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LTE基本原理与关键技术


LTE 基本原理与关键技术
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

目 录
第 1 章 概述 ............................................................

....................................................................................... 1 1.1 背景介绍 ............................................................................................................................................. 1 1.1.1 移动通信演进过程概述 ........................................................................................................... 1 1.1.2 WCDMA、TD-SCDMA 与 CDMA2000 制式对比 ................................................................ 2 1.1.3 WCDMA 技术演进过程........................................................................................................... 2 1.1.4 TD-SCDMA 技术演进过程 ..................................................................................................... 3 1.1.5 CDMA2000 技术演进过程 ...................................................................................................... 4 1.2 LTE 简介和标准进展 ......................................................................................................................... 4 第 2 章 LTE 主要指标和需求 ....................................................................................................................... 7 2.1 频谱划分 ............................................................................................................................................. 8 2.2 峰值数据速率 ..................................................................................................................................... 9 2.3 控制面延迟 ......................................................................................................................................... 9 2.4 用户面延迟 ......................................................................................................................................... 9 2.5 用户吞吐量 ......................................................................................................................................... 9 2.6 频谱效率 ........................................................................................................................................... 10 2.7 移动性 ............................................................................................................................................... 10 2.8 覆盖 ................................................................................................................................................... 11 2.9 频谱灵活性 ....................................................................................................................................... 11 2.10 与现有 3GPP 系统的共存和互操作 .............................................................................................. 11 2.11 减小 CAPEX 和 OPEX ................................................................................................................... 12 第 3 章 LTE 总体架构 ................................................................................................................................. 13 3.1 系统结构 ........................................................................................................................................... 13 3.2 无线协议结构 ................................................................................................................................... 17 3.2.1 控制面协议结构 ..................................................................................................................... 17 3.2.2 用户面协议结构 ..................................................................................................................... 18 3.3 S1 和 X2 接口 ................................................................................................................................... 18 3.3.1 S1 接口 .................................................................................................................................... 18 3.3.2 X2 接口 ................................................................................................................................... 23

第 4 章 物理层 .............................................................................................................................................. 27 4.1 帧结构 ................................................................................................................................................ 27 4.2 物理资源 ............................................................................................................................................ 27 4.3 物理信道 ............................................................................................................................................ 29 4.4 传输信道 ............................................................................................................................................ 31 4.5 传输信道与物理信道之间的映射 .................................................................................................... 32 4.6 物理信号 ............................................................................................................................................ 33 4.7 物理层模型 ........................................................................................................................................ 34 4.8 物理层过程 ........................................................................................................................................ 37 4.8.1 同步过程 .................................................................................................................................. 37 4.8.2 功率控制 .................................................................................................................................. 37 4.8.3 随机接入过程 .......................................................................................................................... 37 第 5 章 层 2 ................................................................................................................................................... 39 5.1 MAC 子层 .......................................................................................................................................... 40 5.1.1 MAC 功能 ................................................................................................................................ 40 5.1.2 逻辑信道 .................................................................................................................................. 41 5.1.3 逻辑信道与传输信道之间的映射 .......................................................................................... 42 5.2 RLC 子层 ........................................................................................................................................... 43 5.2.1 RLC 功能 ................................................................................................................................. 43 5.2.2 PDU 结构 ................................................................................................................................. 43 5.3 PDCP 子层 ......................................................................................................................................... 44 5.3.1 PDCP 功能 ............................................................................................................................... 44 5.3.2 PDU 结构 ................................................................................................................................. 45 第 6 章 RRC ................................................................................................................................................. 47 6.1 RRC 功能 ........................................................................................................................................... 47 6.2 RRC 状态 ........................................................................................................................................... 48 6.3 NAS 状态及其与 RRC 状态的关系 ................................................................................................. 49 6.4 RRC 过程 ........................................................................................................................................... 50 6.4.1 系统信息 .................................................................................................................................. 50 6.4.2 连接控制 .................................................................................................................................. 51 第 7 章 LTE 关键技术 ................................................................................................................................. 53

7.1 双工方式 ........................................................................................................................................... 53 7.2 多址方式 ........................................................................................................................................... 53 7.3 多天线技术 ....................................................................................................................................... 54 7.4 链路自适应 ....................................................................................................................................... 55 7.5 HARQ 和 ARQ ................................................................................................................................. 55 7.5.1 HARQ ...................................................................................................................................... 55 7.5.2 ARQ ......................................................................................................................................... 56 7.5.3 HARQ/ARQ 交互 ................................................................................................................... 57 第 8 章 缩略语 ............................................................................................................................................. 59 第 9 章 参考资料 ......................................................................................................................................... 61

第1章 概述
? 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

1.1 背景介绍
1.1.1 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

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图 1.1-1 无线通信技术发展和演进图

1.1.2 WCDMA、TD-SCDMA 与 CDMA2000 制式对比

表 1.1-1 3 种制式对比 制式 继承基础 同步方式 码片速率 系统带宽 核心网 语音编码方式 GSM 异步 3.84Mcps 5MHz GSM MAP AMR WDMA CDMA2000 窄带 CDMA 同步 1.2288Mcps 1.25MHz ANSI-41 QCELP,EVRC,VM R-WB TD-SCDMA GSM 同步 1.28Mcps 1.6MHz GSM MAP AMR

1.1.3 WCDMA 技术演进过程
WCDMA 的技术发展路标如下图所示:

2

第 1 章 概述

图 1.1-2 WCDMA 技术发展路标

1.1.4 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 OFDMA 技术标准阶段。 CDMA 技术标准阶段可平滑演进到 HSPA+ 。频谱效率接近 LTE。
长期演进版本(4G) 中期演进版本 近期演进版本 基本版本 3GPP (R4) 语音/数据 N频点 3GPP (R5/6/7) HSPA/HSPA+ MBMS/多载波 3GPP LTE OFDMA MIMO IMT-Adv

第一阶段 CDMA技术标准

第二阶段 OFDMA技术标准

第三阶段

图 1.1-3 TD-SCDMA 技术演进过程

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1.1.5 CDMA2000 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 1x 在 1.25MHz 频谱带宽内,单载扇提供 307.2K 高速分组数据速 率 ,1xEV-DO Rev.0 提供 2.4M 下行峰值速率,Rev.A 提供 3.1M 下行峰值速率。

D o 1 w 0 n 0 3 L M M i b 2 b n p p k s M s 1 b p M s b p s C C D D M A 2 0 C D M C D M A 2 0 01 0 1 xM Eb 1 1 1 x 0 E 1 0 0 A 2 0 0 0 C D M A 2 0 0 0
E l D i e D m p e i l v n o e a y l t i o i n p n g U i g

M 0 图 1.1-4 CDMA2000 技术演进过程 A 0

p l i

n g

1.2 LTE

V M 1 Vp 0 O b k 简介和标准进展 D x - s 0 n p b O E D e p 3GPP 于 2004 年 12 月开始 LTE 相关的标准工作,LTE 是关于 UTRANs和 UTRA V O 1 s 改进的项目。 R x e D R 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。 v O e . 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。 v R . B e v .
4

M b p s

n k

A

0

第 1 章 概述

图 1.2-1 3GPP 标准组织与制定阶段

第2章 LTE 主要指标和需求
? 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下图所示。

图 1.2-1 LTE 主要指标和需求概括

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2.1 频谱划分
E-UTRA 的频谱划分如下表。

表 2.1-1 E-UTRA frequency bands E-UTRA Operating Band Uplink (UL) operating band BS receive UE transmit FUL_low – FUL_high 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 … 17 ... 33 34 35 36 37 38 39 40 1900 MHz 2010 MHz 1850 MHz 1930 MHz 1910 MHz 2570 MHz 1880 MHz 2300 MHz – – – – – – – – 1920 MHz 2025 MHz 1910 MHz 1990 MHz 1930 MHz 2620 MHz 1920 MHz 2400 MHz 1900 MHz 2010 MHz 1850 MHz 1930 MHz 1910 MHz 2570 MHz 1880 MHz 2300 MHz – – – – – – – – 1920 MHz 2025 MHz 1910 MHz 1990 MHz 1930 MHz 2620 MHz 1920 MHz 2400 MHz TDD TDD TDD TDD TDD TDD TDD TDD 704 MHz – 716 MHz 734 MHz – 746 MHz FDD 1920 MHz 1850 MHz 1710 MHz 1710 MHz 824 MHz 830 MHz 2500 MHz 880 MHz 1749.9 MHz 1710 MHz 1427.9 MHz 698 MHz 777 MHz 788 MHz – – – – – – – – – – – – – – 1980 MHz 1910 MHz 1785 MHz 1755 MHz 849 MHz 840 MHz 2570 MHz 915 MHz 1784.9 MHz 1770 MHz 1452.9 MHz 716 MHz 787 MHz 798 MHz Downlink (DL) operating band BS transmit UE receive FDL_low – FDL_high 2110 MHz 1930 MHz 1805 MHz 2110 MHz 869 MHz 875 MHz 2620 MHz 925 MHz 1844.9 MHz 2110 MHz 1475.9 MHz 728 MHz 746 MHz 758 MHz – – – – – – – – – – – – – – 2170 MHz 1990 MHz 1880 MHz 2155 MHz 894MHz 885 MHz 2690 MHz 960 MHz 1879.9 MHz 2170 MHz 1500.9 MHz 746 MHz 756 MHz 768 MHz FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD Duplex Mode

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第 2 章 LTE 主要指标和需求

2.2 峰值数据速率
下行链路的瞬时峰值数据速率在 20MHz 下行链路频谱分配的条件下,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下,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。

2.3 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 CELL_DCH 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。

2.4 用户面延迟
用户面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。 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。

2.5 用户吞吐量
下行链路:

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在 5% CDF(累计分布函数)处的每 MHz 用户吞吐量应达到 R6 HSDPA 的 2~3 倍; 每 MHz 平均用户吞吐量应达到 R6 HSDPA 的 3~4 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 2~3 倍; 每 MHz 平均用户吞吐量应达到 R6 HSUPA 的 2~3 倍。 此时 R6 HSUPA 是 1 发 2 收,LTE 也是 1 发 2 收。

2.6 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 3~4 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(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。

2.7 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 15~120km/h 的移动用户提供高性能的服务,对 120~350km/h(甚至在某些频段 下,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。
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第 2 章 LTE 主要指标和需求

2.8 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 系统在不同覆盖范围内的性能要求如下: 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; 覆盖半径最大可达 100km。

2.9 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) 。

2.10 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-UTRAN 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 300ms。





对于非实时业务,E-UTRAN 和 UTRAN 之间的切换中断时间应低于 500ms。

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对 于 实 时 业 务 , E-UTRAN 和 GERAN 之 间 的 切 换 中 断 时 间 应 低 于 300ms。 对于非实时业务,E-UTRAN 和 GERAN 之间的切换中断时间应低于 500ms。





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。

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第3章 LTE 总体架构
? 知识点 ? ? ? 无线协议结构 S1 接口 X2 接口

3.1 系统结构
LTE 采用了与 2G、3G 均不同的空中接口技术、即基于 OFDM 技术的空中接口 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-UTRAN 不 再 包 含 RNC , 仅 包 含 节 点 eNB , 提 供 E-UTRA 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 统结构参见下图的 LTE E-UTRAN 系统结构图所示。

MME / S-GW

MME / S-GW

X2
eNB eNB

S1

eNB

图 3.1-1 E-UTRAN 结构

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X2

S1
S1
X2

S1
E-UTRAN

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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 接口相 连。S1 接口的用户面终止在服务网关 S-GW 上,S1 接口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 点的功能划分如下: 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 O&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。 MME 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。

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第 3 章 LTE 总体架构

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 切换到 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 E-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

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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


PDN 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 下行传输层包标记 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 Iu 和 Iub 以及 Iur 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 内为无线协议层。

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第 3 章 LTE 总体架构
eNB Inter Cell RRM RB Control Connection Mobility Cont. MME Radio Admission Control NAS Security eNB Measurement Configuration & Provision Dynamic Resource Allocation (Scheduler) RRC PDCP S-GW RLC MAC S1 PHY Packet Filtering internet E-UTRAN EPC Mobility Anchoring UE IP address allocation P-GW Idle State Mobility Handling EPS Bearer Control

图 3.1-2 E-UTRAN 和 EPC 的功能划分

3.2 无线协议结构
3.2.1 控制面协议结构
控制面协议结构如下图所示。

UE NAS RRC PDCP RLC MAC PHY

eNB

MME NAS RRC PDCP RLC MAC PHY

图 3.2-1 控制面协议栈

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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。

UE PDCP RLC MAC PHY

eNB PDCP RLC MAC PHY

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、ARQ 和 HARQ 功能。

3.3 S1 和 X2 接口
与 2G、3G 都不同,S1 和 X2 均是 LTE 新增的接口。

3.3.1 S1 接口
S1 接口定义为 E-UTRAN 和 EPC 之间的接口。S1 接口包括两部分:控制面 S1MME 接口和用户面 S1-U 接口。S1-MME 接口定义为 eNB 和 MME 之间的接 口;S1-U 定义为 eNB 和 S-GW 之间的接口。
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第 3 章 LTE 总体架构

下图为 S1-MME 和 S1-U 接口的协议栈结构。

S1-AP

SCTP IP Data link layer Physical layer

图 3.3-1 S1 接口控制面 (eNB-MME)

User plane PDUs

GTP-U UDP IP Data link layer Physical layer

图 3.3-2 S1 接口用户面((eNB - S-GW)

已经确定的 S1 接口支持功能包括有:


E-RAB 业务管理功能 建立,修改,释放



UE 在 ECM-CONNECTED 状态下的移动性功能

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LTE 系统内切换 与 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 RAN 信息管理功能



















已经确定的 S1 接口的信令过程有:


E-RAB 信令过程: E-RAB 建立过程 E-RAB 修改过程

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第 3 章 LTE 总体架构

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) 下行直传(下行 NAS 传输)





错误指示过程: eNB 发起的错误指示过程 MME 发起的错误指示过程



复位过程 eNB 发起的复位过程 MME 发起的复位过程



初始上下文建立过程 UE 上下文修改过程 S1 建立过程





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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







下图是一个 S1 接口信令过程示例:

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第 3 章 LTE 总体架构

UE
Paging

eNB
Paging

MME

Random Access Procedure
NAS: Service Request

S1-AP: INITIAL UE MESSAGE (FFS) + NAS: Service Request + eNB UE signalling connection ID

RRC: Radio Bearer Setup (NAS Message)

S1-AP: INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST + (NAS message) + MME UE signalling connection ID + Security Context + UE Capability Information (FFS) + Bearer Setup (Serving SAE-GW TEID, QoS profile) S1-AP: INITIAL CONTEXT SETUP COMPLETE + eNB UE signalling connection ID + Bearer Setup Confirm (eNB TEID)

RRC: Radio Bearer Setup Complete

图 3.3-3 初始上下文建立过程(蓝色部分) in Idle-to-Active procedure

S1 接口和 X2 接口类似的地方是:S1-U 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 之间的接口。X2 接口包含 X2-CP 和 X2-U 两部分,X2CP 是各个 eNB 之间的控制面接口,X2-U 是各个 eNB 之间的用户面接口。下图 为 X2-CP 和 X2-U 接口的协议栈结构。

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X2-AP

SCTP IP Data link layer Physical layer

图 3.3-4 X2 接口控制面

User plane PDUs

GTP-U UDP IP Data link layer Physical layer

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 上下文从源 eNB 到目标 eNB 的转移 源 eNB 和目标 eNB 之间的用户面通道控制
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第 3 章 LTE 总体架构

切换取消


上行负荷管理 通常的 X2 接口管理和错误处理功能: 错误指示



已经确定的 X2-CP 接口的信令过程包括有:


切换准备 切换取消 UE 上下文释放 错误指示 负载管理









小区间负载管理通过 X2 接口来实现。 LOAD INDICATOR 消息用做 eNB 间的负载状态通讯,如下图所示:

eNB [X2 AP] LOAD INDICATOR

eNB

图 3.3-6 X2 接口 LOAD INDICATOR 消息

第4章 物理层
4.1 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。



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 slot

#1 Sub-frame

#2

#18

#19

One radio frame = 10ms

图 4.1-1 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 帧可以用于上行传输。上下行传输在频域上进行分开。

4.2 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) 。 LTE 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。
27

LTE 基本原理与关键技术

下行和上行时隙的物理资源结构图分别如下面两个图所示。

One downlink slot Tslot

DL N symb OFDM symbols

DL RB k ? N RB N sc ? 1

Resource block DL RB resource N symb ? N sc elements

subcarrier s subcarrier s

DL RB N RB ? N sc

RB N sc

Resource element

(k , l )

k ?0

l?0

l?

DL N symb

?1

图 4.2-1 下行时隙的物理资源结构图

28

第 4 章 物理层
One uplink slot Tslot

UL N symb SC-FDMA symbols

UL RB k ? N RB N sc ? 1

Resource block UL RB resource N symb ? N sc elements

subcarrier s subcarrier s

UL RB N RB ? N sc

RB N sc

Resource element

(k , l )

k ?0

l?0

l?

UL N symb

?1

图 4.2-2 上行时隙的物理资源结构图

4.3 物理信道
下行物理信道有: 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; 40ms 定时通过盲检测得到,即没有明确的信令指示 40ms 的定时;



LTE 基本原理与关键技术



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、以及与 DL-SCH 相关的 HARQ 信息通知 给 UE;

2.




3.




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。 物理多播信道 PMCH 承载 MCH 信息。

4.


5.


6.


上行物理信道有: 1.


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。 物理上行共享信道 PUSCH 承载 UL-SCH 信息。 物理随机接入信道 PRACH
30





2.


3.

第 4 章 物理层



承载随机接入前导。

4.4 传输信道
下行传输信道类型有: 1.


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) ; 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;



2.














3.






4.




LTE 基本原理与关键技术



支持半静态资源分配。

上行传输信道类型有: 1.


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、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。



2.




4.5 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下面两个图所示。

BCH

MCH

PCH

DL-SCH

Downlink Transport channels

PBCH

PMCH

PDSCH

PDCCH

Downlink Physical channels

图 4.5-1 下行传输信道与物理信道的映射关系图

32

第 4 章 物理层
UL-SCH RACH

Uplink Transport channels

PUSCH

PRACH

PUCCH

Uplink Physical channels

图 4.5-2 上行传输信道与物理信道的映射关系图

4.6 物理信号
物理信号对应物理层若干 RE,但是不承载任何来自高层的信息。 下行物理信号包括有参考信号(Reference signal)和同步信号(Synchronization signal) 。 1. 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 UE 特定(UE-specific)的参考信号 同步信号 同步信号包括下面 2 种:





2.



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。

LTE 基本原理与关键技术

上行物理信号包括有参考信号(Reference signal) 。 3. 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。

4.7 物理层模型
下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。

Node B
Channel-state information, etc.
N Transport blocks (dynamic size S1..., SN)
ACK/NACK ACK/NACK HARQ info

UE

Error indications

HARQ

HARQ info

HARQ

CRC CRC
Coding + RM Coding + RM

Redundancy for error detection

CRC CRC
Coding + RM Decoding + RM

MAC scheduler

Redundancy version

Redundancy for data detection

Interleaving
Modulation scheme Resource/power assignment Antenna mapping

Interl.

Deinterleaving
QPSK, 16QAM, 64QAM

Interl.

Data modulation

Data modulation

Data modulation

Data demodulation RB mapping

RB mapping Resource mapping
Multi-antenna processing

Resource demapping

Antenna mapping

Antenna demapping

图 4.7-1 DL-SCH 物理层模型

34

第 4 章 物理层

Node B
Single Transport blocks (fixed size S)

UE

Error indication

CRC
Coding + RM

CRC
Decoding + RM

Interleaving

Deinterleaving

Data modulation

QPSK only

Data demodulation

Resource mapping

Resource demapping

Antenna mapping

Antenna demapping

图 4.7-2 BCH 物理层模型

Node B
Single Transport blocks (dynamic size S)

UE

Error indication

CRC
Coding + RM

CRC
Decoding + RM

MAC scheduler

Interleaving
Modulation scheme Resource/power assignment Antenna mapping

Deinterleaving

Data modulation

Data demodulation

Resource mapping

Resource demapping

Antenna mapping

Antenna demapping

图 4.7-3 PCH 物理层模型

LTE 基本原理与关键技术

Node B
N Transport blocks (dynamic size S1..., SN)

UE

Error indications

CRC CRC
Coding + RM Coding + RM

CRC CRC
Coding + RM Decoding + RM

MAC scheduler

Interleaving
Modulation scheme Resource/power assignment Antenna mapping

Interl.

Deinterleaving

Interl.

Data modulation

Data modulation

Data modulation

Data demodulation RB mapping

RB mapping Resource mapping

Resource demapping

Antenna mapping
Semi-static configuration

Antenna demapping

图 4.7-4 MCH 物理层模型

Node BError
Channel -state information, etc. indications
ACK/NACK

UE

HARQ

HARQ info ACK/NACK

HARQ

CRC CRC MAC scheduler
Coding + RM Decoding + RM

CRC CRC
Coding + RM Coding + RM

Uplink transmission contr

Interl. Deinterleaving
Modulation scheme Resource assignment Antenna mapping

Interl. Interleaving
Data modulation Data modulation
RB mapping Resource mapping
Modulation scheme Resource/power assignment

Data demodulation RB mapping

Data modulation

Resource demapping

Antenna demapping

图 4.7-5 UL-SCH 物理层模型 36

第 4 章 物理层

4.8 物理层过程
4.8.1 同步过程


小区搜索 UE 通过小区搜索过程来获得与一个小区的时间和频率同步,并检测出该 小区的小区 ID。E-UTRA 小区搜索基于主同步信号、辅同步信号、以及 下行参考信号完成。



定时同步 定 时 同 步 ( Timing synchronisation ) 包 括 无 线 链 路 监 测 ( Radio link monitoring ) 小 区 间 同 步 ( Inter-cell synchronisation ) 发 射 定 时 调 整 、 、 (Transmission timing adjustment)等。

4.8.2 功率控制
下行功率控制决定每个资源粒子的能量(EPRE:energy per resource element) 。 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。



下行功率分配(Downlink power allocation) eNB 决定每个资源粒子的下行发射能量。

4.8.3 随机接入过程
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:


随机接入信道参数(PRACH 配置,频率位置和前导格式) ;

LTE 基本原理与关键技术


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: 1. 2. 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_POWER) ,对应的随机接入无线网 络临时标识(RA-RNTI) ,以及 PRACH 资源。 3. 确 定 前 导 发 射 功 率 : PPRACH = min{Pmax,

PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER + PL},其中 Pmax 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。 4. 5. 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 PPRACH 进行一次前导传输。 6. 在高层控制的随机接入响应窗中检测与 RA-RNTI 关联的 PDCCH。如果 检测到,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。

38

第5章 层 2
层 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。

Radio Bearers ROHC PDCP Security Security Security Security ROHC ROHC ROHC

RLC

Segm. ARQ etc

...

Segm. ARQ etc Logical Channels

Segm. ARQ etc

...

Segm. ARQ etc

CCCH BCCH

PCCH

Scheduling / Priority Handling

MAC

Multiplexing UE1

Multiplexing UEn

HARQ Transport Channels

HARQ

图 4.8-1 层 2 下行结构图

39

LTE 基本原理与关键技术

Radio Bearers ROHC PDCP Security Security ROHC

RLC

Segm. ARQ etc

...

Segm. ARQ etc

CCCH Logical Channels

Scheduling / Priority Handling

MAC

Multiplexing

HARQ Transport Channels

图 4.8-2 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 子层提供逻辑信道(无线承载)到传输信道(传输块)的复用与映射。 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。

5.1 MAC 子层
5.1.1 MAC 功能
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; MAC 业务数据单元(SDU)的复用/解复用; 调度信息上报;
40





第5章 层2


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; 填充。









5.1.2 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) 下行信道,广播系统控制信息



寻呼控制信道(Paging Control Channel,PCCH) 下行信道,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) 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) 点到多点的下行信道,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。

LTE 基本原理与关键技术



专用控制信道(Dedicated Control Channel,DCCH) 点到点的双向信道,在 UE 和网络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。

5.1.3 逻辑信道与传输信道之间的映射
下行和上行传输信道与物理信道之间的映射关系分别如下面两个图所示。

PCCH

BCCH

CCCH

DCCH

DTCH

MCCH

MTCH

Downlink Logical channels

PCH

BCH

DL-SCH

MCH

Downlink Transport channels

图 5.1-1 下行逻辑信道与传输信道映射关系图

42

第5章 层2

CCCH

DCCH

DTCH

Uplink Logical channels

RACH

UL-SCH

Uplink Transport channels

图 5.1-2 上行逻辑信道与传输信道映射关系图

5.2 RLC 子层
5.2.1 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) ; RLC 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) ; 重复检测(仅对 UM 和 AM 模式有效) ; 协议错误检测及恢复; RLC SDU 的丢弃(仅对 UM 和 AM 模式有效) ; RLC 重建。

















5.2.2 PDU 结构
RLC PDU 结构如下图所示:

LTE 基本原理与关键技术



RLC 头携带的 PDU 序列号与 SDU 序列号(即 PDCP 序列号)独立; 图中红色的虚线表示分段的位置;



RLC SDU ...

n

n+1

n+2

n+3 ...

RLC header

RLC header

RLC PDU

图 5.2-1 RLC PDU 结构

5.3 PDCP 子层
5.3.1 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; RLC AM 模式下,PDCP 重建过程中对上层 PDU 的顺序传送; RLC AM 模式下,PDCP 重建过程中对下层 SDU 的重复检测; 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;
44

















第5章 层2



控制面数据传输。

5.3.2 PDU 结构
下图是 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。



PDCP header

PDCP SDU PDCP PDU

图 5.3-1 PDCP PDU 结构

第6章 RRC
6.1 RRC 功能
RRC 的主要功能包括有: 1. 2. 3. 4.


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(SRB) : 低优先级和高优先级的 SRB。



5. 6. 7.


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。 MBMS 业务通知; 为 MBMS 业务建立、配置、保持和释放 RB;







8. 9.

47

LTE 基本原理与关键技术

10. QoS 管理功能; 11. UE 测量上报及上报控制;

12. NAS 直传消息传输。

6.2 RRC 状态
RRC 的状态分为 RRC_IDLE 和 RRC_CONNECTED 两种: 1.


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(TA)范围内唯一的标识; eNB 中没有存储 RRC 上下文。 连接状态(RRC_CONNECTED) : 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; 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:
48













2.














第 6 章 RRC

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 eNB 控制。

6.3 NAS 状态及其与 RRC 状态的关系
NAS 状态模型可以用 EPS 移动性管理(EMM)状态和 EPS 连接管理(ECM) 状态两维状态模型来描述: 1.


EMM 状态: EMM-DEREGISTERED 状态; EMM-REGISTERED 状态。 ECM 状态: ECM-IDLE 状态; ECM-CONNECTED 状态。



2.




注意 EMM 状态和 ECM 状态是相互独立的。 NAS 状态与 RRC 状态之间的关系如下所示: 1.


EMM-DEREGISTERED 状态 + ECM-IDLE 状态 ? RRC_IDLE 状态: 移动性特征包括有:PLMN 选择; UE 位置:不被网络所知。 EMM-REGISTERED 状态 + ECM-IDLE 状态 ? RRC_IDLE 状态: 移动性特征包括有:小区选择;



2.


LTE 基本原理与关键技术



UE 位置: 在跟踪区级别被网络所知。 EMM-REGISTERED 状态 + ECM-CONNECTED 状态 + 无线承载已建立 ? RRC_CONNECTED 状态:

3.



移动性特征包括有:切换; UE 位置:在小区级别被网络所知。



6.4 RRC 过程
RRC 过程主要包括:系统信息(System Information) 、连接控制(Connection Control) 、移动性过程、测量、信息直传等。

6.4.1 系统信息
系统信息分为主信息块(MIB:MasterInformationBlock)和一系列系统信息块 (SIB:SystemInformationBlock) :


主信息块(MasterInformationBlock) :定义小区最重要的物理层信息,用 于接收进一步的系统信息;



系统信息块类型 1(SystemInformationBlockType1) :包含评估 UE 是否允 许被接入一个小区的相关信息,以及对其它系统信息块的调度进行定 义;



系统信息块类型 2(SystemInformationBlockType2) :包含公共和共享信道 信息;



系统信息块类型 3(SystemInformationBlockType3) :包含小区重选信息, 主要与服务小区相关;



系统信息块类型 4(SystemInformationBlockType4) :包含小区重选相关的 服务频点和同频邻小区信息;



系统信息块类型 5(SystemInformationBlockType5) :包含小区重选相关的 其它 E-UTRA 频点和异频邻小区信息;
50

第 6 章 RRC



系统信息块类型 6(SystemInformationBlockType6) :包含小区重选相关的 UTRA 频点和 UTRA 邻小区信息; 系统信息块类型 7(SystemInformationBlockType7) :包含小区重选相关的 GERAN 频点信息;





系统信息块类型 8(SystemInformationBlockType8) :包含小区重选相关的 CDMA2000 频点和 CDMA2000 邻小区信息;



系统信息块类型 9(SystemInformationBlockType9) :包含家庭基站标识 (HNBID:home eNB identifier) ;



系统信息块类型 10(SystemInformationBlockType10) :包含 ETWS 主通知 (ETWS primary notification) ;



系统信息块类型 11(SystemInformationBlockType11) :包含 ETWS 辅通知 (ETWS secondary notification) ;



MIB(主信息块)映射到 BCCH 和 BCH 上,其它 SI(系统信息)消息映 射 到 BCCH 和 DL-SCH 上 、 此 时 通 过 SI-RNTI ( System Information RNTI ) 进 行 标 识 。 MIB 使 用 固 定 的 调 度 周 期 40ms , SystemInformationBlockType1 使用固定的调度周期 80ms,其它 SI 消息调 度周期不固定、由 SystemInformationBlockType1 指示。

6.4.2 连接控制
RRC 连接控制包括有:


寻呼(Paging) RRC 连接建立(RRC connection establishment) 初始安全激活(Initial security activation) RRC 连接重配置(RRC connection reconfiguration) 计数器检查(Counter check) RRC 连接重建立(RRC connection re-establishment)











LTE 基本原理与关键技术



RRC 连接释放(RRC connection release) 无线资源配置(Radio resource configuration) 信令无线承载增加/修改(SRB addition/ modification) 数据无线承载释放(DRB release) 数据无线承载增加/修改(DRB addition/ modification) MAC 重配置(MAC main reconfiguration) 半持续调度重配置(Semi-persistent scheduling reconfiguration) 物理信道重配置(Physical channel reconfiguration)





无线链路失败相关的操作(Radio link failure related actions)

52

第7章 LTE 关键技术
7.1 双工方式
LTE 支持 FDD、TDD 两种双工方式。同时 LTE 还考虑支持半双工 FDD 这种特 殊的双工方式。

7.2 多址方式
LTE 采 用 OFDMA ( 正 交 频 分 多 址 : Orthogonal Frequency Division Multiple Access)作为下行多址方式。

频域 信道编码/ 交织/加扰 QAM调制 (QPSK/16QAM/64QAM) 串->并

. . .

子载 波映 射

. . . . . .

时域 IFFT 加CP

OFDM调制

图 7.2-1 LTE 下行多址方式

LTE 采 用 DFT-S-OFDM ( 离 散 傅 立 叶 变 换 扩 展 OFDM : Discrete Fourier Transform Spread OFDM) 、或者称为 SC-FDMA(单载波 FDMA:Single Carrier FDMA)作为上行多址方式。

53

LTE 基本原理与关键技术

时域 信道编码/ 交织/加扰 QAM调制 (QPSK/16QAM/64QAM) DFT

频域

. . .

子载 波映 射

. . . . . .

IFFT

加CP

时域

DFT-SOFDM调制

图 7.2-2 LTE 上行多址方式

7.3 多天线技术
下行链路多天线传输: 多天线传输支持 2 根或 4 根天线。码字最大数目是 2,与天线数目没有必然关 系,但是码字和层之间有着固定的映射关系。码字(code word) 、层(layer)和 天线口(antenna port)的大致关系可见下面物理信道处理图:

code words

layers

antenna ports

Scrambling

Modulation mapper Layer mapper Precoding

Resource element mapper

OFDM signal generation

Scrambling

Modulation mapper

Resource element mapper

OFDM signal generation

图 7.3-1 物理信道处理

多 天 线 技 术 包 括 空 分 复 用 ( SDM : Spatial division multiplexing ) 发 射 分 集 、 (Transmit diversity)等技术。SDM 支持 SU-MIMO 和 MU-MIMO。当一个 MIMO 信道都分配给一个 UE 时,称之为 SU-MIMO(单用户 MIMO) ;当 MIMO 数据流空分复用给不同的 UE 时,称之为 MU-MIMO(多用户 MIMO) 。 上行链路多天线传输:

54

第 7 章 LTE 关键技术

上行链路一般采用单发双收的 1*2 天线配置,但是也可以支持 MU-MIMO,亦 即每个 UE 使用一根天线发射、但是多个 UE 组合起来使用相同的时频资源以实 现 MU-MIMO。 另外 FDD 还可以支持闭环类型的自适应天线选择性发射分集(该功能属于 UE 可选功能) 。

7.4 链路自适应
下行链路自适应: 主要指自适应调制编码(AMC:adaptive modulation and coding) ,通过各种不同 的调制方式(QPSK、16QAM 和 64QAM)和不同的信道编码率来实现。

上行链路自适应: 包括有三种链路自适应方法:1. 自适应发射带宽;2. 发射功率控制;3. 自适应 调制和信道编码率。

7.5 HARQ 和 ARQ
E-UTRAN 支持 HARQ(混合自动重传:Hybrid Automatic Repeat reQuest)和 ARQ(自动重传:Automatic Repeat reQuest)功能。

7.5.1 HARQ
HARQ 功能由 MAC 子层完成,具有如下特性:


采用 N 进程停等(N-process Stop-And-Wait)方式; HARQ 对传输块进行传输和重传;



在下行链路:


异步自适应 HARQ;

LTE 基本原理与关键技术



下行传输(或重传)对应的上行 ACK/NACK 通过 PUCCH 或 PUSCH 发 送; PDCCH 指示 HARQ 进程数目以及是初传还是重传; 重传总通过 PDCCH 调度;





在上行链路:


同步 HARQ; 针对每个 UE(而不是每个无线承载)配置重传最大次数; 上行传输(或重传)对应的下行 ACK/NACK 通过 PHICH 发送; 上行链路的 HARQ 遵循以下原则: 当 UE 正确收到发给自己的 PDCCH 时,无论 HARQ 反馈的内容是什么 (ACK 或 NACK) ,UE 只按 PDCCH 的命令去做,即执行传输或重传 (即自适应重传)操作; 当 UE 没有检测到发给自己的 PDCCH 时,由 HARQ 反馈来指示 UE 如何 执行重传操作: NACK:UE 将执行非自适应的重传操作; ACK:UE 不执行任何上行传输(或重传)操作,并将数据保留在 HARQ 缓存中。









测量间隙(Measurement gap)相对 HARQ 重传具有更高的优先级:当 HARQ 重传与测量间隙冲突时,则停止 HARQ 重传。

7.5.2 ARQ
ARQ 功能由 RLC 子层完成,具有如下特性: 1. ARQ 重传 RLC PDU 或 RLC PDU 分段;

56

第 7 章 LTE 关键技术



ARQ 重传基于 RLC 状态报告触发,也可以基于 HARQ/ARQ 的交互情况 来触发。 RLC 根据需要轮询 RLC 状态报告; 状态报告可由上层触发。

2. 3.

7.5.3 HARQ/ARQ 交互
如果 HARQ 发送端检测到一个传输块(TB)失败传输次数达到了最大重传限 制,相关的 ARQ 实体将收到通知并可能启动重传或重分段操作。

第8章 缩略语
缩略词 3GPP BPSK CAPEX DFT DRX E-MBMS eNB E3G EPC E-UTRA HCR HeNB IASA IFFT LCR LDPC LTE MIMO MME OFDM OPEX PAPR QAM QoS QPSK RRC SAE SC-FDMA SDM S-GW TTI 中文名称 第 3 代合作伙伴计划 双相移键控 资本性支出,运营商投资 离散傅立叶变换 非连续接收 演进型 MBMS 演进型 Node B 演进型 3G 演进型分组核心网 演进型 UTRA 高码片速率 家庭 eNB 跨接入系统锚点 逆快速傅立叶变换 低码片速率 低密度奇偶校验 长期演进 多输入多输出 移动性管理实体 正交频分多址 运营性支出 峰均功率比 正交调幅 服务质量 正交转换相移键控 无线资源控制 系统构架演进 单载频-频分多址接入 空分复用 服务网关 传输时间间隔 英文名称 3rd Generation Partnership Project Binary Phase Shift Keying Capital Expenditure Discrete Fourier Transform Discontinuous Reception Evolved Multimedia Broadcast and Multicast Service Evolution Node B evolved 3G Evolved Packet Core Evolved Universal Terrestrial Radio Access High Chip Rate Home eNB Inter Access System Anchor Inverse Discrete Fourier transform Low Chip Rate low-density parity-check Long Term Evolution Multiple Input Multiple Output Mobile Management Entity Orthogonal Frequency Division Multiplex Operating Expenditure Peak to Average Power Ratio QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION Quality of Service QUADRATURE PHASE SHIFT KEYING Radio Resource Control System Architecture Evolution Single Carrier – Frequency Division Multiple Access Spatial Division Multiple Serving Gateway Transmission Time Interval

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第9章 参考资料
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 名称 25.912 Feasibility study for evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) and Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) 25.913 Requirements for Evolved UTRA (E-UTRA) and Evolved UTRAN (E-UTRAN) 36.300 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN),Overall description 25.814 Physical layer aspects for evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) 36.211 Physical Channels and Modulation 36.212 Multiplexing and channel coding 36.213 Physical layer procedures 36.214 Physical layer – Measurements 36.302 Services provided by the physical layer 36.331 Radio Resource Control (RRC) 36.104 Base Station (BS) radio transmission and reception 36.321 Medium Access Control (MAC) protocol specification 23.401 General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access 23.203 Policy and charging control architecture

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