中級通訊工程師|「專業實務」第7章重點學習內容！

　

第7章 LTE移動通訊系統

　　

7.1 概述

**1. LTE的主要目標**

　　系統容量;

　　數據傳輸時延;

　　終端狀態間轉換時間;

　　移動性;

　　覆蓋範圍;

　　加強的多媒體廣播和多播業務。

　　2. LTE的主要性能指標

　　① 1.4MHz~ 20MHz帶寬，上行50Mbit/s、 下行100Mbit/s的峯值速率。

　　② 改善小區邊緣用戶的性能。

　　③ 高頻譜效率。

　　④ 下降延遲.

　　⑤ 與現有3GPP和非3GPP系統的互操做。

　　⑥ 加強型的MBMS業務。

　　⑦ 合理的終端。

　　⑧ 加強的IMS和核心網。

　　⑨ 取消Cs (電路交換)域.

　　⑩ 支持成對和非成對頻段。

　　⑪ 支持運營商間鄰頻共存和鄰區域共存。

　　3. LTE的基本特色

　　只支持分組交換的結構;徹底共享的無線信道;

　　4. LTE-Advanced的特色

　　① 峯值數據率,下行3Gbit/s, 上行1.5Gbit/s;

　　② 提升頻譜效率,16bit/s/Hz 提升到30bit/s/Hz;

　　③ 提升用戶數、小區邊緣性能;

　　④ LTE與LTE-A相互兼容.

　　⑤ 靈活配置頻譜和帶寬;

　　⑥ 網絡自動化、自組織能力。

　　

7.2 LTE的系統結構
　　
7.2.1 LTE/SAE的網絡結構
演進的分組核心網(EPC)--IMS網絡位於核心網，提供互聯網接口，經過媒體網關鏈接電話網和互聯網。

　　演進的通用地面無線接入網(E-UTRAN)

　　

　　7.2.2 E-UTRAN的結構及接口

　　一、E-UTRAN結構與UTRAN結構的比較;

　　-只包含eNodeB，取消了RNC。

　　二、E-UTRAN主要網元的功能及接口

　　三、eNodeB實現的功能

　　① 無線資源管理(RRM)

　　-無線承截控制、無線接納控制、鏈接移動性控制和UE的上、下行動態資源分配。

　　② 用戶數據流的IP頭壓縮和加密。

　　③ 當終端附着時選擇MME。

　　④ 路由用戶平面數據到S-GW。

　　⑤ 調度和傳輸尋呼消息(來自MME)。

　　⑥ 調度和傳輸廣播信息(來自MME或者O&M)。

　　⑦ 用於移動和調度的測量和測量報告的配置。

　　四、E-UTRAN主要的開放接口

　　① X2接口：eNodeB之間

　　② S1接口：E-UTRAN與CN之間

　　③ LTE-Uu接口：UE接入系統固定部分

　　五、E-UTRAN通用協議模型;-適用於S1和X2接口

　　

　　六、E-UTRAN主要接口的協議棧

　　-eNodeB之間的接口X2

　　① 用戶平面：基於IP傳輸的，UDP/IP之上利用GTP-U。

　　② 控制平面：利用IP和SCTP(流控制傳輸協議)，應用層信令協議使用X2-AP。

　　

　　-eNodeB和EPC的接口S1

　　

　　① 用戶平面：基於IP傳輸的，UDP/IP之上利用GTP-U。② 控制平面：利用IP和SCTP(流控制傳輸協議)，應用層信令協議使用S1-AP。

　　③S1口的功能：

　　a. SAE承載服務的管理

　　b. 激活模式下，UE的移動性管理

　　c. S1接口UE上下文管理功能。

　　d. S1尋呼

　　e. NAS信令傳輸

　　f. S1接口管理

　　g. 網絡共享

　　h. 漫遊與區域限制功能

　　i. NAS結點選擇功能

　　j. 初始狀態時上下文的創建

　　7.2.3 核心網結構及接口

　　EPC主要網元的功能：MME、SGW、PDN GW、PC RF、HSS

　　

　　MME 功能：

　　① 安全管理功能

　　② 會話管理功能

　　③ 空閒狀態的終端管理功能

　　MME 主要完成以下工做：

　　① NAS信令的加密和完整性保護。

　　② CN節點之間的信令傳輸。

　　③ 空閒狀態下的移動性控制。

　　④ P-GW和S-GW的選擇。

　　⑤ MME選擇，MME改變帶來的切換。

　　⑥ 切換到2G或者3G訪問網絡的SGSN選擇。

　　⑦ 漫遊。

　　⑧ 承載管理。

　　S-GW 功能：數據業務的錨點

　　① 3GPP間的移動性管理，創建移動安全機制。

　　② 下行分組緩衝和網絡初始化。

　　③ 受權偵聽。

　　④ 分組路由和前向轉移。

　　⑤ 計費信息。

　　P-GW 功能：與外部數據網絡交互數據的錨點

　　① 用戶的分組過濾。

　　② 受權偵聽。

　　③ UE的IP地址分配。

　　④ 上、下行服務管理和計費。

　　⑤ 基於AMBR的下行速率控制。

　　PCRF 功能：

　　-決定如何使用可用資源，負責用戶的計費信息管理。

　　HSS 功能：

　　-3G和LTE的核心節點 -存儲用戶的註冊信息 -

　　MME/MME:S10接口

　　SGSN/MME: S3接口

　　SGSN/S-GW: S4接口

　　S-GW/P-GW: S5/S8接口

　　MME/S-GW: S11接口

　　MME/HSS: S6a

　　UE/eNodeB/MME的控制平面協議棧

　　

　　NAS協議 功能：

　　-移動性管理，用戶平面承載激活、修改、解除激活，對NAS信令加密。

　　eNodeB和MME之間(S1)協議 功能：

　　-控制和創建網絡訪問鏈接的屬性。

　　-控制創建網絡鏈接的路由。

　　-控制網絡資源的分配。

　　UE/eNodeB/網關的用戶平面協議棧

　　

　　-eNodeB和S-GW之間、S-GW和P-GW之間，利用GTP-U協議傳送用戶數據。-

　　LTE網絡中的IP多媒體子系統(IMS)

　　-首次提出是R5版本 -功能實體：

　　-① CSCF(呼叫會話控制功能實體)。

　　-② MGCF(媒體網關控制功能)。

　　-③ MGW(媒體網關)。

　　 7.3 LTE的空中接口

**7.3.1 LTE工做頻段**

　　LTE同時支持FDD和TDD的雙工方式

　　7.3.2 空中接口協議

　　Uu口

　　-第一層(L1)物理層

　　-第二層(L2)數據鏈路層

　　-第三層(L3)網絡層

　　

　　7.3.3 物理層

　　物理層的功能

　　① 傳輸信道的錯誤檢測。

　　② FEC編解碼。

　　③ HARQ及軟合併實現。

　　④ 傳輸信道與物理信道速率匹配和映射。

　　⑤ 功率控制。

　　⑥ 調製/解調。

　　⑦ 同步。

　　⑧ 無線特性測量。

　　⑨ MIMO天線處理。

　　⑩ 傳輸分集。

　　⑪ 波束賦形。

　　⑫ 射頻處理。

　　傳輸信道

　　⑴下行傳輸信道

　　① 廣播信道(BCH)

　　② 下行共享信道(DL-SCH)

　　③ 尋呼信道(PCH)

　　④ 多播信道(MCH)

　　⑵上行傳輸信道

　　① 上行共享信道(UL-SCH)

　　② 隨機接入信道(RACH)

　　幀結構

　　幀結構類型1，適用於FDD與H-FDD

　　一個長度爲10ms的無線幀由10個長度爲1ms的子幀構成;每一個子幀由兩個長度爲0.5ms的時隙構成;

　　幀結構類型2，適用於TDD

　　一個長度爲10ms的無線幀由2個長度爲5ms的半幀構成;

　　每一個半幀由5個長度爲1ms的子幀構成;

　　常規子幀：由兩個長度爲0.5ms的時隙構成;

　　特殊子幀：由DwPTS、GP以及UpPTS構成;

　　支持5ms和10ms DL-UL切換點週期;

　　

　　物理信道

　　⑵ 物理信道的分類

　　① 下行物理信道

　　② 上行物理信道

　　③ 傳輸信道與物理信道映射

　　① 下行物理信道

　　a. 物理廣播信道(PBCH)

　　傳遞UE接入系統所必需的系統信息，如帶寬，天線數目等

　　b. 物理控制格式指示信道(PCFICH)

　　一個子幀中用於PDCCH的OFDM符號數目

　　c. 物理HARQ指示信道(PHICH)

　　用於eNodeB向UE 反饋和PUSCH相關的ACK/NACK信息

　　d. 物理下行控制信道(PDCCH)

　　用於指示PDSCH相關的傳輸格式，資源分配，HARQ信息等

　　e. 物理下行共享信道(PDSCH)

　　傳輸數據塊，包括用戶數據以及系統信息、尋呼等

　　f. 物理多播信道(PMCH)

　　傳遞MBMS相關的數據

　　② 上行物理信道

　　a. 物理上行控制信道(PUCCH)

　　當沒有PUSCH時，UE用PUCCH發送ACK/NAK，CQI，調度請求(SR，RI) 信息。

　　當有PUSCH時，在PUSCH上發送這些信息

　　b. 物理上行共享信道(PUSCH)

　　承載數據

　　c. 物理隨機接入信道 (PRACH)

　　用於隨機接入，發送隨機接入須要的信息，preamble等

　　③ 傳輸信道與物理信道映射

　　PCFICH、PDCCH、PHICH、PUCCH無對應傳輸信道

　　

　　7.3.4 數據鏈路層

　　⑴ 層2結構

　　① MAC層

　　② RLC層

　　③ PDCP層

　　-層與層之間爲服務接入點(SAP)

　　-RLC與MAC層之間爲邏輯信道

　　

　　① MAC層的功能

　　a.邏輯信道與傳輸信道間的映射

　　b. 複用/解複用的過程

　　c.業務量測量報告

　　d.經過HARQ糾錯

　　e.同一個UE的邏輯信道優先級處理

　　f.多個UE間的優先級處理(動態調度)

　　g.傳輸格式選擇

　　h.邏輯信道優先級管理

　　② RLC層的功能

　　a.支持確認模式、非確認模式和透明模式。

　　b.經過ARQ機制進行錯誤修正。

　　c.根據傳輸塊大小對本層數據動態分段和重組。

　　d.實現同一無線承載的多個業務數據單元的串接。

　　e.順序傳送上層的PDU (切換時除外)。

　　f.數據的重複檢測和底層協議錯誤的檢測與恢復。g.eNodeB和UE間的流量控制。

　　③ PDCP層的功能

　　a.協議頭壓縮與解壓縮， 只支持ROHC壓縮算法。

　　b.NAS層與RLC層間用戶面數據傳輸。

　　c.用戶面數據和控制面數據加密。

　　d.控制面NaS信令信息的完整性保護。

　　7.3.5 RRC層

　　RRC層提供的服務與功能

　　① 廣播NAS層和接入層(AS層)的系統消息。

　　② 尋呼。

　　③ RRC鏈接創建、保持和釋放。

　　④ RRC消息的加密和完整性保護。

　　⑤ 無線承載的創建、修改和釋放。

　　⑥ 移動管理功能。

　　⑦ QoS管理。

　　⑧ 廣播/多播業務的通知和控制。

　　⑨ 用戶和網絡側NAS消息的傳輸。

　　RRC協議狀態以及狀態遷移

　　-空閒狀態(RRC IDLED)

　　-鏈接狀態(RRC CONNECTED).

　　(1)空閒狀態的主要特徵

　　① NAS配置的UE特定的非連續接收(DRX)。

　　② 系統信息廣播。

　　③ 尋呼。

　　④ 小區重選。

　　⑤ UE具備在跟蹤區域範圍內惟一的標識。

　　⑥ 在eNodeB中沒有保存RRC上下文等。

　　(2) 鏈接狀態的主要特徵

　　① UE具備E-UTRAN的RRC鏈接。

　　② E-UTRAN擁有UE通訊上下文。

　　③ E-UTRAN知道UE屬於哪一個服務小區。

　　④ 網絡能夠與UE間發送/接收數據。

　　⑤ 網絡控制的移動管理( 切換)。

　　⑥ 相鄰小區測量等。

　　RRC協議狀態以及狀態遷移

　　

　

　 7.4 上下行物理層傳輸

**7.4.1 時頻結構**

　　無線幀

　　-無線幀長度10ms

　　SFN週期爲1024，編號爲0~1023.

　　-子幀長度1ms;

　　-時隙長度Tslot=0.5ms;

　　-基本的時間單位TS=

　　-OFDM符號爲時間結構的時間單位。

　　-循環前綴(CP)：

　　常規CP(160 TS 、144 TS )

　　擴展CP(512 TS )

　　

　　-頻域：子載波 時域：OFDM符號

　　--無線幀(SFN)

　　-10ms 1024編號

　　-廣播 尋呼 信道狀態報告

　　--傳輸時間間隔(TTI)

　　-子幀 -HARQ機制 TA機制

　　--時隙

　　-0.5ms 同步信號、參考信號、控制信息

　　物理資源

　　--RE：Resource element/資源單元

　　-1個子載波對應1個OFDM符號

　　--RB：Resource block/資源塊

　　-時域上0.5ms的1個時隙

　　-頻域上 180KHz含12個連續的子載波

　　--SB：Scheduling Block/調度塊

　　-時域上1ms的1個子幀(最小調度單位)

　　-資源塊對

　　

　　--中心頻率在子載波中的位置

　　-下行：無用直流子載波

　　-上行：位於2個子載波之間

　　7.4.2 下行物理層傳輸

　　爲MAC層和高層提供信息傳輸

　　經過傳輸信道實現

　　下行傳輸信道處理

　　-1個TTI內1個或2個傳輸塊傳遞到物理層

　　

　　下行參考信號的分類

　　-小區專用參考信號(CRS)

　　-UE專用參考信號(DRS)

　　-信道狀態參考信號(CSI-RS)

　　-MBSFN參考信號

　　-定位參考信號

　　小區專用參考信號的結構及產生

　　-504個物理小區標識

　　-擾碼選用GOLD碼

　　

　　下行控制信道及業務信道

　　(1)LTE時頻網格中控制區和數據區的劃分

　　

　　(2)PBCH的處理流程

　　

　　(3)PDSCH的處理流程

　　每一個TTI上用戶調度塊的分配靈活可變

　　

　　7.4.3 上行物理層傳輸

　　(1)PUCCH的控制信令消息

　　-SR：用於向eNodeB請求UL-SCH資源。

　　-HARQ ACK/NACK：對DL-SCH上發送的數據進行HARQ確認。

　　-CSI：包括CQI、PMI、RI等信息。用於告訴eNodeB下行信道質量等，幫助eNodeB進行下行調度

　　(2)PUCCH信道的時頻資源佔用

　　-整個可用帶寬的邊緣。

　　-12個子載波，1個子幀2個時隙

　　

　　

7.5 LTE系統基本過程小區搜索的主要內容

　　-頻率和符號的同步

　　-得到幀定時，決定下行幀的開始點

　　-決定物理層小區標識(504個)

　　-循環前綴(CP)的長度

　　-工做方式(FDD/TDD)

　　① PSS(主同步信號)。

　　② SSS(輔同步信號)。

　　映射到帶寬中心62個子載波上

　　

　　①終端檢測到並識別出小區的PSS(主同步信號)能夠得到 -該小區的5ms定時 -小區標識羣中的小區標識(3個) -SSS的位置

　　②終端檢測到並識別出小區的SSS(輔同步信號)能夠得到 -幀定時 -小區標識羣(168個)

　　

　　7.5.1 小區搜索過程

　　

　　7.5.2 隨機接入過程

　　LTE中隨機接入的應用場景

　　-① 初始接入和TAU更新

　　-② RRC 鏈接重建過程

　　-③ 上行失步須要申請上行資源

　　-④ 切換

　　-⑤ 上行失步但需接收下行數據

　　-⑥ UE位置輔助定位須要

　　隨機接入前導的結構

　　

　　(1)隨機接入前導的ZC序列

　　-長度839個子載波，子載波間隔1.25kHz,800μs。

　　-長度139個子載波，6RB，133μs。

　　(2)隨機接入前導的循環前綴

　　-5種格式

　　(3)機接入前導的處理過程

　　

　　(4)PRACH信道的資源映射

　　

　　基於衝突的隨機接入

　　隨機選擇前導

　　基於非衝突的隨機接入

　　指派非衝突的前導

　　

　　7.5.3 尋呼

　　-RRC_IDLE

　　-RRC_CONNECTED

　　尋呼週期

　　-若是終端檢測到尋呼的組無線網絡臨時標識(P-RNTI), 它就處理PCH上相對應的下行尋呼消息。

　　-終端應當在哪一個子幀醒來監聽尋呼是由網絡進行配置的。-尋呼消息只能在某些子幀上發送，從每32幀1個子幀到每一個幀有4個子幀。

　　尋呼過程

　　-核心網或eNodeB觸發

　　-通知系統信息更新、尋呼UE

　　

　　7.5.4 跟蹤區域更新

　　-TA -TAC -TAI -TAU

　　

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