LTE无线通信系统

LTE无线通信系统1.LTE背景介绍2.TD-LTE关键技术3.LTE网络架构及协议栈介绍4.LTE物理层结构介绍5.LTE层2结构介绍6.TD-LTE与WLAN区别LTE无线通信系统1LTE背景介绍1.1LTE的概念和设计目标1.2LTE的标准化进程1.3SAE简介1.43GPP简介LTE背景介绍LTE的标准化进程2004年12月3GPP正式成立了LTE的研究项目。原定2006年6月完成的研究项目SI（StudyItem）推迟到2006年9月。完成可行性研究，并输出技术报告。2006年9月正式开始工作项目WI（WorkItem）/标准制定阶段。接着进入Stage3(Protocol)研究阶段，在各个子组会议上进行讨论。2008年12月推出首个商用协议版本。LTE主要涉及36.xxx系列协议。目前协议仍在不断完善中。LTEWIstageLTESIstageDelayed2006Mar2006Jun2006Sep2005Dec2006Dec2007Dec2008Dec2007Jun2008Jun2007Mar2007Sep2008Mar2008Sep2009MarLTEenhancementandimprovementLTERel8(Approval)LTESILTEWILTERel8(Specfinished)LTE背景介绍SAE简介系统架构演进SAE（SystemArchitectureEvolution），是为了实现LTE提出的目标而从整个系统架构上考虑的演进，后改名为EPC（EvolvedPacketCore）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。SGiS4S3S1-MMEPCRFS7S6aHSSOperator’sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)Rx+S10UEGERANUTRANSGSN“LTE-Uu”EUTRANMMES11S5ServingSAEGatewayPDNSAEGatewayS1-ULTE背景介绍3GPP简介3GPP（3rdGenerationPartnershipProject）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（OrganizationalPartners）。目前有ARIB（日本）,CCSA（中国）,ETSI（欧洲）,ATIS（美洲）,TTA（韩国）,andTTC（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（TechnicalSpecificationGroups）TSGGERAN:GERAN无线侧相关(2G)；TSGRAN:无线侧相关(3GandLTE)；TSGSA(ServiceandSystemAspects):负责整体的网络架构和业务能力；TSGCT(CoreNetworkandTerminals):负责定义终端接口以及整个网络的核心网相关部分。物理信道的编码、映射和复用TS36.213物理过程定义物理过程特性TS36.214物理层测量包含为了支持空闲状态和连接状态而进行的UE侧和网络侧的测量的定义和描述TS36.300E-UTRA的总体描述提供了E-UTRA无线接口协议框架的总体描述TS36.321MAC协议规范描述MAC协议TS36.322RLC协议规范描述RLC协议TS36.323PDCP协议规范描述PDCP协议TS36.331RRC协议规范描述RRC协议TS23.401基于GTP的SAE架构及功能TS24.301UE与MME间的NAS接口LTE无线通信系统1.LTE背景介绍2.TD-LTE关键技术3.LTE网络架构及协议栈介绍4.LTE物理层结构介绍5.LTE层2结构介绍6.TD-LTE与WLAN区别TD-LTE关键技术频域多址技术—OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术—AMC快速MAC调度技术小区干扰消除多址技术更大的带宽和带宽灵活性随着带宽的增加，OFDMA信号仍将保持正交，而CDMA的性能会受到多径的影响在同一个系统，使用OFDMA可以灵活处理多个系统带宽扁平化架构当分组调度的功能位于基站时，可以利用快速调度、包括频域调度来提高小区容量。频域调度可通过OFDMA实现，而CDMA无法实现便于上行功放的实现SC-FDMA相比较OFDMA可以实现更低的峰均比,有利于终端采用更高效率的功放简化多天线操作OFDMA相比较CDMA实现MIMO容易LTE多址技术的要求多址技术OFDM基本思想OFDM将频域划分为多个子信道，各相邻子信道相互重叠，但不同子信道相互正交。将高速的串行数据流分解成若干并行的子数据流同时传输OFDM子载波的带宽信道“相干带宽”时，可以认为该信道是“非频率选择性信道”，所经历的衰落是“平坦衰落”OFDM符号持续时间信道“相干时间”时，信道可以等效为“线性时不变”系统，降低信道时间选择性衰落对传输系统的影响频率频率节省带宽资源传统频分复用(FDM)多载波调制技术正交频分复用(OFDM)多载波调制技术图FDM和OFDM带宽利用率的比较多址技术OFDM的正交性-时域描述多址技术OFDM的正交性-频域描述时域频域矩形函数4个子载波OFDM符号周期内4个子载波011expexp-0TnmmnjtjtdtmnT（）（）多址技术保护间隔与循环前缀-无保护间隔第1径第2径第1径的第2个符号与第2径的第1个符号叠加干扰在没有保护间隔的情况下，由于多径的存在，各径之间将在交叠处产生符号间干扰(ISI)多址技术保护间隔与循环前缀-加保护间隔保护间隔为了最大限度地消除符号间干扰，在OFDM符号之间插入保护间隔，保护间隔长度大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量不会对下一个符号造成干扰多址技术保护间隔与循环前缀-无循环前缀因多径延时的存在，空闲的保护间隔进入到FFT的积分时间内，导致积分时间内不能包含整数个波形，破坏了载波间的正交性011expexp-0TnmmnjtjtdtmnT（）（）多址技术保护间隔与循环前缀-加循环前缀FFT积分区间为了避免空闲保护间隔由于多径传播造成子载波间的正交性破坏，将每个OFDM符号的后时间中的样点复制到OFDM符号的前面，形成循环前缀(cyclicprefix)只要各径的延迟不超过Tg，都能保正在FFT的积分区间内包含各径各子载波的整数个波形多址技术下行多址技术-OFDM系统框图OFDM调制的各个子载波信号在频域上正交多址技术下行多址技术-OFDMA示意图下行上行集中式下行上行分布式多址技术上行多址技术-SC-FDMASC-FDMA即DFT-spreadOFDMA峰均比小于OFDMA,有利于提高功放效率易于实现频域的低复杂度的高效均衡器易于对FDMA采用灵活的带宽分配Size-NIFFT多址技术OFDMA示例最大支持64QAM通过CP解决多径干扰兼容MIMOSub-carriersSub-frameFrequencyTimeTimefrequencyresourceforUser1TimefrequencyresourceforUser2TimefrequencyresourceforUser3SystemBandwidth多址技术SC-FDMA示例最大支持64QAM单载波调制降低峰均比（PAPR）FDMA可通过FFT实现0SingleCarrierSub-frameFrequencyTimeTimefrequencyresourceforUser1TimefrequencyresourceforUser2TimefrequencyresourceforUser3SystemBandwidth多址技术OFDMA与SC-FDMA对比TD-LTE关键技术频域多址技术—OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术—AMC快速MAC调度技术小区干扰消除MIMO技术多天线技术MIMO：多入多出(MultipleInputMultipleOutput)SISO：单入单出(SingleInputSingleOutput)SIMO：单入多出(SingleInputMultipleOutput)LTE的基本配置是DL2*2和UL1*2,最大支持4*4MIMO技术1单天线端口，端口02发射分集3开环空分复用457闭环空分复用多用户MIMO单天线端口，端口56闭环Rank=1预编码LTE定义了7种下行MIMO传输模式（由高层通过传输模式通知UE）提高用户峰值速率提高小区吞吐量增强小区覆盖兼容单发射天线提高传输可靠性MIMO技术eNodeBUESU-MIMO:空分复用两个数据流在一个TTI中传送给UEeNodeBUESU-MIMO:发射分集只传给UE一个数据流LTE下行的SU-MIMOMIMO技术MU-MIMO：也称虚拟MIMO，用户端是两个UE实体，不增加每个用户的吞吐量，但是可以提供相对于SU-MIMO来说相当，甚至更多的小区容量UE不需要做成高成本的多天线，但是仍然能够增加小区的容量TD-LTE关键技术频域多址技术—OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术—AMC快速MAC调度技术小区干扰消除高阶调制技术频率利用率高星座图中信号点分布合理容易实现QI16PSKQI16QAM高阶调制技术-2-1.5-1-0.500.511.52-2-1.5-1-0.500.511.5201LTEBPSKConstellationMap-2-1.5-1-0.500.511.52-2-1.5-1-0.500.511.5200011011LTEQPSKConstellationMap-1.5-1-0.500.511.5-1.5-1-0.500.511.50000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111LTE16QAMConstellationMap-1.5-1-0.500.511.5-1.5-1-0.500.511.5000000000001000010000011000100000101000110000111001000001001001010001011001100001101001110001111010000010001010010010011010100010101010110010111011000011001011010011011011100011101011110011111100000100001100010100011100100100101100110100111101000101001101010101011101100101101101110101111110000110001110010110011110100110101110110110111111000111001111010111011111100111101111110111111LTE64QAMConstellationMap高阶调制可提高峰值速率.LTE支持BPSK,QPSK,16QAM和64QAM.TD-LTE关键技