LTE基本理论与测试方法

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LTE基本理论与测试方法

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一、LTE基本理论

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LTE背景介绍LTE的概念

长期演进LTE (Long Term Evolution)是3GPP主导的无线通信的演进接入网将演进为E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network),。连同核心网的系统架构将演进为SAE (System Architecture Evolution).带宽灵活配置：支持1.4MHz,3MHz, 5MHz,10MHz,15MHz,20MHz峰值速率(20MHz)带宽：下行100Mbps,上行50Mbps控制面时延小于100ms,用户面时延小于 5ms取消CS域，CS域业务在PS域实现如VOIP系统结构简单化，低成本建网

LTE的设计目标

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Page 3

LTE网络优势与衡量标准LTE网络优势：3“高”,2“低”,1“简化”3“高”:高速率；高的频谱利用率；高移动速度下速率的保障 2“低”:时延低；成本低 1“简化”:系统中没有BSC或者RNC这些基站控制器

LTE网络衡量标准：3C1Q3C:Coverage(覆盖);Capacity(容量);Cost(成本) Q: Quality(质量)

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LTE网络架构LTE的主要网元

LTE的接入网E-UTRAN由eNodeB组成，提供用户面和控制面 LTE的核心网EPC由MME,S-GW,P-GW组成

LTE的主要接口

eNodeB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eNodeB与核心网EPC,S1-C是eNodeB连接MME的控制面接口，S1-U是eNodeB

连接S-GW的用户面接口

MME/ S-GW

MME/ S-GW

X2eNBX2X2

S1

S1

S1

S1

E-UTRAN eNB

UMTSHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential

LTEPage 5

eNB

LTE各网元功能eNodeB的主要功能:

无线资源管理，即实现无线承载控制、无线许可控制和连接移动性控制，在上下行链路中完成UE上的动态资源分配数据转换与传输数据压缩与保护执行由MME发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输实现S-GW用户面的路由选择 NAS非接入层信令的加密和完整性保护; EPS承载控制支持寻呼、切换、鉴权接入层安全性控制、空闲状态移动性控制.

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 Mobility Anchoring S1 PHY Packet Filtering internet E-UTRAN EPC UE IP address allocation P-GW Idle State Mobility Handling EPS Bearer Control

MME (移动管理实体)的主要功能:

S-GW (业务网关)的主要功能:

数据包路由与前传；移动性及切换支持；合法监听

P-GW (PDN网关)的主要功能:

终端IP地址分配；分组数据过滤；

上下行计费

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LTE协议栈介绍LTE协议栈包括两方面

用户面协议栈:负责用户数据传输控制面协议栈:负责系统信令传输

空口协议栈空口控制面协议栈UE NAS RRC PDCP RLC MAC PHY RRC PDCP RLC MAC PHY eNB MME NAS

空口用户面协议栈UE PDCP RLC MAC PHY eNB PDCP RLC MAC PHY

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S1协议栈S1-MME eNB Control Plane S1AP SCTP IP Layer 2 Layer 1 MME

S1-U eNB User Plane GTP-U UDP IP Layer 2 Layer 1 S-GW

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X2协议栈X2

eNB

eNB

Control Plane X2AP SCTP IP Layer 2 Layer 1

User Plane GTP-U UDP IP Layer 2 Layer 1

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LTE支持的频段根据LTE R8协议:

支持两种双工模式: FDD and TDD

FDD支持的频段E-UTRA Band12

支持多种频段，从700Hz到2.6GHz支持多种带宽配置

Uplink (UL) FUL_low– FUL_high1920 MHz1850 MHz 1710 MHz 1710 MHz 824 MHz 830 MHz 2500 MHz 880 MHz 1749.9 MHz 1710 MHz 1427.9 MHz 698 MHz 777 MHz 788 MHz… 704 MHz– 716 MHz

Downlink (DL) FDL_low– FDL_high2110 MHz1930 MHz 1805 MHz 2110 MHz 869 MHz 875 MHz 2620 MHz 925 MHz 1844.9 MHz 2110 MHz 1475.9 MHz 728 MHz 746 MHz 758 MHz… 734 MHz– 746 MHz

Duple x ModeFDDFDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD… FDD

TDD支持的频段EUTRA Band33 34 35 36

––––––––––––––

1980 MHz1910 MHz 1785 MHz 1755 MHz 849 MHz 840 MHz 2570 MHz 915 MHz 1784.9 MHz 1770 MHz 1452.9 MHz 716 MHz 787 MHz 798 MHz

––––––––––––––

2170 MHz1990 MHz 1880 MHz 2155 MHz 894MHz 885 MHz 2690 MHz 960 MHz 1879.9 MHz 2170 MHz 1500.9 MHz 746 MHz 756 MHz 768 MHz

Uplink (UL)FUL_low– FUL_high1900 MHz 2010 MHz–– 1920 MHz 2025 MHz

Downlink (DL)FDL_low– FDL_high1900 MHz 2010 MHz–– 1920 MHz 2025 MHz

Duple x ModeTDD TDD

3 4 5 6 7 8

1850 MHz 1930 MHz1910 MHz 2570 MHz 1880 MHz 2300 MHz

––––––

1910 MHz 1990 MHz1930 MHz 2620 MHz 1920 MHz 2400 MHz

1850 MHz 1930 MHz1910 MHz 2570 MHz 1880 MHz 2300 MHz

––––––

1910 MHz 1990 MHz1930 MHz 2620 MHz 1920 MHz 2400 MHz

TDD9

TDDTDD TDD TDD TDD

10 11 12 13 14… 17

3738 39 40

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…

Page 10

…

…

LTE Release 8Band 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Duplex FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDL_low (MHz) 2110 1930 1805 2110 869 875 2620 925 1844.9 2110 1475.9 728 746 758 FDL_high (MHz) 2170 1990 1880 2155 894 885 2690 960 1879.9 2170 1500.9 746 756 768 0 600 1200 1950 2400 2650 2750 3450 3800 4150 4750 5000 5180 5280 0-599 600-1199 1200-1949 1950-2399 2400-2649 2650-2749 2750-3449 3450-3799 3800-4149 4150-4749 4750-4999 5000-5179 5180-5279 5280-5379 NOffs-DL NDL FUL_low (MHz) 1920 1850 1710 1710 824 8

30 2500 880 1749.9 1710 1427.9 698 777 788 FUL_high (MHz) 1980 1910 1785 1755 849 840 2570 915 1784.9 1770 1452.9 716 787 798 18000 18600 19200 19950 20400 20650 20750 21450 21800 22150 22750 23000 23180 23280 18000-18599 18600-19199 19200-19949 19950-20399 20400-20649 20650-20749 20750-21449 21450-21799 21800-22149 22150-22749 22750-22999 23000-23179 23180-23279 23280-23379 NOffs-UL NUL

17

FDD

734

746

5730

5730-5849

704

716

23730

23730-23849

33 34 35 36 37 38 39 40

TDD TDD TDD TDD TDD TDD TDD TDD

1900 2010 1850 1930 1910 2570 1880 2300

1920 2025 1910 1990 1930 2620 1920 2400

26000 26200 26350 26950 27550 27750 28250 28650

36000-36199 36200-36349 36350-36949 36950-37549 37550-37749 37750-38249 38250-38649 38650-39649

1900 2010 1850 1930 1910 2570 1880 2300

1920 2025 1910 1990 1930 2620 1920 2400

36000 36200 36350 36950 37550 37750 38250 38650

36000-36199 36200-36349 36350-36949 36950-37549 37550-37749 37750-38249 38250-38649 38650-39649

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LTE载波频点号计算FDL= FDL_low+ 0.1(NDL - NOffs-DL)

eNB

UE

FUL= FUL_low+ 0.1(NUL - NOffs-UL)

FDL_low,NDL,NOffs-DL等参数请参考 36.101协议定义的频段值，如下图所示：

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LTE载波频点号计算(举例)100kHz Raster Uplink Downlink

1937.4MHz

2127.4MHz

Frequency

FDL= FDL_low+ 0.1(NDL - NOffs-DL) NDL= (FDL - FDL_low) 0.1+ NOffs-DL

NDL=

(2127.4 - 2110)+ 0= 174 0.1

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无线帧结构FDD无线帧结构:

LTE采用OFDM技术，子载波间间隔为 f=15kHz FDD无线帧长10ms,如下图所示，每个帧包括10个子帧，每个子帧长度 1ms.每个子帧包含两个时隙，每个时隙长度0.5ms,每个时隙又包含7个连续的OFDM符号(symbol)One radio frame, Tf= 307200Ts= 10 ms One slot, Tslot= 15360Ts= 0.5 ms#0#1#2#3#18#19

One subframe

资源块(RB)的概念:

LTE具有时频二维资源，用户调度的最小单位是资源块RB,RB由RE组成如右图所示 RE是时频二维结构，由一个symbol和一个子载波(Subcarrier)组成一个时隙和12个连续的子载波构成一个RB

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无线帧结构TDD无线帧结构:

上下行子帧分配Uplinkdownlink configuratio n 0 1 2 Downlink-toUplink Switch-point periodicity 5 ms 5 ms 5 ms 10 ms 10 ms 10 ms 5 ms Subframe number

10ms帧中各子帧的上下行分配策略可以设置，如右边表格所示。其中S代表特殊子帧

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

D D D D D D D

S S S S S S S

U U U U U U U

U U D U U D U

U D D U D D U

D D D D D D D

S S S D D D S

U U U D D D U

U U D D D D U

U D D D D D D

One radio frame, Tf= 307200Ts= 10 ms One half-frame, 153600Ts= 5 ms

3 4 5 6

One slot, Tslot=15360Ts

30720Ts

Subframe#0 One subframe, 30720Ts DwPTS GP

Subframe#2

Subframe#3

Subframe

#4

Subframe#5

Subframe#7

Subframe#8

Subframe#9

UpPTS

TDD无线帧结构

DwPTS

GP

UpPTS

DwPTS:下行前导时隙，作下行同步 GP:保护时隙 UpPTS:上行前导时隙，作上行同步

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特殊子帧

特殊子帧的结构: 特殊子帧包括DwPTS, GP and UpPTS

特殊子帧的配置 Special subframe configuration 0 Normal cyclic prefix DwPTS 3 GP 10 UpPTS

有9种类型的特殊子帧配置如右图所示 保护时隙的长短决定最大的小区半径 DwPTS至少包括三个符号,主要携带RS,控制信息与数据 UpPTS至少包括一个符号

12 3 4 5 6 7 8

910 11 12 3 9 10 11

43 2 1 9 3 2 1 2 1

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LTE物理信道PBCH PHICH PRACH

下行

PCFICH

上行

PUCCH

PDCCHPDSCH PUSCH

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LTE物理信道功能简介下行信道：物理广播信道(PBCH):广播系统消息MIB物理下行控制信道(PDCCH):承载寻呼和用户数据的资源分配信息物理下行共享信道(PDSCH):承载下行用户数据，并广播SIB信息.物理控制格式指示信道(PCFICH):承载控制信道所在符号的位置信息物理HARQ指示信道(PHICH): HARQ(混合自动重传),反馈上行的ACK/NACK信息BCH MCH PCH DL-SCH

Downlink Transport channels

MAC Layer Physical LayerDownlink Physical channels

PBCH

PMCH

PDSCH

PDCCH

上行信道：物理随机接入信道(PRACH):发送前导序列用于随机接入物理上行共享信道(PUSCH):承载上行用户数据物理上行控制信道(PUCCH):反馈下行的 ACK/NACK信息，传输上行信道质量信息(CQI)UL-SCH RACH

Uplink Transport channels

MAC Layer

Physical LayerUplink Physical channels

PUSCH

PRACH

PUCCH

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下行参考信号RSR0One antenna port

R0

R0

R0

参考信号在时频域的位置示意图

R0

R0

下行参考信号RS即导频信号，主要用于信道评估和解调Resource element (k,l)

R0l 0

R0l 6 l 0 l 6

RE

R0Two antenna ports

R0

R1

R1

该天线口不传输RSR1

R0

R0

R1

Not used for transmission on this antenna port

R0

R0

R1

R1

Reference symbols on this antenna port

该天线口的RS符号

R0l 0

R0l 6 l 0 l 6 l 0

R1l 6 l 0

R1l 6

R0Four antenna ports

R0

R1

R1

R2

R3

R0

R0

R1

R1

R2

R3

R0

R0

R1

R1

R2

R3

R0l 0

R0l 6 l 0 l 6 l 0

R1l 6 l 0

R1l 6 l 0

R2l 6 l 0 l 6 l 0

R3l 6 l 0 l 6

even-numbered slots

odd-numbered slots

even-numbered slots

odd-numbered slots

even-numbered slots

odd-numbered slots

even-numbered slots

odd-numbered slots

Antenna port 0

Antenna port 1

Antenna port 2

Antenna port 3

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同步信号Downli nk n Si g o i t a z i on Sy n c h rcell

nals

NI

D= 3NID+ NID UE

(1)

(2)

eNB

(1) Where: NID= 0,…..167 (2) NID= 0, 1, or 2

每个小区发送特定的PSS/SSS同步信号，用于标识小区的物理标识； LTE系统采用504个物理小区标识，分成168组，每组包含3个标识； 通常，一个基站采用一个标识组中的三个标识，分别标识基站的3个小区，PSS信号可以用于确定一个组中的三个标识； SSS同步信号用于确认168个组中的组信息 这样，手机通过同步过程，获得了PSS/SSS后，就可以得到当前小区的物理层小区标识HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 20

LTE关键技术

LTE关键技术

OFDM

SON

MIMO

ICIC

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ua64.html