、空闲状态移动性控制；EPS(EvolvedPacketSystem)承载控制；支持寻呼，切换，漫游，鉴权。SGW的主要功能包括：分组数据路由及转发；移动性及切换支持；合法监听；计费。PGW的主要功能包括：分组数据过滤；UE的IP地址分配；上下行计费及限速。EPC:EvolvedPacketCoreMME:MobilityManagementEntitySGW:ServingGatewayPGW:PDNGateway白色框内为控制面功能实体，蓝色框内为无线协议层。Page17LTE协议栈LTE协议栈的两个面：用户面协议栈：负责用户数目传输控制面协议栈：负责系统信令传输用户面的主要功能：头压缩加密调度ARQ/HARQ用户面协议栈

控制面协议栈

控制面的主要功能：RLC和MAC层功能与用户面中的功能一致PDCP层完成加密和完整性保护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NAS层完成核心网承载管理，鉴权及安全控制Page18目录移动网络演进及3GPP版本演进LTE网络架构LTE无线接口概述LTE主要业务流程概述GSM/UMTS/LTE对比Page19目录LTE无线接口概述3.1OFDM原理概述3.1.1OFDM 3.1.2OFDMA/SC-FDMA3.2LTE支持频段3.3LTE帧结构3.4LTE物理信道与信号简介3.5LTE物理层过程3.6LTE关键技术

Page20OFDM的概念OFDM(正交频分复用)本质是一个频分系统，但传统的FDM（频分系统），相邻载波间需要很宽的保护带，频谱利用率低。OFDM通过子载波之间的正交，大大的提升了频谱效率。如何实现的？——通过FFT(快速傅立叶变换)为什么最近20年才逐渐实用？DSP(数字信号处理)芯片的发展传统多载波保护带OFDMPage21OFDM基本原理(1/2)OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)：基于FDM技术发展而来OFDM与传统的FDM技术不同：采用多载波（称为子载波）来传送信息流，所以可以看作是一种多载波传送技术Page22FDMOFDMOFDM基本原理(1/2)OFDM与传统的FDM技术不同：各子载波之间彼此正交，所以在相同的无线链路中，多路信号可以并行传送，整体速率可以增加至M倍Page23OFDM处理基本流程Page24OFDM发射机结构OFDM发射机的两个核心模块IFFT(逆FFT)：将大量的窄带（子载波）频域信号，经过IFFT后形成时域信号加入CP(循环前缀)，将每个OFDM符号的尾部的一段复制到符号之前P/SIFFTS/Ps(t)插入CPTx.filter:GT(w)Channel:H(w)n(t)S/PFFTP/Sr(t)移除CPRx.filter:GT(w)OFDM发射机OFDM接收机信道Page25OFDM优势与劣势优势OFDM的长符号几乎可以完全抵抗多径干扰为宽带信道提供更高的频谱效率灵活的带宽通过FFT和IFFT实现相对简单劣势频率偏移和相位噪声会导致严重问题多普勒频移影响子载波正交性某些OFDM系统具有较高的PAPR要求精确的频率和时间同步Page26目录LTE无线接口概述3.1OFDM原理概述3.1.1OFDM 3.1.2OFDMA/SC-FDMA3.2LTE支持频段3.3LTE帧结构3.4LTE物理信道与信号简介3.5LTE物理层过程3.6LTE关键技术

Page27无线接口多址技术正交频分多址(OFDMA)频分多址(FDMA)时分多址(TDMA)码分多址(CDMA)Page28复用与多址的概念复用(DM):如何复用多个数据。不强调复用的数据是用于多个用户还是一个用户多址(DMA):如何复用多个用户的数据将多个数据分别流映射到多个不同的用户Page29从FDM/FDMA到OFDM/OFDMAf1f2传统FDM频谱f3f4高频谱效率OFDM频谱Page30OFDMA的优点频谱分配方式灵活，能适应1.4MHz~20MHz的带宽范围配置。由于OFDM子载波间正交复用，不需要保护带，频谱利用率高；合理配置循环前缀CP，能有效克服无线环境中多径干扰引起的ISI，保证小区内用户间的相互正交，改善小区边缘的覆盖；支持频率维度的链路自适应和调度，对抗信道的频率选择性衰落，获得多用户分集增益，提高系统性能；子载波带宽在10KHz的数量级，每个子载波经历的是频谱的平坦衰落，使得接收机的均衡容易实现；OFDM容易和MIMO技术相结合。下行多址接入技术OFDMA传统的多载波频谱不重叠，需要留有保护带OFDMA子载波频谱重叠，频谱利用率高在时频域上的多用户分布（下行）OFDMA的缺点对时域和频域的同步要求高。子载波间隔小，系统对频率偏移敏感，收发两端晶振的不一致也会引起ICI，频偏估计不精确会导致信号检测性能下降；移动场景中多普勒频移引起的频偏同样会导致ICI，需要设置合理的频率同步参数；OFDM的峰均功率比PAPR高，对功放的线性度和动态范围要求很高。FreqFreqF1F2F3F4F5F6F7F1F2F3F4F5F6F7Page31SC-FDMA的特点受终端电池容量和成本的限制，上行需要采用PAPR比较低的调制技术，提高功放的效率。LTE的上行采用SC-FDMA（SingleCarrierFrequencyDivisionMultipleAccessing），能够灵活实现动态频带分配，其调制是通过DFT-S-OFDM（DiscreteFourierTransformSpreadOFDM）技术实现的。DFT-S-OFDM类似于OFDM，每个用户占用系统带宽中的某一部分，占用带宽大小取决于用户的需求和系统调度结果。与传统单载波技术相比，DFT-S-OFDM中不同用户占用相互正交的子载波，用户之间不需要保护带，具有更高的频率利用效率。上行多址接入技术SC-FDMA在时频域上的多用户分布（上行）DFT-S-OFDM调制过程两种子载波映射方式集中式（Localized）分布式（Distributed）集中式：将若干连续子载波分配给一个用户，这种方式下系统通过频域调度，选择较优的子载波组进行传输，获得多用户分集增益。分布式：系统将分配给一个用户的子载波分散到整个带宽，获得频率分集增益。但这种方式信道估计较复杂，也无法进行频域调度。在任一调度周期中，一个用户分得的子载波必须是连续的Page32OFDMA/SC-FDMA比较OFDMASC-FDMASC-FDMA相对于OFDMA，SC_FDMA具有如下特性：更低的峰值比（PARP）实现用户间完全正交的频率复用通过DFT变换实现用户复用支持链路自适应和多用户调度OFDMA频域时域-1,-1-1,11,11,-1-1,11,-11,1-1,-1QI功率频域时域功率Page33目录LTE无线接口概述3.1OFDM原理概述3.2LTE支持频段3.3LTE帧结构3.4LTE物理信道与信号简介3.5LTE物理层过程3.6LTE关键技术

Page34LTERelease9FDD/TDD频段E-UTRA频段下行上行双工方式FDL_low[MHz]NOffs-DLNDL范围FUL_low[MHz]NOffs-ULNUL范围1211000–59919201800018000–18599FDD21930600600-119918501860018600–19199FDD3180512001200–194917101920019200–19949FDD4211019501950–239917101995019950–20399FDD586924002400–26498242040020400–20649FDD687526502650–27498302065020650–20749FDD7262027502750–344925002075020750–21449FDD892534503450–37998802145021450–21799FDD91844.938003800–41491749.92180021800–22149FDD10211041504150–474917102215022150–22749FDD111475.947504750–49491427.92275022750–22949FDD1272950105010–51796992301023010–23179FDD1374651805180–52797772318023180–23279FDD1475852805280–53797882328023280–23379FDD…FDD1773457305730–58497042373023730–23849FDD1886058505850–59998152385023850–23999FDD1987560006000–61498302400024000–24149FDD2079161506150-64498322415024150-24449FDD211495.964506450–65991447.92445024450–24599FDD…3319003600036000–3619919003600036000–36199TDD3420103620036200–3634920103620036200–36349TDD3518503635036350–3694918503635036350–36949TDD3619303695036950–3754919303695036950–37549TDD3719103755037550–3774919103755037550–37749TDD3825703775037750–3824925703775037750–38249TDD3918803825038250–3864918803825038250–38649TDD4023003865038650–3964923003865038650–39649TDD协议：36104Page35LTEEARFCN计算方法NDL–实际下行EARFCN号；FDL_low–下行频段的低频率；NOffs-DL–用于下行EARFCN计算。NUL–实际上行EARFCN号；FUL_low–上行频段的低频率；NOffs-UL–用于上行EARFCN计算。Page36EARFCN计算实例下行频率为2127.4MHz，通过计算可得到EARFCN为174Page37目录LTE无线接口概述3.1OFDM原理概述3.2LTE支持频段3.3LTE帧结构3.4LTE物理信道与信号简介3.5LTE物理层过程3.6LTE关键技术

Page38无线帧结构1每个帧的时长为10ms，包含20个时隙，其中每个时隙的时长为0.5ms。一个子帧由相邻的两个时隙组成，时长为1ms。LTE最小时间单位以Ts表示，计算公式为Ts=1/(15000x2048)，约等于32.552083ns。Page39无线帧结构2无线帧结构2用于TDD模式。TDD帧结构引入了特殊子帧的概念。特殊子帧中包括DwPTS（DownlinkPilotTimeSlot，下行导频时隙）、GP（GuardPeriod，保护周期）和UpPTS（UplinkPilotTimeSlot，上行导频时隙）。特殊子帧各部分的长度可以配置，但总时长固定为1ms。Page40DL/UL子帧分配选项Uplink-downlinkconfigurationDownlink-to-UplinkSwitch-pointperiodicitySubframenumber012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUD无线帧结构2的上下行子帧配比&特殊时隙配比LTE-TDD帧结构主要特点是上下行转换上下行转换的子帧叫做特殊子帧包括：DwPTS,GP,UpPTS上下行时隙配比和特殊子帧配比需要规划UpPTS主要承载短RACH和SoundingRS短RACH可配，占1个OFDM符号SRS必然存在，占1个OFDM符号D:DownlinksubframeU:UplinksubframeS:Specialsubframe特殊子帧配置NormalCPExtendedCPDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS03101381194183121031921311211011412113725392822693291271022---81112---特殊子帧分配选项Page41循环前缀及其分类与应用场景一般情况下，配置普通CP（NormalCP）即可MBSFN情况下，配置扩展CP广覆盖等小区半径较大的场景下可配置扩展CP配置下行OFDMCP长度上行SC-FDMACP长度子载波数/每RB符号数/每时隙普通CPf=15kHz#0时隙：160#1~#6时隙：144127扩展CPf=15kHz#0~#5时隙：5126f=7.5kHz#0~#2时隙：1024NULL24(仅下行)3(仅下行)CP是为了克服多径时延扩展带来的ISI和ICI小区半径大!=多径时延扩展大，还和环境有关CP本质上是牺牲了资源利用率来保证性能Page42LTE资源块基本概念信道带宽[MHz]1.435101520RE数目(每个OFDM符号)721803006009001200RB数目（每个slot）615255075100RE(ResourceElement)物理层资源的最小粒度时域：1个OFDM符号(Symbol)，频域：1个子载波(Subcarrier)RB（ResourceBlock）物理层数据传输的资源分配频域最小单位时域：1个时隙(Slot)，频域：12个连续子载波(Subcarrier)CCE(ControlChannelElement)控制信道的资源单位1CCE=36REs1CCE=9REGs(1REG=4REs)TTI(TransmissionTimeInterval)物理层数据传输调度的时域基本单位1TTI=1subframe=2slots1TTI=14个OFDM符号(NormalCP)1TTI=12个OFDM符号(ExtendedCP)Page43资源块(RB)和带宽(BW)的关系信道带宽（ChannelbandwidthBWChannel

）[MHz]1.435101520RB数目（每个slot）（TransmissionbandwidthconfigurationNRB）615255075100Page44REG是为下行控制信道(PDCCH、PHICH、PCFICH)资源映射而定义的资源单元，是控制信道交织最小的粒度单位。一个REG由一个OFDM符号内的4个可分配的频域连续(子载波连续)的RE构成。选择4个连续RE是为了支持控制信道的MIMO传输。CCE是用来承载PDCCH信息的物理资源单元。资源单元组REG&

控制信道单元CCEPage45信道与资源调度单位的对应关系信道类型信道名称资源调度单位资源位置控制信道PCFICHREG占用4个REG，系统全带宽平均分配时域：下行子帧的第一个OFDM符号PHICHREG最少占用3个REG时域：下行子帧的第一或前三个OFDM符号PDCCHCCE下行子帧中前1/2/3个符号中除了PCFICH、PHICH、参考信号所占用的资源PBCHN/A频域：频点中间的72个子载波时域：每无线帧subframe0第二个slotPUCCH位于上行子帧的频域两边边带上PRACH位于上行子帧，具体位置取决于数据配置业务信道PDSCH\PUSCHRB除了分配给控制信道及参考信号的资源频率REGRE时间1个OFDM符号1个子载波1个RB的资源示意图(正常CP)Page46目录LTE无线接口概述3.1OFDM原理概述3.2LTE支持频段3.3LTE帧结构3.4LTE物理信道与信号简介3.5LTE物理层过程3.6LTE关键技术

Page47LTE信道分类逻辑信道，区分信息的类型传输信道，区分信息的传输方式物理信道，执行信息的收发(重点关注)Page48逻辑信道控制信道（ControlChannel）业务信道（TrafficChannel）Page49传输信道公共传输信道（CommonTransportChannel）共享传输信道（SharedTransportChannel）Page50物理信道Page51上下行各类信道映射关系下行信道映射关系上行信道映射关系Page52物理信道与信号汇总及其功能简介下行物理信道与信号名称功能简介PBCHPhysicalbroadcastchannel/物理广播信道用于承载系统广播消息PCFICHPhysicalcontrolformatindicatorchannel/物理控制格式指示信道用于指示下行控制信道使用的资源PHICHPhysicalHybridARQIndicatorChannel/物理HARQ指示信道用于上行数据传输ACK/NACK信息的反馈PDCCHPhysicalDownlinkControlChannel/物理下行控制信道用于上下行调度、功控等控制信令的传输PDSCHPhysicalDownlinkSharedChannel/物理下行共享数据信道用于承载下行用户数据PMCHPhysicalmulticastchannel/物理多播信道用于传输广播多播业务RSReferenceSignal/参考信号用于下行数据解调、测量和时频同步等SCHSynchronizationSignal/同步信号用于时频同步和小区搜索上行物理信道与信号名称功能简介PRACHPhysicalRandomAccessChannel/物理随机接入信道用于用户随机接入请求信息PUCCHPhysicalUplinkControlChannel/物理上行控制信道用于HARQ反馈、CQI反馈、调度请求指示等L1/L2控制信令PUSCHPhysicalUplinkSharedChannel/物理上行共享数据信道用于承载上行用户数据DMRSDemodulationReferenceSignal/解调参考信号用于上行数据解调、时频同步等SRSSoundingReferenceSignal/测量参考信号用于上行信道测量、时频同步等Page53物理广播信道(PBCH)系统广播消息包括由PBCH传输的MIB，以及由PDSCH传输的SIB1~SIB13PBCHPBCH只传输MIB消PBCH只在中心频带上传输，占据72个子载波PBCH映射到40ms内的四个子帧每个无线帧的#0子帧，占据连续的4个OFDM符号40ms周期的时间起始位置是通过盲检获得的，没有信令指示映射到每个子帧的数据都是可以自解码的PDSCH传输除MIB以外的所有系统广播消息映射到DL-SCH，最后映射到PDSCHSIB1是以固定周期独立传输的，发送周期为80ms，在偶数无线帧发送其它SIB动态调度发送BCCHBCHDL-SCHPDSCHPBCH传输信道物理信道MIBSIBs逻辑信道Page54物理控制格式指示信道(PCFICH)PCFICH用于指示PDCCH占用的符号数PCFICH信息长度为2比特PCFICH承载的比特映射到长度为32的特定序列（等效于编码）PCHFICH的传输PCFICH在每个下行子帧的第一个符号传输，占用4个REG(16REs)4个REG均匀分布在整个系统带宽中不同的PHYCellID对应到不同的REG频率移位PCFICH比特映射的序列0000100100100100010100100100100110100100100100101111111111111111Cell1Cell2Cell3对应PCFICH的REG频率Page55物理HARQ指示信道(PHICH)PHICH信道用于传输对上行数据传输的ACK/NACK响应PHICH信道因物理层上行HARQ机制而生每个PHICHgroup包含8个PHICH，PHICHgroups的数目是可配置的，配置指示信息承载在PBCH中PHICH的资源映射1个PHICH映射到3个REG3个REG分布在整个系统带宽PHICH映射到1,2,or3OFDM符号，每个REG在所有OFDM符号上依次循环映射不同的PHYCellID对应到不同的REG频率移位n=1n=2n=3frequencyPHICHgroup1PHICHgroup2PHICHgroup3PHICHgroup4Page56物理下行控制信道(PDCCH)PDCCH主要特点PDCCH信道可能占用每个子帧的前1，2或者3个OFDM符号具体符号数由PCFICH指示不同UE的控制信令是独立发送的，可以针对不同UE的信道情况进行自适应传输PDCCH控制信令的主要类型“上行数据传输”的调度与授权信息“下行数据传输”的调度信息“寻呼消息传输”的调度信息“随机接入响应上行传输”的调度信息上行功控信令Page57下行参考信号(RS)下行参考信号RS(ReferenceSignal)类似CDMA/UMTS的导频信号，用于下行物理信道解调及信道质量测量协议指定有三种参考信号小区特定参考信号（Cell-SpecificReferenceSignal）为必选CQI测量总基于CRS另外两种参考信号（MBSFNSpecificRS&UE-SpecificRS）为可选下行参考信号特点RS本质上是终端已知的伪随机序列对于每个天线端口，RS的频域间隔为6个子载波被参考信号占用的RE，在其它天线端口相同RE上必须留空天线端口增加时，系统的导频总开销也增加，可用的数据RE减少LTE的参考信号是离散分布的，而CDMA/UMTS的导频信号是连续的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Page58小区间的CRS频域移位LTE系统中，PCI决定RS信号在频域的位置理论与实践证明：相邻小区的导频位置错开在网络负载较轻时可获得更好性能基站2发：不同PCI对应的参考信号模板：Page59下行参考信号—小区特定参考信号(CRS)小区特定参考信号在时频域的位置示意图单天线端口双天线端口四天线端口天线端口0天线端口1天线端口2天线端口3RE该天线口不传输RS该天线口的RS符号R1：第一个天线口传输的RSR2：第二个天线口传输的RSR3：第三个天线口传输的RSR4：第四个天线口传输的RS当系统为4天线时，第3、第4根天线的导频是在不同于1、2两根天线的OFDM符号上传输。注意：UE可识别的天线数目和基站配置的物理天线数目是两个概念Page60下行参考信号—UE-specific参考信号UE-specificRS用于下行Beamforming，不同的波束上会承载UE特定参考信号UE特定参考信号在天线端口5发送映射到多个RE的RS(普通CP)映射到多个RE的RS(扩展CP)Page61同步信号SCH同步信号用于小区搜索过程中UE和E-UTRAN的时频同步，以及CellID识别CellID总数：168*3=504个同步信号包含两个部分：主同步信号（PrimarySynchronizationSignal）用于符号对齐，频率同步，以及部分的小区ID侦测包括3个序列，每个序列表示相同CellID组内的不同CellID从同步信号（SecondarySynchronizationSignal）用于帧对齐，CP长度侦测，以及小区组ID侦测包括168个序列，每个序列表示不同的CellID组频域位置：同步信号只位于系统带宽的中心，占据62个子载波，与系统带宽无关时域位置：同步信号只在每个10ms帧的第1个和第11个时隙中传送Page62物理随机接入信道PRACHPRACH用于UE捕获、上行时延估计、频偏估计PRACH包含5种格式不同的小区覆盖半径配置不同的PRACH格式格式0~3分别对应到小区半径14/77/29/100km格式4只用于TDD的UpPTS，小区半径1kmPRACH序列的生成方式每个小区有64个preamble序列64个序列由Zadoff-Chu根序列的循环移位得到，根序列总共有838个如果一个根序列无法获得64个preamble序列，按照逻辑根序列的顺序选择新的根序列，直到生成所有需要的序列Page63PRACH时频结构频域：每个子帧1个时域：每个无线帧多个位置：与PUCCH相邻BWRA=6RB可用于其它数据传输Preamble带宽＝6个RB1TTI时长1TTI时长10ms无线帧1ms子帧Page64PUCCH承载UCI信息UCI包括：ACK/NACKCQISR(SchedulingRequest)PUCCH和PUSCH不会同时传输PUCCH资源映射方法如右图占据系统频带的两个边带物理上行控制信道（PUCCH）PUCCH格式调制方式每子帧比特数携带内容1N/AN/ASRI1aBPSK1ACK/NACK1bQPSK22个ACK/NACK2QPSK20CQI2aQPSK+BPSK20+1CQI+ACK/NACK2bQPSK+QPSK20+2CQI+2个ACK/NACKN

个子载波0.5ms0.5ms另一个控制信道资源1个控制信道资源Page65物理上行共享数据信道(PUSCH)PUSCH可以承载数据信息和UCI信令信息传输上行数据的同时需要传输UCI信令信息时，把UCI放到PUSCH里，与数据一起传输PUSCH的资源分配方式包括集中式分配(Localized)跳频分配(FrequencyHopping)Inter-TTIfrequencyhoppingIntra-TTIfrequencyhopping集中式资源分配方式基于跳频的资源分配方式Page66上行参考信号上行RS用于E-UTRAN与UE的同步和上行信道估计上行RS有两种：DMRS，PUSCH和PUCCH传输时的伴随导频信号SRS

，无PUSCH和PUCCH传输时的导频信号上行参考信号特点DMRS只在相应的PUSCH和PUCCH分配带宽中传输DMRS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SRS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SRS在每个子帧的最后一个符号发送，周期/带宽可以配置传输SRS的资源是码分复用的，支持多用户利用不同的sounding序列，同时使用相同资源伴随PUSCH传输的DMRS位置图DMRS占用每个时隙的第4个符号时间频率时间频率时间频率伴随PUCCH传输的DMRS位置图（PUCCH传输ULACK信令）DMRS占用每个时隙的3个符号伴随PUCCH传输的DMRS位置图（PUCCH传输CQI信令）DMRS占用每个时隙的2个符号PUCCH在系统带宽的两端，并在两个时隙间跳频某用户分配到的上行带宽系统带宽PUSCHDMRSPUCCHDMRSSRSPUSCHDMRSSRSPage67各物理信道的使用小区搜索涉及的物理信道SCH->PBCH->PCFICH->PDCCH->PDSCH(获取系统消息)随机接入涉及的物理信道PRACH->PCFICH->PDCCH->PDSCH->PUSCH下行数据传输涉及的物理信道PCFICH->PDCCH->PDSCH->PUCCH上行数据传输涉及的物理信道PCFICH->PDCCH->PUSCH->PHICHPage68目录LTE无线接口概述3.1OFDM原理概述3.2LTE支持频段3.3LTE帧结构3.4LTE物理信道与信号简介3.5LTE物理层过程 3.5.1小区搜索 3.5.2随机接入3.6LTE关键技术

Page69LTE小区搜索流程为了接入小区，设备必须找到小区并与之同步。Page70物理层过程—小区搜索小区搜索（CellSearch）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。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解调从同步信号实现帧同步，并获取CP长度和小区组ID。关于CellIDLTE协议规定物理层CellID分为两个部分：小区组ID（CellGroupID）和组内ID（IDwithinCellGroup）。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CellID其中代表小区组ID，取值范围0~167；代表组内ID，取值范围0~2初始化小区搜索（InitialCellSearch）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。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。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。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。搜索频点同步信号广播信道控制信道共享信道Page71下行同步第一步：UE用3个已知的主同步序列和接收信号做相关，找到最大相关峰值，从而获得该小区的主同步序列以及主同步信道位置（PSS，即上图的右斜线方块），达到OFDM符号同步。PSC每5ms发射一次，所以UE此时还不能确定哪里是整个帧的开头。另外，小区的主同步序列是构成小区ID的一部分；第二步：UE用270个已知的辅同步序列在特定位置（SSS，上图中的左斜线方块）和接收信号做相关，找到该小区的辅同步序列。SSC每5ms发射一次，但一帧里的两次SSC发射不同的序列。UE据此特性获得帧同步。辅同步序列也是构成小区ID的一部分；第三步：到此，下行同步完成。同时UE已经获取了该小区的小区ID。下行同步是UE进入小区后要完成的第一步，只有完成下行同步，才能开始接收其他信道（如广播信道）并进行其他活动。FDD帧中PSS与SSS的位置Page72物理层过程—随机接入随机接入（RandomAccess）基本原理：随机接入是UE与E-UTRAN实现上行时频同步的过程。随机接入前，物理层应该从高层接收到下面的信息：随机接入信道PRACH参数：PRACH配置，频域位置，前导（preamble）格式等；小区使用preamble根序列及其循环位移参数，以解调随机接入preamble。物理层的随机接入过程包含两个步骤：UE发送随机接入preamble；E-UTRAN对随机接入的响应。随机接入的具体过程：高层请求发送随机接入preamble，继而触发物理层随机接入过程；高层在请求中指示preambleindex，preamble目标接收功率，相关的RA-RNTI(RandomAccessRadioNetworkTemporaryIdentifier)，以及随机接入信道的资源情况等信息；UE决定随机接入信道的发射功率为preamble的目标接收功率+路径损耗。发射功率不超过UE最大发射功率，路径损耗为UE通过下行链路估计的值；通过preambleindex选择preamble序列；UE以计算出的发射功率，用所选的preamble序列，在指定的随机接入信道资源中发射单个preamble；在高层设置的时间窗内，UE尝试侦测以其RA-RNTI标识的下行控制信道PDCCH。如果侦测到，则相应的下行共享信道PDSCH则传往高层，高层从共享信道中解析出20位的响应信息。随机接入信道随机接入前导下行控制信道随机接入响应Page73目录LTE无线接口概述3.1OFDM原理概述3.2LTE支持频段3.3LTE物理信道与信号简介3.4LTE帧结构3.5LTE物理层过程3.6LTE关键技术 3.6.1MIMO

3.6.2调度与链路自适应 3.6.3ICIC3.6.4SON

Page74多天线技术产生背景50年前，香农公式给出了时频通信系统所能达到的最高效率。信道频谱效率C与信号功率成正比，也与信号带宽成正比。但是随着信号功率的增加和信号带宽的增大，频谱效率的增加越来越慢，故必须引入新的技术才能有效提升频谱效率。高信噪比时，提高容量的有效方式是采用多天线技术，它能更好的利用空间维度资源，在不增加发射功率和带宽的前提下，成倍的提高无线通信系统的传输容量。为此，MIMO(MultipleInputMultipleOutput)技术应运而生。Page75多天线技术分类多路信道传输同样信息多路信道同时传输不同信息多路天线阵列赋形成单路信号传输包括时间分集，空间分集和频率分集提高接收的可靠性和提高覆盖适用于需要保证可靠性或覆盖的环境理论上成倍提高峰值速率适合密集城区信号散射多地区，不适合有直射信号的情况最大比合并最小均方误差或串行干扰删除波束赋形（Beamforming）发射分集分集合并通过对信道的准确估计，针对用户形成波束，降低用户间干扰可以提高覆盖能力，同时降低小区内干扰，提升系统吞吐量空间复用(有时空间复用也称为MIMO)各位村民…各位村民。。。各位村民。。。各位村民。。。Page76MIMO是LTE系统的重要技术，它是指在发送端和接收端同时采用多根天线。理论计算表明，信道容量随发送端和接收端最小天线数目线性增长，故MIMO模式下信道容量大于单天线模式下的信道容量。MIMO能够更好地利用空间维度的资源、提高频谱效率。使信号在空间获得阵列增益、分集增益、复用增益和干扰抵消增益等，从而获得更大的系统容量、更广的覆盖和更高的用户速率MIMO信道数据流MIMO技术概述Page77Page78无线信道接入模式传统的天线模式分集接收模式分集发射模式多入多出模式发射天线接收天线物理信道SISOMISOSIMOMIMOSU-MIMO/MU-MIMO/Co-MIMO概念Page792个不同的数据流预编码之后，两个数据流进行了混合，在不同的发射天线以不同的功率和相位进行发射上行下行上行LTE系统采用的MIMO方式Page80下行（DL2x2MIMO、DL4x2MIMO）开环发射分集闭环发射分集空间复用智能天线上行发射分集空间复用（虚拟MIMO）提高频谱效率多天线技术（MIMO）的优势阵列增益MIMO系统利用各天线上信号的相关性和噪声的非相关性，提高合并后信号的平均SINR而获得的性能增益。分集增益通过减小合并后信号的衰落幅度而获得的性能增益。复用增益通过增加空间信道的维数获得的吞吐量增益。干扰抵消增益为系统带来的干扰场景下的增益。改善系统覆盖改善系统容量增加峰值吞吐率Page81目录LTE无线接口概述3.1OFDM原理概述3.2LTE支持频段3.3LTE物理信道与信号简介3.4LTE帧结构3.5LTE物理层过程3.6LTE关键技术 3.6.1MIMO

3.6.2调度与链路自适应 3.6.3ICIC3.6.4SON

Page82调度概述调度算法作为MAC层的一部分，用于确定在每TTI（1ms）上哪些UE可以在哪些时频资源上，接收（下行）或传输（上行）信息。LTE调度器位于物理层之上，其基本功能是每个子帧为UE的上行信道和下行信道分配时频资源。最小调度单位是RB(ResourcesBlock)对，频域上包含12个子载波（180kHz），时域上为1个子帧（1ms）。半静态调度。在一定周期内（若干个TTIs），采用预先分配资源的方法来调度UE。由于采用预先分配资源，网络不需要每个TTI都传输控制信令，从而节省控制信令PDCCH的传输开销。半静态调度一般用来处理速率保持不变、数据包周期到达、已经时延要求比较小的业务（例如：VOIP）动态调度。每TTI调度都需要重新分配资源，并通过PDCCH信道指示用户资源分配情况。动态调度适用于任何业务，对数据包的大小和到达时间没有约束调度类型原理介绍调度方向下行调度分配PDSCH资源，用于系统消息、寻呼、RACH响应和用户数据传输。根据用户业务的优先级进行排序，优先进行半静态调度。上行调度的资源为PUSCH资源。Page83调度LTE可以支持较大的系统带宽（10/15/20MHz），通常会面临频率选择性衰落的问题。某用户的子载波在相干带宽内的衰落特性可以认为是相同的，但更远的子载波上的衰落特性就不相同了。如果知道各个用户在各个子载波上的衰落特性，则可以为不同的用户尽量选择条件比较好的子载波进行数据传输，从而使得绝大部分用户的传播条件比较好，实现多用户分集增益，提高频谱效率。相干带宽内的子载波具有近似的衰落值，可以把相邻的一些子载波划成一个子带Subband，以子带为单位进行调度。接收方在一定的时间内针对每个子带反馈一个信号质量指示，而无需对每个子载波进行反馈，减少信令开销。LTE的调度周期可以为一个或多个TTI长度。为了在频域调度获得多用户分集增益，发射端必须知道所有用户在所有子载波上的瞬时衰落值，FDD系统上下行衰落不一致，必须通过反向链路将信道信息回传给发射端，这些信道质量指示均为额外开销，占用资源越少越好。Page84链路自适应LTE支持时间和频率两个维度的链路自适应，根据时频域信道质量信息对不同的时频资源选择不同的调制编码方式。功率控制在CDMA系统中是一项重要的链路自适应技术，可以避免远近效应带来的多址干扰。在LTE系统中，上下行均采用正交的OFDM技术对多用户进行复用。因此，功控主要用来降低对邻小区上行的干扰，补偿链路损耗，也是一种慢速的链路自适应机制。Page85目录LTE无线接口概述3.1OFDM原理概述3.2LTE支持频段3.3LTE物理信道与信号简介3.4LTE帧结构3.5LTE物理层过程3.6LTE关键技术 3.6.1MIMO 3.6.2调度与链路自适应

3.6.3ICIC3.6.4SON

Page86小区干扰的原因LTE系统中，系统中各小区采用相同的频率进行发送和接收。与CDMA系统不同的是，LTE系统并不能通过合并不同小区的信号来降低邻小区信号的影响。因此必将在小区间产生干扰，小区边缘干扰尤为严重。小区干扰控制的方法为了改善小区边缘的性能，系统上下行都需要采用一定的方法进行小区干扰控制。目前正在研究方法有：干扰随机化：被动的干扰控制方法。目的是使系统在时频域受到的干扰尽可能平均，可通过加扰，交织，跳频等方法实现；干扰对消：终端解调邻小区信息，对消邻小区信息后再解调本小区信息；或利用交织多址IDMA进行多小区信息联合解调；干扰抑制：通过终端多个天线对空间有色干扰特性进行估计和抑制，可以分为空间维度和频率维度进行抑制。系统复杂度较大，可通过上下行的干扰抑制合并IRC实现；干扰协调：主动的干扰控制技术。对小区边缘可用的时频资源做一定的限制。这是一种比较常见的小区干扰抑制方法。小区干扰控制Page87LTE关键技术—小区干扰协调原理小区间干扰协调ICIC（Inter-CellInterferenceCoordination）为小区间干扰协调技术，用于解决LTE因同频组网而带来的小区间干扰。ICIC的主要思路就是：小区内部中心区域的复用因子为1、小区边缘复用因子为3。主要目的是提高小区边缘的频率复用因子，改善小区边缘的性能。小区间干扰协调是小区干扰控制的一种方式，本质上是一种调度策略。主频通常分配给小区边缘区域的用户，eNB在主频上可高功率发射副频副频Cell2,4,6主频Cell1主频副频副频Cell3,5,7主频系统全部带宽全部带宽可以分配给小区中间的用户，eNB在副频上降功率发射，避免干扰相邻小区的主频12365741236574Page88小区间干扰协调ICIC的特点ICIC提升覆盖但带来容量的损失在LTE系统，因为子载波间互为正交，所以干扰主要来自邻区

小区边缘用户Celledgeusers(CEU)更容易带来高干扰，同时也更容易被干扰SoftFrequencyReuse(SFR)是业界的典型ICIC机制Page89ICIC方案分类方案一：静态ICIC方案二：动态ICIC方案三：自适应ICICOSSICIC配置测量自适应ICIC配置工具ICIC配置传统ICIC自适应ICIC由OSS自动控制，可提高40%的小区边缘吞吐率Page90ICIC方案比较方案说明优势劣势静态ICIC边缘频带固定；支持Reuse3；人工配置。算法简单。边缘频带无法根据负载进行实时调整；配置不易。动态ICIC边缘频带伸缩；支持Reuse3；人工配置边缘频带可以根据负载进行实时调整。算法复杂；配置不易。自适应ICIC边缘频带固定；支持Reuse3，Reuse6自适应；自动配置；需引入新网元eCoordinator自动配置，无需人工；Reuse6支持更复杂组网新网元增加成本Page91自适应ICIC自适应ICIC由OSS自动控制，可提高40%的小区边缘吞吐率自适应ICIC同比传统的ICIC(静态/动态ICIC)的优势静态ICIC小区边缘模式固定，不能适应网络话务量分布不均对场景动态ICIC通过X2口自动调节边缘带宽的大小,但带来整网干扰难以优化，风险大自适应ICIC通过M2000集中管理和制定整网小区边缘模式，可靠性高，人为干涉少OSS配置工具ICIC配置测量ICIC配置传统ICIC自适应ICICPage92ICIC解决同频干扰，改善小区边缘用户体验(特别是密集城区)同频组网导致小区边缘用户因同频干扰感知下降，通过ICIC可以将邻小区边缘用户频点错开，降低同频干扰影响自适应ICIC解决同频干扰无ICIC有ICIC30%40%50%30%负荷50%负荷70%负荷FSICIC更好的体验在高负荷场景下性能更优Page93目录LTE无线接口概述3.1OFDM原理概述3.2LTE支持频段3.3LTE物理信道与信号简介3.4LTE帧结构3.5LTE物理层过程3.6LTE关键技术 3.6.1MIMO

3.6.2调度与链路自适应 3.6.3ICIC3.6.4SON

Page94SON的驱动力Page95更多的频谱和基站(×8)多层网络(小区密度

×4)多制式网络700M450M800M1.8G900M2.1G1.9G2.6G2.3G3.4G重复的操作工作(>10倍)ULG网络复杂度

参数

（分钟级)Neighbor(分钟级）网络性能增加的干扰

必要的协同SON的目标随着无线网络中网元与厂商的增加，网络维护的复杂度、技术要求和成本等也在大幅上升。为了降低网络维护的复杂度与成本，LTE系统要求无线网络支持自组织行为，即E-UTRAN支持SON(Self-OrganisingNetworks)。自配置(Self-Configuration)

减少CAPEX自优化(Self-Optimization)

减少OPEX自优化(Self-Optimization)、自治愈（Self-Healing）

改善用户体验Page96规划阶段部署阶段运维阶段扩容阶段Self-planning在实际上用的机会很少。Plan伴随的非技术约束太多了，算法不是关键，部署环境、约束才是关键。所以3GPP没有self-planning，因为不是技术主导的问题。LTE生命周期中的SON解决方案Page97规划阶段部署阶段运维阶段扩容阶段IMS2.0Q305自规划RFSP（华为通过UNET实现）自配置自优化ANRMRORFSP/CCOICICPCISPMDT自优化ANRMROMLBRFSP/CCOICICPCISPESMDT自治愈CODC自规划自配置自优化ANRMRORFSP/CCOICICPCISPESMDT自配置－基站自配置、自启动增强支持CMPV2,自动从PKIserver获取安全证书支持VlanScanning,自动获取VlanID支持条码扫描，更易于绑定eNBID和位置

支持基于GPS绑定eNB说明:自动发现自动下载和更新软件和配置文件自动配置检查和存量更新自动测试

eNodeBU盘DHCP站点2‘、U盘下载(可选)2、自动发现M2000

Config

Config

ConfigS/WCME中心机房Support网站1.1、提取版本包1.2、组织配置数据1.4、打开开站工具、上传数据、启动开站4、自动测试4.3软调监控4.2RET调测4.1调测License下发1、安装上电3、自动配置

ConfigS/W1.3、导出开站列表4.4健康检查