LTE基本原理与关键技术讲义1

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1、LTE基本原理与关键技术课程目标： 了解移动通信的发展过程以及LTE的位置和网络结构 了解E-UTRAN的协议结构和基本技术 了解LTE应用的关键技术目 录第1章 概述11.1 背景介绍11.1.1 移动通信演进过程概述11.1.2 WCDMA、TD-SCDMA与CDMA2000制式对比21.1.3 WCDMA技术演进过程21.1.4 TD-SCDMA技术演进过程31.1.5 CDMA2000技术演进过程41.2 LTE简介和标准进展4第2章 LTE主要指标和需求72.1 频谱划分82.2 峰值数据速率92.3 控制面延迟92.4 用户面延迟92.5 用户吞吐量92.6 频谱效率102.7 移

2、动性102.8 覆盖112.9 频谱灵活性112.10 与现有3GPP系统的共存和互操作112.11 减小CAPEX和OPEX12第3章 LTE总体架构133.1 系统结构133.2 无线协议结构173.2.1 控制面协议结构173.2.2 用户面协议结构183.3 S1和X2接口183.3.1 S1接口183.3.2 X2接口23第4章 物理层274.1 帧结构274.2 物理资源274.3 物理信道294.4 传输信道314.5 传输信道与物理信道之间的映射324.6 物理信号334.7 物理层模型344.8 物理层过程374.8.1 同步过程374.8.2 功率控制374.8.3 随机接

3、入过程37第5章 层2395.1 MAC子层405.1.1 MAC功能405.1.2 逻辑信道415.1.3 逻辑信道与传输信道之间的映射425.2 RLC子层435.2.1 RLC功能435.2.2 PDU结构435.3 PDCP子层445.3.1 PDCP功能445.3.2 PDU结构45第6章 RRC476.1 RRC功能476.2 RRC状态486.3 NAS状态及其与RRC状态的关系496.4 RRC过程506.4.1 系统信息506.4.2 连接控制51第7章 LTE关键技术537.1 双工方式537.2 多址方式537.3 多天线技术547.4 链路自适应557.5 HARQ和A

4、RQ557.5.1 HARQ557.5.2 ARQ567.5.3 HARQ/ARQ交互57第8章 缩略语59第9章 参考资料61 第7章 LTE关键技术第1章 概述& 知识点l 移动通信系统的发展过程l WCDMA技术演进过程l TD-SCDMA技术演进过程l CDMA2000技术演进过程1.1 背景介绍1.1.1 移动通信演进过程概述移动通信从2G、3G到3.9G发展过程，是从低速语音业务到高速多媒体业务发展的过程。3GPP正逐渐完善R8的LTE标准：2008年12月R8 LTE RAN1冻结，2008年12月R8 LTE RAN2、RAN3、RAN4完成功能冻结，2009年3月R8 LTE

5、标准完成,此协议的完成能够满足LTE系统首次商用的基本功能。无线通信技术发展和演进过程如下图所示图 1.11 无线通信技术发展和演进图1.1.2 WCDMA、TD-SCDMA与CDMA2000制式对比表 1.11 3种制式对比制式WDMACDMA2000TD-SCDMA继承基础GSM窄带CDMAGSM同步方式异步同步同步码片速率3.84Mcps1.2288Mcps1.28Mcps系统带宽5MHz1.25MHz1.6MHz核心网GSM MAPANSI-41GSM MAP语音编码方式AMRQCELP,EVRC,VMR-WBAMR1.1.3 WCDMA技术演进过程WCDMA的技术发展路标如下图所示：

6、图 1.12 WCDMA技术发展路标1.1.4 TD-SCDMA技术演进过程中兴无线网络设备支持TD近期演进软件平滑升级。TD 演进可分为两个阶段，CDMA技术标准阶段和OFDMA技术标准阶段。CDMA技术标准阶段可平滑演进到HSPA+ 。频谱效率接近LTE。图 1.13 TD-SCDMA技术演进过程1.1.5 CDMA2000技术演进过程CDMA one是基于IS-95标准的各种CDMA产品的总称，即所有基于CDMA one技术的产品，其核心技术均以IS-95作为标准 。CDMA2000 1x 在1.25MHz频谱带宽内，单载扇提供307.2K高速分组数据速率 ，1xEV-DO Rev.0提

7、供2.4M下行峰值速率，Rev.A提供3.1M下行峰值速率。1 Mbps100 kbps1 Mbps10 Mbps100 Mbps3 Mbps2 Mbps100 MbpsEliminatingDeployingDevelopingCDMA2000 1xEV-DO Rev. 0CDMA2000 1xEV-DO Rev. AUplinkDown LinkCDMA2000 1xEV-DO Rev. BCDMA OneCDMA2000 1x图 1.14 CDMA2000技术演进过程1.2 LTE简介和标准进展3GPP于2004年12月开始LTE相关的标准工作，LTE是关于UTRAN和UTRA改进的项目

8、。3GPP标准制定分为提出需求、制定结构、详细实现、测试验证四个阶段。3GPP以工作组的方式工作，与LTE直接相关的是RAN1/2/3/4/5工作组。图 1.21 3GPP标准组织与制定阶段第2章 LTE主要指标和需求& 知识点l 频谱划分l LTE系统需求l 与其他l 物理层信道及映射关系3GPP要求LTE支持的主要指标和需求如下图所示。图 1.21 LTE主要指标和需求概括2.1 频谱划分E-UTRA的频谱划分如下表。表 2.11 E-UTRA frequency bandsEUTRA Operating BandUplink (UL) operating bandBS receiveUE

9、 transmitDownlink (DL) operating bandBS transmit UE receiveDuplex ModeFUL_low FUL_highFDL_low FDL_high11920 MHz 1980 MHz 2110 MHz 2170 MHzFDD21850 MHz 1910 MHz1930 MHz 1990 MHzFDD31710 MHz 1785 MHz1805 MHz 1880 MHzFDD41710 MHz1755 MHz 2110 MHz 2155 MHzFDD5824 MHz849 MHz869 MHz 894MHzFDD6830 MHz840 M

10、Hz875 MHz 885 MHzFDD72500 MHz2570 MHz2620 MHz 2690 MHzFDD8880 MHz915 MHz925 MHz 960 MHzFDD91749.9 MHz1784.9 MHz1844.9 MHz 1879.9 MHzFDD101710 MHz1770 MHz2110 MHz 2170 MHzFDD111427.9 MHz 1452.9 MHz1475.9 MHz 1500.9 MHzFDD12698 MHz716 MHz728 MHz746 MHzFDD13777 MHz787 MHz746 MHz756 MHzFDD14788 MHz798 M

11、Hz758 MHz768 MHzFDD17704 MHz 716 MHz734 MHz746 MHzFDD.331900 MHz1920 MHz1900 MHz1920 MHzTDD342010 MHz2025 MHz 2010 MHz 2025 MHzTDD351850 MHz 1910 MHz1850 MHz 1910 MHzTDD361930 MHz 1990 MHz1930 MHz 1990 MHzTDD371910 MHz 1930 MHz1910 MHz 1930 MHzTDD382570 MHz 2620 MHz2570 MHz 2620 MHzTDD391880 MHz 192

12、0 MHz1880 MHz 1920 MHzTDD402300 MHz 2400 MHz2300 MHz 2400 MHzTDD2.2 峰值数据速率下行链路的瞬时峰值数据速率在20MHz下行链路频谱分配的条件下，可以达到100Mbps（5 bps/Hz）（网络侧2发射天线，UE侧2接收天线条件下）；上行链路的瞬时峰值数据速率在20MHz上行链路频谱分配的条件下，可以达到50Mbps（2.5 bps/Hz）（UE侧1发射天线情况下）。宽频带、MIMO、高阶调制技术都是提高峰值数据速率的关键所在。2.3 控制面延迟从驻留状态到激活状态，也就是类似于从Release 6的空闲模式到CELL_DCH状

13、态，控制面的传输延迟时间小于100ms，这个时间不包括寻呼延迟时间和NAS延迟时间；从睡眠状态到激活状态，也就是类似于从Release 6的CELL_PCH状态到CELL_DCH状态，控制面传输延迟时间小于50ms，这个时间不包括DRX间隔。 另外控制面容量频谱分配是5MHz的情况下，期望每小区至少支持200个激活状态的用户。 在更高的频谱分配情况下，期望每小区至少支持400个激活状态的用户。2.4 用户面延迟用户面延迟定义为一个数据包从UE/RAN边界节点（RAN edge node）的IP层传输到RAN边界节点/UE的IP层的单向传输时间。这里所说的RAN边界节点指的是RAN和核心网的接口

14、节点。在“零负载”（即单用户、单数据流）和“小IP包”（即只有一个IP头、而不包含任何有效载荷）的情况下，期望的用户面延迟不超过5ms。2.5 用户吞吐量下行链路：在5% CDF（累计分布函数）处的每MHz用户吞吐量应达到R6 HSDPA的23倍；每MHz平均用户吞吐量应达到R6 HSDPA的34倍。此时R6 HSDPA是1发1收，而LTE是2发2收。上行链路：在5% CDF处的每MHz用户吞吐量应达到R6 HSUPA的23倍；每MHz平均用户吞吐量应达到R6 HSUPA的23倍。此时R6 HSUPA是1发2收，LTE也是1发2收。2.6 频谱效率下行链路：在一个有效负荷的网络中，LTE频谱效

15、率（用每站址、每Hz、每秒的比特数衡量）的目标是R6 HSDPA的34倍。此时R6 HSDPA是1发1收，而LTE是2发2收。上行链路：在一个有效负荷的网络中，LTE频谱效率（用每站址、每Hz、每秒的比特数衡量）的目标是R6 HSUPA的23倍。此时R6 HSUPA是1发2收，LTE也是1发2收。2.7 移动性E-UTRAN能为低速移动（015km/h）的移动用户提供最优的网络性能，能为15120km/h的移动用户提供高性能的服务，对120350km/h（甚至在某些频段下，可以达到500km/h）速率移动的移动用户能够保持蜂窝网络的移动性。在R6 CS域提供的话音和其它实时业务在E-UTRAN

16、中将通过PS域支持，这些业务应该在各种移动速度下都能够达到或者高于UTRAN的服务质量。E-UTRA系统内切换造成的中断时间应等于或者小于GERAN CS域的切换时间。超过250km/h的移动速度是一种特殊情况（如高速列车环境），E-UTRAN的物理层参数设计应该能够在最高350km/h的移动速度（在某些频段甚至应该支持500km/h）下保持用户和网络的连接。2.8 覆盖E-UTRA系统应该能在重用目前UTRAN站点和载频的基础上灵活地支持各种覆盖场景，实现上述用户吞吐量、频谱效率和移动性等性能指标。E-UTRA系统在不同覆盖范围内的性能要求如下：覆盖半径在5km内：上述用户吞吐量、频谱效率和

17、移动性等性能指标必须完全满足；覆盖半径在30km内：用户吞吐量指标可以略有下降，频谱效率指标可以下降、但仍在可接受范围内，移动性指标仍应完全满足；覆盖半径最大可达100km。2.9 频谱灵活性频谱灵活性一方面支持不同大小的频谱分配，譬如E-UTRA可以在不同大小的频谱中部署，包括1.4 MHz、3 MHz 、5 MHz、10 MHz、15 MHz 以及20 MHz，支持成对和非成对频谱。频谱灵活性另一方面支持不同频谱资源的整合（diverse spectrum arrangements）。2.10 与现有3GPP系统的共存和互操作E-UTRA与其它3GPP系统的互操作需求包括但不限于：E-UT

18、RAN和UTRAN/GERAN多模终端支持对UTRAN/GERAN系统的测量，并支持E-UTRAN系统和UTRAN/GERAN系统之间的切换。E-UTRAN应有效支持系统间测量。对于实时业务，E-UTRAN和UTRAN之间的切换中断时间应低于300ms。对于非实时业务，E-UTRAN和UTRAN之间的切换中断时间应低于500ms。对于实时业务，E-UTRAN和GERAN之间的切换中断时间应低于300ms。对于非实时业务，E-UTRAN和GERAN之间的切换中断时间应低于500ms。处于非激活状态（类似R6 Idle模式或Cell_PCH状态）的多模终端只需监测GERAN，UTRA或E-UTRA

19、中一个系统的寻呼信息。2.11 减小CAPEX和OPEX体系结构的扁平化和中间节点的减少使得设备成本和维护成本得以显著降低。第3章 LTE总体架构& 知识点l 无线协议结构l S1接口l X2接口3.1 系统结构LTE采用了与2G、3G均不同的空中接口技术、即基于OFDM技术的空中接口技术，并对传统3G的网络架构进行了优化，采用扁平化的网络架构，亦即接入网E-UTRAN不再包含RNC，仅包含节点eNB，提供E-UTRA用户面PDCP/RLC/MAC/物理层协议的功能和控制面RRC协议的功能。E-UTRAN的系统结构参见下图的LTE E-UTRAN系统结构图所示。图 3.11 E-UTRAN结构

20、eNB之间由X2接口互连，每个eNB又和演进型分组核心网EPC通过S1接口相连。S1接口的用户面终止在服务网关S-GW上，S1接口的控制面终止在移动性管理实体MME上。控制面和用户面的另一端终止在eNB上。上图中各网元节点的功能划分如下：eNB功能LTE的eNB除了具有原来NodeB的功能之外，还承担了原来RNC的大部分功能，包括有物理层功能、MAC层功能（包括HARQ）、RLC层（包括ARQ功能）、PDCP功能、RRC功能（包括无线资源控制功能）、调度、无线接入许可控制、接入移动性管理以及小区间的无线资源管理功能等。具体包括有：无线资源管理：无线承载控制、无线接纳控制、连接移动性控制、上下行

21、链路的动态资源分配（即调度）等功能IP头压缩和用户数据流的加密当从提供给UE的信息无法获知到MME的路由信息时，选择UE附着的MME路由用户面数据到S-GW调度和传输从MME发起的寻呼消息调度和传输从MME或O&M发起的广播信息用于移动性和调度的测量和测量上报的配置调度和传输从MME发起的ETWS（即地震和海啸预警系统）消息MME功能MME是SAE的控制核心，主要负责用户接入控制、业务承载控制、寻呼、切换控制等控制信令的处理。MME功能与网关功能分离，这种控制平面/用户平面分离的架构，有助于网络部署、单个技术的演进以及全面灵活的扩容。NAS信令NAS信令安全AS 安全控制3GPP无线网络的网间

22、移动信令idle状态UE的可达性（包括寻呼信号重传的控制和执行）跟踪区列表管理P-GW 和 S-GW 的选择切换中需要改变MME时的MME选择切换到2G或3GPP网络时的SGSN选择漫游鉴权包括专用承载建立的承载管理功能支持ETWS信号传输S-GW功能S-GW作为本地基站切换时的锚定点，主要负责以下功能：在基站和公共数据网关之间传输数据信息；为下行数据包提供缓存；基于用户的计费等。eNB间切换时，本地的移动性锚点3GPP系统间的移动性锚点E-UTRAN idle状态下，下行包缓冲功能、以及网络触发业务请求过程的初始化合法侦听包路由和前转上、下行传输层包标记运营商间的计费时，基于用户和QCI粒度

23、统计分别以UE、PDN、QCI为单位的上下行计费PDN网关（P-GW）功能公共数据网关P-GW作为数据承载的锚定点，提供以下功能：包转发、包解析、合法监听、基于业务的计费、业务的QoS控制，以及负责和非3GPP网络间的互联等。基于每用户的包过滤（例如借助深度包探测方法）合法侦听UE 的IP地址分配下行传输层包标记上下行业务级计费、门控和速率控制基于聚合最大比特速率（AMBR）的下行速率控制从上图中可见，新的LTE架构中，没有了原有的Iu和Iub以及Iur接口，取而代之的是新接口S1和X2。E-UTRAN和EPC之间的功能划分图，可以从LTE在S1接口的协议栈结构图来描述，如下图所示黄色框内为逻

24、辑节点，白色框内为控制面功能实体，蓝色框内为无线协议层。图 3.12 E-UTRAN和EPC的功能划分3.2 无线协议结构3.2.1 控制面协议结构控制面协议结构如下图所示。图 3.21 控制面协议栈PDCP在网络侧终止于eNB，需要完成控制面的加密、完整性保护等功能。RLC和MAC在网络侧终止于eNB，在用户面和控制面执行功能没有区别。RRC在网络侧终止于eNB，主要实现广播、寻呼、RRC连接管理、RB控制、移动性功能、UE的测量上报和控制功能。NAS控制协议在网络侧终止于MME，主要实现EPS承载管理、鉴权、ECM（EPS连接性管理）idle状态下的移动性处理、ECM idle状态下发起寻

25、呼、安全控制功能。3.2.2 用户面协议结构用户面协议结构如下图所示。图 3.22 用户面协议栈用户面PDCP、RLC、MAC在网络侧均终止于eNB，主要实现头压缩、加密、调度、ARQ和HARQ功能。3.3 S1和X2接口与2G、3G都不同，S1和X2均是LTE新增的接口。3.3.1 S1接口S1接口定义为E-UTRAN和EPC之间的接口。S1接口包括两部分：控制面S1-MME接口和用户面S1-U接口。S1-MME接口定义为eNB和MME之间的接口；S1-U定义为eNB和S-GW之间的接口。下图为S1-MME和S1-U接口的协议栈结构。图 3.31 S1 接口控制面 (eNB-MME)图 3.

26、32 S1接口用户面（(eNB - S-GW)已经确定的S1接口支持功能包括有：E-RAB业务管理功能建立，修改，释放UE在ECM-CONNECTED状态下的移动性功能LTE系统内切换与3GPP系统间切换S1寻呼功能NAS信令传输功能S1接口管理功能：错误指示复位网络共享功能漫游和区域限制支持功能NAS节点选择功能初始上下文建立功能UE上下文修改功能MME负载均衡功能位置上报功能ETWS消息传输功能过载功能RAN信息管理功能已经确定的S1接口的信令过程有：E-RAB信令过程：E-RAB建立过程E-RAB修改过程MME发起的E-RAB释放过程eNB发起的E-RAB释放过程切换信令过程：切换准备过

27、程切换资源分配过程切换结束过程切换取消过程寻呼过程NAS传输过程：上行直传（初始UE消息）上行直传（上行NAS传输）下行直传（下行NAS传输）错误指示过程：eNB发起的错误指示过程MME 发起的错误指示过程复位过程eNB发起的复位过程MME发起的复位过程初始上下文建立过程UE上下文修改过程S1建立过程eNB配置更新过程MME配置更新过程位置上报过程：位置上报控制过程位置报告过程位置报告失败指示过程过载启动过程过载停止过程写置换预警过程直传信息转移过程下图是一个S1接口信令过程示例：图 3.33 初始上下文建立过程（蓝色部分) in Idle-to-Active procedureS1接口和X2

28、接口类似的地方是：S1-U和X2-U使用同样的用户面协议，以便于eNB在数据反传（data forward）时，减少协议处理。3.3.2 X2接口X2接口定义为各个eNB之间的接口。X2接口包含X2-CP和X2-U两部分，X2-CP是各个eNB之间的控制面接口，X2-U是各个eNB之间的用户面接口。下图为X2-CP和X2-U接口的协议栈结构。图 3.34 X2接口控制面图 3.35 X2接口用户面X2-CP支持以下功能：UE在ECM-CONNECTED状态下LTE系统内的移动性支持上下文从源eNB到目标eNB的转移源eNB和目标eNB之间的用户面通道控制切换取消上行负荷管理通常的X2接口管理和

29、错误处理功能：错误指示已经确定的X2-CP接口的信令过程包括有：切换准备切换取消UE上下文释放错误指示负载管理小区间负载管理通过X2接口来实现。LOAD INDICATOR消息用做eNB间的负载状态通讯，如下图所示：图 3.36 X2接口LOAD INDICATOR消息第4章 物理层4.1 帧结构LTE支持两种类型的无线帧结构：类型1，适用于FDD模式；类型2，适用于TDD模式；帧结构类型1如下图所示。每一个无线帧长度为10ms，分为10个等长度的子帧，每个子帧又由2个时隙构成，每个时隙长度均为0.5ms。图 4.11 帧结构类型1对于FDD，在每一个10ms中，有10个子帧可以用于下行传输，

30、并且有10个子帧可以用于上行传输。上下行传输在频域上进行分开。4.2 物理资源LTE上下行传输使用的最小资源单位叫做资源粒子（RE：Resource Element）。LTE在进行数据传输时，将上下行时频域物理资源组成资源块（RB：Resource Block），作为物理资源单位进行调度与分配。一个RB由若干个RE组成，在频域上包含12个连续的子载波、在时域上包含7个连续的OFDM符号（在Extended CP情况下为6个），即频域宽度为180kHz，时间长度为0.5ms。下行和上行时隙的物理资源结构图分别如下面两个图所示。图 4.21 下行时隙的物理资源结构图图 4.22 上行时隙的物理资源

31、结构图4.3 物理信道下行物理信道有：1.物理广播信道PBCH已编码的BCH传输块在40ms的间隔内映射到4个子帧；40ms定时通过盲检测得到，即没有明确的信令指示40ms的定时；在信道条件足够好时，PBCH所在的每个子帧都可以独立解码。2.物理控制格式指示信道PCFICH将PDCCH占用的OFDM符号数目通知给UE；在每个子帧中都有发射。3.物理下行控制信道PDCCH将PCH和DL-SCH的资源分配、以及与DL-SCH相关的HARQ信息通知给UE；承载上行调度赋予信息。4.物理HARQ指示信道PHICH承载上行传输对应的HARQ ACK/NACK信息。5.物理下行共享信道PDSCH承载DL-

32、SCH和PCH信息。6.物理多播信道PMCH承载MCH信息。上行物理信道有：1.物理上行控制信道PUCCH承载下行传输对应的HARQ ACK/NACK信息；承载调度请求信息；承载CQI报告信息。2.物理上行共享信道PUSCH承载UL-SCH信息。3.物理随机接入信道PRACH承载随机接入前导。4.4 传输信道下行传输信道类型有：1.广播信道BCH固定的预定义的传输格式；要求广播到小区的整个覆盖区域。2.下行共享信道DL-SCH支持HARQ；支持通过改变调制、编码模式和发射功率来实现动态链路自适应；能够发送到整个小区；能够使用波束赋形；支持动态或半静态资源分配；支持UE非连续接收（DRX）以节省

33、UE电源；支持MBMS传输。3.寻呼信道PCH支持UE DRX以节省UE电源（DRX周期由网络通知UE）；要求发送到小区的整个覆盖区域；映射到业务或其它控制信道也动态使用的物理资源上。4.多播信道MCH要求发送到小区的整个覆盖区域；对于单频点网络MBSFN支持多小区的MBMS传输的合并；支持半静态资源分配。上行传输信道类型有：1.上行共享信道UL-SCH能够使用波束赋形；支持通过改变发射功率和潜在的调制、编码模式来实现动态链路自适应；支持HARQ；支持动态或半静态资源分配。2.随机接入信道RACH承载有限的控制信息；有碰撞风险。4.5 传输信道与物理信道之间的映射下行和上行传输信道与物理信道之

34、间的映射关系分别如下面两个图所示。图 4.51 下行传输信道与物理信道的映射关系图图 4.52 上行传输信道与物理信道的映射关系图4.6 物理信号物理信号对应物理层若干RE，但是不承载任何来自高层的信息。下行物理信号包括有参考信号（Reference signal）和同步信号（Synchronization signal）。1.参考信号下行参考信号包括下面3种：小区特定（Cell-specific）的参考信号，与非MBSFN传输关联MBSFN参考信号，与MBSFN传输关联UE特定（UE-specific）的参考信号2.同步信号同步信号包括下面2种：主同步信号（Primary synchroni

35、zation signal）辅同步信号（Secondary synchronization signal）对于FDD，主同步信号映射到时隙0和时隙10的最后一个OFDM符号上，辅同步信号则映射到时隙0和时隙10的倒数第二个OFDM符号上。上行物理信号包括有参考信号（Reference signal）。3.参考信号上行链路支持两种类型的参考信号：解调用参考信号（Demodulation reference signal）：与PUSCH或PUCCH传输有关探测用参考信号（Sounding reference signal）：与PUSCH或PUCCH传输无关解调用参考信号和探测用参考信号使用相同的基

36、序列集合。4.7 物理层模型下边几个图形分别描述各类信道的物理层模型。图中的Node B在LTE中都称为eNode B或eNB。图 4.71 DL-SCH物理层模型图 4.72 BCH 物理层模型图 4.73 PCH 物理层模型图 4.74 MCH物理层模型图 4.75 UL-SCH 物理层模型4.8 物理层过程4.8.1 同步过程小区搜索UE通过小区搜索过程来获得与一个小区的时间和频率同步，并检测出该小区的小区ID。E-UTRA小区搜索基于主同步信号、辅同步信号、以及下行参考信号完成。定时同步定时同步（Timing synchronisation）包括无线链路监测（Radio link mo

37、nitoring）、小区间同步（Inter-cell synchronisation）、发射定时调整（Transmission timing adjustment）等。4.8.2 功率控制下行功率控制决定每个资源粒子的能量（EPRE：energy per resource element）。资源粒子能量表示插入CP之前的能量。资源粒子能量同时表示应用的调制方案中所有星座点上的平均能量。上行功率控制决定物理信道中一个DFT-SOFDM符号的平均功率。上行功率控制（Uplink power control）上行功率控制控制不同上行物理信道的发射功率。下行功率分配（Downlink power al

38、location）eNB决定每个资源粒子的下行发射能量。4.8.3 随机接入过程在非同步物理层随机接入过程初始化之前，物理层会从高层收到以下信息： 随机接入信道参数（PRACH配置，频率位置和前导格式）； 用于决定小区中根序列码及其在前导序列集合中的循环移位值的参数（根序列表格索引，循环移位，集合类型（非限制集合或限制集合）。从物理层的角度看，随机接入过程包括随机接入前导的发送和随机接入响应。被高层调度到共享数据信道的剩余消息传输不在物理层随机接入过程中考虑。物理层随机接入过程包括如下步骤：1.由高层通过前导发送请求来触发物理层过程。2.高层请求中包括前导索引（preamble index），

39、前导接收功率目标值（PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER），对应的随机接入无线网络临时标识（RA-RNTI），以及PRACH资源。3.确定前导发射功率：PPRACH = minPmax, PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER + PL，其中Pmax表示高层配置的最大允许功率，PL表示UE计算的下行路损估计。4.使用前导索引在前导序列集中选择前导序列。5.使用选中的前导序列，在指示的PRACH资源上，使用传输功率PPRACH进行一次前导传输。6.在高层控制的随机接入响应窗中检测与RA-RNTI关联的PDCCH。如果检测到，对应的PDSCH传输块将被

40、送往高层，高层解析传输块、并将20比特的UL-SCH授权指示给物理层。第5章 层2层2包括PDCP、RLC和MAC三个子层，下行和上行的层2结构分别如下面两个图所示。图 4.81 层 2下行结构图图 4.82 层2上行结构图图中各个子层之间的连接点称为服务接入点（SAP）。PDCP向上提供的服务是无线承载，提供可靠头压缩（ROHC）功能与安全保护。物理层和MAC子层之间的SAP提供传输信道，MAC子层和RLC子层之间的SAP提供逻辑信道。MAC子层提供逻辑信道（无线承载）到传输信道（传输块）的复用与映射。非MIMO情形下，不论上行和下行，在每个TTI（1ms）只产生一个传输块。5.1 MAC子

41、层5.1.1 MAC功能MAC子层的主要功能包括有：逻辑信道与传输信道之间的映射；MAC业务数据单元（SDU）的复用/解复用；调度信息上报；通过HARQ进行错误纠正；同一个UE不同逻辑信道之间的优先级管理；通过动态调度进行的UE之间的优先级管理；传输格式选择；填充。5.1.2 逻辑信道MAC提供不同种类的数据传输服务。每个逻辑信道类型根据传输数据的种类来定义。逻辑信道总体上可以分为下面两大类：控制信道（Control Channel，用于控制面信息传输）业务信道（Traffic Channel，用于用户面信息传输）控制信道包括有：广播控制信道（Broadcast Control Channel

42、，BCCH）下行信道，广播系统控制信息寻呼控制信道（Paging Control Channel，PCCH）下行信道，传输寻呼信息和系统信息改变通知。当网络不知道UE小区位置时用此信道进行寻呼。公共控制信道（Common Control Channel，CCCH）用于UE和网络之间传输控制信息。该信道用于UE与网络没有RRC连接的情况。多播控制信道（Multicast Control Channel，MCCH）点到多点的下行信道，为1条或多条MTCH信道传输网络到UE的MBMS控制信息。该信道只对能够接收MBMS的UE有效。专用控制信道（Dedicated Control Channel，DC

43、CH）点到点的双向信道，在UE和网络之间传输专用控制信息。用于UE存在RRC连接的情况。业务信道包括有：专用业务信道（Dedicated Traffic Channel，DTCH）点到点双向信道，专用于一个UE，用于传输用户信息。多播业务信道（Multicast Traffic Channel，MTCH）点到多点下行信道，用于网络向UE发送业务数据。该信道只对能够接收MBMS的UE有效。5.1.3 逻辑信道与传输信道之间的映射下行和上行传输信道与物理信道之间的映射关系分别如下面两个图所示。图 5.11 下行逻辑信道与传输信道映射关系图图 5.12 上行逻辑信道与传输信道映射关系图5.2 RLC

44、子层5.2.1 RLC功能RLC子层的主要功能包括有：上层PDU传输；通过ARQ进行错误修正（仅对AM模式有效）；RLC SDU的级联，分段和重组（仅对UM和AM模式有效）；RLC数据PDU的重新分段（仅对AM模式有效）；上层PDU的顺序传送（仅对UM和AM模式有效）；重复检测（仅对UM和AM模式有效）；协议错误检测及恢复；RLC SDU的丢弃（仅对UM和AM模式有效）；RLC重建。5.2.2 PDU结构RLC PDU结构如下图所示：RLC头携带的PDU序列号与SDU序列号（即PDCP序列号）独立；图中红色的虚线表示分段的位置；图 5.21 RLC PDU结构5.3 PDCP子层5.3.1 P

45、DCP功能PDCP子层用户面的主要功能包括有：头压缩与解压缩：只支持ROHC算法；用户数据传输；RLC AM模式下，PDCP重建过程中对上层PDU的顺序传送；RLC AM模式下，PDCP重建过程中对下层SDU的重复检测；RLC AM模式下，切换过程中PDCP SDU的重传；加密、解密；上行链路基于定时器的SDU丢弃功能。PDCP子层控制面的主要功能包括有：加密和完整性保护；控制面数据传输。5.3.2 PDU结构下图是PDCP PDU结构图：PDCP PDU和PDCP头均为8位组的倍数；PDCP头可以是一个字节或者两个字节长。图 5.31 PDCP PDU结构第6章 RRC6.1 RRC功能RR

46、C的主要功能包括有：1.NAS层相关的系统信息广播；2.AS层相关的系统信息广播；3.寻呼；4.UE和E-UTRAN间的RRC连接建立、保持和释放，包括：UE和E-UTRAN之间的临时标识符分配；为RRC连接配置信令无线承载（SRB）：低优先级和高优先级的SRB。5.包括密钥管理在内的安全管理；6.建立、配置、保持和释放点对点RB；7.移动性管理，包括：针对小区间和RAT间移动性的UE测量上报和上报控制；切换；UE小区选择和重选，以及小区选择和重选控制；切换过程中的上下文转发。8.MBMS业务通知；9.为MBMS业务建立、配置、保持和释放RB；10.QoS管理功能；11.UE测量上报及上报控制

47、；12.NAS直传消息传输。6.2 RRC状态RRC的状态分为RRC_IDLE和RRC_CONNECTED两种：1.空闲状态（RRC_IDLE）：PLMN选择；NAS配置的DRX；系统信息广播；寻呼；小区重选移动性；UE将被分配一个在跟踪区（TA）范围内唯一的标识；eNB中没有存储RRC上下文。2.连接状态（RRC_CONNECTED）：UE有一个E-UTRAN-RRC连接；UE在E-UTRAN中有上下文；E-UTRAN知道UE归属哪个小区；网络可以与UE之间进行数据收发；网络控制的移动性（切换）；邻区测量；RRC_CONNECTED状态的PDCP/RLC/MAC特点：UE可以与网络之间收发数

48、据；UE监听与共享数据信道相关的控制信令信道来查看在共享数据信道上是否有分配给此UE的传输； UE也上报信道质量信息和反馈信息给eNB；DRX周期可以根据UE的活动水平来配置以达到终端节电和提高资源利用率的目的。该功能由eNB控制。6.3 NAS状态及其与RRC状态的关系NAS状态模型可以用EPS移动性管理（EMM）状态和EPS连接管理（ECM）状态两维状态模型来描述：1.EMM状态：EMM-DEREGISTERED状态；EMM-REGISTERED状态。2.ECM状态：ECM-IDLE状态；ECM-CONNECTED状态。注意EMM状态和ECM状态是相互独立的。NAS状态与RRC状态之间的关

49、系如下所示：1.EMM-DEREGISTERED状态 + ECM-IDLE状态 RRC_IDLE状态：移动性特征包括有：PLMN选择；UE位置：不被网络所知。2.EMM-REGISTERED状态 + ECM-IDLE状态 RRC_IDLE状态：移动性特征包括有：小区选择；UE位置： 在跟踪区级别被网络所知。3.EMM-REGISTERED状态 + ECM-CONNECTED状态 + 无线承载已建立 RRC_CONNECTED状态：移动性特征包括有：切换；UE位置：在小区级别被网络所知。6.4 RRC过程RRC过程主要包括：系统信息（System Information）、连接控制（Connec

50、tion Control）、移动性过程、测量、信息直传等。6.4.1 系统信息系统信息分为主信息块（MIB：MasterInformationBlock）和一系列系统信息块（SIB：SystemInformationBlock）：主信息块（MasterInformationBlock）：定义小区最重要的物理层信息，用于接收进一步的系统信息；系统信息块类型1（SystemInformationBlockType1）：包含评估UE是否允许被接入一个小区的相关信息，以及对其它系统信息块的调度进行定义；系统信息块类型2（SystemInformationBlockType2）：包含公共和共享信道信息；

51、系统信息块类型3（SystemInformationBlockType3）：包含小区重选信息，主要与服务小区相关；系统信息块类型4（SystemInformationBlockType4）：包含小区重选相关的服务频点和同频邻小区信息；系统信息块类型5（SystemInformationBlockType5）：包含小区重选相关的其它E-UTRA频点和异频邻小区信息；系统信息块类型6（SystemInformationBlockType6）：包含小区重选相关的UTRA频点和UTRA邻小区信息；系统信息块类型7（SystemInformationBlockType7）：包含小区重选相关的GERAN频

52、点信息；系统信息块类型8（SystemInformationBlockType8）：包含小区重选相关的CDMA2000频点和CDMA2000邻小区信息；系统信息块类型9（SystemInformationBlockType9）：包含家庭基站标识（HNBID：home eNB identifier）；系统信息块类型10（SystemInformationBlockType10）：包含ETWS主通知（ETWS primary notification）；系统信息块类型11（SystemInformationBlockType11）：包含ETWS辅通知（ETWS secondary notifica

53、tion）；MIB（主信息块）映射到BCCH和BCH上，其它SI（系统信息）消息映射到BCCH和DL-SCH上、此时通过SI-RNTI（System Information RNTI）进行标识。MIB使用固定的调度周期40ms，SystemInformationBlockType1使用固定的调度周期80ms，其它SI消息调度周期不固定、由SystemInformationBlockType1指示。6.4.2 连接控制RRC连接控制包括有：寻呼（Paging）RRC连接建立（RRC connection establishment）初始安全激活（Initial security activati

54、on）RRC连接重配置（RRC connection reconfiguration）计数器检查（Counter check）RRC连接重建立（RRC connection re-establishment）RRC连接释放（RRC connection release）无线资源配置（Radio resource configuration）信令无线承载增加/修改（SRB addition/ modification）数据无线承载释放（DRB release）数据无线承载增加/修改（DRB addition/ modification）MAC重配置（MAC main reconfiguratio

55、n）半持续调度重配置（Semi-persistent scheduling reconfiguration）物理信道重配置（Physical channel reconfiguration）无线链路失败相关的操作（Radio link failure related actions）第7章 LTE关键技术7.1 双工方式LTE支持FDD、TDD两种双工方式。同时LTE还考虑支持半双工FDD这种特殊的双工方式。7.2 多址方式LTE采用OFDMA（正交频分多址：Orthogonal Frequency Division Multiple Access）作为下行多址方式。图 7.21 LTE下行多

56、址方式LTE采用DFT-S-OFDM（离散傅立叶变换扩展OFDM：Discrete Fourier Transform Spread OFDM）、或者称为SC-FDMA（单载波FDMA：Single Carrier FDMA）作为上行多址方式。图 7.22 LTE上行多址方式7.3 多天线技术下行链路多天线传输：多天线传输支持2根或4根天线。码字最大数目是2，与天线数目没有必然关系，但是码字和层之间有着固定的映射关系。码字（code word）、层（layer）和天线口（antenna port）的大致关系可见下面物理信道处理图：图 7.31 物理信道处理多天线技术包括空分复用（SDM：Spa

57、tial division multiplexing）、发射分集（Transmit diversity）等技术。SDM支持SU-MIMO和MU-MIMO。当一个MIMO信道都分配给一个UE时，称之为SU-MIMO（单用户MIMO）；当MIMO数据流空分复用给不同的UE时，称之为MU-MIMO（多用户MIMO）。上行链路多天线传输：上行链路一般采用单发双收的1*2天线配置，但是也可以支持MU-MIMO，亦即每个UE使用一根天线发射、但是多个UE组合起来使用相同的时频资源以实现MU-MIMO。另外FDD还可以支持闭环类型的自适应天线选择性发射分集（该功能属于UE可选功能）。7.4 链路自适应下行链路自适应：主要指自适应调制编码（AMC：adaptive modulation and coding），通过各种不同的调制方式（QPSK、16QAM和64QAM）和不同的信道编码率来实现。上行链路自适应：包括有三种链路自适应方法：1. 自适应发射带宽；2. 发射功率控制；3. 自适应调制和信道编码率。7.5 HARQ和ARQ E-UTRAN支持HARQ（混合自动重传：Hybrid Automatic Repeat re