史上最强悍的LTE知识集锦,看完你也成大神(补图)(上)

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ny_ningyu
ny_ningyu   钻石会员    发表于 2015-11-24 08:51:15   最新回复:2017-05-06 22:53:09

1 为什么要从3G向LTE演进?

LTE(Long Term Evolution)是指3GPP组织推行的蜂窝技术在无线接入方面的最新演进,对应核心网的演进就是SAE(System Architecture Evolution)。之所以需要从3G演进到LTE,是由于近年来移动用户对高速率数据业务的要求,同时新型无线宽带接入系统的快速发展,如WiMax的出现,给3G系统设备商和运营商造成了很大的压力。在LTE系统设计之初,其目标和需求就非常明确:降低时延、提高用户传输数据速率、提高系统容量和覆盖范围、降低运营成本:

●显著的提高峰值传输数据速率,例如下行链路达到100Mb/s,上行链路达到50Mb/s;

●在保持目前基站位置不变的情况下,提高小区边缘比特速率;

●显著的提高频谱效率,例如达到3GPP R6版本的2~4倍;

●无线接入网的时延低于10ms;

●显著的降低控制面时延(从空闲态跃迁到激活态时延小于100ms(不包括寻呼时间));

●支持灵活的系统带宽配置,支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz带宽,支持成对和非成对频谱;

●支持现有3G系统和非3G系统与LTE系统网络间的互连互通;

●更好的支持增强型MBMS;

●系统不仅能为低速移动终端提供最优服务,并且也应支持高速移动终端,能为速度>350km/h的用户提供100kbps的接入服务;

●实现合理的终端复杂度、成本、功耗;

●取消CS域,CS域业务在PS域实现,如VOIP;

▊2 LTE扁平网络架构是什么?

●LTE的接入网E-UTRAN由eNodeB组成,提供用户面和控制面;

●LTE的核心网EPC(Evolved Packet Core)由MME,S-GW和P-GW组成;

●eNodeB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eNodeB与核心网EPC。其中,S1-MME是eNodeB连接MME的控制面接口,S1-U是eNodeB连接S-GW 的用户面接口;





▊3 相对于3G来说,LTE采用了哪些关键技术

●采用OFDM技术

◇OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)属于调制复用技术,它把系统带宽分成多个的相互正交的子载波,在多个子载波上并行数据传输;

◇各个子载波的正交性是由基带IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)实现的。由于子载波带宽较小(15kHz),多径时延将导致符号间干扰ISI,破坏子载波之间的正交性。为此,在OFDM符号间插入保护间隔,通常采用循环前缀CP来实现;

◇下行多址接入技术OFDMA,上行多址接入技术SC-FDMA(Single Carrier-FDMA);

●采用MIMO(Multiple-Input Multiple Output)技术

◇LTE下行支持MIMO技术进行空间维度的复用。空间复用支持单用户SU-MIMO(Single-User-MIMO)模式或者多用户MU-MIMO (Multiple-User-MIMO)模式。SU-MIMO和MU-MIMO都支持通过Pre-coding的方法来降低或者控制空间复用数据流之间的干扰,从而改善MIMO技术的性能。SU-MIMO中,空间复用的数据流调度给一个单独的用户,提升该用户的传输速率和频谱效率。MU-MIMO中,空间复用的数据流调度给多个用户,多个用户通过空分方式共享同一时频资源,系统可以通过空间维度的多用户调度获得额外的多用户分集增益。

◇受限于终端的成本和功耗,实现单个终端上行多路射频发射和功放的难度较大。因此,LTE正研究在上行采用多个单天线用户联合进行MIMO传输的方法,称为Virtual-MIMO。调度器将相同的时频资源调度给若干个不同的用户,每个用户都采用单天线方式发送数据,系统采用一定的MIMO解调方法进行数据分离。采用Virtual-MIMO方式能同时获得MIMO增益以及功率增益(相同的时频资源允许更高的功率发送),而且调度器可以控制多用户数据之间的干扰。同时,通过用户选择可以获得多用户分集增益。

●调度和链路自适应

◇LTE支持时间和频率两个维度的链路自适应,根据时频域信道质量信息对不同的时频资源选择不同的调制编码方式。

◇功率控制在CDMA系统中是一项重要的链路自适应技术,可以避免远近效应带来的多址干扰。在LTE系统中,上下行均采用正交的OFDM技术对多用户进行复用。因此,功控主要用来降低对邻小区上行的干扰,补偿链路损耗,也是一种慢速的链路自适应机制。

●小区干扰控制

◇LTE系统中,系统中各小区采用相同的频率进行发送和接收。与CDMA系统不同的是,LTE系统并不能通过合并不同小区的信号来降低邻小区信号的影响。因此必将在小区间产生干扰,小区边缘干扰尤为严重。

◇为了改善小区边缘的性能,系统上下行都需要采用一定的方法进行小区干扰控制。目前正在研究方法有:

1)干扰随机化:被动的干扰控制方法。目的是使系统在时频域受到的干扰尽可能平均,可通过加扰,交织,跳频等方法实现;

2)干扰对消:终端解调邻小区信息,对消邻小区信息后再解调本小区信息;或利用交织多址IDMA进行多小区信息联合解调;

3)干扰抑制:通过终端多个天线对空间有色干扰特性进行估计和抑制,可以分为空间维度和频率维度进行抑制。系统复杂度较大,可通过上下行的干扰抑制合并IRC实现;

4)干扰协调:主动的干扰控制技术。对小区边缘可用的时频资源做一定的限制。这是一种比较常见的小区干扰抑制方法;

▊4 OFDM基本原理

OFDM也是一种频分复用的多载波传输方式,只是复用的各路信号(各路载波)是正交的。OFDM技术也是通过串/并转换将高速的数据流变成多路并行的低速数据流,再将它们分配到若干个不同频率的子载波上的子信道中传输。不同的是OFDM技术利用了相互正交的子载波,从而子载波的频谱是重叠的,而传统的FDM多载波调制系统中子载波间需要保护间隔,从而OFDM技术大大的提高了频谱利用率。





●OFDM系统优点:

◇通过把高速率数据流进行串并转换,使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加,从而有效地减少由于无线信道时间弥散所带来地ISI,进而减少了接收机内均衡器地复杂度,有时甚至可以不采用均衡器,而仅仅通过插入循环前缀地方法消除ISI的不利影响。

◇OFDM技术可用有效的抑制无线多径信道的频率选择性衰落。因为OFDM的子载波间隔比较小,一般的都会小于多径信道的相关带宽,这样在一个子载波内,衰落是平坦的。进一步,通过合理的子载波分配方案,可以将衰落特性不同的子载波分配给同一个用户,这样可以获取频率分集增益,从而有效的克服了频率选择性衰落。

◇传统的频分多路传输方法是将频带分为若干个不相交的子频带来并行传输数据流,各个子信道之间要保留足够的保护频带。而OFDM系统由于各个子载波之间存在正交性,允许子信道的频谱相互重叠,因此于常规的频分复用系统相比,OFDM系统可以最大限度的利用频谱资源。

◇各个子信道的正交调制和解调可以分别通过采用IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)和DFT实现,在子载波数很大的系统中,可以通过采用IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)和FFT实现,随着大规模集成电路技术和DSP技术的发展,IFFT和FFT都是非常容易实现的。

◇无线数据业务一般存在非对称性,即下行链路中的数据传输量大于上行链路中的数据传输量,这就要求物理层支持非对称的高速率数据传输,OFDM系统可以通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。

●OFDM系统缺点:

◇易受频率偏差的影响。由于子信道的频谱相互覆盖,这就对他们之间的正交性提出了严格的要求,无线信道的时变性在传输过程中造成了无线信号频谱偏移,或发射机与接收机本地振荡器之间存在频率偏差,都会使OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏,导致子信道间干扰(ICI,Inter-Channel Interference),这种对频率偏差的敏感性是OFDM系统的主要缺点之一。

◇存在较高的峰值平均功率比。多载波系统的输出是多个子信道信号的叠加,因此如果多个信号的相位一致时,所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远高于信号的平均功率,导致较大的峰值平均功率比(PAPR,Peak-to-Average power Ratio),这就对发射机内放大器的线性度提出了很高的要求,因此可能带来信号畸变,使信号的频谱发生变化,从而导致各个子信道间的正交性遭到破坏,产生干扰,使系统的性能恶化。

▊5 单用户MIMO(SU-MIMO)和多用户MIMO(MU-MIMO)区别

单用户MIMO:占用相同时频资源的多个并行的数据流发给同一个用户或从同一个用户发给基站称为单用户MIMO;如下图所示:





多用户MIMO:占用相同时频资源的多个并行的数据流发给不同用户或不同用户采用相同时频资源发送数据给基站,称为多用户MIMO,也称虚拟MIMO。如下图所示:





当前LTE 考虑终端的实现复杂性,因此上行只支持多用户MIMO,也就是虚拟MIMO。

▊6 LTE上行为什么要采用SC-FDMA技术

考虑到多载波带来的高PAPR会影响终端的射频成本和电池寿命。最终3GPP决定在上行采用单载波频分复用技术SC-FDMA中的频域实现方式DFT-S-OFDM。可以看出与OFDM不同的是在调制之前先进行了DFT的转换,这样最终发射的时域信号会大大减小PAPR。这种处理的缺点就是增加了射频调制的复杂度。实际上DFT-S-OFDM可以认为是一种特殊的多载波复用方式,其输出的信息同样具有多载波特性,但是由于其有别于OFDM的特殊处理,使其具有单载波复用相对较低的PAPR特性。



▊7 为什么说OFDM技术容易和MIMO技术结合

MIMO技术的关键是有效避免天线之间的干扰,以区分多个并行数据流。众所周知,在水平衰落信道中可以实现更简单的MIMO接收。而在频率选择性信道中,由于天线间干扰和符号间干扰混合在一起,很难将MIMO接收和信道均衡分开处理。如果采用将MIMO接收和信道均衡混合处理的MIMO接收均衡的技术,则接收机会比较复杂。

因此,由于每个OFDM子载波内的信道(带宽只有15KHz)可看作水平衰落信道,MIMO系统带来的额外复杂度可以控制在较低的水平(随天线数量呈线性增加)。相对而言,单载波MIMO系统的复杂度与天线数量和多径数量的乘积的幂成正比,很不利于MIMO技术的应用。

▊8 LTE FDD和TDD帧结构是什么?

LTE FDD的帧结构如下图所示,帧长10ms,包括20个时隙(slot)和10个子帧(subframe)。每个子帧包括2个时隙。LTE的TTI为1个子帧1ms。





LTE TDD的帧结构如下图所示,帧长10ms,分为两个长为5ms的半帧,每个半帧包含8个长为0.5ms的时隙和3个特殊时隙(域):DwPTS(Downlink Pilot TimeSlot)、GP(Guard Period)和UpPTS(Uplink Pilot TimeSlot)。DwPTS和UpPTS的长度是可配置的,但是DwPTS、UpPTS和GP的总长度为1ms。子帧1和6包含DwPTS,GP和UpPTS;

子帧0和子帧5只能用于下行传输。支持灵活的上下行配置,支持5ms和10ms的切换点周期。





▊9  LTE中RB、RE及子载波概念

子载波:LTE采用的是OFDM技术,不同于WCDMA采用的扩频技术,每个symbol占用的带宽都是3.84M,通过扩频增益来对抗干扰。OFDM则是每个Symbol都对应一个正交的子载波,通过载波间的正交性来对抗干扰。协议规定,通常情况下子载波间隔15khz,Normal CP(Cyclic Prefix)情况下,每个子载波一个slot有7个symbol;Extend CP情况下,每个子载波一个slot有6个symbol。下图给出的是常规CP情况下的时频结构,从竖的的来看,每一个方格对应就是频率上一个子载波。

RB(Resource Block):频率上连续12个子载波,时域上一个slot,称为1个RB。如下图左侧橙色框内就是一个RB。根据一个子载波带宽是15k可以得出1个RB的带宽为180kHz。

RE(Resource Element):频率上一个子载波及时域上一个symbol,称为一个RE,如下图右下角橙色小方框所示。






▊10  LTE中CP概念及作用

CP(Cyclic Prefix)中文可译为循环前缀,它包含的是OFDM符号的尾部重复,如下面第一个图的红圈内所示。CP主要用来对抗实际环境中的多径干扰,不加CP的话由于多径导致的时延扩展会影响子载波之间的正交性,造成符号间干扰。




下图分别给出了LOS、多径时延扩展小于CP长度以及多径时延扩展大于CP长度的情况,可以看出在如果多径时延扩展大于CP长度时,同样会造成符号间串扰。协议中规定的CP长度已经根据实际情况进行考虑,可以满足绝大多数情况。其它情况会采用扩展CP来容忍更大的时延扩展。





▊11 LTE支持的带宽及表示方式

LTE的工作带宽最小可以工作在1.4M,最大工作带宽可以是20M。协议和实际产品的配置都是通过RB个数来对带宽进行配置的。对应关系如下表所示:大家可能觉得RB个数乘以180k和实际带宽还是有些差距,这个主要由于OFDM信号旁瓣衰落较慢,通常需要留10%的保护带。和WCDMA占用5M带宽但实际信号带宽只有3.84M的原因是类似的。





如下图所示,假设20M带宽情况下,则配置带宽为100RB,对应18M,但信道带宽是20M。





▊12 衡量LTE覆盖和信号质量基本测量量是什么?

下面这几个是LTE中最基本的几个测量量,是日常测试中关注最多的。

RSRP (Reference Signal Received Power)主要用来衡量下行参考信号的功率,和WCDMA中CPICH的RSCP作用类似,可以用来衡量下行的覆盖。区别在于协议规定RSRP指的是每RE的能量,这点和RSCP指的是全带宽能量有些差别;

RSRQ (Reference Signal Received Quality)主要衡量下行特定小区参考信号的接收质量。和WCDMA中CPICH Ec/Io作用类似。二者的定义也类似,RSRQ = RSRP * RB Number/RSSI,差别仅在于协议规定RSRQ相对于每RB进行测量的。

RSSI (Received Signal Strength Indicator)指的是手机接收到的总功率,包括有用信号、干扰和底噪,和UMTS中的RSSI概念是一致的;

SINR (Signal-to-Interference plus Noise Ratio)也就是信号干扰噪声比,顾名思义就是信号能量除以干扰加噪声的能量;

从上面的定义很容易看出对于RSRQ和SINR来说,二者的差别就在于分母一个包含自身、干扰信号及底噪,另外一个只包括干扰和噪声。

▊13 LTE有哪些上行和下行物理信道及物理信道和物理信号的区别

物理信道:对应于一系列RE的集合,需要承载来自高层的信息称为物理信道;如PDCCH、PDSCH等。

物理信号:对应于物理层使用的一系列RE,但这些RE不传递任何来自高层的信息,如参考信号(RS),同步信号。

下行物理信道:

PDSCH: Physical Downlink Shared Channel(物理下行共享信道) 。主要用于传输业务数据,也可以传输信令。UE之间通过频分进行调度,

PDCCH: Physical Downlink Control Channel(物理下行控制信道)。承载导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。

PBCH: Physical Broadcast Channel(物理广播信道)。承载小区ID等系统信息,用于小区搜索过程。

PHICH: Physical Hybrid ARQ Indicator Channel(物理HARQ指示信道) ,用于承载HARQ的ACK/NACK反馈。

PCFICH: Physical control Format Indicator Channel(物理控制格式指示信道),用于 承载控制信息所在的OFDM符号的位置信息。

PMCH: Physical Multicast channel(物理多播信道),用于承载多播信息

下行物理信号:

RS(Reference Signal):参考信号,通常也称为导频信号;

SCH(PSCH,SSCH):同步信号,分为主同步信号和辅同步信号;

上行物理信道:

PRACH: Physical Random Access Channel(物理随机接入信道) 承载随机接入前导

PUSCH: Physical Uplink Shared Channel(物理上行共享信道) 承载上行用户数据。

PUCCH: Physical Uplink Control Channel(物理上行共享信道) 承载HARQ的ACK/NACK,调度请求,信道质量指示等信息。

上行物理信号:

RS:参考信号;

▊14 LTE中同步信号的作用及结构是什么?

●LTE同步信号由主同步信号(P-SCH)和辅同步信号(S-SCH)组成。其中主同步信号用于小区组内ID侦测,符号timing对准,频率同步;辅同步信号用于小区组ID侦测,帧timing对准,CP长度侦测。因此捕获了主同步信号和辅同步信号就可以获知物理层小区ID信息,同时得到系统的定时同步和频率同步信息。

●同步信号在频域上占用中间的6个RB,共72个子载波。

●P-SCH在时域上占用0号和5号子帧第一个slot的最后一个Symbol,S-SCH占用0号和5号子帧第一个slot的倒数第二个Symbol。

同步信号时域结构如下图所示: 


   

▊15 下行参考信号RS的基本概念

下行RS(Reference Signal)参考信号,通常也称为导频信号。和3G中导频信号的作用是一样的,主要包括:

1. 下行信道质量测量;

2. 下行信道估计,用于UE端的相干检测和解调;

3. 小区搜索;

参考信号有三种类型:

●小区特定参考信号,一般不特别说明,参考信号指的都是小区特定参考信号。

●MBSFN (Multimedia Broadcast Single Frequency Network)参考信号,与MBSFN传输关联MBSFN参考信号仅在分配给MBSFN传输的子帧传输。MBSFN导频序列仅用于扩展CP的情况。

●UE特殊参考信号。顾名思义,这类参考信号只针对特定UE有效。

下图给出了单天线、两天线及四天线在常规CP配置情况下的RS信号分布示意图。从单天线的情况可以看出,RS是时域频域错开分布,这样更有利于进行精确信道估计。对于双天线和四天线来说,每个天线上的参考信号图案都不相同,但各个天线占用的RE都不能用于数据传输。例如双天线情况下,第一个天线的某些RE正好对应第二个天线的RS图案,那么这些RE在实际中必须空在那里,不能用来传输数据,反之亦然。





▊16 物理广播信道PBCH的基本概念

PBCH:  hysical Broadcast Channel(物理广播信道)。承载小区ID等系统信息,用于小区搜索过程。BCH的传输时间间隔(TTI)为40ms,即每个广播信道传输块为40ms;并且PBCH中包含了下行天线配置信息。在时频上占用0号子帧符号7、8、9、10中间的6个RB(即0号子帧1号时隙的前4个符号的6个RB)。如下图所示


PBCH位置示意图




▊17 LTE中REG和CCE概念

REG是Resource Element Group的缩写,一个REG包括4个连续未被占用的RE。REG主要针对PCFICH和PHICH速率很小的控制信道资源分配,提高资源的利用效率和分配灵活性。如下图左边两列所示,除了RS信号外,不同颜色表示的就是REG。




CCE是Control Channel Element的缩写,每个CCE由9个REG组成,之所以定义相对于REG较大的CCE,是为了用于数据量相对较大的PDCCH的资源分配。每个用户的PDCCH只能占用1,2,4,8个CCE,称为聚合级别。如下图所示:





▊18 物理控制格式指示信道PCFICH的基本概念

PCFICH: Physical control Format Indicator Channel(物理控制格式指示信道),用于动态的指示在一个子帧中有几个OFDM符号(取值范围1,2,3)用于PDCCH信道传输。PCFICH 信息放置在第一个OFDM符号,为了对抗干扰,这些符号被分散到整个系统带宽进行传输,在每一个子帧的第一个符号上的4个REG (Resource Element Group)中传输。具体REG位置与PCI(物理小区ID)、系统带宽相关。PCFICH的4个REG是均匀的分布在小区的带宽内的。

下图是一个PCFICH占用资源的例子。





▊19 物理下行控制信道PDCCH的基本概念

PDCCH:Physical Downlink Control Channel(物理下行控制信道)。主要用于承载下行控制信息(DCI: Downlink Control Information)。DCI主要有以下几种:

Format 0:用于传输PUSCH调度授权信息;
Format 1:用于传输PDSCH 单码字调度授权信息;
Format 1A:是Format 1的压缩模式;
Format 1B:包含预编码信息的Format 1压缩模式;
Format 1C:是Format 1的紧凑压缩(Very Compact)模式;
Format 1D:包含预编码信息和功率偏置信息的Format 1压缩模式;
Format 2:闭环空分复用模式UE调度;
Format 2A:开环空分复用模式UE调度;
Format 3:用于传输多用户TPC命令,针对PUSCH或PUCCH,每个用户2bit,多用户联合编码。
Format 3A:用于传输多用户TPC命令,针对PUSCH或PUCCH,每个用户1bit,多用户联合编码。

一个物理控制信道在一个或多个连续的控制信道单元 (CCEs)上传输。LTE协议定义了4中PDCCH格式,每种格式PDCCH使用的CCE数目不同,传输的比特数也不相同,使用何种PDCCH格式由高层配置。







▊20 物理下行共享信道PDSCH的基本概念

PDSCH: Physical Downlink Shared Channel(物理下行共享信道) 。主要用于传输业务数据,也可以传输信令。UE在接收PDSCH之前要在每个子帧监控PDCCH信道,并根据PDCCH信道的DCI格式解析资源分配域来获得PDSCH的实际资源分配情况。每一条PDCCH信道的资源分配域包括两部分:类型域(type field)和实际资源分配信息。由于PDCCH存在三种资源分配类型:Type0,Type1和Type2。所以PDSCH资源分配方式包括Type0、Type1和Type2三种方式。

●Type0的资源分配方式:UE的资源分配以RBG(Resource Block Group)为单位,使用Bitmap指示分配给被调度UE的资源组。组的大小与系统带宽有关,如下表所示:
分配示例如下图所示:




●Type1的资源分配方式:使用Bitmap指示一个资源块集合中分配给被调度UE的物理资源块,该资源块为P个资源块中的一个,其中P与系统带宽有关,取值如上表所示:下图是Type1资源分配的一个示例。





●Type2的资源分配方式:根据在相应的PDCCH上带有的1bit标志,决定虚拟资源块与物理资源块之间的映射关系。物理资源块的分配可以在一个资源块组到整个系统带宽之间变化。包括LVRB(Localized Virtual Resource Block)连续分配RB和DVRB(Distributed VRB)跳频分配RB两种分配方式。下图是一个分配示例。



▊21 物理HARQ指示信道PHICH的基本概念

PHICH: Physical Hybrid ARQ Indicator Channel(物理HARQ指示信道) ,用于承载HARQ的ACK/NACK反馈。多个PHICH复用映射到同样的RE资源上,组成一个PHICH组。组内PHICH之间通过不同的正交序列区分。一个PHICH信道可以用索引来唯一识别,其中是PHICH组序号,是组内的正交序列索号。PHICH的反馈时序为N+4,上行的PUSCH是否被正确接收在接收后的第四个子帧的PHICH信道中反馈给UE。每个PHICH组占用3个REG,下图是一个PHICH资源分配的例子。





▊22 LTE下行信道处理一般需要经过哪些过程

信道处理需要经过加扰、调制、层映射、预编码、RE映射、生成OFDM符号等几个步骤,见如下图所示:

●加扰-编码bit的加扰,加扰将不改变bit速率

●调制-将加扰bit调制为复值符号(BPSK、QPSK、16QAM或64QAM将数据流)

●层映射-将复值调制符号映射到若干传输层。调制后的符号可以经过一层或多层传输,多层传输包括多层复用传输和多层分集传输,分别对应不同的处理方式

●预编码-对传输层的复值符号预编码到天线口。对单天线,多天线复用、多天线分集进行不同的处理,决定每天线的符号量,预编码是多天线系统中特有的自适应技术

●RE映射-映射到具体的物理资源单元。对每个RE{k,l}按照先递增k,后递增l的方式映射,被其他信息占用的RE均不能映射。

●生成OFDM符号- 生成每个天线口的OFDM符号




下行信号产生的一般过程

▊23 LTE随机接入信道(PRACH)的基本概念

由于终端的移动使得终端和网络之间的距离是不确定的,所以如果终端需要发送消息到网络,则必须实时进行上行同步的维持管理。PRACH的目的就是为达到上行同步,建立和网络上行同步关系以及请求网络分配给终端专用资源,进行正常的业务传输。

LTE物理层在随机接入信道(PRACH)上发送接入前导序列Preamble,Preamble由长度为的CP循环前缀和长度为的序列部分组成,如下图所示。参数和的取值取决于帧结构和随机接入的配置。





随机接入Preamble时隙结构

LTE中支持5种Preamble格式,每种Preamble格式对应的CP长度和接入序列长度不同,如下表所示:




不同前导格式对应的小区接入半径不同,其中格式4只适用于TDD模式。

在时域中,随机接入的Preamble为子帧的整数倍;在频域上,接入Preamble占据了6个RB的带宽,共1.08MHz。

▊24 物理上行共享信道PUSCH的基本概念

PUSCH:Physical Uplink Shared Channel(物理上行共享信道)。 主要用于承载上层数据信息。

PUSCH处理过程包括加扰、调制比特数据映射、DFT变换处理、映射复数据到分配的时频域资源、IFFT变换处理生成时域信号等过程,见下图所示:




▊25 上行控制信道(PUCCH)的基本概念

PUCCH: Physical Uplink Control Channel(物理上行共享信道) 。用于承载HARQ的ACK/NACK,调度请求,信道质量指示等信息。PUCCH信道的频率资源位于带宽的两端见下表时频结构图中两端的蓝色区域),并在两个时隙间跳频。             




PUCCH时频结构
根据应用场景及调制方式的不同,PUCCH信道分为6种格式,见下表所示:





▊26 上行导频信号RS的简介

在 LTE系统中二进制数据比特一般以PSK或者QAM 等调制方式调制到相应的子载波上,为了在接收端进行数据恢复,需要获得调制值的参考相位和幅度才能进行正确的解调。在实际系统中,由于载波频率偏移、定时偏差以及信道的频率选择性衰落等的影响,信号会受到破坏,导致相位偏移和幅度变化等。为了准确恢复信号,接收端需要对接收信号进行相干检测。根据相干检测的基本原理首先利用一组导频序列(参考序列)获得无线系统的信道估计,然后通过信道估计得到 LTE 系统中OFDM 符号子载波的参考相位和幅度。上行的导频信号就是用于E-UTRAN与UE的同步和上行信道估计。

上行参考信号分为两类:

●解调参考信号DMRS(Demodulation Reference Signal):PUSCH和PUCCH传输时的导频信号。由于上行采用SC-FDMA,每个UE只占用系统带宽的一部分,DMRS只在相应的PUSCH和PUCCH分配的带宽中传输。DMRS在时隙中的位置根据伴随的PUSCH和PUCCH的不同格式有所差异。

●Sounding参号信号SRS(Sounding Reference Signal):无PUCCH和PUSCH传输时的导频信号。Sounding RS的带宽比单个UE分配到的带宽要大,目的是为eNodeB作全带宽的上行信道估计提供参考。Sounding RS在每个子帧的最后一个符号发送,周期/带宽可以配置,SRS可以通过系统调度由多个UE发送。




▊27 UE上报的RI、PMI及CQI含义

RI(Rank Indication);RANK指示。RANK为MIMO方案中天线矩阵中的秩。表示N个并行的有效的数据流。

PMI(Pre-coding matrix Indication) 预编码矩阵指示。预编码是多天线系统中的一种自适应技术,即根据信道的状态信息(CSI),在发射端自适应的改变预编码矩阵,起到改变信号经历的信道的作用。在收发两端均存储一套包含若干个预编码矩阵的码书,这样接收机可以根据估计出的信道矩阵和某一准则选择其中一个预编码矩阵,并将其索引值和量化后的信道状态信息反馈给发送端;在下一个时刻,发送端采用新的预编码矩阵,并根据反馈回的信道状态量化信息为码字确定编码和调制方式。

CQI(Channel Quality Indicator)信道质量指示。指满足某种性能(10%的BLER)时对应一个信道质量的索引值(包括当前的调制方式,编码速率及效率等信息),CQI索引越大,编码效率越高。和HSDPA中CQI的含义是一样的,只不过,在LTE中,CQI是4bit,而在HSDPA情况下,CQI是5bit。

▊28 LTE物理信道、传输信道及逻辑信道映射

●对于上行来说,逻辑信道公共控制信道CCCH、专用控制信道DCCH以及专用业务信道DTCH都映射到上行共享信道UL-SCH,对应的物理信道为PUSCH。上行传输信道RACH对应的物理信道为PRACH。




●对于下行来说,逻辑信道寻呼控制信道PCCH对应的传输信道为PCH,对应物理信道为PDSCH承载;逻辑信道BCCH映射到传输信道分为两部分,一部分映射到BCH,对应物理信道PBCH,主要是承载MIB信息,另一部分映射到DL-SCH,对应物理信道PDSCH,承载其它系统消息。CCCH、DCCH、DTCH、MCCH (Multicast Control Channel)都映射到DL-SCH,对应物理信道PDSCH。MTCH (Multicast Traffic Channel)承载单小区数据时映射到DL-SCH,对应物理信道PDSCH。承载多小区数据时映射到MCH,对应物理信道PMCH。





▊29 LTE常用协议及获取方式

LTE相关协议的官方获取网址为:http://www.3GPP.org。内网没有proxy的用户可以通过openproxy来访问,具体可求助IT热线。3GPP从R8开始支持LTE,主要协议单独放在36系列里。具体网址为:http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/36-series.htm

常用LTE协议如下表所示:




▊30 当前Probe可以支持的LTE终端类型有哪些?这些终端各支持的频段有哪些?当前probe可以支持哪些型号scanner?

●Probe在终端适配方面依赖于测试终端本身的开发以及数据接口开放情况,当前来看Probe只能支持华为自己的终端,具体信息如下:






●Probe目前还不具备任何LTE Scanner支持功能,根据产品规划路标来看,预计下一个版本V2R5可以支持PCTEL/R&S Scanner。

▊31 LTE网络详细规划设计的流程是什么?

与其他制式网络规划设计类似,包括信息搜集、预规划、详细规划及小区规划;LTE小区规划主要关注频率规划、小区ID规划、TA规划、PCI规划、邻区规划、X2规划及PRACH规划:

●LTE系统网络中,位于小区边缘的用户由于使用相同的资源,并且彼此距离比较近,相互之间的干扰比较强,影响用户性能因此需要通过频率规划来尽可能的降低小区边缘用户的干扰,目前的频率规划主要指启用静态ICIC时,频率分配方案的规划;

●TA规划也就是跟踪区的规划,类似于2G/3G网络当中的位置区规划;

●PCI规划即物理小区ID规划,类似于UMTS的扰码规划或者CDMA中的PN码规划;

●LTE中的X2接口是指eNB之前的接口,LTE切换类型包括eNB内的切换和eNB间的切换,其中eNB间切换又分为S1切换和X2切换,要实现X2接口切换,除了必要的邻区关系,还要求完成X2接口的配置;

●PRACH规划也就是ZC根序列的规划,目的是为小区分配ZC根序列索引以保证相邻小区使用该索引生成的前导序列不同,从而降低相邻小区使用相同的前导序列而产生的相互干扰;

●LTE中的小区ID规划、邻区规划与以往2G/3G网络均比较相似



▊32 LTE中的跟踪区是什么?

LTE中的跟踪区也就是Tracking Area,简称TA,跟踪区编码称为TAC(Tracking Area Code)。跟踪区是用来进行寻呼和位置更新的区域。类似于UMTS网络中的位置区(LAC)的概念。跟踪区的规化要确保寻呼信道容量不受限,同时对于区域边界的位置更新开销最小,而且要求易于管理。跟踪区规划作为LTE网络规划的一部分,与网络寻呼性能密切相关。跟踪区的合理规划,能够均衡寻呼负荷和TA位置更新信令流程,有效控制系统信令负荷。

在LTE/SAE系统中设计跟踪区时,希望满足如下要求:

1)对于LTE的接入网和核心网保持相同的跟踪区域的概念。

2)当UE处于空闲状态时,核心网能够知道UE所在的跟踪区。

3)当处于空闲状态的UE需要被寻呼时,必须在UE所注册的跟踪区的所有小区进行寻呼。

4)在LTE系统中应尽量减少因位置改变而引起的位置更新信令。

寻呼负荷确定了跟踪区的最大范围,相应的,边缘小区的位置更新负荷决定了跟踪区的最小范围,其最重要的限定条件还是MME的最大寻呼容量。

▊33 LTE中的跟踪区边界规划的原则是什么

跟踪区的规化要确保寻呼信道容量不受限,同时对于区域边界的位置更新开销最小,而且要求易于管理。考虑到我司MME产品的规格,一般的建网区域只需要一个MME管辖(华为MME管辖能力约1-2万个基站)。所以先介绍一个MME管辖场景,对于多个MME场景,可按MME分簇之后再考虑。跟踪区的规划需要遵循以下原则:

●跟踪区的划分不能过大或过小,TAC的最大值由MME的最大寻呼容量来决定;

●城郊与市区不连续覆盖时,郊区(县)使用单独的跟踪区,不规划在一个TA中;

●跟踪区规划应在地理上为一块连续的区域,避免和减少各跟踪区基站插花组网;

●寻呼区域不跨MME的原则

●利用规划区域山体、河流等作为跟踪区边界,减少两个跟踪区下不同小区交叠深度,尽量使跟踪区边缘位置更新成本最低;

在LTE可使用的多个频段中(后期扩容的需求),跟踪区的划分即可根据频段也可根据地理位置划分;

▊34 什么是多注册跟踪区方案?

多注册TA是多个TA组成一个TA列表(TA List),这些TA同时分配给一个UE;UE在TA List间移动不需要执行TA更新。当UE附着到网络时,由网络决定分配哪些TAs给UE,UE注册到所有这些TAs中。当进入不在其所注册的TA列表中的新TA区域时,需要执行TA Update,网络给UE重新分配一组TAs。还可以对位于同一个TA的UEs分配不同的TA List。

比如在以下场景中,可以应用多注册跟踪区方案进行网络规划和设计:





●日本新干线,列车长480米,时速300Km/h,容纳1300名乘客。


如图所示,位于每个TA的所有UEs都被分配相同的TA List,如图中位于TA2的UEs被分配的TA List为TA1和TA2,而位于TA3的UEs被分配的TA List为TA2和TA3;在每一个TA边界,所有的UEs都将在短时间内发起TAU过程,导致MME和eNB的TAU负载尖峰;以新干线为例,当列车通过TA边界时,每4.4ms就有一次TAU请求。

针对上述场景面临的问题,可以采用基于UE的TA List分配策略,即MME对位于同一个TA的UEs分配不同的TA List,如下图所示,用户被分为两组,不同组的用户分配不同的TA List,因此在TA边界将只有一半的用户需要发起TAU请求,在一定程度上保证了用户的服务质量。




本帖最后由 ny_ningyu 于 2015-12-11 08:19 编辑
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雁之南
雁之南   小试牛刀    发表于 2015-12-8 11:08:52

学习了
myhy
myhy   中级会员    发表于 2015-12-8 13:22:02

顶一个
小蘑菇头
小蘑菇头   版主    发表于 2015-12-8 13:47:21

我的个妈呀,这么多……
ny_ningyu
ny_ningyu 发表于 2015-12-8 14:19
 
无聊就去跑跑步吧;无聊就去爬爬山吧;无聊就来逛逛坛子吧~
Lidapeng
Lidapeng   银牌会员    发表于 2015-12-8 18:46:01

里面的图不见了,请重新编辑下哦~~
ny_ningyu
ny_ningyu   钻石会员    发表于 2015-12-9 08:12:09

Lidapeng 发表于 2015-12-08 18:46 里面的图不见了,请重新编辑下哦~~
图片来自网络复制不来啊
ny_ningyu
ny_ningyu 发表于 2015-12-9 08:12
http://wenku.baidu.com/view/63d9270af01dc281e53af059.html详细请看这里吧 
Lidapeng
Lidapeng   银牌会员    发表于 2015-12-10 00:02:14

ny_ningyu 发表于 2015-12-09 08:12 图片来自网络复制不来啊
可以截图或者另存为哦,并且题目上也最好标注:转载 哦~~~
教授
教授   版主    发表于 2015-12-10 07:52:07

好长。。
ny_ningyu
ny_ningyu   钻石会员    发表于 2015-12-11 08:14:29

图片添加的很是艰难啊
WWEEKK
WWEEKK   白金会员    发表于 2015-12-12 16:41:40

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