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LTE理论
1.LTE(LongTermEvolution,3GPP组织推行)下行链路的峰值传输数据速率达到100Mb/s,峰值频谱效率5bit/Hz(带宽20MHz);上行链路达到50Mb/s,峰值频谱效率2.5bit/Hz(带宽20MHz)。
2.LTE的频谱效率达到3GPPR6版本的2~4倍。
3.LTE采用扁平化结构(3层,EPC、eNodeB与UE,取消RNC或BSC),减小传输时延。
用户面延迟小于5ms,控制面延迟小于100ms。
4.控制面:
从空闲(驻留)态跃迁到激活态时延小于100ms(不包括寻呼时间);休眠—激活时延小于50ms。
5.支持灵活的系统带宽配置,支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz带宽,支持成对和非成对频谱;
6.全IP网络架构。
取消CS(电路)域,CS域业务在PS(分组)域实现,如VOIP;
7.系统不仅能为低速移动终端提供最优服务,并且也应支持高速移动终端,能为速度>350km/h的用户提供100kbps的接入服务;
8.控制面处理能力:
单小区5M带宽内不少于200用户
9.业务面、控制面分离
10.频段
频段号
上行频段
下行频段
双工方式
频段带宽(MHz)
1
1920-1980 MHz
2110-2170 MHz
FDD
60
2
1850-1910 MHz
1930-1990 MHz
FDD
60
3
1710-1785 MHz
1805-1880 MHz
FDD
75
4
1710-1755 MHz
2110-2155 MHz
FDD
45
5
824-849 MHz
869-894 MHz
FDD
25
6
830-840 MHz
875-885 MHz
FDD
10
7
2500-2570 MHz
2620-2690 MHz
FDD
70
8
880-915 MHz
892.5-960 MHz
FDD
35
9
1749.9-1784.9 MHz
1844.9-1879.9 MHz
FDD
35
10
1710-1770 MHz
2110-2170 MHz
FDD
60
11
1427.9-1447.9 MHz
1475.9-1495.9 MHz
FDD
20
12
698-716 MHz
728-746 MHz
FDD
18
13
777-787 MHz
746-756 MHz
FDD
10
14
788-798 MHz
758-768 MHz
FDD
10
17
704-716 MHz
734-746 MHz
FDD
12
18
815-830 MHz
860-875 MHz
FDD
15
19
830-845 MHz
875-890 MHz
FDD
15
20
832-862 MHz
791-821 MHz
FDD
30
21
1447.9-1462.9 MHz
1495.9-1510.9 MHz
FDD
15
(无22、23)24
1626.5-1660.5 MHz
1525-1559 MHz
FDD
34
频段号
频段
双工方式
频段带宽(MHz)
33
1900-1920 MHz
TDD
20
34
2010-2025 MHz
TDD
15
35
1850-1910 MHz
TDD
60
36
1930-1990 MHz
TDD
60
37
1910-1930 MHz
TDD
20
38
2570-2620 MHz
TDD
50
39
1880-1920 MHz
TDD
40
40
2300-2400 MHz
TDD
100
41
2496-2690 MHz
TDD
194
42
3400-3600 MHz
TDD
200
43
3600-3800 MHz
TDD
200
11.系统结构
12.名词含义
vE-UTRAN:
LTE接入网=UE+eNB
vEPC:
EvolvedPacketCore4G核心网,3GPP的演进分组核心网,由MME+SGW+PGW组成
vEPS:
EvolvedPacketSystem,3GPP的演进分组系统,由E-UTRAN+EPC组成
vSAE:
系统架构演进项目
13.eNB功能
E-UTRAN提供空中接口功能、以及小区间的RRM功能、RB控制、连接的移动性控制、无线资源的调度、对eNB的测量配置、对空口接入的接纳控制等。
●无线资源管理—无线承载控制、无线许可控制,上行和下行资源动态分配/调度
●头压缩及用户面加密
●UE附着时的MME选择
●根据用户QoS签约信息,进行上行和下行的承载级别的速率调整,对承载级别的准入控制。
●IP头压缩和用户数据流加密;用户面数据向S-GW的路由;寻呼消息和广播信息的调度和发送;移动性测量和测量报告的配置
14.MME功能
控制面功能实体,负责移动性管理和安全性管理
●分发寻呼信息给eNB;
●安全控制;
●SAE承载控制;
●非接入层(NSA)信令的加密及完整性保护
●移动性管理:
附着/去附着、跟踪区更新、切换和寻呼
●接入控制:
MME通过鉴权功能实现网络和用户之间的相互鉴权和密钥协商,确保用户请求的业务在当前网络可用。
●会话管理:
对建立会话所必须的承载的管理,默认承载和专用承载。
●网元选择:
PGW和SGW的选择。
●信息存储:
MME要保存用户的状态,MM上下文和EPS承载上下文信息。
包括,用户标识、跟踪区信息、鉴权信息、安全算法、网元地址、QOS参数。
15.S-GW功能
SGW位于用户面,负责用户面数据路由处理。
对每个接入LTE的UE,一次只能有一个SGW为之服务,功能有:
●终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包;
●支持由于UE移动性产生的用户面切换
●会话管理:
SGW能对承载进行建立、修改和释放,能存储EPS承载上下文
●路由选择和数据转发:
●eNodeB间切换时,SGW做为本地锚定点在路径转发后,像源eNodeB发送结束标记,从新排序功能。
●QoS控制:
支持EPS主要承载的主要QoS参数.
16.PGW功能
位于用户面,负责UE接入PDN的网关,是面向PDN终结与SGi接口网关,功能有:
●IP地址分配:
用户UE的IP地址是由PGW来分配的,静态和动态。
●会话管理:
支持EPS承载管理功能,建立、修改、释放,能根据APN进行域名解析并寻址到外网。
●PCRF选择
●路由选择数据转发
●QoS控制
●计费
●策略和计费执行
17.HSS功能
HSS是存储用户签约信息数据库,与2G/3G中的HLR类似功能有:
●用户标识、编号和路由信息
●用户安全信息,用于鉴权和授权的网络接入控制信息
●用户位置信息
●HSS用于鉴权、完整性保护和加密的用户安全信息
●HSS负责与不同域和子系统的呼叫控制和会话挂你蓝实体进行联系。
18.PCRF
策略和计费规则功能实体,功能有:
●策略控制决策。
●对用户请求的业务授权、策略分配。
●基于流计费控制功能
●反馈网络堵塞的情况
●获取计费系统信息,反馈话费使用情况等。
19.主要接口及采用的协议
⏹S1-MME(S1-C)
eNB和MME之间的接口,S1-AP/SCTP/IP
⏹S1-U
eNB和S-GW之间的接口,GTPv1-U.
⏹S5
ServingGW和PDN-GW之间的接口,两网元属于同一PLMN,GTPv2-C.
⏹S6a
MME和HSS之间的接口,基于Diameter/SCTP/IP
⏹Gx
PCRF和P-GW(PCEF)之间的接口,Diameter/SCTP,TCP/IP
⏹S8
S-GW(漫游地)和P-GW(归属地)之间的接口,类似于Gp接口.
⏹S10
MME间接口,GTPv2-C
⏹S11
MME和S-GW之间的接口,GTPv2-C
20.S1接口
S1接口分为用户面和控制面,控制面协议为S1-MME,用户面协议为S1-U
v一个eNodeB可以连接多个MME和SGW;
vS1用户面S1-U协议栈为GTP-U/UDP/IP,主要传输eNodeB和SGW之间的用户数据;
vS1控制面S1-MME协议栈为S1-AP/SCTP/IP支持eNodeB和MME之间一系列的信令功能;
vS1-AP信令过程有CLASS1和CLASS2俩类
CLASS1:
有应答,成功或失败的应答
CLASS2:
无应答
21.X2接口
X2用户面接口:
vX2-U接口用于在eNodeB之间传输用户数据,这个接口只在UE从一个eNodeB移动到另一个eNodeB时使用,实现数据转发,X2-U用户面使用GTP-U协议。
X2控制面接口:
vX2-C接口支持eNodeB之间信令,与用户移动有关,目的是在eNodeB建传递用户上下文信息。
vX2-C接口支持负载指示,向相邻的eNodeB发送负载状态指示信令,支持负载平衡管理或是最优切换门限和切换判决。
22.接口与协议
LTE核心网接口协议根据功能不同,分为控制面和用户面。
(1)控制面协议
控制面协议实现E-UTRAN和EPC之间的信令传输,包括RRC(RadioResourceControl,无线资源控制)信令、S1-AP信令以及NAS(NonAccessStratum,非接入层)信令。
●NAS是完全独立于接入技术的功能和过程,是UE和MME之间的所有信令交互,包括EMM(EPS移动性管理)消息和ECM(EPS会话管理)消息。
这些过程对于无线接入是透明的,仅仅是UE与EPC核心网之间的交互过程。
NAS协议支持移动性管理功能和用户承载激活、修改和删除。
NAS也负责NAS信令的加密和完整性保护。
●RRC信令和S1AP信令作为NAS信令的底层承载。
RRC支撑所有UE和eNodeB之间的信令过程,包括移动过程和终端连接管理。
当S1AP支持NAS信令传输过程时,UE和MME之间的信令传输对于eNodeB来说是完全透明的。
●S6a是HSS与MME之间的接口,此接口也是信令接口,主要实现用户鉴权、位置更新、签约信息管理等功能。
●S1AP:
●Diameter:
(2)用户面协议
用户面协议展示了UE与外部应用服务器之间通过LTE/EPC网络进行应用层数据交互的整个过程。
用户面协议最左端是UE,最右端的是应用服务器,EPS的用户面处理节点包括eNodeB、SGW及PGW.
用户面GTP-U采用GTPV1协议。
●APPI(应用层)数据不仅包括用户语音和网页浏览的数据,还包括应用层相关的SIP和RTCP协议。
●应用层数据通过IP层进行路由,在到达目的地之前通过核心网中的网关(SGW和PGW)路由。
●GTP(GPRS隧道协议),GTP隧道对于终端和服务器是完全透明,仅仅更新EPC和E-UTRAN节点间的中间路由信息。
23.无线空中接口(Uu空口)
无线空中接口(Uu空口)主要指UE和E-UTRAN间的接口,协议栈分为层1、层2和层3三层结构,同时独立承载用户面数据和控制面数据:
层1:
主要指物理层(PHY),采用多址技术,通过信道编码和基本物理层过程,完成传输信道和物理信道之间的映射,向空口接收和发送无线数据;如HARQ、传输信道不物理信道之间的速率匹配及映射、功率加权、调制解调、时间及频率同步、MIMO天线处理、传输分集、波束赋形、射频处理;
层2:
包括MAC(媒体接入控制)、RLC(无线链路控制)和PDCP(分组数据汇聚协议)等子层;
PDCP:
头压缩/解压缩、加密/解密、完整性保护(对控制面)
RLC:
分段/级联
MAC:
复用/解复用;调度
层3:
在控制面协议栈结构中包含RRC(无线资源控制)和NAS子层。
24.信道类别
逻辑信道:
MAC与RLC之间,传输什么内容,控制信息和业务信息
传输信道:
物理层和MAC层之间,如何传输,共享、专用,调制、编码、交织等
物理信道:
物理层的(PHY),传输载体,时间、子载波、天线口等
25.LTE帧结构-----FDD
LTE有两种双工方式(帧结构分为type1、type2),即FDD、TDD两种。
●一个无线帧长度为10ms,每个无线帧分为10个子帧(1个子帧为1ms)
●每个子帧包含两个时隙,每时隙长0.5ms
●Ts=1/(15000*2048)是基本时间单元
●任何一个子帧即可以作为上行,也可以作为下行
26.LTE帧结构-----TDD
●一个无线帧长度为10ms,每个无线帧分为两个半帧(5ms)
●每个半帧包含四个普通子帧和一个特殊子帧
●一个普通子帧为1ms,并分为两个时隙(一个slot0.5ms)
●特殊子帧(1号和6号)包括3个特殊时隙:
下行导频DwPTS,保护间隔GP和上行导频UpPTS,总长度为1ms
●支持5ms和10ms上下行切换点
●子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送
27.特殊子帧
TD-LTE的特殊子帧可以有多种配置,用以改变DwPTS,GP和UpPTS的长度。
但无论如何改变,DwPTS+GP+UpPTS永远等于1ms.
特殊子帧配置
NormalCP(普通循环前缀)
DwPTS
GP
UpPTS
0
3
10
1
1
9
4
1
2
10
3
1
3
11
2
1
4
12
1
1
5
3
9
2
6
9
3
2
7
10
2
2
8
11
1
2
•TD-LTE的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制约关系,可以相对独立的进行配置
•目前厂家支持10:
2:
2(以提高下行吞吐量为目的)和3:
9:
2(以避免远距离同频干扰或某些TD-S配置引起的干扰为目的)
28.DwPTS
DwPTS最多12个symbol,最少3个symbol,可用于传送下行数据和信令。
•主同步信号PSS在DwPTS上进行传输
•DwPTS上最多能传两个PDCCHOFDM符号(正常时隙能传最多3个)
只要DwPTS的符号数大于等于9,就能传输数据。
29.UpPTS
UpPTS上不发任何控制信令或数据,UpPTS长度为2个或1个symbol,2个符号时用于短RACH或SoundingRS,1个符号时只用于sounding
30.GP
a)保证距离天线远近不同的UE的上行信号在eNB的天线空口对齐
b)提供上下行转化时间(eNB的上行到下行的转换实际也有一个很小转换时间Tud,小于20us)
c)GP大小决定了支持小区半径的大小,LTETDD最大可以支持100km
d)避免相邻基站间上下行干扰
31.上下行配比方式
“D”代表此子帧用于下行传输,“U”代表此子帧用于上行传输,“S”是由DwPTS、GP和UpPTS组成的特殊子帧。
32.带宽计算
占用带宽=子载波宽度x每RB的子载波数目xRB数目
子载波宽度=15KHz,每RB的子载波数目=12
33.OFDM
正交频分复用OFDM是一种频分复用的多载波传输方式,只是复用的各路信号(各路载波)是正交的。
OFDM技术利用了相互正交的子载波,从而子载波的频谱是重叠的,而传统的FDM多载波调制系统中子载波间需要保护间隔,从而OFDM技术大大的提高了频谱利用率。
优点:
●OFDM技术可用有效的抑制无线多径信道的频率选择性衰落。
●OFDM系统可以最大限度的利用频谱资源。
●OFDM系统可以通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。
●有效地减少由于无线信道时间弥散所带来地ISI
缺点:
●易受频率偏差的影响
●存在较高的峰值平均功率比PAPR
34.下行多址技术:
OFDMA(正交频分多址接入):
是传统的基于CP的OFDM技术。
35.上行多址技术:
采用SC-FDMA多址接入方式。
由于OFDMA的信号功率峰均比较高,不适合终端UE,所以上行采用SC-FDMA,其信号峰均比较低,适合终端UE。
36.OFDM子载波间隔15KHz,常规NormalCP情况下,每个子载波一个slot有7个symbol;扩展ExtendCP情况下,每个子载波一个slot有6个symbol。
37.RB资源块:
频率上连续12个子载波,时域上一个时隙slot,称为1个RB。
1个RB的带宽为180kHz。
38.RE资源单位:
频率上一个子载波及时域上一个symbol,称为一个RE。
39.CP循环前缀,它包含的是OFDM符号的尾部重复。
CP主要用来对抗实际环境中的多径干扰,不加CP的话由于多径导致的时延扩展会影响子载波之间的正交性,造成符号间干扰。
40.MIMO(多输入多输出)系统,其基本思想是在收发两端采用多根天线,分别同时发射与接收无线信号。
41.SU-MIMO(单用户MIMO):
指在同一时频单元上一个用户独占所有空间资源,这时的预编码考虑的是单个收发链路的性能;一般在下行
42.MU-MIMO(多用户MIMO):
指在同一时频单元上多个用户共享所有的空间资源,相当于一种空分多址技术,这时的预编码还要和多用户调度结合起来,评估系统的性能,一般在上行。
43.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。
44.LTE中即为自适应编码调制技术(AMC),应用AMC技术可以使得eNodeB能够根据UE反馈的信道状况及时地调整不同的调制方式(QPSK、16QAM、64QAM)和编码速率。
信道条件好:
高速率传送用户数据;信道条件坏:
低速率传送用户数据。
LTE上行方向的链路自适应技术基于基站测量的上行信道质量;LTE下行方向的链路自适应技术基于UE反馈的CQI。
45.HARQ
⏹FEC:
前向纠错编码(ForwardErrorCorrection)
⏹ARQ:
自动重传请求(AutomaticRepeatreQuest)
⏹HARQ=FEC+ARQ
⏹自适应HARQ:
自适应HARQ是指重传时可以改变初传的一部分或者全部属性
⏹非自适应HARQ:
非自适应的HARQ是指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下行采用自适应的HARQ
⏹LTE上行同时支持自适应HARQ和非自适应的HARQ
⏹非自适应的HARQ仅仅由PHICH信道中承载的NACK应答信息来触发
⏹自适应的HARQ通过PDCCH调度来实现
46.功率控制
功率控制通过动态调整发射功率,维持接收端一定的信噪比,从而保证链路的传输质量。
当信道条件较差时,需要增加发射功率,当信道条件较好时,需要降低发射功率,从而保证了恒定的传输速率。
功率控制可以很好的避免小区内用户间的干扰。
对于某一块资源,选择信道传输条件最好的用户进行调度,从而最大化系统吞吐量。
调度方法:
TDM(时分复用模式)、FDM(频分复用模式)、SDM(同步复用模式)。
47.小区间干扰
小区间干扰消除技术方法包括:
●加扰
●跳频传输
●发射端波束赋形以及IRC
●小区间干扰协调
●功率控制
48.APN
APN决定了手机通过哪种接入方式来访问网络,用来标识GPRS的业务种类。
APN分为两大类:
WAP业务和WAP以外的服务,比如:
连接因特网。
APN由以下两部分组成:
●APN网络标识:
是用户通过GGSN/PGW可连接到外部网络的标识,该标识由网络运营者分配给ISP或公司,与其固定Internet域名一致,是APN的必选组成部分。
例如:
定义移动用户通过该接入某公司的企业网,则APN的网络标识可以规划为“www.ABC”。
●APN运营者标识:
用于标识GGSN/PGW所归属的网络,是APN的可选组成部分。
其形式为“MNCxxxx.MCCyyyy.3gppnetwork.org(4G网络中)。
49.TAC
TAC(跟踪区域码),在LTE网络中本参数定义了小区所属的跟踪区域码,一个跟踪区域可以涵盖一个或者多个小区。
TA(跟踪区)是LTE系统为UE的位置管理新设立的概念。
当UE处于空闲状态时,核心网络能够知道UE所在的跟踪区,同时当处于空闲状态的UE需要被寻呼时,必须在UE所注册的跟踪区的所有小区进行寻呼。
参数调整原则:
该参数设置过大,将会导致寻呼信道的拥塞;设置过小,将会导致位置区跟新过多,导致系统信令信道的拥塞。
50.跟踪区的规划原则:
●寻呼区域不跨MME的原则
●城郊与市区不连续覆盖时,郊区(县)使用单独的跟踪区
●利用规划区域山体、河流等作为跟踪区边界,减少两个跟踪区下不同小区交叠深度,尽量使跟踪区边缘位置更新量最低
⏹TAI是LTE的跟踪区标识,TAI=MCC+MNC+TAC
⏹当UE进入不在其所注册的TA列表中的新TA区域时,需要执行TA更新,MME给UE重新分配一组TA,新分配的TA也可包含原有TA列表中的一些TA;
⏹TA是小区级的配置,多个小区可以配置相同的TA,且一个小区只能属于一个TA。
多个TA组成一个TA列表(TAList),同时分配给一个UE,UE在该TA列表内移动时不需要执行TA更新,以减少与网络的频繁交互
51.PCI构成:
●从物理层来看,PCI是由PSS与SSS组成。
公式如下:
PCI=PSS+3*SSS,其中PSS取值为0...2(实为3种不同PSS序列),SSS取值为0...167(实为168种不同SSS序列),利用上述公式可得PCI的范围是从0...503,因此在物理层存在504个PCI。
52.PCI作用:
●可以把PCI理解为扰码,就像在WCDMA系统中下行扰码用于区分扇区一样,对待发送的数据进行加扰,以便终端可以区分不同扇区。
●PCI可以重复使用,因为PSS+SSS仅有504种组合
53.规划原则:
●需要保证同PCI的小区复用距离至少间隔4层站点以上,大于5倍的小区覆盖半径。
●为了保证可靠切换,要求每个小区的邻区列表中小区PCI不能相同,同时规划后的PCI也需要满足在二层邻区列表中的唯一性。
●通常情况下对于三扇区eNB,三个小区按照顺时针方向从正北方向开始,组内ID分别配置为0,1,2;相邻eNB分配不同的小区组ID并在整网复用。
●同一站点的PCI分配在同一个PCI组内,相邻站点的PCI在不同的PCI组内。
54.REG和CCE概念
●一个REG包括4个连续未被占用的RE。
REG主要针对PCFICH和PHICH速率很小的控制信道资源分配,提高资源的利用效率和分配灵活性。
●每个CCE由9个REG组成,之所以定义相对于REG较大的CCE,是为了用于数据量相对较大的PDCCH的资源分配。
每个用户的PDCCH只能占用1,2,4,8个CCE,称为
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