1.LTE 基本原理及关键技术(20170103150410)
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基本原理
lte基本原理
LTE（Long Term Evolution）是一种无线通信技术，它是一种第四代移动通信技术（4G）。
它主要通过改进和增强3G网络来提供更高的数据传输速度和更低的延迟。
LTE的基本原理是采用OFDM（正交频分复用）和MIMO （多输入多输出）技术。
OFDM技术将整个频带分成多个小的子载波，每个子载波都可以独立传输数据，从而提高频谱的利用效率。
MIMO技术则利用多个天线在发送和接收端同时工作，通过空间复用和信号编码技术，使得同时传输多个数据流，从而提高传输速度和系统容量。
LTE还使用了分时复用（TDD）和频分复用（FDD）两种资源调度方式。
TDD方式采用相同的频谱资源在不同的时间上进行上下行数据传输，而FDD方式则将频谱分成上行和下行两部分，各自独立进行数据传输。
这两种调度方式根据不同的需求和频谱资源来灵活选择。
另外，LTE还引入了IP（Internet Protocol）技术，将移动通信网络与互联网进行融合。
这样一来，LTE网络可以更好地支持各种基于IP协议的应用，如VoIP（Voice over IP）、视频流媒体和实时游戏等。
总结来说，LTE的基本原理是通过OFDM和MIMO技术来提高频谱的利用效率和传输速度，采用TDD和FDD的资源调度方式来满足不同的需求，同时引入IP技术与互联网融合，为用户提供更快速和更多样化的网络服务。
LTE技术原理及关键技术PPT课件
S1
X2
S1
MME / S-GW
X2 eNB
eNB
Uu
X2
S1
S1
MME / S-GW eNB
E-UTRAN
LTE的技术特点
• 基于OFDM的上下行多址接入和信号调 制方式
上行：基于CP的SC-FDMA 下行：基于CP的OFDMA
上行峰值速率 (Mbps)
5.76
上行平均频谱效率 （bps/Hz/cell）
0.332
上行小区边缘用户频谱效率 0.009 (bps/Hz/cell）
1.69
0.05
16QAM: 57 64QAM: 86.4 0.735
0.024
LTE的技术特点
• 全IP,扁平化网络架构
E-UTRAN系统只由eNB组成，去掉 RNC网元。
域特性比较
CDMA技术: 每个码道的发射信号都是宽带信号,带宽是码片速率的倒数, 因而多用
户的信号在频谱上是重叠的
需要复杂的联合检测算法分开用户.
发射的CDMA信号频谱
接收的CDMA信号频谱
通过多径信道
f
频域
f
频域
OFDMA技术:每个子载波信号是窄带信号，不同子载波信号经过多径信道后保持正交无
相互干扰
更高的频谱效率
下行比WCDMA R6提高3-4倍 上行频谱效率比R6提高2-3倍
全分组域业务
为传统的电信业务提供QoS传输 不再提供CS域业务
增强的移动性能
0-15公里/小时: 最优的性能 15-120公里/小时:较高的性能 120-350公里/小时:支持实时业务
峰值数据率更高
LTE 基本原理及关键技术课件
更低的 CAPEX & OPEX
LTE 基本原理及关键技术
7
峰值数据率
1
实现峰值速率的显 著提高，峰值速率 与系统占用带宽成 正比
2
在20MHz 带宽内 实现100Mbit/s的 下行峰值速率(频 谱效率5 bit/s/Hz)
3
在20MHz 带宽内 实现50Mbit/s的上 行峰值速率(频谱 效率2.5 bit/s/Hz)
LTE 基本原理及关键技术
24
终端中的“模”与“频”
No Image
LTE 基本原理及关键技术
25
中国电信LTE终端漫游频段要 求
No Image
LTE 基本原理及关键技术
26
LTE终端漫游频段要求对比
No Image
LTE 基本原理及关键技术
27
LTE终端类别
LTE 基本原理及关键技术
28
量都要达到或超过UTRAN下所支持的
LTE 基本原理及关键技术
9
频谱
• 频谱灵活性
• E-UTRA系统可部署在不同尺寸的频谱中，包括1.4、 3、 5、10、15 和 20 MHz, 支持对已使用频率资源的重复利 用
• 上行和下行支持成对或非成对的频谱
• 共存
• 与GERAN/3G系统在相同地区邻频
• 每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊 子帧组成
• 特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms
• 支持5ms和10ms上下行切换点
• 子帧0、5和DwPTS总是用于下行LT发E 基送本原理及关键技术
38
上下行配比方式
• “D”代表此子帧用于 下行传输，“U” 代 表此子帧用于上行 传输，“S”是由 DwPTS、GP和 UpPTS组成的特殊 子帧。
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关键知识点总结
LTE关键知识点总结LTE（Long Term Evolution）是第四代移动通信技术的一种标准，它通过提高数据速率、降低通信延迟和增强网络容量来满足日益增长的移动通信需求。
LTE技术在实现更高数据速率、更可靠的网络连接和更低的通信延迟方面都取得了重大突破，成为目前移动通信领域的主流技术之一、下面是LTE技术的一些关键知识点总结：1.LTE的基本原理LTE技术基于OFDMA（正交频分多址）和SC-FDMA（单载波频分多址）技术，它使用蜂窝网络结构，将空间划分为多个小区域，每个小区域由一个基站负责覆盖。
用户设备（如手机、平板等）通过基站与核心网络进行通信，实现数据传输和通话等功能。
2.LTE的核心网络LTE的核心网络由Evolved Packet Core（EPC）组成，包括MME（移动性管理实体）、SGW（分组数据网关）和PGW（用户面网关）等组件。
EPC负责数据传输、呼叫控制和移动管理等功能，确保用户设备能够在移动过程中实现无缝切换和连接。
3.LTE的频段和带宽LTE技术在不同频段上运行，包括700MHz、800MHz、1800MHz、2300MHz和2600MHz等频段。
用户可以根据所在地区和运营商的情况选择不同频段的LTE网络。
另外，LTE网络的带宽可以根据需求进行调整，通常包括5MHz、10MHz、15MHz和20MHz等不同的带宽设置。
4.LTE的多天线技术（MIMO）LTE技术支持多天线技术（MIMO），即通过多个发射天线和接收天线来实现数据传输。
MIMO技术可以提高信号覆盖范围、增强网络容量和减少信号干扰，提高网络性能和用户体验。
5.LTE的载波聚合技术（CA）LTE技术还支持载波聚合技术（CA），即同时使用多个频率载波进行数据传输。
通过CA技术，可以提高网络速率和覆盖范围，同时优化网络资源的利用效率，提升整体网络性能。
6.LTE的VoLTE技术LTE技术还支持VoLTE（Voice over LTE），即通过LTE网络实现高质量的语音通话。
LTE基本原理和关键技术介绍
Freq
OFDM系統，載波交疊，但是載波間正交
OFDM 屬於調制複用技術，它把系統帶寬分成多個的相互正交的 子載波，在多個子載波上並行數據傳輸。
時域 符符 符 號號 號 12 n
f1 f2 fn
Page 12
頻域
LTE的核心技術－MIMO
LTE關鍵技術
多天線技術MIMO
OFDM MIMO ICIC
各制式下行峰值速率對比
350
326
300
250
200
172
150
100
90
50
3.1
9.3 14.7
42
0
DORA
DORB
DORB DC-HSDPA LTE
LTE
LTE
phase I phase II 64QAM 20MHz 20MHz 20MHz
3C
3C
SISO 2*2 MIMO 4*4 MIMO
3GPP定義的E-UTRA頻段
對於頻率的定位要考慮： •覆蓋？ Or 容量？ •熱點、熱區？ •漫遊？ •產業鏈？ •全球頻段？Or 區域性 頻段？ •主頻段？輔頻段 •… …
Page 8
目錄
1
LTE背景介紹
2 LTE關鍵技術介紹
3 LTE網絡架構
4 LTE物理層結構介紹
Page 9
Charter 2 LTE關鍵技術介紹
SU-MIMO中，空間複用的數據流調度給一個單獨的用戶，提升該 用戶的傳輸速率和頻譜效率。MU-MIMO中，空間複用的數據流調 度給多個用戶，多個用戶通過空分方式共享同一時頻資源，系統可 以通過空間維度的多用戶調度獲得額外的多用戶分集增益。
Pre-coding vectors
LTE基本原理
RRC_CONNECTED
RRC_IDLE状态
系统信息广播；
寻呼；
小区重选移动性；
UE将分配一个标识来独立的在一个跟踪区中唯一识别该UE；
eNB中没有存储RRC上下文
12
RRC_CONNECTED
UE建立一个E-UTRAN-RRC连接；
E-UTRAN中存在UE的上下文；
E-UTRAN知道UE归属的小区； 网络可以与UE之间进行数据收发； 网络控制移动性过程，例如切换；
LTE现状
6
LTE网络基本架构—EPS网元及接口
7
LTE网络基本架构—协议架构
接口协议主要分三层两面，三层主要包括了物理层、数据
链路层和网络层，两面是指控制平面和用户平面。
数据链路层同时位于控制平面和用户平面：在控制平面负
责无线承载信令的传输、加密和完整性保护；在用户平面 主要负责用户业务数据的传输和加密。
数 据 链 路 层
网络层是指无线资源控制（RRC）层，位于接入网的控制 平面，负责完成接入网和终端之间交互的所有信令处理。
网 络 层
8
LTE网络基本架构—协议架构
LTE总体的协议结构
9
UE–eNodeB的空口协议栈
10
RRC状态
LTE UTMS
RRC_IDLE
CELL_DCH CELL_FACH CELL_PCH URA_PCH IDLE
邻区测量；
13
LTE网络基本架构—信道类型
信令流、数据流在各层之间传送，要通过不同的信道来承载，各逻 辑信道、物理信道对应关系如下所示(逻辑信道，传输信道，物理信道)：
14
LTE网络基本架构—信道类型
15
目
LTE 基本原理及关键技术
汇报人：
CONTENTS
PRT ONE
PRT TWO
LTE的发展历程和背景 LTE在通信技术中的地位和意义 LTE的应用场景和优势 LTE的发展趋势和未来展望
2009年：LTE商用网络部署
2 0 0 4 年 ： 3 G P P 启 动 LT E 项 目
2013年：全球LTE用户数突 破1亿
优势：提高信号 覆盖范围、减少 干扰、增加系统 容量和频谱效率
应用场景：广泛 应用于无线通信 系统如LTE、 WiFi等
定义：根据信道状态自适应地调整传输参数提高链路性能和系统容量 关键技术：MC、HRQ等 应用场景：高速移动场景、城区密集建筑等 优势：有效对抗无线信道的多径衰落提高数据传输的可靠性和速率
PRT FOUR
定义：物理层负责传输数据提供无线资源管理功能 协议：采用多层协议栈包括物理层和数据链路层 传输方式：采用频分复用和时分复用相结合的方式 关键技术：包括多天线技术、调制解调技术、信道编码技术等
信道编码：采用高效 率的信道编码方案如 Turbo码和LDPC码以 提高数据传输的可靠 性和效率。
2 0 1 9 年 ： 5 G 商 用 LT E 仍 为 主要移动通信技术
高速度：最大传 输速率为 100Mbps达到 3G的10倍以上
低时延：端到端 时延达到10ms 以下实现快速的 数据传输
永远在线：用户 可以始终保持在 线状态随时进行 高速数据传输
频谱效率高：采 用频谱效率更高 的OFDM技术相 比3G提高了2-3 倍
单击添加标题
演进型技术：未来LTE技术还将不断演进如采用更高阶的调制技术、更高 效的信道编码等技术以提高数据传输速率和降低延迟。
单击添加标题
融 合 网 络 ： 未 来 LT E 将 与 W i F i 等 其 他 无 线 技 术 融 合 形 成 更 加 智 能 化 的 网 络结构提供更加高效、可靠的数据传输服务。
LTE基本原理及关键技术
LTE
NMTS
FDD
4G IMT-Advanced Likely
TACS TD-SCDMA R4 AMPS HSPA MC-HSPA MBMS
OFDMA
TDD
Based Technology
IS95
CDMA 2000
CDMA 2000 1X-ED-DO
EV-DO Rev. A
EV-DO Rev. B
UE 等级 下行最大比 下行空间复 上行最大比 上行是否支 特数/TTI 用最大层数 特数/TTI 持 64QAM
1
10296
1
5160
SGW 功能
• • • • • • • eNodeB间切换时作为本地锚定点 3GPP内不同接入技术之间的移动性锚点---终结在S4接口，在2G/3G系统和PGW间实现业务路由 E-UTRAN空闲模式下为下行数据提供缓存，并触发网络侧服务请求流程 合法侦听 数据包的路由与前转 IP包标记 计费
PDN GW 功能-----连接外部数据网的网关
X2接口支持的功能
• 支持连接态的UE在LTE系统内移动性管理功能
– 源eNodeB和目的eNodeB之间上下文的传输 – 源eNodeB和目的eNodeB之间用户面隧道控制功能 – 切换取消功能
• 负荷管理 • 小区间干扰协调
– 上行干扰负荷管理
• X2接口管理和错误处理功能 • 跟踪功能
UE
Gateway
全IP
网络结构扁平化 媒体面控制面分离 与传统网络互通
E-UTRAN和EPC的划分
无线接入网
核心网
eNodeB 功能
• 无线资源管理： （1）无线承载控制 ； （2）接纳控制； （3）连接移动性控制； （4）上下行链路的动态资源分配（即调度）等
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RB ( Resource Block) 业务信道的资源单位，时域上为1 个时隙，频域上为12个子载波
l=0 k=0
时间/OFDM符号（序号l）
系统占用带宽分析
名义带宽 (MHz) RB数目 实际占用带宽 (MHz)
1.4 6 1.08
3 15 2.7
5 25 4.5
10 50 9
15 75 13.5
和LTE FDD标准制定进度一致
HSPA
MBMS
R8
完善和增强LTE系统
R10
R5/6/7
3GPP LTE在Release 8的36系
R9
LTE-Advanced将作为 Release 10的主要内容
列规范中发布
3GPP Release 8包含了LTE的 绝大部分特性
移动通信技术的演进路线
REG n
RS
RS
第一个OFDM符号
第二个OFDM符号 (1/2个公共天线端口)
第二个OFDM符号 (4个公共天线端口)
第三个OFDM符号
REG（Resource Element Group）为控 制区域中RE集合，用于映射下行控制信 道，每个REG中包含4个数据RE
CCE（Channel Control Element）为
GSM GPRS EDGE
LTE
HSDPA HSUPA MBMS WCDMA R99 HSDPA R5 HSUPA R6 HSPA+ R7 FDD/ TDD HSPA+ R7
TDSCDMA
MBMS
4G
CDMA IS95
CDMA 2000 1x
CDMA 2000 1X EV-DO
EV-DO Rev. A EV-DO Rev. B
2 OFDM symbols
9 -
资源分组
1个子帧 = 1ms = 14个OFDM符号 （常规CP） 1个时隙 = 0.5ms = 7个OFDM符 号（常规CP）
RE (Resource Element) 最小的资源单位，时域上为1 个符号，频域上为1个子载波 用 (k, l) 标记
频率/子载波（序号k）
LTE关键技术
频谱灵活
支持更多的频段 灵活的带宽 灵活的双工方式
先进的天线解决方案
分集技术 MIMO技术 Beamforming技术
新的无线接入技术
OFDMA SC-FDMA
LTE关键技术演进
12
LTE概述
LTE简介 LTE相关组织 LTE频谱划分与终端
LTE终端类别
MIMO与终端天线
课程内容
• • • • •
LTE概述 LTE网络架构 LTE关键技术 LTE TDD与LTE FDD的区别 LTE组网案例
LTE 网络构架
LTE全网架构
E-UTRAN 和 EPC的功能划分（续）
• eNB 功能:
– 无线资源管理
– IP头压缩和用户数据流加密 – UE附着时的MME选择 – 用户面数据向S-GW的路由 – 寻呼消息和广播信息的调度 和发送 – 移动性测量和测量报告的配 置
上下行配比方式
• “D”代表此子帧用 于下行传输，“U” 代表此子帧用于上 行传输，“S”是由 DwPTS、GP和 UpPTS组成的特殊 子帧。 • 特殊子帧中DwPTS 和UpPTS的长度是 可配置的，满足 DwPTS、GP和 UpPTS总长度为 1ms 。
Uplinkdownlink configuratio n 0 1 Downlink-toUplink Switch-point periodicity 5 ms 5 ms Subframe number
3GPP组织架构
NGMN简介
无线宽带创新的发动机
NGMN简介 1、NGMN（) 是2006年初由全球7家主流运营商发起成立的 非营利性组织 2、NGMN ：Next Generation Mobile Networks （Beyond HSPA&EVDO) 1、使全球移动通信产业链聚集在统一需求之下，引导、驱动标准研究、产 品研发，促进HSPA&EVDO之后的移动网络健康发展 2、推动IPR改革，使IPR透明和费率可预见性
39
40 Newly Proposed
1880-1920
2300-2400 2496-2690
TDD
TDD TDD
三大运营商频率分配情况
LTE终端语音解决方案
终端的模/待/通
终端中的“模”与“频”
• 终端芯片是LTE发展的主要瓶颈之一。采用28nm芯片技术的多频多模 终端刚刚开始，而且只有高通一家可以提供。 • 全制式需7种模式，全频段24＋个（最多40个） – －FDD LTE：至少10个频段 – －TDD LTE：至少2个频段 – －WCDMA：至少4个频段 – －GSM/GPRS：4个； – －CDMA1X/DO：4个
LTE关键技术
频域多址技术 — OFDM/SC-FDMA MIMO技术 高阶调制技术 HARQ技术
链路自适应技术 — AMC
快速MAC调度技术 小区干扰消除 SON 载波聚合
无线帧结构——类型1
1个无线帧 Tf = 307200 TS = 10 ms
1个时隙 Tslot=15360×TS=0.5ms
802.16 d
802.16 e
802.16 m
2G
2.5G
2.75G
3G
3.5G
3.75G
3.9G
4G
多种标准共存、汇聚集中 多个频段共存 移动网络宽带化、IP化趋势
LTE的目标
更好的覆盖 峰值速率 DL: 100Mbps UL: 50Mbps
更高的频 谱效率
LTE
低延迟 CP: 100ms UP: 5ms
#0
#1
#2
……
……
#17
#18
#19
1个子帧
• • • •
每个10ms无线帧被分为10个子帧 每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5ms Ts=1/(15000*2048) 是基本时间单元 任何一个子帧即可以作为上行，也可以作为下行
无线帧结构——类型2
1个无线帧 Tf = 307200 Ts = 10 ms 1个半帧 153600 TS = 5 ms
REG n+1
REG n+2
RS
REG n+1
REG n+2
RB组成，分组大小与系统带宽有关
RS
REG n+1
RS
REG n+1
System Bandwidth （RB） ≤10 11 – 26 27 – 63 64 – 110
RBG Size (P) 1 2 3 4
RS
REG n
REG n
RS
REG n
1个时隙 Tslot=15360TS 30720TS
子帧 #0
…
子帧 #4
子帧 #5
…
子帧 #9
1个子帧
1个子帧
DwPTS
GP
UpPTS
DwPTS
GP
UpPTS
• • • •
每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊 子帧组成 特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms 支持5ms和10ms上下行切换点 子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送
频谱 灵活性
更低的 CAPEX & OPEX
峰值数据率
1
实现峰值速率的显 著提高，峰值速率 与系统占用带宽成 正比
2
在20MHz 带宽内 实现00Mbit/s的 下行峰值速率(频 谱效率5 bit/s/Hz)
3
在20MHz 带宽内 实现50Mbit/s的上 行峰值速率(频谱 效率2.5 bit/s/Hz)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
D D
S S
U U
U U
U D
D D
S S
U U
U U
U D
2
3 4 5
Configuration
5 ms
10 ms 10 ms 10 ms
D
D D D
S
S S S S
U
U U U U
D
U U D
D
U D D
D
D D D
S
D D D
U
D D D
D
D D D
D
D D D D
6
Normal 5 ms cyclic prefix D DwPTS GP 10 4 3 2 1 9 3 2 1
prefix U Extended U D cyclic S U U DwPTS 3 8 GP 8 3 2 1 7 2 1 -
UpPTS
UpPTS
0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 9 10 11 12 3 9 10 11
1 OFDM symbols
9 10 3 8
1 OFDM symbols
2 OFDM symbols
频谱
• 频谱灵活性
– E-UTRA系统可部署在不同尺寸的频谱中，包括1.4、 3、 5、10、15 和 20
MHz, 支持对已使用频率资源的重复利用 – 上行和下行支持成对或非成对的频谱
• 共存
– 与GERAN/3G系统在相同地区邻频 – 与其他运营商在相同地区邻频 – 在边境两侧重合的或相邻的频谱内 – 与 UTRAN 和 GERAN切换 – 与非 3GPP 技术 (CDMA 2000, WiFi, WiMAX)切换