《移动通信理论与实战》课件第7章 LTE通信系统.ppt
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1、第第7 7章章 LTE LTE通信系统通信系统课程内容课程内容LTE概述概述LTE系统架构与协议栈系统架构与协议栈LTE关键技术关键技术LTE物理层设计物理层设计LTE中的语音业务中的语音业务LTE-Advanced的增强技术的增强技术LTELTE概述概述nLTE(Long Term Evolution长期演进)是第三代移动通信系统的长期演进)是第三代移动通信系统的演进演进改进并增强了3G的空中接入技术;采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的标准;持续演进至LTE-Advanced(简写为LTE-A),可实现在100MHz带宽下,下行峰值速率为1Gb/s,上行峰值速率为500Mb/s;改善
2、了小区边缘用户的性能,提高小区容量,降低系统时延;LTELTE概述概述LTE开发进程及特征技术开发进程及特征技术课程内容课程内容LTE概述概述LTE系统架构与协议栈系统架构与协议栈LTE关键技术关键技术LTE物理层设计物理层设计LTE中的语音业务中的语音业务LTE-Advanced的增强技术的增强技术LTE网络架构网络架构SAE网络结构扁平化网络结构扁平化E-UTRANE-UTRAN只有一种节点网元只有一种节点网元E-NodeBE-NodeB全全IPIPRNC+NodeB=eNodeBRNC+NodeB=eNodeB媒体面控制面分离媒体面控制面分离neNodeB功能功能neNodeB具有现有具
3、有现有3GPP R5/R6/R7的的Node B功能和大部分的功能和大部分的RNC功能,功能,包括物理层功能(包括物理层功能(HARQ等),等),MAC,RRC,调度,无线接入控制,调度,无线接入控制,移动性管理等等。移动性管理等等。LTE网络架构网络架构RNCNode BeNodeBE-UTRAN采用由采用由NodeB构成的单层结构,这种结构有利于简化构成的单层结构,这种结构有利于简化网络和减少时延,实现了低时延、低复杂度和低成本的要求。网络和减少时延,实现了低时延、低复杂度和低成本的要求。LTE网络架构网络架构与传统网络互通与传统网络互通n重点接口重点接口S1S1接口包括接口包括eNode
4、BeNodeB和和S-GWS-GW的用户面接口的用户面接口S1-US1-U,eNodeBeNodeB与与MMEMME的控制面接口的控制面接口S1-MMES1-MMELTE网络架构网络架构n核心网核心网EPCMME(Mobility Management Entity)负责处理用户业务的信令,完成移动用户的管理,并负责处理用户业务的信令,完成移动用户的管理,并与与eNodeB、HSS和和SGW等设备进行交互,从而实现用户等设备进行交互,从而实现用户鉴权、漫游控制、网关选择、承载管理等功能。鉴权、漫游控制、网关选择、承载管理等功能。SGW(Serving GateWay业务网关)业务网关)负责处理
5、用户面的业务,完成移动数据业务的承载,负责处理用户面的业务,完成移动数据业务的承载,并与并与eNodeB、MME和和PGW等设备进行交互。等设备进行交互。PGW(PDN GateWay PDN网关)网关)负责与负责与PDN(Internet)接口,并与)接口,并与PCRF和和PGW等设备等设备进行交互,从而实现外网互联的接入、用户进行交互,从而实现外网互联的接入、用户IP地址分配地址分配、数据包路由和转发、策略控制执行等功能。、数据包路由和转发、策略控制执行等功能。SGW和和PGW可以在一个物理节点或不同物理节点实现可以在一个物理节点或不同物理节点实现,LTE网络架构网络架构n核心网核心网EP
6、CHSS(Home Subscribers Server)HLR的升级,负责存储用户的关键信息,提供移动性管的升级,负责存储用户的关键信息,提供移动性管理、鉴权、用户签约等功能。理、鉴权、用户签约等功能。PCRF(Policy and Charging Rules Function)策略控制及计费服务器,用于控制服务质量策略控制及计费服务器,用于控制服务质量QoS和资源和资源管控。管控。LTE接口协议架构接口协议架构neNodeBeNodeB完成接入层的功能,非接入层的完成接入层的功能,非接入层的信令透传;信令透传;n白色框内为控制面功能实体;白色框内为控制面功能实体;n蓝色框内为无线协议层蓝
7、色框内为无线协议层LTE接口协议架构接口协议架构 空中空中接口接口用户用户面面 主要完成用户数据的报头压缩、加密、调度、主要完成用户数据的报头压缩、加密、调度、ARQ和和HARQ等功能,包等功能,包括物理括物理(PHY)层、媒体访问控制层、媒体访问控制(MAC)层、无线链路控制层、无线链路控制(RLC)层以及分组层以及分组数据汇聚数据汇聚(PDCP)层四个层次,这些子层在网络侧均终止于层四个层次,这些子层在网络侧均终止于eNodeB实体。实体。LTE接口协议架构接口协议架构 空中空中接口接口控制面控制面 负责系统的连接建立、无线资源管理、移动性管理及安全性管理等。从负责系统的连接建立、无线资源
8、管理、移动性管理及安全性管理等。从网络传输到终端的控制消息既可以源于位于核心网的网络传输到终端的控制消息既可以源于位于核心网的MME,也可源于位于,也可源于位于eNodeB的无线资源控制的无线资源控制RRC节点。节点。LTE接口协议架构接口协议架构 S1接口接口课程内容课程内容LTE概述概述LTE系统架构与协议栈系统架构与协议栈LTE关键技术关键技术LTE物理层设计物理层设计LTE中的语音业务中的语音业务LTE-Advanced的增强技术的增强技术LTE物理层多址方式n什么是什么是OFDM?OFDM:正交频分复用正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division
9、Multiplexing)是一种多载波传输方式。)是一种多载波传输方式。LTE物理层多址方式n下行多址技术方案下行多址技术方案-OFDMA是传统的基于是传统的基于CP的的OFDM技术。技术。将传输带宽划分成相互正交的子载波集,通过将不同的子载波集分配将传输带宽划分成相互正交的子载波集,通过将不同的子载波集分配给不同的用户,可用资源被灵活的在不同移动终端之间共享给不同的用户,可用资源被灵活的在不同移动终端之间共享可以看成是一种可以看成是一种OFDM+FDMA+TDMA技术相结合的多址接入方式技术相结合的多址接入方式FDMA VS.OFDMALTE物理层多址方式n下行下行OFDMA接入接入导频信号
10、、导频信号、CP的作用?的作用?IFFT的作用?的作用?下行下行OFDMA接入接入 需要考虑的几个问题需要考虑的几个问题相邻子载波间的间隔有多少?(多普勒)相邻子载波间的间隔有多少?(多普勒)给定频带内能放置几个子载波?给定频带内能放置几个子载波?(效率效率)OFDM OFDM 时域符号长度为多少?时域符号长度为多少?(有效长度有效长度)在一定的在一定的CPCP长度下,子载波间隔越小,长度下,子载波间隔越小,OFDMOFDM符号周期越符号周期越长,系统频谱效率越高。但过小的子载波间隔对多普勒长,系统频谱效率越高。但过小的子载波间隔对多普勒频移和相位噪声过于敏感,会影响系统性能频移和相位噪声过于
11、敏感,会影响系统性能下行下行OFDMA接入接入n不同信道宽度下不同信道宽度下OFDM参数配置参数配置 基于基于CP的的OFDMA系统的引入,相对于单载波的系统的引入,相对于单载波的CDMA系统,具有频谱系统,具有频谱效率高、带宽扩展性强等优势,并支持更灵活的频域调度及信道自适应技术效率高、带宽扩展性强等优势,并支持更灵活的频域调度及信道自适应技术,但也存在着较高的峰均比,但也存在着较高的峰均比(PAPR)、对时间同步和频率偏差敏感及小区间干、对时间同步和频率偏差敏感及小区间干扰严重等缺陷,需要相应的系统设计予以调整和优化。扰严重等缺陷,需要相应的系统设计予以调整和优化。LTE物理层多址方式n上
12、行上行SC-FDMA接入接入SC-FDMASC-FDMA单载波频分多址技术单载波频分多址技术n上行采用上行采用SC-FDMASC-FDMA的原因的原因OFDMOFDM的峰均比较高,功放效率降低,导致整机电源效率降低;的峰均比较高,功放效率降低,导致整机电源效率降低;终端的配置越来越多,功能越来越强大,导致对终端电源效率终端的配置越来越多,功能越来越强大,导致对终端电源效率提出越来越高的要求,而电池技术却一直没有突破性进展,因提出越来越高的要求,而电池技术却一直没有突破性进展,因此对终端的节能技术提出了越来越高的要求;此对终端的节能技术提出了越来越高的要求;nSC-FDMASC-FDMA及其实现
13、方式及其实现方式TD-LTETD-LTE系统中上行链路采用系统中上行链路采用SC-FDMASC-FDMA技术,以期降低技术,以期降低PAPRPAPR,提高,提高功放效率,延长电池寿命;功放效率,延长电池寿命;DFT-S-OFDMDFT-S-OFDM可以认为是可以认为是SC-FDMASC-FDMA的频域产生方式,是的频域产生方式,是OFDMOFDM在在IFFTIFFT调制前进行了基于傅立叶变换的预编码。调制前进行了基于傅立叶变换的预编码。上行上行SC-FDMA接入接入n实现方式实现方式DFT-S-OFDM DFT-S-OFDM是一种调制技术的合并,它将频率灵活配置与是一种调制技术的合并,它将频率
14、灵活配置与OFDM的优势相结合同时又具有非常小的的优势相结合同时又具有非常小的PAPR值值上行上行SC-FDMA接入接入n通过改变不同用户的DFT的输出到IDFT输入端的对应关系,输入数据符号的频谱可以被搬移至不同的位置,从而实现多用户多址接入。基于基于DFTS-OFDMDFTS-OFDM的集中式、分布式频分多址的集中式、分布式频分多址OFDM VS.SC-FDMASC-FDMA实质是将有限带宽内数据做了一个相应的时域到频域的频谱实质是将有限带宽内数据做了一个相应的时域到频域的频谱搬移搬移上行上行SC-FDMA接入接入nLTE系统上行系统上行SC-FDMA的参数配置的参数配置MIMO多天线技术
15、多天线技术nMIMO多天线技术多天线技术在收发两端采用多根天线,分别同时发射与接收无线信号。在收发两端采用多根天线,分别同时发射与接收无线信号。MIMO为无线资源增加了空间维的自由度,能获得比为无线资源增加了空间维的自由度,能获得比SISO、SIMO和和MISO更高的系统容量;更高的系统容量;通过空时处理,充分利用空间资源,在无需增加频谱资源和发射功率的通过空时处理,充分利用空间资源,在无需增加频谱资源和发射功率的情况下,成倍的提升系统容量和可靠性,提高了频谱利用率;情况下,成倍的提升系统容量和可靠性,提高了频谱利用率;MIMO多天线技术多天线技术MIMO多天线技术多天线技术n下行下行MIMO
16、LTE R8/R9版本中版本中MIMO技术下行公共天线端口可以支持单天技术下行公共天线端口可以支持单天线发送线发送(1x)、双天线发送、双天线发送(2x)以及以及4天线发送天线发送(4x),从而提供,从而提供不同级别的传输分集和空间复用增益。而专用天线端口以不同级别的传输分集和空间复用增益。而专用天线端口以其灵活的天线端口映射技术使得其灵活的天线端口映射技术使得LTE系统可以支持更多发送系统可以支持更多发送天线,比如天线,比如8天线发送,从而在提供传输分集、空间复用增天线发送,从而在提供传输分集、空间复用增益的同时,提供波束赋形增益益的同时,提供波束赋形增益。n上行上行MIMOR8版本中版本中
17、MIMO技术上行基本天线配置为技术上行基本天线配置为1*2,即,即1天线发送天线发送和和2天线天线接收接收;MIMO传输模式传输模式(TM)课程内容课程内容LTE概述概述LTE系统架构与协议栈系统架构与协议栈LTE关键技术关键技术LTE物理层设计物理层设计LTE中的语音业务中的语音业务LTE-Advanced的增强技术的增强技术LTE物理帧结构物理帧结构n双工方式双工方式 FDD 上行传输和下行传输在不同的载波频段上进行;上行传输和下行传输在不同的载波频段上进行;TDD 上行传输和下行传输在相同的载波频段上进行上行传输和下行传输在相同的载波频段上进行 基站基站/终端在不同的时间进行信道的发送终
18、端在不同的时间进行信道的发送/接收或者接收接收或者接收/发送发送;LTE物理帧结构物理帧结构n信道带宽信道带宽支持支持1.4MHz,3.0MHz,5MHz,10MHz,15MHz以及以及20MHz的信道带宽的信道带宽LTE系统上下行的信道带宽可以不同系统上下行的信道带宽可以不同 下行信道带宽大小通过主广播信息(下行信道带宽大小通过主广播信息(MIB)进行广播)进行广播 上行信道带宽大小通过系统信息(上行信道带宽大小通过系统信息(SIB)进行广播)进行广播子载波间隔子载波间隔 15kHz,用于单播(,用于单播(unicast)和多播()和多播(MBSFN)传输)传输 7.5kHz,仅仅可以应用于
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