鲜枣课堂-LTE空中接口
LTE空中接口
LTE空中接口1LTE空中接口1.1概述空中接口是指终端与接入网之间的接口，简称Uu口，通常也成为无线接口。
在LTE中，空中接口是终端和eNodeB之间的接口。
空中接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务的。
空中接口是一个完全开放的接口，只要遵守接口规范，不同制造商生产的设备就能够互相通信。
空中接口协议栈主要分为三层两面，三层是指物理层、数据链路层、网络层，两面是指控制平面和用户平面。
从用户平面看，主要包括物理层、MAC层、RLC层、PDCP层，从控制平面看，除了以上几层外，还包括RRC层，NAS层。
RRC协议实体位于UE和ENB网络实体内，主要负责对接入层的控制和管理。
NAS控制协议位于UE和移动管理实体MME内，主要负责对（2）物理广播信道（PBCH）：用于承载主系统信息块信息，传输用于初始接入的参数。
（3）物理多播信道（PMCH）：用于承载多媒体/多播信息。
（4）物理控制格式指示信道（PCFICH）：用于承载该子帧上控制区域大小的信息。
（5）物理下行控制信道（PDCCH）：用于承载下行控制的信息，如上行调度指令、下行数据传输是指、公共控制信息等。
（6）物理HARO指示信道（（PHICH）：用于承载对于终端上行数据的ACK/NACK反馈信息，和HARO机制有关。
LTE定义的上行物理信道主要有如下3种类型：（1）物理上行共享信道（PUSCH）：用于承载上行用户信息和高层信令。
（2）物理上行控制信道（PUCCH）：用于承载上行控制信息。
（3）物理随机接入信道（PRACH）：用于承载随机接入前道序列的发送，基站通过对序列的检测以及后续的信令交流，建立起上行同步。
1.2传输信道物理层通过传输信道向MAC子层或更高层提供数据传输服务，传输信道特性由传输格式定义。
传输信道描述了数据在无线接口上是如何进行传输的，以及所传输的数据特征。
如数据如何被保护以防止传输错误，信道编码类型，CRC 保护或者交织，数据包的大小等。
LTE 空中接口协议原理-82.ppt [兼容模式]
![LTE 空中接口协议原理-82.ppt [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/981b4670a26925c52cc5bfb7.png)
LTE 协议原理介绍课程目标课程内容协议架构LTE 整体架构X2+=X2接入层和非接入层控制面协议架构UE eNode-B MME用户面协议架构UEeNode-BMME层2结构PDCPRLC MACRRC PHY层2包含如下子层：MAC ，RLC 和PDCPLayer 2Layer 3Layer 1课程内容物理层协议1个子帧子帧#5DwPTSGPUpPTS…子帧#91个半帧153600 T S = 5 ms1个子帧子帧#0DwPTSGPUpPTS30720T S…子帧#41个时隙T slot =15360T S1个无线帧T f = 307200 T s = 10 ms 无线帧结构-TDDn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n 特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS ，GP 和UpPTS ，总长度为1ms n 支持5ms 和10ms 上下行切换点n 子帧0、5和DwPTS 总是用于下行发送无线帧结构-TDD（续）n DwPTS（Downlink Pilot Time Slot）l PSSl也可用于传输PCFICH、PDCCH、PHICH、PDSCH和P-SCH等。
n UpPTS（Uplink Pilot Time Slot）l SSSl SRSl PRACH èpreamble format 4n GP（Guard Period）l上/下行保护n其它小区的下行信号对本小区的上行信号之间的干扰l下行到上行转换时间（20us）n基站由发射到接收所需要的转换时间n终端由接收到发射所需要的转换时间资源分组最小的资源单位，时域上为1个符号，频域上为1个子载波RE (Resource Element)REG ( Resource Element Group)RB ( Resource Block)CCE ( Channel Control Element)RBG ( Resource Block Group)资源单位业务信道的资源单位，时域上为1个时隙，频域上为12个子载波为控制信道资源分配的资源单位，由4个RE 组成为PDCCH 资源分配的资源单位，由9个REG 组成为业务信道资源分配的资源单位，由一组RB 组成物理资源图T 0=l 1DL symb −=N l R BD L R B s cN RB sc N ×resource elementsResource element ),(l k 1RB sc −N 下行物理资源图逻辑信道n MAC向RLC以逻辑信道的形式提供服务。
LTE物理层空中接口
通过本节的学习，我们将了解到
` LTE时频资源是如何组织，与码分系统相比，具有什么特点 ` LTE-FDD与LTE-TDD的帧结构是怎样的 ` 下行控制信道如何设计
` 下行共享信道如何设计
` 上行控制信道如何设计
` 上行共享信道如何设计
LTE时频资源
` RE(Reosurce Element), LTE最小的资源 ` REG(RE Group), 将4个RE组合在一起，作为更大的粒度 ` RB(Resource Block), 12subcarrier*1slot，是LTE基本调度单元 ` RB Pair，在一个TTI中两个时间上连续的，频率相同的RB
` MCS的选择由调度器根据信道质量（对应到具体的RB上）决定
CCE（Control Channel Element）
` 所谓CCE，是PDCCH时频资源的一种组织方式，CCE在PDCCH时频资源上 的物理分布是离散的，CCE编号将这些物理上离散的资源（REGs）标识起来
` CCE用于承载DCI
` 1CCE=9 REGs =36 REs ` LTE定义一个DCI使用1、2、4、8个CCE来传输，称作Aggregation Level，
物理层帧结构 – Type 1(FDD)
1 frame = 10 ms 1 frame = 10 subframe 1 subframe = 2 slot(0.5ms) Maximum FFT size (20 MHz Bandwidth) = 2048(110x12=1320
subcarrier used) Subcarrier spacing = 15 kHz Subcarrier Bandwidth 2048x15kHz = 30.72 MHz
第七课：LTE空中接口分层详解
第七课：LTE空中接口分层详解前面一课我们了解到，LTE空中接口协议栈主要分为三层两面，三层是指物理层、数据链路层、网络层，两面是指控制平面和用户平面。
从用户平面看，主要包括物理层、MAC 层、RLC层、PDCP层，从控制平面看，除了以上几层外，还包括RRC层，NAS层。
下面我们分别对这些分层进行详解。
一、MAC 媒体接入控制层1. MAC层功能概述不同于UMTS，MAC子层只有一个MAC实体，包括传输调度功能、MBMS功能、MAC控制功能、UE级别功能以及传输块生成等功能块。
MAC层结构如图1图1 MAC层结构图MAC层的各个子功能块提供以下的功能：（1） 实现逻辑信道到传输信道的映射；（2） 来自多个逻辑信道的MAC服务数据单元（SDU）的复用和解复用；（3） 上行调度信息上报，包括终端待发送数据量信息和上行功率余量信息。
基于HARQ机制的错误纠正功能；（4） 通过HARO机制进行纠错；（5） 同一个UE不同逻辑信道之间的优先级管理；（6） 通过动态调度进行UE之间的优先级管理；（7） 传输格式的选择，通过物理层上报的测量信息，用户能力等，选择相应的传输格式（包括调制方式和编码速率等），从而达到最有效的资源利用；（8） MBMS业务识别；（9） 填充功能，即当实际传输数据量不能填满整个授权的数据块大小时使用。
各功能与位置和链路方向的对应关系如图2所示。
图2 MAC功能与位置和链路方向的关系2. MAC层关键过程1. 调度与UMTS不同，LTE完全取消了专用信道，并引入了共享信道的概念。
在不同UE不同逻辑信道之间划分共享信道资源的功能成为调度。
早期的很多接入系统每个用户的业务都有专门的信道，虽然到了HSPA时已经有共享信道的概念，但是主要还是针对数据业务。
LTE的几乎所有的应用与业务都是使用共享信道，由于各个业务与应用的对服务质量（QoS）的要求是不同的，如何为具有不同带宽要求、不同时延保障、不同QOS等级的各种业务合理地分配资源，在满足业务需求的基础上，提高网络的总体吞吐量和频谱效率，是分组调度的核心任务。
LTE空中接口技术与性能课件
主讲: 西安邮电大学 孙友伟 教授 2012.10.23
LTE空中接口技术与性能
1
第一章 LTE系统概述
❖ LTE启动的原动力 ❖ LTE技术原理 ❖ LTE系统架构
LTE空中接口技术与性能
2
LTE启动的原动力
技术背景
正当人们惊讶于WiMAX技术的迅猛 崛起时，3GPP也开始了UMTS技术 的长期演进（Long Term Evolution ，LTE）技术的研究。这项受人瞩目 的技术被称为“演进型3G”（ Evolved 3G，E3G）。但只要对这
LTE+ (?)
R6
R7
R8
R9(?)
2004
Release 99/4
2007
2010
Release 5/6/7
LTE/SAE
LTE的进一步演进将会满足 IMT-Advanced的技术要求
LTE空中接口技术与性能
9
物理层技术演进
LTE空中接口技术与性能
10
发展过程
2G GSM
2.5G 2.75G 3G
应对来自于WiMAX的市场压力
为应对ITU的4G标准征集做准备
LTE空中接口技术与性能
4
产业与业务
LTE空中接口技术与性能
5
技术趋势：
• 无线宽带 广域，IP 多媒体为 主导业务， 呈现宽带 移动化、 移动宽带 化
LTE空中接口技术与性能
6
接入多元 化、网络 一体化、 应用综合
LTE空中接口技术与性能
GERAN
SGSN
UTRAN
HSS
S3
S6a
S1MME
MME
LTE学习课堂--第六讲(LTE空中接口分层详解)
第六讲：LTE空中接口分层详解前面一讲（第五讲）我们了解到，LTE 空中接口协议栈主要分为三层两面，三层是指物理层、数据链路层、网络层，两面是指控制平面和用户平面。
从用户平面看，主要包括物理层、MAC 层、RLC 层、PDCP 层，从控制平面看，除了以上几层外，还包括RRC 层，NAS 层。
下面我们分别对这些分层进行详解。
一、MAC 媒体接入控制层1.MAC层功能概述不同于UMTS，MAC子层只有一个MAC实体，包括传输调度功能、MBMS功能、MAC控制功能、UE级别功能以及传输块生成等功能块。
MAC层结构如图1图1 MAC层结构图MAC层的各个子功能块提供以下的功能：（1）实现逻辑信道到传输信道的映射；（2）来自多个逻辑信道的MAC服务数据单元（SDU）的复用和解复用；（3）上行调度信息上报，包括终端待发送数据量信息和上行功率余量信息。
基于HARQ机制的错误纠正功能；（4）通过HARO机制进行纠错；（5）同一个UE不同逻辑信道之间的优先级管理；（6）通过动态调度进行UE之间的优先级管理；（7）传输格式的选择，通过物理层上报的测量信息，用户能力等，选择相应的传输格式（包括调制方式和编码速率等），从而达到最有效的资源利用；（8）MBMS业务识别；（9）填充功能，即当实际传输数据量不能填满整个授权的数据块大小时使用。
各功能与位臵和链路方向的对应关系如图2所示。
图2 MAC功能与位臵和链路方向的关系2.MAC层关键过程1.调度与UMTS不同，LTE完全取消了专用信道，并引入了共享信道的概念。
在不同UE 不同逻辑信道之间划分共享信道资源的功能成为调度。
早期的很多接入系统每个用户的业务都有专门的信道，虽然到了HSPA时已经有共享信道的概念，但是主要还是针对数据业务。
LTE的几乎所有的应用与业务都是使用共享信道，由于各个业务与应用的对服务质量（QoS）的要求是不同的，如何为具有不同带宽要求、不同时延保障、不同QOS 等级的各种业务合理地分配资源，在满足业务需求的基础上，提高网络的总体吞吐量和频谱效率，是分组调度的核心任务。
LTE空中接口技术与性能空中接口流程
结束
利用主、辅同步信号相对位置的不同，终端可 以在小区搜索的初始阶段识别系统是TDD还 是FDD
PBCH（物理广播信道）
PBCH承载BCH包含的系统信息MIB（共24比特），系统信息包括下 行系统带宽、系统帧序号(SFN)、PHICH持续时间以及PHICH资源大 小指示信息 时域上位于子帧0时隙1的前4个OFDM符号，频域上位于系统频带中央 的72个子载波。
6
5 ms
D
S
U
U
U
D
S
U
U
D
无线资源的分组
RE（Resource Element）为最小的资源单位，时域上为一个符号， 频域上为一个子载波 RB（Resource Block）为业务信道资源分配的资源单位，时域上为 一个时隙（7个符号），频域上为12个子载波 CRB（Combined Resource Block）为业务信道资源分配的资源单位， 时域上为一个子帧（14个符号），频域上为12个子载波，是用户资 源的最小分配单位 REG（Resource Element Group）为控制信道资源分配的资源单位， 由4个RE组成 CCE（Channel Control Element）为PDCCH资源分配的资源单位， 由9个REG组成 RBG （Resource Block Group）为业务信道资源分配（类型0）的资 源单位，由一组RB组成
LTE空中接口技术与性能 空中接口流程
周晓津
目录
空中接口概述 空中接口流程
小区搜索 系统信息广播 随机接入 HARQ CQI/PMI/RI上报 功率控制
4G移动通信与技术-LTE空中接口
4G移动通信与技术-LTE空中接口4G 移动通信与技术——LTE 空中接口在当今这个信息高速发展的时代，移动通信技术的不断进步为人们的生活带来了翻天覆地的变化。
其中，4G 移动通信技术中的 LTE 空中接口更是扮演了至关重要的角色。
LTE 即 Long Term Evolution，长期演进技术，它是 3GPP 组织制定的 UMTS 技术标准的长期演进。
而空中接口则是移动通信系统中，基站和移动终端之间的无线接口，它负责传输用户数据和控制信息。
LTE 空中接口采用了一系列先进的技术，以实现更高的数据传输速率、更低的延迟和更好的频谱效率。
其中，正交频分复用（OFDM）技术是 LTE 空中接口的核心技术之一。
OFDM 将可用的频谱资源划分成多个正交的子载波，每个子载波可以独立地进行调制和解调。
这种方式有效地对抗了多径衰落，提高了频谱利用率，同时降低了符号间干扰。
与传统的单载波传输方式相比，OFDM 技术具有许多优势。
首先，它能够在宽带信道中实现高速的数据传输，适应了 4G 时代对大带宽的需求。
其次，由于子载波之间的正交性，不同子载波之间的干扰可以忽略不计，从而提高了系统的抗干扰能力。
此外，OFDM 还便于实现动态频谱分配和自适应调制解调，进一步提高了频谱效率。
多输入多输出（MIMO）技术也是 LTE 空中接口的重要组成部分。
MIMO 利用多个发射和接收天线，通过空间复用和空间分集等方式，显著提高了系统的容量和可靠性。
在空间复用模式下，多个数据流可以同时在不同的天线上传输，从而增加了数据传输速率。
而在空间分集模式下，通过在多个天线上发送相同的数据，可以提高信号的可靠性，降低误码率。
LTE 空中接口还引入了自适应调制编码（AMC）技术。
根据无线信道的质量状况，系统可以动态地选择合适的调制方式（如 QPSK、16QAM、64QAM 等）和编码速率，以在保证传输质量的前提下，最大限度地提高数据传输速率。
当信道条件较好时，采用高阶调制和高编码速率，以提高传输效率；当信道条件较差时，则采用低阶调制和低编码速率，保证数据的可靠传输。
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PBCH PCFICH PHICH
物理下行 控制信道
PDCCH
DL-SCH 物理下行 共享信道
PDSCH
物理随机 RACH 接入信道
PRACH
物理上行 控制信道
PUCCH
UL-SCH 物理上行 共享信道
UE
MAC PHY
LTE空中接口协议栈
RLC（Radio Link Control，无线链路控制）
提供无线链路的控制功能。包含TM、AM、UM三种传输模式，主要提供纠错、
UE
NAS RRC PDCP RLC
分段、级联、重组等功能。
TM（Transparent Mode）透明模式 AM（Acknowledged Mode）确认模式 UM（ Unacknowledged Mode ）非确认模式
DCCH
专用业务 UM/AM 信道
DTCH
一般控制 TM 信道
CCCH
专用控制 UM/AM 信道
DCCH
专用业务 UM/AM 信道
DTCH
逻辑信道
MAC层
BCH
PCH
DL-SCH
RACH
UL-SCH
物理层
PBCH PCFICH PHICH PDCCH PDSCH PRACH PUCCH PUSCH
LTE信道
Resource element mapper
OFDM signal generation
物理信道
CCCH
加/解密 UM/AM
DTCH
RLC层
TM
PCCH
TM
CCCH
UM/AM
DCCH
UM/AM
DCCH
传输信道
物理层
MAC层
BCH
PCH
DL-SCH
RACH
UL-SCH
传输信道通过物理层提供的功能，映射到物理信道上
PBCH PCFICH PHICH PDCCH PDSCH PRACH PUCCH PUSCH
上行
Radio Bearers ROHC PDCP Security Security ROHC
RLC
Segm. ARQ etc
...
Segm. ARQ etc Logical Channels
Segm. ARQ etc
...
Segm. ARQ etc
BCCH
PCCH
RLC
Segm. ARQ etc
PUSCH
物理信道
LTE信道
LTE物理信道下行处理过程
下行信道处理过程
加扰：信息比特0、1随机化，以利用信道编码的译码性能
调制：对加扰后的码字进行调制，生成复数值的调制符号； 层映射：将复数调制符号影射到一个或多个发射层中； 预编码：对每个发射层中的复数调制符号进行预编码，并影射到相应的天线端口； RE映射：将每个天线端口的复数调制符号影射到相应的RE上； OFDM信号生成：每个天线端口信号生成OFDM信号。
NAS层 RRC层
下行
ESM RRC 完整性 ROHC EMM IP ESM RRC
上行
EMM IP
完整性
ROHC
PDCP层
加/解密 TM
BCCH
加/解密 UM/AM
DTCH
加/解密 TM
CCCH
加/解密 UM/AM
DTCH
RLC层
TM
PCCH
TM
CCCH
UM/AM
DCCH
UM/AM
DCCH
逻辑信道
MAC PHY
LTE空中接口协议栈
PHY（Physical Layer，物理层）
提供了一系列新型的灵活信道，同时充分利用先前系统（如UMTS）的 特性和机制。
UE
NAS RRC PDCP RLC
错误检测
FEC（Forward Error Correction）加/解密 速率匹配 物理信道的映射
LTE空中接口介绍
鲜枣课堂 出品
一、LTE的无线接口协议栈
目录
Contents
二、LTE的信道 三、LTE的帧结构 四、LTE无线接口处理流程
LTE无线接口协议栈
LTE空中接口协议栈
UE
NAS RRC PDCP RLC MAC
Uu接口 空中接口 eNodeB
RRC PDCP RLC MAC PHY
传输信道
物理层 MAC层
逻辑信道通过MAC层提供的功能，映射到传输信道上
BCH PCH DL-SCH RACH UL-SCH
PBCH
PCFICH
PHICH
PDCCH
PDSCH
PRACH
PUCCH
PUSCH
LTE信道
NAS层 RRC层
下行
ESM RRC 完整性 ROHC EMM IP ESM RRC
MME
NAS
控制面
PHY
用户面
UE
Application
eNodeB
IP PDCP RLC MAC PHY PDCP RLC MAC PHY
SAE GW
IP
LTE空中接口协议栈
UE
NAS RRC PDCP RLC MAC
Uu接口 空中接口
eNodeB
RRC PDCP RLC MAC PHY
MME
...
Segm. ARQ etc Logical Channels
Scheduling / Priority Handling
Scheduling / Priority Handling
MAC
Multiplexing UE1
Multiplexing UEn
MAC
Multiplexing
HARQ Transport Channels
随机接入信道（RACH：Random Access Channel）
上行共享信道（UL-SCH：Uplink Shared Channel）
RLC MAC PHY
物理广播信道（PBCH：Physical Broadcast Channel）
逻辑信道 传输信道
下行信道
物理控制格式指示信道（PCFICH：Physical Control Format Indicator Channel） 物理下行控制信道（PDCCH：Physical Downlink Control Channel） 物理HARQ指示信道（PHICH：Physical Hybrid-ARQ Indicated Channel） 物理下行共享信道（PDSCH：Physical Downlink Shared Channel） 物理随机接入信道（PRACH：Physical Random Access Channel ） 物理上行控制信道（PUCCH：Physical Uplink Control Channel） 物理上行共享信道（PUSCH：Physical Uplink Shared Channel）
传输信道：区分信息的传输方式
物理信道：执行信息的收发
专用业务信道（DTCH：Dedicated Traffic Channel）
广播信道（BCH：Broadcast Channel） 寻呼信道（PCH：Paging Channel） 下行共享信道（DL-SCH：Downlink Shared Channel）
code words
layers
antenna ports
Scrambling
Modulation mapper Layer mapper Precoding
Resource element mapper
OFDM signal generation
Scrambling
Modulation mapper
分段和重组
级联 纠错
MAC PHY
LTE空中接口协议栈
MAC（Medium Access Control，介质访问控制）
主要功能：映射、复用、HARQ和无线资源分配
UE
NAS RRC PDCP RLC
信道映射和复用
纠错：HARQ（Hybrid-ARQ）技术 基于QoS的调度
NAS
L2
控制面
PHY
用户面
UE
Application
eNodeB
IP PDCP RLC MAC PHY PDCP RLC MAC PHY
SAE GW
IP
L2
LTE空中接口协议栈
NAS层（Non-Access Stratum，非接入层）
NAS层作为MME与UE之间的功能层，支持在这两者之间的信令和数据传输，负责 对非接入层的控制和管理。
NAS
控制面
PHY
L1
SAE GW
IP
用户面
UE
Application
eNodeB
IP PDCP RLC MAC PHY PDCP RLC MAC PHY
L1
LTE空中接口协议栈
UE
NAS RRC PDCP RLC MAC
Uu接口 空中接口
eNodeB
RRC PDCP RLC MAC PHY
MME
HARQ
HARQ Transport Channels
LTE空中接口协议栈-L2结构
LTE的信道
LTE信道
LTE信道分类
逻辑信道：区分信息的类型
广播控制信道（BCCH：Broadcast Control Channel） 控制信道 寻呼控制信道（PCCH：Paging Control Channel） 公共控制信道（CCCH：Common Control Channel） 专用控制信道（DCCH：Dedicated Control Channel） 业务信道