1、1LTE無線通信系統TD-LTE關鍵技術LTE網絡架構及協議棧介紹LTE物理層結構介紹LTE層2結構介紹TD-LTE與WLAN區別2LTE無線通信系統3LTE背景介紹什么是LTE？長期演進LTE (Long Term Evolution)是3GPP主導的無線通信技術的演進。接入網將演進為E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network)。連同核心網的系統架構將演進為SAE (System Architecture Evolution)，后改名EPS（Evolved Packet System）。LTE的設計目標的設計目標p帶寬靈活配置

2、：支持1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10Mhz, 15Mhz, 20MHzp峰值速率(20MHz帶寬）：下行100Mbps，上行50Mbpsp控制面延時小于100ms，用戶面延時小于50msp能為速度350km/h的用戶提供100kbps的接入服務p支持增強型MBMS（E-MBMS）p取消CS域，CS域業務在PS域實現，如VOIPp系統結構簡單化，低成本建網3GPP的目標是打造新一代無線通信系統，超的目標是打造新一代無線通信系統，超越現有無線接入能力，全面支撐高性能數據越現有無線接入能力，全面支撐高性能數據業務的，業務的，“確保在未來確保在未來10年內領先年內領先”。4LTE背景介紹

3、LTE的標準化進程2004年12月3GPP正式成立了LTE的研究項目。原定2006年6月完成的研究項目SI（Study Item）推遲到2006年9月。完成可行性研究，并輸出技術報告。2006年9月正式開始工作項目WI（Work Item）/標準制定階段。接著進入Stage3 (Protocol)研究階段，在各個子組會議上進行討論。2008年12月推出首個商用協議版本。LTE主要涉及36.xxx系列協議。目前協議仍在不斷完善中。LTE WI stageLTE SI stageDelayed2006Mar2006Jun2006Sep2005Dec2006Dec2007Dec2008Dec2007

4、Jun2008Jun2007Mar2007Sep2008Mar2008Sep2009MarLTE enhancement and improvementLTE Rel8(Approval)LTE SILTE WILTE Rel8(Spec finished)5LTE背景介紹SAE簡介系統架構演進SAE（System Architecture Evolution），是為了實現LTE提出的目標而從整個系統架構上考慮的演進，后改名為EPC（Evolved Packet Core）主要包括：功能平扁化，去掉RNC的物理實體，把部分功能放在了E-NodeB，以減少時延和增強調度能力（如，單站內部干擾協調

5、，負荷均衡等，調度性能可以得到很大提高）把部分功能放在了核心網，加強移動交換管理，采用全IP技術，實行用戶面和控制面分離。同時也考慮了對其它無線接入技術的兼容性。6LTE背景介紹3GPP簡介簡介p3GPP （3rd Generation Partnership Project ）成立于1998年12月，是一個無線通信技術的標準組織，由一系列的標準聯盟作為成員（Organizational Partners）。目前有ARIB（日本）, CCSA（中國）, ETSI（歐洲）, ATIS（美洲）, TTA（韓國）, and TTC（日本） 等。p3GPP分為標準工作組TSG和管理運維組兩個部分。TS

6、G主要負責各標準的制作修訂工作，管理運維組主要負責整理市場需求，并對TSG和整個項目的運作提供支持。TSG（Technical Specification Groups ）pTSG GERAN: GERAN無線側相關(2G)；pTSG RAN: 無線側相關(3G and LTE)；pTSG SA (Service and System Aspects):負責整體的網絡架構和業務能力；pTSG CT (Core Network and Terminals):負責定義終端接口以及整個網絡的核心網相關部分。7LTE背景介紹規范編號規范名稱內容TR25.913E-U

7、TRA需求定義LTE的需求TS36.201LTE物理層總體描述E-UTRA空中接口的物理層總體描述TS36.211物理信道和描述描述E-UTRA的物理信道TS36.212復用和信道編碼定義E-UTRA物理信道的編碼、映射和復用TS36.213物理過程定義物理過程特性TS36.214物理層測量包含為了支持空閑狀態和連接狀態而進行的UE側和網絡側的測量的定義和描述TS36.300E-UTRA的總體描述提供了E-UTRA無線接口協議框架的總體描述TS36.321MAC協議規范描述MAC協議TS36.322RLC協議規范描述RLC協議TS36.323PDCP協議規范描述PDCP協議TS36.331RR

8、C協議規范描述RRC協議TS23.401基于GTP的SAE架構及功能TS24.301UE與MME間的NAS接口8LTE無線通信系統LTE背景介紹LTE網絡架構及協議棧介紹LTE物理層結構介紹LTE層2結構介紹TD-LTE與WLAN區別9TD-LTE關鍵技術n頻域多址技術頻域多址技術 OFDM/SC-FDMAnMIMO技術技術n高階調制技術高階調制技術nHARQ技術技術n鏈路自適應技術鏈路自適應技術 AMCn快速快速MAC調度技術調度技術n小區干擾消除小區干擾消除10多址技術更大的帶寬和帶寬靈活性 隨著帶寬的增加，OFDMA信號仍將保持正交，而CDMA 的性能會受到多徑的影響 在同一個系統，使用

9、OFDMA可以靈活處理多個系統帶寬 扁平化架構 當分組調度的功能位于基站時，可以利用快速調度、包括頻域調度來提高小區容量。頻域調度可通過OFDMA實現，而CDMA無法實現 便于上行功放的實現 SC-FDMA相比較OFDMA可以實現更低的峰均比, 有利于終端采用更高效率的功放 簡化多天線操作 OFDMA相比較CDMA實現MIMO容易LTE多址技術的要求多址技術的要求11多址技術OFDM基本思想OFDM將頻域劃分為多個子信道，各相鄰子信道相互重疊，但不同子信道相互正交。將高速的串行數據流分解成若干并行的子數據流同時傳輸OFDM子載波的帶寬 信道“相干帶寬”時，可以認為該信道是“非頻率選擇性信道”，

10、所經歷的衰落是“平坦衰落”OFDM符號持續時間 PBCH - PCFICH - PDCCH - PDSCH (獲取DBCH)隨機接入涉及的物理信道PRACH - PCFICH - PDCCH - PDSCH - PUSCH下行數據傳輸涉及的物理信道PCFICH - PDCCH - PDSCH - PUCCH上行數據傳輸涉及的物理信道PCFICH - PDCCH - PUSCH - PHICH66物理信道-下行物理信道物理信道調制方式調制方式物理信道物理信道調制方式調制方式PBCHQPSKPCFICHQPSKPDCCHQPSKPHICHBPSKPDSCHQPSK, 16QAM, 64QAMPMC

11、HQPSK, 16QAM, 64QAM下行信道處理過程下行信道處理過程p加擾：加擾：物理層傳輸的碼字都需要經過加擾；p調制：調制：對加擾后的碼字進行調制，生成復數值的調制符號；p層映射：層映射：將復數調制符號影射到一個或多個發射層中；p預編碼：預編碼：對每個發射層中的復數調制符號進行預編碼，并影射到相應的天線端口；pRE影射：影射：將每個天線端口的復數調制符號影射到相應的RE上；pOFDM信號生成：信號生成：每個天線端口信號生成OFDM信號。下行信道的調制方式下行信道的調制方式67下行物理信號-參考信號下行參考信號RS (Reference Signal)：類似CDMA/UMTS的導頻信號，用

12、于下行物理信道解調及信道質量測量協議指定有三種參考信號小區特定參考信號（Cell-Specific Reference Signal）為必選nCQI測量總基于CRS另外兩種參考信號（MBSFN Specific RS & UE-Specific RS）為可選LTE下行參考信號特點：下行參考信號特點：RS本質上是終端已知的偽隨機序列對于每個天線端口，RS的頻域間隔為6個子載波被參考信號占用的RE，在其它天線端口相同RE上必須留空天線端口增加時，系統的導頻總開銷也增加，可用的數據RE減少LTE的參考信號是離散分布的，而CDMA/UMTS的導頻信號是連續的RS分布越密集，則信道估計越精確，但

13、開銷越大，影響系統容量68下行物理信號-同步信號同步信號（同步信號（Synchronization Signal）：）：同步信號用于小區搜索過程中UE和E-UTRAN的時頻同步。同步信號包含兩個部分：n主同步信號主同步信號）：用于符號timing對準，頻率同步，以及部分的小區ID偵測n次同步信號次同步信號：用于幀timing對準，CP長度偵測，以及小區組ID偵測同步信號特點：同步信號特點：無論系統帶寬是多少，同步信號只位于系統帶寬的中部，占用72個子載波。同步信號只在每個10ms幀的第1個和第11個時隙中傳送。主同步信號位于傳送時隙的最后一個符號，次同步信號位于傳送時隙的倒數第二個符號。PSS

14、位于DwPTS的第三個符號SSS位于5ms第一個子幀的最后一個符號SCH (P/S-SCH)占用的72子載波位于系統帶寬中心位置時域結構時域結構頻域結構頻域結構69PBCH配置u頻域：對于不同的帶寬，都占用中間的1.08MHz （72個子載波）進行傳輸；u時域：映射在每個5ms 無線幀的subframe0里的第二個slot的前4個OFDM符號上；u周期：PBCH周期為40ms，每10ms重復發送一次，終端可以通過4次中的任一次接收解調出BCH； PBCH(廣播信道廣播信道) 廣播消息：廣播消息：MIB&SIBMIB&SIBMIB在PBCH上傳輸,包含了接入LTE系統所需要的最基

15、本的信息：下行系統帶寬PHICH資源指示系統幀號(SFN）CRC天線數目的信息等SIB在DL-SCH上傳輸，映射到物理信道PDSCH ，攜帶如下信息：一個或者多個PLMN標識Track area code小區IDUE公共的無線資源配置信息同、異頻或不同技術網絡的小區重選信息 SIB1固定位置在#5子幀上傳輸，攜帶了DL/UL時隙配比，以及其他SIB的位置與索引等信息。SIB 1SIB 2SIB 38BCCHBCHDL-SCHPDSCHPBCH傳輸信道物理信道MIBSIBs邏輯信道70PCFICH&PHICH信道 PHICH的傳輸以PHICH組的形式，PHICH組的個數由PBCH指示。

16、采用BPSK調制，傳輸上行信道反饋信息。 指示PDCCH的長度信息（1、2或3），在子幀的第一個OFDM符號上發送，占用4個REG，均勻分布在整個系統帶寬。 采用QPSK調制，攜帶一個子幀中用于傳輸PDCCH的OFDM符號數，傳輸格式。 小區級shift，隨機化干擾PCFICH( (物理層控制格式指示信道物理層控制格式指示信道) ) PHICH( (物理物理HARQHARQ指示信道指示信道) )71PDCCH信道PDCCH控制信令的主要類型“上行數據傳輸”的調度與授權信息“下行數據傳輸”的調度信息“尋呼消息傳輸”的調度信息“隨機接入響應上行傳輸”的調度信息上行功控信令PDCCH主要特點主要特點

17、PDCCH信道可能占用每個子幀的前1，2或者3個OFDM符號具體符號數由PCFICH指示不同UE的控制信令是獨立發送的，可以針對不同UE的信道情況進行自適應傳輸自適應包括：CCE聚合級別自適應和發射功率自適應PDCCH通過盲檢測來進行解調72PDSCH資源分配方式資源分配方式包括集中式 (Localized)：有利于頻率選擇性調度分布式 (Distributed)：有利于抵抗窄帶深衰落，獲得頻率分集增益73物理信道-上行物理信道物理信道調制方式調制方式PUCCHBPSK, QPSKPUSCHQPSK, 16QAM, 64QAMPRACHZadoff-Chu序列,QPSK上行信道處理過程上行信道

18、處理過程加擾加擾調制：調制：對加擾后的碼字進行調制，生成復數值的調制符號；轉換預編碼：轉換預編碼：生成復數值的符號；RE影射：影射：將復數符號影射到相應的RE上；SC-FDMA信號生成：信號生成：每個天線端口信號生成SC-FDMA信號。上行信道的調制方式上行信道的調制方式74物理信號-上行上行參考信號上行參考信號RS（Reference Signal）：）：上行的導頻信號，用于E-UTRAN與UE的同步和上行信道估計。上行參考信號有兩種：n解調參考信號解調參考信號DM RS (Demodulation Reference Signal), PUSCH和PUCCH傳輸時的導頻信號nSoundin

19、g參考信號參考信號SRS (Sounding Reference Signal), 無PUSCH和PUCCH傳輸時的導頻信號75PRACH配置頻域：1.08MHz帶寬（72個子載波），與PUCCH相鄰時域：位于UpPTS（format 4）及普通上行子幀中（format 03）。每10ms無線幀接入0.56次，每個子幀采用頻分方式可傳輸多個隨機接入資源。LTE中有兩種接入類型（競爭和非競爭），兩種類型共享接入資源（前導碼，共64個），需要提前設置；初期建議：競爭/非競爭兩種接入類型均要求，配置保證在切換場景下使用非競爭接入；應用場景應用場景接入類型接入類型IDLEIDLE態初始接入態初始接入競

20、爭競爭無線鏈路失敗后初始接入無線鏈路失敗后初始接入競爭競爭連接態上行失步后發送上行數據連接態上行失步后發送上行數據競爭競爭小區切換小區切換競爭競爭/ /非競爭非競爭連接態上行失步后接收下行數據連接態上行失步后接收下行數據競爭競爭/ /非競爭非競爭 PRACH( PRACH(物理隨機接入信道物理隨機接入信道) )接入類型建議接入類型建議76PUCCH配置PUCCHPUCCH格式格式承載信息承載信息內容內容承載用戶數承載用戶數1 1SRIUE是否有調度請求181a1a1bit ACK傳輸HARQ信息1b1b2bit ACK2 2CQIPMI+RI+CQI122a2aCQI+1比特ACK混合傳輸CQ

21、I及HARQ信息2b2bCQI+2比特ACK傳輸上行用戶的控制信息，包括CQI, ACK/NAK反饋，調度請求等。一個控制信道由1個RB pair組成，位于上行子幀的兩邊邊帶上在子幀的兩個slot上下邊帶跳頻，獲得頻率分集增益通過碼分復用，可將多個用戶的控制信息在同一個PDCCH資源上發送。上行容量與吞吐量是PUCCH個數與PUSCH個數的折中PUCCH（上行物理控制信道）（上行物理控制信道）控制信道示意圖77物理層過程-小區搜索小區搜索（小區搜索（Cell Search）基本原理）基本原理：小區搜索是UE實現與E-UTRAN下行時頻同步并獲取服務小區ID的過程。小區搜索分兩個步驟：n第一步：

22、UE解調主同步信號實現符號同步，并獲取小區組內ID；n第二步：UE解調次同步信號實現幀同步，并獲取CP長度和小區組ID。關于關于Cell ID：LTE協議規定物理層Cell ID分為兩個部分：小區組ID和組內ID。目前最新協議規定物理層小區組有168個，每個小區組由3個ID組成，因此共有共有168*3=504個獨立的個獨立的Cell ID其中 代表小區組ID，取值范圍0167； 代表組內ID，取值范圍02(2)ID(1)IDcellID3NNN(1)IDN(2)IDN 初始化小區搜索：初始化小區搜索：UE上電后開始進行初始化小區搜索，搜尋網絡。UE第一次開機時并不知道網絡的帶寬和頻點。UE會重

23、復基本的小區搜索過程，歷遍整個頻譜的各個頻點嘗試解調同步信號。可以通過一些方法縮短以后的UE初始化時間，如UE儲存以前的可用網絡信息，開機后優先搜索這些網絡。一旦UE搜尋到可用網絡并與網絡實現同步，獲得服務小區ID(完成小區搜索)后，UE將解調下行廣播信道PBCH，獲取系統帶寬、發射天線數等系統信息。完成上述過程后，UE解調下行控制信道PDCCH，獲取網絡指配給這個UE的尋呼周期。然后在尋呼周期中從IDLE態醒來解調PDCCH，監聽尋呼。如果有屬于該UE的尋呼，則解調指定的下行共享信道PDSCH資源，接收尋呼。搜索頻點同步信號廣播信道控制信道共享信道78在以下情況下UE需要進行隨機接入初始接入

24、無線鏈路失敗后重建無線鏈路切換到新小區需要與新小區上行同步時UE在連接狀態，但是上行同步丟失時需進行調度請求，且沒有專用調度請求資源時隨機接入的主要目的是獲得上行同步隨機接入79LTE無線通信系統LTE背景介紹TD-LTE關鍵技術LTE網絡架構及協議棧介紹LTE物理層結構介紹TD-LTE與WLAN區別80LTE層2結構81LTE層2概述LTE層層2分為以下幾個子層：分為以下幾個子層：MAC層（Medium Access Control）RLC層（Radio Link Control）PDCP層（Packet Data Convergence Protocol）層層2的主要功能的主要功能頭壓縮，

25、加密分段/串接，ARQ調度，優先級處理，復用/解復用，HARQ下行層下行層2結構結構上行層上行層2結構結構82MAC層MAC層的主要功能層的主要功能邏輯信道（Logical Channel）與傳輸信道（Transport Channel）間的映射將RLC層的協議數據單元PDU復用到傳輸塊TB（Transport Block）中，然后通過傳輸信道傳送到物理層。業務量測量報告通過HARQ糾錯對單個UE的邏輯信道優先級處理多個UE間的優先級處理（動態調度）傳輸格式選擇填充MAC層的邏輯信道層的邏輯信道控制信道（Control Channel）：傳輸控制面信息業務信道（Traffic Channel）

26、：傳輸用戶面信息MAC層結構層結構MAC層上行層上行信道映射信道映射MAC層下行層下行信道映射信道映射控制信道控制信道業務信道業務信道83RLC層RLC層的主要功能層的主要功能上層PDU的傳輸支持確認模式AM和非確認模式UM數據傳輸支持透傳模式TM通過ARQ糾錯對傳輸塊TB進行分段處理：僅當RLC SDU不完全符合TB大小時，將SDU分段到可變大小的RLC PDU中，而不用進行填充對重傳的PDU進行重分段處理：僅當需要重傳的PDU不完全符合用于重傳的新TB大小時，對RLC PDU進行重分段處理多個SDU的串接順序傳遞上層PDU （除切換外）協議流程錯誤偵測和恢復SDU丟棄復位RLC PDU結構

27、結構RLC header承載的PDU序列號與SDU序列號無關根據調度機制，RLC PDU的大小動態可變。RLC根據PDU的大小對SDU進行分段和串接，一個PDU的數據可能來自一個或多個SDURLC層結構層結構AM: Acknowledge ModeUM: Un-acknowledge ModeTM: Transparent ModeTB: Transport BlockSDU: Service Data UnitPDU: Protocol Data UnitRLC PDU結構結構分段分段串接串接84PDCP層PDCP層的主要功能：層的主要功能：用戶面的功能：n頭壓縮/解壓縮：ROHCn用戶數據

28、傳輸：接收來自上層的PDCP SDU，然后傳遞到RLC層。反之亦然nRLC確認模式下，在切換時將上層PDU順序傳遞nRLC確認模式下，在切換時下層SDU的副本偵測nRLC確認模式下，在切換時將PDCP SDU重傳n加密n基于計時器的上行SDU丟棄控制面的功能：n加密及完整性保護n控制數據傳輸：接收來自上層的PDCP SDU，然后傳遞到RLC層。反之亦然PDCP PDU結構結構：pPDCP PDU和PDCP header均為8位格式pPDCP header長度為1或2字節PDCP層結構層結構ROHC: Robust Header CompressionPDCP PDU結構結構85層1和層2數據傳

29、遞層層1和層和層2的數據傳遞的數據傳遞來自上層的數據包加頭封裝后傳遞到下層。反之，來自下層的數據包被拆封去頭后傳遞到上層。調度器在RLC，MAC和物理層均起作用。多個用戶的數據包在MAC層實現復用。物理層實現CRC校驗。86LTE應用舉例總體方案架構 l多重技術保證業務可靠雙網物理隔離保障網絡冗余高可靠性;專業抗干擾技術，優先級保障機制；移動性強，高速(200Km/h)切換穩定；l匹配軌道交通的部署方案高架天線覆蓋，隧道漏纜覆蓋，確保信號質量；全路段雙網覆蓋，滿足信號切換及傳輸時延指標；RRU拉遠設計，減少站點數量， 減少切換次數； l易維護無線小區覆蓋遠，正線隧道內基站設備少TAUTAU車載網絡車載控制器車載路由器LTE核心網LTE核心網B網A網接入層終端層功分器功分器定向天線定向天線正線/車站車輛段/停車場合路器合路器GPSGPS核心層CBTC業務系統ATS應用層漏纜中心路由器中心交換機車站交換機BBU+RRU防火墻中心路由器中心交換機87LTE移動通信系統LTE背景介紹TD-LTE關鍵技術LTE網絡架構及協議棧介紹LTE物理層結構介紹LTE層2結構介紹88WLAN技術發展802.11標準速率標準速率1M 無商用產品無商用產品802.11b/a 標準速率標準速率2.4G：11