LTE基本原理、关键技术与网络呢规划设计培训.ppt
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1、罗锴 高级网优工程师 高级项目经理 2012年9月,LTE基本原理、 关键技术与网络规划设计培训,概 要,第一章:LTE基本原理 第二章:TD-LTE无线网络组网 第三章:TD-LTE室内分布系统组网 第四章:TD-LTE试验网,第一章:LTE基本原理,第一章:LTE基本原理,第一节:LTE背景及基础知识介绍 第二节:LTE网络架构及协议栈介绍 第三节:LTE物理层结构介绍 第四节:LTE空口关键技术介绍,移动通信系统的发展趋势,无线宽带技术的发展趋势,PAN (Personal Area Network),LAN (Local Area Network),WAN (Wide Area Net
2、work),MAN (Metropolitan Area Network),3G,IMT-Advanced 4G,1G,2G,低,中,高,AMPS TACS,GSM cdmaOne,WCDMA cdma2000 TD-SCDMA,E3G,LTE AIE,WLAN,数据速率,200kbps,300kbps-10Mbps,10kbps,100Mbps,100M-1Gbps,802.11/WiFi,BWA,802.16/WiMAX,3G+,HSDPA HSUPA 1xEV-DO 1xEV-DV,移动性,2015,2010,2005,2000,1995,1985,时间,MBWA,802.20,移动通信
3、网与宽带无线网络融合,移动互联网发展驱动新一轮通信技术变革,什么是LTE? 长期演进LTE (Long Term Evolution)是3GPP主导的无线通信技术的演进。 接入网将演进为E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network)。连同核心网的系统架构将演进为SAE (System Architecture Evolution)。,LTE的设计目标 带宽灵活配置:支持1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10Mhz, 15Mhz, 20MHz 峰值速率(20MHz带宽):下行100Mbps,上行50Mbps 控制面延时小于10
4、0ms,用户面延时小于5ms 能为速度350km/h的用户提供100kbps的接入服务 支持增强型MBMS(E-MBMS) 取消CS域,CS域业务在PS域实现,如VOIP 系统结构简单化,低成本建网,LTE背景介绍,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”。,移动通信技术的演进路线,中国移动 TD-LTE 中国电信 TD-LTE or LTE-FDD ? 中国联通 LTE-FDD,2G,2.5G,2.75G,3G,3.5G,3.75G,3.9G,GPRS,EDGE,HSDPA R5,HSUPA R6,MBMS,4G,MB
5、MS,CDMA 2000 1X EV-DO,802.16 e,802.16 m,HSDPA,HSPA+ R7,FDD/ TDD,4G,GSM,TD- SCDMA,WCDMA R99,802.16 d,CDMA IS95,CDMA 2000 1x,LTE,EV-DO Rev. A,EV-DO Rev. B,HSUPA,HSPA+ R7,LTE- Advanced,LTE的扁平化网络架构,网络结构扁平化,E-UTRAN只有一种节点网元E-Node B,全IP,RNC+NodeB=eNodeB,SAE简介 系统架构演进SAE(System Architecture Evolution),是为了实现L
6、TE提出的目标而从整个系统架构上考虑的演进,主要包括: 功能平扁化,去掉RNC的物理实体,把部分功能放在了E-NodeB,以减少时延和增强调度能力(如,单站内部干扰协调,负荷均衡等,调度性能可以得到很大提高) 把部分功能放在了核心网,加强移动交换管理,采用全IP技术,实行用户面和控制面分离。同时也考虑了对其它无线接入技术的兼容性。,LTE背景介绍,LTE背景介绍,3GPP简介 3GPP (3rd Generation Partnership Project )成立于1998年12月,是一个无线通信技术的标准组织,由一系列的标准联盟作为成员(Organizational Partners)。目前
7、有ARIB(日本), CCSA(中国), ETSI(欧洲), ATIS(美洲), TTA(韩国), and TTC(日本) 等。 3GPP分为标准工作组TSG和管理运维组两个部分。TSG主要负责各标准的制作修订工作,管理运维组主要负责整理市场需求,并对TSG和整个项目的运作提供支持。,TSG(Technical Specification Groups ) TSG GERAN: GERAN无线侧相关(2G); TSG RAN: 无线侧相关(3G and LTE); TSG SA (Service and System Aspects):负责整体的网络架构和业务能力; TSG CT (Core
8、Network and Terminals):负责定义终端接口以及整个网络的核心网相关部分。,http:/www.3gpp.org,LTE需求及目标,1.4MHz-20MHz 可变带宽,带宽需求,降低传输时延 用户面延迟(单 向)小于5ms 控制面延迟小于 100ms,5km内的小区半径优化 5km到30km:可接受的 性能下降 支持100km范围的小区,传输时延,数据速率,覆盖范围,建网成本,更高的带宽,更大的容量 更高的数据传输速率 更低的传输时延 更低的运营成本,对0到15km/h的低 速环境优化 对15到120km/h保 持高性能 对120到350甚至 500km/h保持连接,移动性支
9、持,上行峰值速率50Mbps 下行峰值速率100Mbps 频谱效率达到3GPP R6 的2-4倍 提高小区边缘用户的数据 传输速率,LTE系统物理层基础,基本参数 系统架构,双工方式,调制编码,多址方案,基本参数设计,调制方式: 上行:BPSK、QPSK、8PSK和16QAM 下行 :QPSK、16QAM、64QAM,FDD:抗干扰性更好,芯片成熟,支持更高移动速度 TDD:不需对称频段,更好 的支持非对称的业务,下行:OFDMA 频谱效率高,有效对抗多径 上行:SC-FDMA PAPR较低,功放成本低,时隙长度为0.5ms,编码方式:Turbo,FDD与TDD参数统一,对延迟要求高,FDD和
10、TDD的差异主要来自于双工方式的差异 主要存在于物理层,且相对于3G,差异进一步缩小(小于20) 很方便FDD/TDD 双模和共芯片等,TDD技术演进,LCR,N频点,HSDPA,多载波 HSDPA,HSUPA,MBMS,HSPA+,3GPP R4,3GPP R5,3GPP R6,3GPP R7,3GPP R8,3GPP的TDD标准演进,业务能力:单载波上行2.2Mbps,业务能力:单载波下行7.2Mbps,业务能力:三载波下行8.4Mbps,多媒体广播:下行最高384kbps,业务能力:单载波下行2.8Mbps,提升整网频谱效率,电路域可视电话 分组域下行384kpbs,TD-LTE,3GP
11、P R10,TD-LTE-A,业务能力:下行1Gbps,3GPP R9,eMBMS,增强多媒体广播:下行最高384kbps?,HeNB,双流BF,全球LTE发展增速,TD-LTE全球商用最新进展,日本软银TD-LTE建设、商用节奏和部署进展,第一章:LTE基本原理,第一章:LTE基本原理,第一节:LTE背景及基础知识介绍 第二节:LTE网络架构及协议栈介绍 第三节:LTE物理层结构介绍 第四节:LTE空口关键技术介绍,LTE的网络架构,LTE的主要网元 LTE的接入网E-UTRAN由e-NodeB组成,提供用户面和控制面。 LTE的核心网EPC由MME,S-GW和P-GW组成。 LTE的网络接
12、口 e-NodeB间通过X2接口相互连接,支持数据和信令的直接传输。 S1接口连接e-NodeB与核心网EPC。其中,S1-MME是e-NodeB连接MME的控制面接口,S1-U是e-NodeB连接S-GW 的用户面接口。,RRC: Radio Resource Control PDCP: Packet Data Convergence Protocol RLC: Radio Link Control MAC: Medium Access Control PHY: Physical layer EPC: Evolved Packet Core MME: Mobility Management
13、Entity S-GW: Serving Gateway P-GW: PDN Gateway,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。,LTE的网元功能,e-NodeB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S-GW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:
14、NAS (Non-Access Stratum)非接入层信令的加密和完整性保护; AS (Access Stratum)接入层安全性控制、空闲状态移动性控制; EPS (Evolved Packet System)承载控制; 支持寻呼,切换,漫游,鉴权。,S-GW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。,P-GW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。,LTE的协议栈介绍,LTE协议栈的两个面: 用户面协议栈:负责用户数据传输 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
15、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,第一章:LTE基本原理,第一章:LTE基本原理,第一节:LTE背景及技术知识介绍 第二节:LTE网络架构及协议栈介绍 第三节:LTE物理层结构介绍 第四节:LTE空口关键技术介绍,LTE支持频段,TDD模式支持频段(9个),FDD模式支持频段(19个),根据2008年底冻结的LTE R8协议: 支持两种双工模式:FDD和TDD 支持多种频段,从700MHz到2.6GH
16、z 支持多种带宽配置,协议规定以下带宽配置:1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz 部分频段的支持情况可能会有所变动,LTE应用频带如下: 2.1GHz,1.9GHz, 1.7GHz, 2.6GHz, 900 MHz, 800 MHz, 450 MHz(WRC-07划分450470MHz)等等,详细请参考 36.101协议 传输带宽:,LTE频带,无线帧结构(1),LTE共支持两种无线帧结构: 类型1,适用于频分双工FDD 类型2,适用于时分双工TDD FDD类型无线帧结构: FDD类型无线帧长10ms,如下图所示。每帧含有20个时隙,每时隙为0.5ms
17、。普通CP配置下,一个时隙包含7个连续的OFDM符号(Symbol),FDD类型无线帧结构,资源块的概念: LTE具有时域和频域的资源,资源分配的最小单位是资源块RB(Resource Block),RB由RE(Resource Element)组成,如右图示 RE是二维结构,由时域符号(Symbol)和频域子载波(Subcarrier)组成 1个时隙(连续7个OFDM符号)和12个连续子载波组成一个RB,TDD类型无线帧结构: 同样采用OFDM技术,子载波间隔和时间单位均与FDD相同。 帧结构与FDD类似,每个10ms帧由10个1ms的子帧组成;子帧包含2个0.5ms时隙。 10ms帧中各个
18、子帧的上下行分配策略可以设置。如右边表格所示。,DL/UL子帧分配,DwPTS: Downlink Pilot Time Slot GP: Guard Period UpPTS: Uplink Pilot Time Slot,TDD类型无线帧结构,D: Downlink subframe U: Uplink subframe S: Special subframe,无线帧结构(2),物理信道概述,下行信道: Physical Broadcast Channel (PBCH):物理广播信道,承载小区ID等系统信息,用于小区搜索过程。 Physical Downlink Control Chann
19、el (PDCCH):物理下行控制信道,承载寻呼和用户数据的资源分配信息,以及与用户数据相关的HARQ信息。 Physical Downlink Shared Channel (PDSCH):物理下行共享信道,承载下行用户数据。 Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH):物理控制格式指示信道,承载控制信道所在OFDM符号的位置信息。 Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH):物理HARQ指示信道,承载HARQ的ACK/NACK信息。 Physical Multicast Channel
20、 (PMCH):物理多播信道,承载多播信息。 上行信道: Physical Random Access Channel (PRACH):物理随机接入信道,承载随机接入前导。 Physical Uplink Shared Channel (PUSCH):物理上行共享信道,承载上行用户数据。 Physical Uplink Control Channel (PUCCH):物理上行控制信道,承载HARQ的ACK/NACK,调度请求(Scheduling Request),信道质量指示(Channel Quality Indicator)等信息,下行传输信道和物理信道的映射关系,上行传输信道和物理信道
21、的映射关系,Physical Layer,MAC Layer,Physical Layer,MAC Layer,物理信号下行(1),下行参考信号RS(Reference Signal): 类似CDMA的导频信号。用于下行物理信道解调及信道质量测量(CQI)。 协议指定有三种参考信号。其中,小区特定参考信号(Cell-Specific Reference Signal)为必选,另外两种参考信号(MBSFN Specific RS & UE-Specific RS)为可选。,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3,下
22、行参考信号特点: 小区特定参考信号由小区特定参考信号序列及频移影射得到。RS本质上是在时频域上传播的伪随机序列。 在某一天线端口上,RS的频域间隔为6个子载波。 RS离散地分布在时频域上,相当于对信道的时频域特性进行抽样,供下行信道估计和信号解调提供参考。 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。,MBSFN: Multicast/Broadcast over a Single Frequency Network,RE,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RS,R2:第二个天线口传输的RS,R3:第三个天线口传输的RS,R4:第四个天线口传输的R
23、S,物理信号下行(2),同步信号(Synchronization Signal): 同步信号用于小区搜索过程中UE和E-UTRAN的时频同步。 同步信号包含两个部分: 主同步信号(Primary Synchronization Signal):用于符号timing对准,频率同步,以及部分的小区ID侦测 次同步信号(Secondary Synchronization Signal):用于帧timing对准,CP长度侦测,以及小区组ID侦测,同步信号特点: 无论系统带宽是多少,同步信号只位于系统带宽的中部,占用62个子载波。 同步信号只在每个10ms帧的第1个和第11个时隙中传送。 主同步信号位于
24、传送时隙的最后一个符号,次同步信号位于传送时隙的倒数第二个符号。,同步信号结构,上行参考信号RS(Reference Signal): 上行的导频信号,用于E-UTRAN与UE的同步和上行信道估计。 上行参考信号有两种: 解调参考信号DM RS (Demodulation Reference Signal), PUSCH和PUCCH传输时的导频信号 探测参考信号SRS (Sounding Reference Signal), 无PUSCH和PUCCH传输时的导频信号,上行参考信号特点: 由于上行采用SC-FDMA,每个UE只占用系统带宽的一部分,DM RS只在相应的PUSCH和PUCCH分配带
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