LTE的关键技术介绍
lte基础原理与关键技术
lte基础原理与关键技术LTE（Long Term Evolution）是第四代移动通信技术，是由3GPP（3rd Generation Partnership Project）制定的国际标准。
LTE基于OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）和MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）两种关键技术，旨在提供更高的数据传输速率、更低的延迟和更好的系统容量。
LTE的基础原理是通过将频谱分成多个小的子载波，并通过OFDMA技术将数据并行传输在这些子载波上，从而提高整体的数据传输速率。
同时，采用MIMO技术可以在发送和接收端分别使用多个天线，通过空间复用和多路径传输的方式提高系统的抗干扰性能和覆盖范围。
除了OFDMA和MIMO，LTE还采用了其他关键技术来增强系统的性能。
其中，调制技术是LTE中的重要一环。
LTE采用了更高阶的调制方式（如16QAM和64QAM）来提高每个子载波的传输速率。
另外，LTE还引入了天线端口数据复用（TM）技术，将控制信道和数据信道通过不同的天线进行传输，从而提高系统的容量和灵活性。
LTE还采用了自适应调度技术，根据用户的需求和信道条件动态地分配资源，从而提高系统的整体效率。
同时，LTE还引入了多小区（Multi-Cell）协同技术，通过小区间的协作和资源的共享来提高系统的覆盖范围和容量。
除了上述关键技术，LTE还包括了其他一些重要的技术和功能。
例如，LTE使用了数据流控制和快速调度算法来提高系统的传输效率和公平性。
LTE还引入了LTE-Advanced技术，如协同多点传输（Coordinated Multi-Point，CoMP），通过多个基站的协同传输来提高系统的覆盖范围和容量。
总的来说，LTE基于OFDMA和MIMO技术，结合多种关键技术和功能，实现了更高的数据传输速率、更低的延迟和更好的系统容量。
LTE关键技术
LTE关键技术
目录
5.1 LTE的技术特点 5.2 正交频分复用 5.3 多天线技术 5.4 高阶调制和AMC 5.5 混合自动重传 5.6 小区间干扰抑制
课件制作：赵珂
5.1 LTE的技术特点
LTE的技术特点
1. 支持灵活的频谱带宽； 2. 提供了更高的容量 LTE提供了更高的比特率，也提升了系统的容量，LTE系统的容量至 少是3G系统的10倍。 3. 高峰值的数据速率 4. 更高的频谱效率 5. 更低的时延 6. 增加了同时活动用户的数量； 7. 提高了单元边缘的性能，提高了小区容量并降低了系统时延。
课件制作：赵珂
5.1 LTE的技术特点
LTE的技术特点
LTE的主要关键技术有： 频谱效率提升技术：OFDM（正交频分复用）。 空口速率提升技术之一：MIMO （多输入多输出）。 空口速率提升技术之二：高阶调制和AMC（自适应调制与编码）。 可靠性提升技术：HARQ（混合自动重传）。 抗干扰利器：ICIC（小区间干扰协调）。
课件制作：赵珂
5.2.2 OFDM技术
2）上行多址：SC-FDMA
SC-FDMA具有单载波的特性，因而其发送信号PAPR较低，在上行 功放要求相同的情况下，采用SC-FDMA可以提高上行的功率效率，降 低系统对终端的功耗要求。
课件制作：赵珂
5.3 多天线技术
5.3.1 MIMO概述
多 输 入 多 输 出 （ Multiple Input Multiple Output，MIMO）技术最早 是由马可尼于1908年提出的，是指在 发送端或接收端采用多根天线（见图 5-5），使信号在空间获得阵列增益、 分集增益、空间复用增益和干扰抑制 增益。在不增加频谱资源和天线发射 功率的情况下，充分利用空间资源， 可以得到更大的系统容量、更广的覆 盖面和更高的数据传输速率，带来了 更高的频谱利用率。
LTE的技术原理
LTE的技术原理LTE（Long Term Evolution）作为第四代移动通信技术，其技术原理主要包括无线接入技术、核心网技术和网络优化技术等方面。
本文将详细介绍LTE的技术原理。
一、无线接入技术1.OFDM技术LTE使用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术作为其物理层技术，采用了SC-FDMA（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）技术作为上行链路的多址技术。
OFDM技术具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强、符号时间间隔长、对调制方式的选择灵活等特点，能够有效提高数据传输速率和系统整体性能。
2.MIMO技术LTE还采用了MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术，该技术通过在发送端和接收端分别增加多个天线，利用空间复用技术实现多个数据流同时传输，从而提高系统的频谱效率和系统容量。
MIMO技术在LTE 系统中广泛应用于数据传输和信号处理过程中。
3.自动重传请求技术LTE系统还引入了自动重传请求技术，通过在物理层上实现自动重传请求ARQ（Automatic Repeat reQuest）功能，可以有效保障数据传输的可靠性和稳定性。
当接收端检测到数据包丢失或错误时，会向发送端发送自动重传请求，发送端重新发送丢失的数据包，从而保证数据的完整性和准确性。
二、核心网技术1. Evolved Packet Core（EPC）LTE核心网采用了Evolved Packet Core（EPC）结构，EPC由三个主要部分组成：核心网节点（PGW、SGW、MME）、用户面协议GTP（GPRS Tunneling Protocol）和控制面协议S1AP（S1 Application Protocol）。
EPC实现了LTE系统的核心网络功能，包括连接管理、移动性管理、安全性保障、QoS（Quality of Service）管理等。
LTE移动通信技术任务4 LTE关键技术
LTE移动通信技术任务4 LTE关键技术LTE 移动通信技术任务 4：LTE 关键技术在当今数字化的时代，移动通信技术的发展日新月异，为人们的生活和工作带来了极大的便利。
LTE（Long Term Evolution，长期演进）作为一种先进的移动通信技术，具有高速率、低延迟、大容量等显著优势。
而这些优势的实现，离不开一系列关键技术的支持。
接下来，让我们深入探讨一下 LTE 的关键技术。
一、正交频分复用（OFDM）技术OFDM 技术是 LTE 系统的核心技术之一。
它的基本原理是将高速的数据流分解为多个并行的低速子数据流，然后分别调制到相互正交的多个子载波上进行传输。
与传统的频分复用技术相比，OFDM 具有诸多优点。
首先，它能够有效地抵抗多径衰落。
在无线通信环境中，信号会因为建筑物、地形等障碍物的反射和散射而产生多个路径，导致接收端接收到的信号出现延迟和衰减。
OFDM 通过将宽带信道划分成多个窄带子信道，使得每个子信道的带宽小于信道的相干带宽，从而减少了多径衰落的影响。
其次，OFDM 具有较高的频谱利用率。
由于子载波之间相互正交，使得它们可以在频谱上紧密排列，从而提高了频谱资源的利用效率。
此外，OFDM 还便于实现动态频谱分配。
通过灵活地调整子载波的分配，可以根据用户的需求和信道状况，合理地分配频谱资源，提高系统的容量和性能。
二、多输入多输出（MIMO）技术MIMO 技术是 LTE 实现高速数据传输的另一个重要手段。
它通过在发射端和接收端使用多个天线，形成多个并行的空间信道，从而在不增加带宽和发射功率的情况下，显著提高系统的容量和频谱利用率。
MIMO 技术主要包括空间复用和空间分集两种工作模式。
空间复用模式下，多个数据流同时在不同的天线上传输，从而提高数据传输速率。
而空间分集模式则通过在多个天线上发送相同的数据，或者对接收端接收到的多个信号进行合并处理，来提高信号的可靠性和抗衰落能力。
在实际应用中，MIMO 技术可以根据信道条件和系统需求，灵活地切换工作模式，以达到最佳的性能。
LTE的关键技术介绍ppt课件
3) LTE_ACTIVE：对应RRC连接状态；状态转移由 基站或GW决定。
层2的整体功能描述
服务访问点（SAP）：同一系统中，相邻两层的实体 进行通信的地方是服务访问点。物理层和MAC层之间 的SAP提供传输信道。MAC层和RLC层之间的SAP提 供逻辑信道。
MAC Control element 2
MAC SDU
... MAC SDU
MAC payload
Padding (opt)
复用和解复用（2）
RLC模式
AM模式： AM模式是为可靠性要求很高并且分组的长 度可变的业务提出的。它的典型特征是支持ARQ和分 组的切割和串接。
M模式：UM模式是为可靠性要求不高的业务提出的。 它的典型特征是支持分组的切割和串接，但不支持 ARQ。
UE
eNB
S-GW
P-GW
Peer
Entity
End-to-end Service
EPS Bearer
External Bearer
Radio Bearer
S1 Bearer
S5/S8 Bearer
Radio
S1
S5/S8
Gi
RRC子层
RRC子管理、 UE测量上报和控制等功能。把RRC在网络侧终 结于eNB，是网络的一个重大改变。
控制平面
UE NAS RRC RLC MAC PHY
eNB
RRC RLC MAC PHY
MME NAS
控制平面的底层协议，和用户平面相似，而上层的 RRC层和非接入子层（NAS）是控制平面最重要的 部分。
LTE关键技术
LTE关键技术介绍我们来交流一下LTE的关键技术。
其实说到关键技术，主要还是物理层的关键技术，LTE 在物理层采用了OFDM和MIMO等技术，极大地提高了系统的系统和吞吐量。
1、网络架构3GPP LTE接入网在能够有效支持新的物理层传输技术的同时，还需要满足低时延、低复杂度、低成本的要求。
原有的网络结构显然已无法满足要求，需要进行调整与演进。
2006年3月的会议上，3GPP确定了E-UTRAN的结构，接入网主要由演进型eNodeB（eNB）和接入网关（aGW）构成，这种结构类似于典型的IP宽带网络结构，采用这种结构将对3GPP 系统的体系架构产生深远的影响。
eNodeB是在NodeB原有功能基础上，增加了RNC的物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、移动性管理和inter-cell RRM等功能。
aGW可以看作是一个边界节点，作为核心网的一部分。
但在如何处理小区间干扰协调、负载控制等问题上各成员还存在分歧，是采用RRM Server进行集中式管理，还是采用分散管理，尚未达成一致。
2、基本的传输技术和多址技术之前提到了3GPP RAN1工作组，它是专门负责物理层传输技术的甄选、评估和标准制定的。
在对各公司提交的候选方案进行征集后，确定了以OFDM为物理层基本传输技术方案。
实际上在确定这个方案的时候，3GPP内部分为两大阵营：支持OFDM的和支持CDMA的。
支持CDMA的公司主要考虑的是后向兼容性，支持OFDM的公司主要是考虑到某些公司对于CDMA技术的垄断性把持。
在选择OFDM作为物理层基本传输技术的同时，大家对OFDM 的具体实现上还存在分歧：一部分公司认为上行的峰平比较大，对终端的寿命和耗电量有很高的需求，由此建议上行采用低峰平比的单载波技术；另一部分公司则认为在上行也可采用滤波、循环削峰等方法有效降低OFDM峰均比。
最后，经过激烈的讨论的艰苦的融合，3GPP最终选择了大多数公司支持的方案，下行OFDM；上行SC-FDMA。
LTE基础原理及关键技术
LTE的网络架构
• LTE的主要网元
– – LTE的接入网E-UTRAN由e-NodeB组成。 LTE的核心网EPC由MME，S-GW和P-GW组成。
•
LTE的网络接口
–
–
e-NodeB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e-NodeB与核心网EPC。其中，S1-MME是e-NodeB连接MME的控制面接口，S1U是e-NodeB连接S-GW 的用户面接口与传统3G网络比较，LTE的网络结更加简单扁平，降低 组网成本，增加组网灵活性，并能大大减少用户数据和控制信令的时延。
载波带宽 [MHz]
RE数目 (每个OFDM符号) RB数目 （每个slot）
1.4
72 6
3
180 15
5
300 25
10
600 50
15
900 75
20
1200 100
自适应调制和编码（AMC）
信道质量的信息反馈，即Channel Quality Indicator （CQI） UE测量信道质量，并报告（每1ms或 者是更长的周期）给eNodeB eNodeB基于CQI来选择调制方式，数 据块的大小和数据速率
的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。 • 2)MIMO:不相关的各个天线上分别发送多个数据流，利用多径衰落， 在不增加带宽和天线发送功率的情况下，提高信道及频谱利用率，下 行数据的传输质量。 • 3) 高阶调制：16QAM、64QAM • 4) HARQ:下行：异步自适应HARQ • 5) AMC：TD-LTE支持根据上下行信道互易性进行AMC调整
Subframe #4
Subframe #5
Subframe #7
LTE关键技术之干扰抑制技术
LTE关键技术之干扰抑制技术1.1小区间干扰（ICI）概念在LTE中,上，下行采用了OFDM（DL）/SC-FDMA(UL）的多址接入技术，采用了正交子载波区分不同的用户,小区内多用户间的干扰基本可以消除。
但是LTE采用同频组网，邻小区结合部分使用相同的频谱资源，用户间不可避免存在干扰,称之为小区间干扰（Inter—Cell Interference， ICI)。
在传统的解决方案中，采用频率复用来解决ICI，但随之带来的是频谱效率的降低。
如常用的三扇区划分小区用的就是频率复用指数因子为3。
除此之外，频率复用因子还有1、7等。
当复用因子为1的时候，则网内的所有小区用的频率都是一样的，随之而来的是严重的小区间干扰。
选择较大的复用因子造成的负面影响是频谱效率变小，比如复用因子为3的时候，频谱效率是1/3，复用因子为7的时候,频谱效率是1/7。
传统的频率复用系数为3的典型频率规划小区间干扰对系统性能的影响：●导致无线链路信噪比(SINR)减低，这样LTE的AMC技术就会选择低阶调制方式和编码方式。
●干扰严重时，需频繁的HARQ重传，降低了用户速率。
●同频干扰引起功率控制，使子幁中可使用的PRB减少,用户速率也会减低.1.2LTE干扰抑制技术LTE干扰抑制技术分为以下四种：a)波束赋形天线技术b)干扰随机化技术c)干扰消除技术d)干扰协调技术（1）波束赋形天线技术—波束赋形天线技术是一种下行干扰抑制技术波束赋形天线的波束是指向UE的窄波束,因此只有在相邻小区的波束发生碰撞时才会造成小区间干扰,波束交错是可以有效的回避小区间干扰。
（2）干扰随机化技术干扰随机化就是使干扰信号随机化,这种方法虽然不能降低干扰信号的能量，但是能使干扰信号接近白噪声，又称“干扰白化"。
然后用处理白噪声的方法在UE上类似处理增益的方法抑制干扰。
干扰随机化的方法可分为小区专属加扰（Scrambling）和小区专属交织（IDMA)。
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王斌
wangbin7062@
LTE的系统架构
LTE的协议堆栈和功能划分 LTE用户面
PDCP RLC
MAC
LTE 控制面 LTE的关键技术 LTE-A的关键技术
中继技术
载波聚合技术
增强技术
3GPP标准组织与制定阶段
阶段1：需求 阶段2：结构 阶段3：详细实现 RAN1 - 物理层 RAN2 - L2与L3无线 协议 RAN3 - 结构与 S1/X2接口 RAN4 - RF与RRM 性能要求 RAN5 - 终端测试
RLC模式
AM模式： AM模式是为可靠性要求很高并且分组的长 度可变的业务提出的。它的典型特征是支持ARQ和分 组的切割和串接。 M模式：UM模式是为可靠性要求不高的业务提出的。 它的典型特征是支持分组的切割和串接，但不支持 ARQ。 TM模式：TM模式是直接将高层的分组传到下层，在 RLC层不封装协议头。在TM模式下，高层的数据是 不分段的。目前，LTE仅仅确定了在随机接入阶段对 于控制平面支持TM模式，。
压缩的分组 (Compressed Header + Payload)
压缩的分组 (Compressed Header + Payload)
增加PDCP SN
去掉 PDCP SN
PDCP SN + 压缩的分组
PDCP SN +压缩的分组
加密参数(HFN, key, etc.)
加密
解密
解密参数(HFN, key, etc.)
RLC SDU 和 RLC PDU 缓存管理
SDU 缓存管理
串接和分割
PDU 重传缓存和管理
接受 Acks 和 状态报告
串接和分割
复用
发送缓存
发送缓存
去往 MAC
PDCP层
分组 (Header + Payload) 分组 (Header + Payload) 头压缩(ROHC) 头解压缩(ROHC)
调度 / 优先级控制
MAC
复用
HARQ 传输信道
MAC层的描述
CCCH DCCH DTCH MAC-control DCCH DTCH CCCH BCCH PCCH
Scheduling / Priority Handling
Control Multiplexing Demultiplexing
HARQ
RC的建立过程中要考虑3个方面的内容，即：移 动和安全方面的控制、NAS信令的传输、冲突解 决和路由等几个方面的问题
RRC重配置
Measurement configuration Mobility control information (HO) NAS Radio resource configuration
非接入层
非接入层（NAS，Non-Access-Stratum），顾名思义， 更多的是完成核心网对用户的移动性、呼叫控制和 QoS管理功能，不属于接入网的范畴，这部分终结于 GW。UE的NAS层状态和其所处的RRC状态有相应 的关系
NAS层的状态
LTE_DETACHED：网络和UE侧都没有RRC实体， 此时UE通常处于关机、去附着等状态 LTE_IDLE：对应RRC的IDLE状态。UE和网络侧存 储的信息包括：给UE分配的IP地址、安全相关的参数 （密钥等）、UE的能力信息、无线承载。此时UE的 状态转移由基站或GW决定。 3) LTE_ACTIVE：对应RRC连接状态；状态转移由 基站或GW决定。
RRC的状态
RRC_IDLE：当UE不发起业务时，通常处于该状态。 此时，eNB侧也没有UE的RRC上下文，只进行一些诸 如监听寻呼、小区广播消息等操作，在eNB之内不存 储RRC上下文。 RRC_CONNECTED：UE已经建立业务后，进入RRC 连接状态，E-UTRAN具有该UE的上下文，并知道UE 所在的小区；网络和UE之间进行数据传送；进行切换 和 邻 区 测 量 ； 以 及 控 制 UE 进 行 非 连 续 发 送 / 接 收 （DTX／DRX）。
RLC
打包分片 和ARQ
...
打包分片 和ARQ 逻辑信道
打包分片 和ARQ
...
打包分片 和ARQ
BCCH
PCCH
调度 / 优先级控制
MAC
UE1内部复用
UEn内部复用
HARQ 传输信道
HARQ
上行的层2结构
无线承载 ROHC PDCP 安全 安全 ROHC
RLC
打包分片 和ARQ
...
打包分片 和ARQ 逻辑信道
HARQ
UL-SCH
HARQ Feedback
PDCCH
SR
DL-SCH
HARQ Feedback
BCH
PCH
复用和解复用（1）
R/R/E/LCID sub-header R/R/E/LCID[/F/ L] sub-header R/R/E/LCID/F/L sub-header R/R/E/LCID/F/L sub-header
RRC连接建立
UE Source ENB MME UPE 1: RA 请求 2: RA 响应 3: 无线连接请求 >NAS 信息
4: 接入连接请求 >NAS 信息请求
7: 无线连接建立 >AS- 配置 8: 无线连接建立完成 >
6: 接入连接响应 <NAS 信息响应, >SAE 承载性质, >UE AS 能力, >AS 安全上下文 9: 接入连接完成 >
用户平面结构
UE PDCP RLC MAC PHY eNB PDCP RLC MAC PHY SAE Gateway
在用户面，协议栈主要分为MAC、RLC、PDCP。 主 要 完 成 头 压 缩 、 加 密 、 解 密 、 调 度 、 ARQ 和 HARQ的功能
控制平面
UE NAS RRC RLC MAC PHY RRC RLC MAC PHY eNB MME NAS
...
R/R/E/LCID/F/L sub-header
R/R/E/LCID padding subheader
MAC header
MAC Control element 1
MAC Control element 2
MAC SDU
...
MAC SDU
Padding (opt)
MAC payload
复用和解复用（2）
无线网络结构
MME/SAE Gateway
MME/SAE Gateway
X2接口
eNB eNB
S1接 口
出于达到简化信 令流程，缩短延 迟的目的，EUTRAN舍弃了 UTRAN的RNCNodeB结构，完 全由eNB（基站） 组成
eNB
X2
接
口
S1接口
S1 接 口
X2 接 口
S1接口
E-UTRAN
EPS Bearer
External Bearer
Radio Bearer
S1 Bearer
S5/S8 Bearer
Radio
S1
S5/S8
Gi
RRC子层
RRC子层主要承担广播、无线接口寻呼、RRC连 接管理、无线承载控制（RBC）、移动性管理、 UE测量上报和控制等功能。把RRC在网络侧终 结于eNB，是网络的一个重大改变。
PDCP SN +加密的压缩 分组
PDCP SN + 加密的压缩 分组
PDCP层的最重要功能是头压缩和加密功 能，在这里需要特别提出的是：PDCP的 序号是用来产生与加密相关的时变MASK， 它不参与压缩和被加密
RRC概述
UE capability Attach BCCH MBMS NAS transfer paging RRC connection est Security (UP-C; CP-C/I) SRB2/DRBs establishment UE capability enquiry Measurement configuration and report RRC connection reconfiguration Handover procedure RRC re-establishement RRC connection release CS fall back HNB/SON
RRC connection re-establishment complete
RRC connection re-configuration
RRC connection reconfiguration complete
LTE的关键技术
随机接入过程 切换 重传技术 调度技术 干扰协调技术
LTE协议堆栈和功能划分
eNB Inter Cell RRM RB Control Connection Mobility Cont. MME Radio Admission Control NAS Security eNB Measurement Configuration & Provision Dynamic Resource Allocation (Scheduler) RRC PDCP S-GW RLC MAC S1 PHY Packet Filtering internet E-UTRAN EPC Mobility Anchoring UE IP address allocation P-GW Idle State Mobility Handling EPS Bearer Control