LTELTE 标准及接入层介绍标准及接入层介绍

目录

• LTE 背景介绍• 空中接口概述• 数据链路层（ MAC/RLC/PDCP ）• 无线资源控制（ RRC ）

LTE 背景介绍

rate

LTE 是移动通信向宽带化发展的必然结果<10kbps <200kbps 300kbps-10Mbps <100Mbps 100M-1Gbps

DataBWM(OFDM/MIMO)

3GPP FDDIMT-Advanced

WCDMA HSPA HSPA+ LTE FDD LTE+

GSM GPRS/EDGE

TDD TD-SCDMA HSPA HSPA+ TD-LTE TD LTE+

IS-95cdmaOne

cdma20001X DO Rev A DO Rev B UMB UMB+

3GPP2DO

Rev 0

Note ： compatible IEEE802.16e 802.16m

802.16

国际主流宽带移动通信标准向 LTE演进路径

<10kbps <200kbps

2G

300kbps – 10Mbps

3G

<50Mbps 50Mbps – 1Gbps

4G

LTETDD

Type 1

融合

GSM GPRS/EDGE

TD-SCDMA TD-HSPATD-

HSPA+LTETDD

Type 2

TD-LTE TD-LTE-A

3GPP WCDMA HSPA HSPA+ FDD LTE FDD LTE-A

IS-95cdma2000

1XEV-DORev0

EV-DORevA

EV-DORevB DO-A

3GPP2

IEEEWiFi 802.16e 802.16m

4G 发展路径— LTE-Advanced 及 802.16m

LTE LTE-Advanced

FDD LTE

TD-LTE

802.16e

FDD LTE-Advanced

TD-LTE-Advanced

802.16m

IMT-Advanced

LTE 背景介绍

> LTE 启动的主要原因：• HSDPA 以及 HSUPA 之后如何确保 3GPP 标准的竞争力

• 应对 WiMAX 的市场压力• ITU 的 4G 标准

> Milestone•2004 年 12 月 3GPP 正式成立了 LTE 的研究项目（ Study Item ）•-2005.06 ，需求讨论

•-2006.06: Study Item Stage1 ： LTE 可行性研究，物理层和无线接口研究•-2007.03 ： study Item Stage2 ： LTE 系统整体研究 TS36.300v8.4.0•-2007.11-: Stage 3: RAN 各组讨论完成各组规范•-2008 年年底， Rel 8 冻结•-2009 年年底： Rel 9 冻结

3GPP 组织结构

LTE规范

• LTE 规范可见 36 系列– 36.1XX 发送和接收相关规范– 36.2XX 物理层规范– 36.3XX L2 和 L3 协议规范– 36.4XX S1 ， X2 相关规范– 36.521 ， 36.523 ， 36.133 协议一致性测试规范， RF 测试规范

和 RRM 测试规范

••••

•••••

LTE-Advanced 标准化正在按计划进行

时间表

可行性研究Release 8

标准化

Release 9

Release 10

LTE-Advanced

技术演进

1Gbps

100Mbps • OFDM• MIMO…

LTE

R8 定位技术双流波束赋型MBMS…

R9

载波聚合多天线增强中继技术异构网络…

R10

2004.12 2008.12 2010.3 2011.3

OFDM OverviewTime-Frequency Domain

Subcarrier-3Subcarrier-1Subcarrier-2 Subcarrier-NSubcarrier-4

SN

OFDM Slot/FrameIFFT

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7

IFFT

Time

IFFTSN+1SN+2SN+3SN+4

Bandwidth

S2N

Guard Time

OFDM Symbol(FTT duration)

lower cost

Up Link2x2 MIMO

Down Link2x2 MIMO

Multiple antenna transmit multiple antenna receiveMIMO exploit multi-path to create parallel streams

higher peak rate

MIMO works in all environments urban, suburban, rural

MIMO

SFN模式 eMBMS业务播放 (R9)

Femtocell

LTE home eNodeB (R9)

eNB

MME / S-GW MME / S-GW

eNB

eNB

S1

S1

X2E-UTRAN

HeNB HeNB

HeNB GW

HeNB

载波聚合技术 （ R10 ）

单元载波

1. 增大系统带宽： LTE R8 支持最大 20MHz 的系统带宽，通过载波聚合LTE-Advanced 可以支持 100Mbps 的系统带宽。

单元载波可后向

20MHz 兼容 LTE R8

100MHz 系统带宽（聚合 5 个 20MHz 的单元载波）

2. 利用离散频率资源：支持非连续、跨频段的单元载波聚合。

频带 1

…频带 2

离散载波聚合

…频带 3

中继（ Relay）技术 （ R10）

• 扩展系统覆盖：通过中继站，对基站信号进行接力传输，扩大无线信号的覆盖范围。

• 提高系统容量：通过中继站，减小无线信号的传播距离，提高信号质量。

主要的研究内容：– 回程链路的设计– 协议功能

– 网络架构– 设备性能要求

下行 MIMO增强技术

1. 扩展下行 MIMO ： LTE R8 下行支持最大 4x4 MIMO ， LTE-

Advance 将扩展到 8x8 MIMO ，下行峰值频谱效率提高一倍。

LTE R8 ： 4 流 LTE-Advanced ： 8 流

2. 增强下行“多用户 MIMO” ：增强对 MU-MIMO 的支持，提高系统容量。 d单用户 MIMO ：基站将占用相同时频资源的多个数据流发送给同一个用户时；多用户 MIMO ：基站将占用相同时频资源的多个数据流发送给不同的用户时

上行 MIMO

• 引入上行 MIMO 技术： LTE-Advanced 引入上行 SU-MIMO ，最大支持 4x4的配置，可实现 4 倍的上行峰值速率。

LTE R8 ：单流

主要的研究内容：– MIMO 码本– 控制信道的发射分集方案

LTE Advanced ： 4 流

– 导频信号的设计– 终端和基站的性能要求

协作多点传输 (CoMP)

LTE 中对语音的处理

• 目前的技术方案：

– CSFB ： CS Fallback 技术，基于 CS 语音的方案

– SRVCC ： Single Radio 语音呼叫连续性 ，基于 IMS的语音方案

空中接口概述

LTE 性能设计目标

> 峰值速率• 下行 100Mbps （ 20MHz,)

• 上行 50Mbps(20MHz)

> 时延• C-plan

• U-plan: 5ms (unload, small IP packet), RTT<10ms

> 容量• <5MHz: 200 subs 激活• >5MHz: >400 subs

用户吞吐量• R6 HSDPA 的 3-4 倍 (DL )

• R6 HSUPA 的 2-3 倍 (UL )

> 频谱效率• R6 HSDPA 的 3-4 倍 (DL )

• R6 HSUPA 的 2-3 倍 (UL )

> 移动性 •0-15km/h 低速移动化优化， •15-120km/h 高速移动下实现高性能， • 在 120-350km/h 下能保持蜂窝网络的移动性要求

> 覆盖 •半径 5km 下小区全面满足吞吐率、频谱效率和移动性指标的要求 •在半径 30km 的小区中性能可能小幅下降，不排除半径达到 100km 的小区

LTE 性能设计目标

LTE 网络构架演进

LTE网络框架

LTE网元

• NodeB 提供 LTE 的用户平面（ RLC/MAC/PHY ）和用户平面（ RRC ）协议。原来RNC 功能被分散到了 eNode B 和接入网关（ AGW ）中。

• LTE 核心网，主要由下述功能单元组成：• > MME ： MME 负责处理与 UE 相关的信令消息。 MME 有两个关键的功能，首先是

UE 的位置管理和移动性管理，其次是完成 UE 与任何 IP 节点之间的信息承载的建立。 MME 的功能包括：寻呼消息发送；安全控制； Idle 态的移动性管理； SAE 承载管理；以及 NAS 信令的加密及完整性保护等。

• > SAE GW （ S-GW ）： S-GW 是一个终止于 E-UTRAN 接口的网关，是一个用户面功能实体，负责为 UE 提供承载通道来完成分组数据的路由和转发。作为 3GPP 系统内的一个数据锚点，当 UE 在 eNodeB 之间切换，或 2G/3G 和 SAE 之间切换时， S-GW都不会发生改变，这种锚点功能可屏蔽切换对 PDN GW 的影响；另外， S-GW还需要完成 UE 在空闲模式下的下行数据包的缓存。在任意时刻，一个 UE只会有一个 S-GW 为其服务。

• > PDN GW ：是连接外部数据网的网关， UE 可以通过连接到不同的 PDN Gateway访问不同的外部数据网。 PDN GW 主要包括执行从 PCRF获取得 PCC （ Policy & Charging Control ）策略、基于用户的数据包的过滤、计费以及为 UE 分配 IP地址等功能。

• > HSS ：是用于存储用户签约信息的数据库，归属网络中可以包含一个或多个HSS 。 HSS 负责保存用户相关的信息。

• > PCRF ：策略计费控制单元。

LTE 接口

空中接口位置

SGi

S4

S3

S1-MME

PCRF

S7

S6a

HSS

S10

UE

GERAN

UTRAN

SGSN

Uu

E-UTRAN

MME

S11

S5

Serving Gateway

PDN

Gateway

S1-U

运营商 IP 业务 ( IMS, PSS 等 )

Rx+

空中接口协议栈

信令流

数据流

E-Node B

PHY

UE

PHY

MAC

RLC

MAC

MME

RLC

NAS

NAS

RRC RRC

PDCP PDCP

APP

UDP

GTPU

IP

S1AP

SCTP

SGW

IP

UDP

GTPU

IP

SCTP

S1AP

X2AP

空中接口 核心网接口

帧结构图（ TDD）

One slot, Tslot=15360Ts

GP UpPTSDwPTS

One radio frame, Tf = 307200Ts = 10 ms

One half-frame, 153600Ts = 5 ms

30720Ts

One subframe, 30720Ts

GP UpPTSDwPTS

Subframe #2 Subframe #3 Subframe #4Subframe #0 Subframe #5 Subframe #7 Subframe #8 Subframe #9

Normal cp in downlink Extended cp in downlink

DwPTS UpPTS DwPTS UpPTS

Special subframe

configuration

Normal cp Extended cp

Normal cp Extended cp

0

s6592 T

s7680 T

1

s19760 T

s20480 T

2

s21952 T

s23040 T

3

s24144 T

s25600 T

s2192 T

s2560 T

4

s26336 T

s2192 T

s2560 T

s7680 T

5

s6592 T

s20480 T

6

s19760 T

s23040 T

s4384 T

s5120 T

7

s21952 T

- - -

8

s24144 T

s4384 T

s5120 T

- - -

Subframe number Uplink-downlink

configuration

Downlink-to-Uplink

Switch-point periodicity 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 5 ms D S U U U D S U U U

1 5 ms D S U U D D S U U D

2 5 ms D S U D D D S U D D

3 10 ms D S U U U D D D D D

4 10 ms D S U U D D D D D D

5 10 ms D S U D D D D D D D

6 5 ms D S U U U D S U U D

SLOT结构图

下行时隙结构和物理资源

DLsymbN OFDM symbols

One downlink slot slotT

0l 1DLsymb Nl

RB

scD

LR

BN

N

subc

arri

ers

RB

scNsu

bcar

rier

s

RBsc

DLsymb NN

Resource block

resource elements

Resource element ),( lk

0k

1RBsc

DLRB NNk

Resource Grid(RG) ： 频域 时域

Resource Block(RB) ： 频域 : 时域

Resource Element(RE) ： 最小资源单元

DL RBRB scN N

RBscN

DLsymbN

DLsymbN

LTE物理信道与物理信号

PBCH

SSCH

PDCCH CFI=3

PDSCH

CRS：Port 0-3

PSCH

0leven-numbered slots odd-numbered slots

0l 6l6l

CFI

0leven-numbered slots odd-numbered slots

0l 6l6l

CFI

TDD FDD

TD-LTE的小区搜索过程

• 小区初搜流程

SSS

公共天线端口数目（盲检）SFN下行系统带宽 PHICH 配置信息

5ms 定时，获得 (2)IDN

10ms 定时，获得 (1)IDN

计算得到 (2)ID

(1)ID

cellID 3 NNN

读取 MIB

读取 SIB

PSS

PBCH

PDSCH 其他系统信息

下行 CP 类型

数据链路层（ MAC/RLC/PDCP ）

L2的协议结构

Multiplexing

...

HARQ

Scheduling / Priority Handling

Transport Channels

MAC

RLC

PDCP

Segm.ARQ etc

Segm.ARQ etc

Logical Channels

ROHC ROHC

Radio Bearers

Security Security