LTE移動(dòng)通信技術(shù)

LTE移動(dòng)通信技術(shù)課程目標(biāo):了解移動(dòng)通信的發(fā)展過(guò)程以及LTE的位置和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)了解E-UTRAN的協(xié)議結(jié)構(gòu)和基本技術(shù)了解LTE應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)#層2包括PDCP、RLC和MAC三個(gè)子層，下行和上行的層2結(jié)構(gòu)分別如下面兩個(gè)圖所示。圖3.11-1層2下行結(jié)構(gòu)圖

圖3.11-2層2上行結(jié)構(gòu)圖圖中各個(gè)子層之間的連接點(diǎn)稱(chēng)為服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）。PDCP向上提供的服務(wù)是無(wú)線承載，提供可靠頭壓縮（ROHC）功能與安全保護(hù)。物理層和MAC子層之間的SAP提供傳輸信道，MAC子層和RLC子層之間的圖3.11-2層2上行結(jié)構(gòu)圖MAC子層提供邏輯信道（無(wú)線承載）到傳輸信道（傳輸塊）的復(fù)用與映射。MAC子層MAC功能非MIMOMAC子層MAC功能MAC子層的主要功能包括有：?邏輯信道與傳輸信道之間的映射:MAC業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元(SDU)的復(fù)用/解復(fù)用；調(diào)度信息上報(bào)：通過(guò)HARQ進(jìn)行錯(cuò)誤糾正；同一個(gè)UE不同邏輯信道之間的優(yōu)先級(jí)管理；通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)度進(jìn)行的UE之間的優(yōu)先級(jí)管理；傳輸格式選擇；4.1.2邏輯信道4.1.2邏輯信道MAC提供不同種類(lèi)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。每個(gè)邏輯信道類(lèi)型根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的種類(lèi)來(lái)定義。邏輯信道總體上可以分為下面兩人類(lèi)：控制信道(ControlChannel,用于控制面信息傳輸)業(yè)務(wù)信道(TrafficChannel,用于用戶(hù)面信息傳輸)控制信道包括有：廣播控制信道(BroadcastControlChannel,BCCH)卜?行信道，廣播系統(tǒng)控制信息尋呼控制信道(PagingControlChannel,PCCH)卜?行信道，傳輸尋呼信息和系統(tǒng)信息改變通知。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不知道UE小區(qū)位置時(shí)用此信道進(jìn)行尋呼。公共控制信道(CommonControlChannel.CCCH)用于UE和網(wǎng)絡(luò)之間傳輸控制信息。該信道用于UE與網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有RRC連接的情況。多播控制信道(MulticastControlChannel,MCCH)點(diǎn)到多點(diǎn)的卜行信道，為1條或多條MTCH信道傳輸網(wǎng)絡(luò)到UE的MBMS控制信息。該信道只對(duì)能夠接收MBMS的UE有效。專(zhuān)用控制信道(DedicatedControlChannel,DCCH)點(diǎn)到點(diǎn)的雙向信道，在UE和網(wǎng)絡(luò)之間傳輸專(zhuān)用控制信息。用于UE存在RRC連接的情況。業(yè)務(wù)信道包括有：專(zhuān)用業(yè)務(wù)信道(DedicatedTrafficChannel,DTCH)點(diǎn)到點(diǎn)雙向信道，專(zhuān)用于一個(gè)UE,用于傳輸用戶(hù)信息。多播業(yè)務(wù)信道(MulticastTrafficChannel,MTCH)點(diǎn)到多點(diǎn)下行信道，用于網(wǎng)絡(luò)向UE發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。該信道只對(duì)能夠接收MBMS的UE有效。4.1.3邏輯信道與傳輸信道之間的映射卜?行和上行傳輸信道與物理信道之間的映射關(guān)系分別如下面兩個(gè)圖所示。PCCHBCCHCCCHDCCHDTCHMCCHMTCHDownlinkTransportchannels4.2RLC子層4.2.1RLC功能UplinkLogicalchannelsPCCHBCCHCCCHDCCHDTCHMCCHMTCHDownlinkTransportchannels4.2RLC子層4.2.1RLC功能UplinkLogicalchannelsUplinkTransportchannels圖4.1-2上行邏輯信道與傳輸信道映射關(guān)系圖DownlinkLogicalchannels圖4.1-1下行邏輯信道與傳輸信道映射關(guān)系圖RLC子層的主要功能包括有：上層PDU傳輸：通過(guò)ARQ進(jìn)行錯(cuò)誤修正（僅對(duì)AM模式有效）；RLCSDU的級(jí)聯(lián)，分段和重組（僅對(duì)UM和AM模式有效）;RLC數(shù)據(jù)PDU的重新分段（僅對(duì)AM模式有效）；上層PDU的順序傳送（僅對(duì)UM和AM模式有效）;重復(fù)檢測(cè)（僅對(duì)UM和AM模式有效）；協(xié)議錯(cuò)誤檢測(cè)及恢復(fù)；RLCSDU的丟棄（僅對(duì)UM和AM模式有效）；RLC重建。PDU結(jié)構(gòu)RLCPDU結(jié)構(gòu)如下圖所示：RLC頭攜帶的PDU序列號(hào)與SDU序列號(hào)（即PDCP序列號(hào)）獨(dú)立;圖中紅色的虔線表示分段的位置：RLCSDUnn+1n+2n+3RLCSDUnn+1n+2n+3圖4.2-1RLCPDU結(jié)構(gòu)4.3PDCP子層4.3.1PDCP功能PDCP子層用戶(hù)面的主要功能包括有：頭壓縮與解壓縮：只支持ROHC算法；用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸：RLCAM模式下，PDCP重建過(guò)程中對(duì)上層PDI；的順序傳送;RLCAM模式下，PDCP重建過(guò)程中對(duì)下層SDI；的重復(fù)檢測(cè);RLCAM模式下，切換過(guò)程中PDCPSDU的重傳；加密、解密；上行鏈路基于定時(shí)器的SDU丟棄功能。PDCP子層控制面的主要功能包括有：加密和完整性保護(hù)；4.3.2PDU結(jié)構(gòu)4.3.2PDU結(jié)構(gòu)卜圖是PDCPPDU結(jié)構(gòu)圖:PDCPPDU和PDCP頭均為8位組的倍數(shù)；PDCP頭可以是一個(gè)字節(jié)或者兩個(gè)字節(jié)長(zhǎng)。PDCPSDUPDCPheaderPDCPSDUPDCPPDUJ圖4.3-1PDCPPDU結(jié)構(gòu)第5章RRC5.1RRC功能RRC的主要功能包括有：NAS層相關(guān)的系統(tǒng)信息廣播；AS層相關(guān)的系統(tǒng)信息廣播；尋呼；UE和E-UTRAN間的RRC連接建立、保持和釋放，包扌舌:UE和E-UTRAN之間的臨時(shí)標(biāo)識(shí)符分配：為RRC連接配置信令無(wú)線承載(SRB)：低優(yōu)先級(jí)和高優(yōu)先級(jí)的SRB。包括密鑰管理在內(nèi)的安全管理；建立、配置、保持和釋放點(diǎn)對(duì)點(diǎn)RB；移動(dòng)性管理，包括：針對(duì)小區(qū)間和RAT間移動(dòng)性的UE測(cè)量上報(bào)和上報(bào)控制;切換；UE小區(qū)選擇和重選，以及小區(qū)選擇和重選控制；切換過(guò)程中的上下文轉(zhuǎn)發(fā)。MBMS業(yè)務(wù)通知；為MBMS業(yè)務(wù)建立、配置、保持和釋放RB；QoS管理功能：UE測(cè)量上報(bào)及上報(bào)控制；NAS直傳消息傳輸。5.2RRC狀態(tài)RRC的狀態(tài)分為RRC.IDLE和RRC_C0NNECTED兩種：空閑狀態(tài)（RRC_IDLE）：PLMN選擇：NAS配置的DRX；系統(tǒng)信息廣播：尋呼；小區(qū)重選移動(dòng)性；UE將被分配一個(gè)在跟蹤區(qū)（TA）范圍內(nèi)唯一的標(biāo)識(shí);eNB中沒(méi)有存儲(chǔ)RRC上下文。連接狀態(tài)（RRC_C0NNECTED）：UE有一個(gè)E-UTRAN-RRC連接：UE在E-UTRAN中有上下文；E-UTRAN知道UE歸屬哪個(gè)小區(qū)：?網(wǎng)絡(luò)可以與UE之間進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā);網(wǎng)絡(luò)控制的移動(dòng)性（切換）；鄰區(qū)測(cè)量；RRC_CONNECTED狀態(tài)的PDCP/RLC/MAC特點(diǎn)：UE可以與網(wǎng)絡(luò)之間收發(fā)數(shù)據(jù)：UE監(jiān)聽(tīng)與共享數(shù)據(jù)信道相關(guān)的控制信令信道來(lái)查看在共享數(shù)據(jù)信道上是否有分配給此UE的傳輸；UE也上報(bào)信道質(zhì)量信息和反饋信息給eNB：DRX周期町以根據(jù)UE的活動(dòng)水平來(lái)配置以達(dá)到終端節(jié)電和提高資源利用率的目的。該功能由eNB控制。5.3NAS狀態(tài)及其與RRC狀態(tài)的關(guān)系NAS狀態(tài)模型可以用EPS移動(dòng)性管理（EMM）狀態(tài)和EPS連接管理（ECM）狀態(tài)兩維狀態(tài)模型來(lái)描述：EMM狀態(tài)：EMM-DEREGISTERED狀態(tài)：EMM-REGISTERED狀態(tài)。ECM狀態(tài)：ECM-IDLE狀態(tài)；ECH-CONNECTED狀態(tài)。注意EMM狀態(tài)和ECM狀態(tài)是相互獨(dú)立的。

NAS狀態(tài)與RRC狀態(tài)之間的關(guān)系如下所示：EMM-DEREGISTERED狀態(tài)+ECM-IDLE狀態(tài)=>RRC.IDLE狀態(tài)：移動(dòng)性特征包扌舌有：PLMN選擇：UE位置：不被網(wǎng)絡(luò)所知。EMM-REGISTERED狀態(tài)+ECM-IDLE狀態(tài)=>RRC.IDLE狀態(tài)：移動(dòng)性特征包拾有：小區(qū)選擇；UE位置：在跟蹤區(qū)級(jí)別被網(wǎng)絡(luò)所知。EMM-REGISTERED狀態(tài)+ECM-CONNECTED狀態(tài)+無(wú)線承載己建立=>RRC_CONNECTED狀態(tài)：移動(dòng)性特征包扌舌有：切換；UE位置:在小區(qū)級(jí)別被網(wǎng)絡(luò)所知。5.4RRC過(guò)程5.4.1系統(tǒng)信息RRC過(guò)程主要包括?：系統(tǒng)信息(SystemInformation)、連接控制(ConnectionControl).5.4.1系統(tǒng)信息系統(tǒng)信息分為主信息塊(MIB：MasterlnformationBlock)和一系列系統(tǒng)信息塊(SIB：SystemlnformationBlock)：?主信息塊(MasterlnformationBlock')：定義小區(qū)最重要的物理層信息，用于接收進(jìn)一步的系統(tǒng)信息；系統(tǒng)信息塊類(lèi)型1〈Systemlnform&tionBlockTyperh包含評(píng)估UE是否允許被接入一個(gè)小區(qū)的相關(guān)信息，以及對(duì)其它系統(tǒng)信息塊的調(diào)度進(jìn)行定義；系統(tǒng)信息塊類(lèi)型2(.SystemlnformationBlockType2}:包含公共和共享信道信息；系統(tǒng)信息塊類(lèi)型3lSystemInform4tionBlockType3)：包含小區(qū)重選信息，主要與服務(wù)小區(qū)相關(guān)；系統(tǒng)信息塊類(lèi)型4(SystemlnformationBlockTyped}:包含小區(qū)重選相關(guān)的服務(wù)頻點(diǎn)和同頻鄰小區(qū)信息：系統(tǒng)信息塊類(lèi)型5(.SystemlnformationBlockTypeS):包含小區(qū)重選相關(guān)的其它E-UTRA頻點(diǎn)和異頻鄰小區(qū)信息；系統(tǒng)信息塊類(lèi)型6(SystemlnformationBlockType6):包含小區(qū)重選相關(guān)的UTRA頻點(diǎn)和UTRA鄰小區(qū)信息；系統(tǒng)信息塊類(lèi)型7(SystemInformationBlockType7)：包含小區(qū)重選相關(guān)的GERAN頻點(diǎn)信息；系統(tǒng)信息塊類(lèi)型8(SystemlnformationBlockType8):包含小區(qū)重選相關(guān)的CDMA2000頻點(diǎn)和CDMA2000鄰小區(qū)信息；系統(tǒng)信息塊類(lèi)型9(SystemlnformationBlockType9):包含家庭基站標(biāo)識(shí)(HNBID：homeeNBidentifier)；系統(tǒng)信息塊類(lèi)型10JSystemlnformationBlockTypelO)：包含ETWS主通知(ETWSprimarynotification)；系統(tǒng)信息塊類(lèi)型11JSystemlnformhtionBlockTypeir)：包含ETWS輔通知(ETWSsecondarynotification)；

MIB(主信息塊)映射到BCCH和BCH上，其它SI(系統(tǒng)信息)消息映射到BCCH和DL-SCH上、此時(shí)通過(guò)SI-RNTI(SystemInformationRNTI)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。MIB使用固定的調(diào)度周期40ms,5.4.2連接控制SystemlnformationBlockTypel使用固定的調(diào)度周期80ms,其它SI消息調(diào)度周期不固定、由SystemlnformationBlockTypel5.4.2連接控制RRC連接控制包括有：?尋呼(Paging)RRC連接建立(RRCconnectionestablishment)初始安全激活(Initialsecurityactivation)RRC連接重配置(RRCconnectionreconfiguration)計(jì)數(shù)器檢查(Countercheck)RRC連接重建立(RRCconnectionre-establishment)RRC連接釋放(RRCconnectionrelease)無(wú)線資源配置(Radioresourceconfiguration)信令無(wú)線承載增加/修改(SRBaddition/modification)數(shù)據(jù)無(wú)線承載釋放(DRBrelease)數(shù)據(jù)無(wú)線承載增加/修改(DRBaddition/modification)MAC重配置(MACmainreconfiguration)半持續(xù)調(diào)度重配置(Semi-persistentschedulingreconfiguration)物理信道重配置(Physicalchannelreconfiguration)無(wú)線鏈路失敗相關(guān)的操作(Radiolinkfailurerelatedactions)第6章LTE關(guān)鍵技術(shù)6.1雙工方式LTE支持FDD、TDD兩種雙工方式。同時(shí)LTE還考慮支持半雙工FDD這種特殊的雙工方式。6.2多址方式LTE采用OFDMA（正交頻分多址：OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess）作為下行多址方式。OFDM調(diào)制OFDM調(diào)制圖6.2-1LTE下行多址方式LTE采用DFT-S-OFDM（離散傅立葉變換擴(kuò)展OFDM：DiscreteFourierTransformSpreadOFDM）、或者稱(chēng)為SC-FDMA（單載波FDMA：SingleCarrierFDMA）作為上行多址方式。I1DFT-SOFDM調(diào)制圖6.2-2LTE上行多址方式6.3多天線技術(shù)卞行鏈路多天線傳輸：多天線傳輸支持2根或4根天線。碼字最人數(shù)目是2,與天線數(shù)目沒(méi)有必然關(guān)系，但是碼字和層之間有著固定的映射關(guān)系。碼字(codeword)、層(layer)和天線II(antennaport)的人致關(guān)系可見(jiàn)下面物理信道處理圖：codewordclayersantennaponecodewordclayersantennapone圖6.3-1物理信道處理多天線技術(shù)包括空分復(fù)用(SDM：Spatialdivisionmultiplexing)＞發(fā)射分集(Transmitdiversity)等技術(shù)。SDM支持SU-MIM0和MU-MIMOo當(dāng)一個(gè)MIM0信道都分配給一個(gè)UE時(shí)，稱(chēng)之為SU-MIM0(單用戶(hù)MIM0)；當(dāng)MIM0數(shù)據(jù)流空分復(fù)用給不同的UE時(shí)，稱(chēng)之為W-MIM0(多用戶(hù)MIM0)o上行鏈路多天線傳輸:上行鏈路一般采用單發(fā)雙收的1*2天線配置，但是也可以支持MU-MIMO,亦即每個(gè)UE使用一根天線發(fā)射、但是多個(gè)UE組合起來(lái)使用相同的時(shí)頻資源以實(shí)現(xiàn)MU-MIMOo另外FDD還可以支持閉壞類(lèi)型的自適應(yīng)天線選擇性發(fā)射分集（該功能屬于UE可選功能）。6.4鏈路自適應(yīng)卞行鏈路自適應(yīng)：主要指自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC：adaptivemodulationandcoding）,通過(guò)各種不同的調(diào)制方式（QPSK、16QAM和64QAM）和不同的信道編碼率來(lái)實(shí)現(xiàn)。上行鏈路自適應(yīng)：包拾有三種鏈路自適應(yīng)方法：1.自適應(yīng)發(fā)射帶寬：2.發(fā)射功率控制；3.自適應(yīng)調(diào)制和信道編碼率。&5HARQ和ARQE-UTRAN支持HARQ（混合自動(dòng)重傳：HybridAutomaticRepeatreQuest）和ARQ（自動(dòng)重傳：AutomaticRepeatreQuest）功能。&5?〔HARQHARQ功能由MAC子層完成，具有如下特性：采用N進(jìn)程停等（N-processStop-And-Wait）方式；HARQ對(duì)傳輸塊進(jìn)行傳輸和重傳：在下行鏈路：異步自適應(yīng)HARQ：下行傳輸（或重傳）對(duì)應(yīng)的上行ACK/NACK通過(guò)PUCCH或PUSCH發(fā)送；PDCCH指示HARQ進(jìn)程數(shù)目以及是初傳還是重傳；重傳總通過(guò)PDCCH調(diào)度；在上行鏈路：同步HARQ：針對(duì)每個(gè)UE（而不是每個(gè)無(wú)線承載）配置重傳最人次數(shù)；上行傳輸（或重傳）對(duì)應(yīng)的卞行ACK/NACK通過(guò)PHICH發(fā)送；上行鏈路的HARQ遵循以下原則：當(dāng)UE正確收到發(fā)給自己的PDCCH時(shí)，無(wú)論HARQ反饋的內(nèi)容是什么（ACK或NACK）,UE只按PDCCH的命令去做，即執(zhí)行傳輸或重傳（即自適應(yīng)重傳）操作；當(dāng)UE沒(méi)有檢測(cè)到發(fā)給自己的PDCCH時(shí)，由HARQ反饋來(lái)指示UE如何執(zhí)行重傳操作：NACK：UE將執(zhí)行非自適應(yīng)的重傳操作：ACK：UE不執(zhí)行任何上行傳輸（或重傳）操作，并將數(shù)據(jù)保留在HARQ緩存中。測(cè)量間隙（Measurementgap）相對(duì)HARQ重傳具有更高的優(yōu)先級(jí)：當(dāng)HARQ重傳與測(cè)屋間隙沖突時(shí)，則停ll：HARQ重傳。ARQARQ功能由RLC子層完成，具有如下特性：ARQ重傳RLCPDU或RLCPDU分段：?ARQ重傳基于RLC狀態(tài)報(bào)告觸發(fā)，也可以基于HARQ/ARQ的交互情況來(lái)觸發(fā)。RLC根據(jù)需要輪詢(xún)RLC狀態(tài)報(bào)告：狀態(tài)報(bào)告可由上層觸發(fā)。HARQ/ARQ交互如果HARQ發(fā)送端檢測(cè)到一個(gè)傳輸塊（TB）失敗傳輸次數(shù)達(dá)到了最人重傳限制，相關(guān)的ARQ實(shí)體將收到通知并町能啟動(dòng)重傳或重分段操作。第7章縮略語(yǔ)縮略詞中文名稱(chēng)英文名稱(chēng)3GPP第3代合作伙伴計(jì)劃3rdGenerationPartnershipProjectBPSK雙相移鍵控BinaryPhaseShiftKeyingCAPEX資木性支出，運(yùn)營(yíng)商投資CapitalExpenditureDFT離散傅立葉變換DiscreteFourierTransformDRX非連續(xù)接收DiscontinuousReceptionE-MBHS演進(jìn)型MBMSEvolvedMultimediaBroadcastandMulticastServiceeNB演進(jìn)型NodeBEvolutionNodeBE3G演進(jìn)型3Gevolved3GEPC演進(jìn)型分組核心網(wǎng)EvolvedPacketCoreE-UTRA演進(jìn)型UTRAEvolvedUniversalTerrestrialRadioAccessHCR高碼片速率HighChipRateHeNB家庭eNBHomeeNBIASA跨接入系統(tǒng)錨點(diǎn)InterAccessSystemAnchorIFFT逆快速傅立葉變換InverseDiscreteFouriertransformLCR低碼片速率LowChipRateLDPC低密度奇偶校驗(yàn)low-densityparity-checkLTE長(zhǎng)期演進(jìn)LongTermEvolutionMIMO多輸入多輸出MultipleInputMultipleOutputMME移動(dòng)性管理實(shí)體MobileManagementEntityOFDM正交頻分多址OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexOPEX運(yùn)營(yíng)性支出OperatingExpenditurePAPR峰均功率比PeaktoAveragePowerRatioQAM正交調(diào)幅QUADRATUREAMPLITUDEMODULATIONQoS服務(wù)質(zhì)呈QualityofServiceQPSK正交轉(zhuǎn)換相移鍵控QUADRATUREPHASESHIFTKEYINGRRC無(wú)線資源控制RadioResourceControlSAE系統(tǒng)構(gòu)架演進(jìn)SystemArchitectureEvolution

縮略詞中文名稱(chēng)英文名稱(chēng)SC-FDMA單載頻-頻分多址接入SingleCarrier-FrequencyDivisionMultipleAccessSDM空分復(fù)用SpatialDivisionMultipleS-GW服務(wù)網(wǎng)關(guān)ServingGatewayTTI傳輸時(shí)間間隔TransmissionTimeInterval第8章參考資料序號(hào)名稱(chēng)125.912Fea