LTE FDD技术指导书学习精要 华为+爱立信

LTE FDD技术十问十答

这篇精要我将会正对LTE的关键技术和网络结构上的演进，以Q&A的形式精简。至于层1-层3的协议细节大家还是自己看一下指导书中的讲解，记住关键功能即可。

1. 什么是LTE？

LTE是Long Term Evolution的缩写，可以通俗的把它称之为4G，它初始为3GPP定义的3G技术向后的演进，后续由于CDMA2000向后演进UMB的消亡，LTE成为目前几种主流3G制式WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA向后的演进方向。

LTE分为LTE FDD和LTE TDD两种，系统设备也是不一样的，前者是Frequency Division Duplex CDMA2000和GSM/UMTS的演进，要求1对对称频段，后者是Time Division Duplex，仅要求一段连续频段（请注意TDD的这个特点）。中国移动是LTE TDD制式的主推运营商（应该也是唯一的吧）。

2. LTE的标准和三大组织。

3GPP于2004年12月开始LTE相关的标准工作，LTE是关于UTRAN和UTRA改进的项目。 3GPP标准制定分为提出需求、制定结构、详细实现、测试验证四个阶段。 3GPP以工作组的方式工作，与LTE直接相关的是RAN1/2/3/4/5工作组。

上图为3GPP标准制定的四个阶段

上图为3GPP标准组织构成

目前我们所有提到的LTE实验局等建设都是基于3gpp R8标准，R8是09年3月冻结的。R9也包含LTE的内容，主要是对于SON功能，ICIC，EMBMS等高级功能的补充和完善，R10通常意义可以认为是LTE-A；

LTE中的三个重要组织（这个大家在胶片中经常遇到）： 1) 3GPP--LTE标准的制定者。

2) NGMN--Next Generation Mobile Network : 由众多主流super operator组成，其目的是集

合移动运营商的运营经验和市场洞察力，研究和制定下一代移动网络需求（简要说：

NGMN目标就是以市场推动标准，引导标准）,NGMN组织对三种候选技术（LTE，UMB，WiMAX）进行了评估，最终首选LTE作为下一代移动宽带技术。我司2006年12月加入NGMN组织。

3) LSTI -- LTE/SAE Trial Initiative成立于2007年5月。 LSTI主要使命是促进LTE/SAE作为下

一代移动通信技术，并且加快LTE/SAE产业化，同时驱动产业链的发展和完善。LSTI主

要进行概念验证和制订IODT/TOT的最小测试集, 进行外场测试。我司2007年10月加入LSTI。

3. LTE及LTE-A 进展介绍

LTE主要分为两个阶段R8和R9。 LTE R8 在2009年3月已经冻结，主要包含了LTE商用的基本功能。LTE中的一些其他功能如MBMS，HomeNB，SON的部分功能等被推迟到R9中研究。LTE R9的协议原定是2009年12月冻结，后被推迟到2010年3月。

LTE-A 属于R10的范畴，主要是对LTE技术的进一步增强，而不是象R9那样是一些功能的补充。

LTE-A 的需求：

1) 支持更大的带宽：带宽最大可达100MHz 2) 支持更高的峰值速率：下行最高可达1Gbps

3) 支持更短的时延：从idle-connected 的控制面时延< 50ms, 在无负荷情况下，用户面时

延比LTE的5ms还要小。 4) 频谱效率： 下行 30bps/Hz @ 8*8, 上行15bps/Hz @ 4*4 5) 移动性： 可支持更高速率如500km/h

4. LTE支持的最高速率

LTE的噱头就是高速率，我们所谓的速率指的是小区峰值速率。 小区速率主要和以下几个指标挂钩：

1) 频率带宽：通常考虑标准规定的20MHz，小区峰值速率和带宽成正比；

2) MIMO模式，峰值将会根据天线的数量成倍增长；目前主流2*2 MIMO，后续考虑支持

4*4MIMO； 3) HOM：因为是峰值，所以考虑的是单用户在最好的信道条件下，采用最高阶的调制方

式（LTE目前支持下行64QAM，上行16QAM） 通常在20MHz带宽下，基于2*2MIMO模式，理论上LTE单小区峰值（PHY层）可以达到下行150Mbps，上行75Mbps（基于64QAM），目前情况，由于终端只支持16QAM, 所以eNodeB支持上行16QAM，峰值速率 50Mbps。（一些竞争对手通过做一些改动，宣称170Mbps下载都没有考虑资源开销，只能应用于宣传）。 另外提到的一个高速率是单用户峰值速率，这个速率和终端的能力挂钩，目前业界主流的商用LTE终端是category 3的终端，支持100Mbps下载，50Mbps上行。

5. LTE的网络结构是怎么样的？每个网元的基本功能是什么？

LTE采用了与2G、3G均不同的空中接口技术、即基于OFDM技术的空中接口技术，并对传统3G的网络架构进行了优化，采用扁平化的网络架构，亦即接入网E-UTRAN不再包含RNC，仅包含节点eNB，提供E-UTRA用户面PDCP/RLC/MAC/物理层协议的功能和控制面RRC协议的功能。E-UTRAN的系统结构参见下图的LTE E-UTRAN系统结构图所示。

MME / S-GWMME / S-GWX2eNBeNBS1eNBX2S1S1X2图1 E-UTRAN结构

S1E-UTRAN

eNB之间由X2接口互连，每个eNB又和演进型分组核心网EPC通过S1接口相连。S1接口的用户面终止在服务网关S-GW上，S1接口的控制面终止在移动性管理实体MME上。控制面和用户面的另一端终止在eNB上。上图中各网元节点的功能划分如下（具体细分功能请参照指导书）： ?

eNB功能

LTE的eNB除了具有原来Node B的功能之外，还承担了原来RNC的大部分功能，包括有物理层功能、MAC层功能（包括HARQ）、RLC层（包括ARQ功能）、PDCP功能、RRC功能（包括无线资源控制功能）、调度、无线接入许可控制、接入移动性管理以及小区间的无线资源管理功能等。 ?

MME功能（可认为处理信令）

MME是SAE的控制核心，主要负责用户接入控制、业务承载控制、寻呼、切换控制等控制信令的处理。

MME功能与网关功能分离，这种控制平面/用户平面分离的架构，有助于网络部署、单个技术的演进以及全面灵活的扩容。 ?

S-GW功能（可认为处理切换）

S-GW作为本地基站切换时的锚定点，主要负责以下功能：在基站和公共数据网关之间传输数据信息；为下行数据包提供缓存；基于用户的计费等。 ?

PDN网关（P-GW）功能（可认为处理数据）

公共数据网关P-GW作为数据承载的锚定点，提供以下功能：包转发、包解析、合法监听、基于业务的计费、业务的QoS控制，以及负责和非3GPP网络间的互联等。

6. LTE的关键技术有哪些？

1) LTE从架构上看，RNC/BSC这一层取消了，RNC大部分功能如资源调度，拥塞控制等都

下移到eNodeB上面，只有部分的加密，安全功能上移到核心网MME这层。

2) 从空口的关键技术上看，关键技术主要是MIMO，OFDM（正交频分复用）和HOM（high

order modulation 高阶调制，64QAM）。在组网上LTE采用ICIC技术，另外，LTE引入了SON（self organized network ）功能降低整网TCO。 ? 多址方式

LTE采用OFDMA（正交频分多址：Orthogonal Frequency Division Multiple Access）作为下行多址方式。

频域信道编码/交织/加扰QAM调制（QPSK/16QAM/64QAM）串->并...子载波映射......时域IFFT加CPOFDM调制

图1 LTE下行多址方式

LTE采用DFT-S-OFDM（离散傅立叶变换扩展OFDM：Discrete Fourier Transform Spread OFDM）、或者称为SC-FDMA（单载波FDMA：Single Carrier FDMA）作为上行多址方式。

频域信道编码/交织/加扰QAM调制（QPSK/16QAM/64QAM）DFT...子载波映射......IFFT加CP时域DFT-SOFDM调制

图2 LTE上行多址方式

? 多天线技术（Multi-input Multi-output; MIMO）

MIMO是一种用来描述多天线无线通信系统的抽象数学模型，能利用发射端的多个天线各自独立发送信号，同时在接收端用多个天线接收并恢复原信息。该技术最早是由马可尼于1908年提出的，他利用多天线来抑制信道衰落（fading）。根据收发两端天线数量，相对于普通的单输入单输出系统（Single-Input Single-Output，SISO），MIMO 此类多天线技术尚包含早期所谓的“智慧型天线”，亦即单输入多输出系统（Single-Input Multi-Output，SIMO）和多输入单输出系统（Multiple-Input Single-Output，MISO）。这个技术大家都比较熟悉了，可以参考泰立的学习精要。

? 小区间干扰抑制

采用小区间干扰抑制技术可提高小区边缘的数据率和系统容量等。

小区间干扰抑制技术主要包括有三类：小区间干扰随机化（Inter-cell interference randomisation），小区间干扰消除（Inter-cell interference cancellation），小区间干扰协调（ICIC：Inter-cell interference coordination）。目前来看，其中的小区间干扰协调（ICIC）技术是研究重点。 ?

HOM（高阶调制）

? SON（自组织网络：Self Organising Network） 包括自配置和自优化等过程. 1) 自配置过程（self-configuration）

自配置定义为一个过程，在该过程中，一个新部署的节点由自动安装过程进行配置，以获得系统运行必要的基本配置。该过程工作于预运行状态（pre-operational state）。预运行状态可以理解为从eNB上电，有骨干连接，一直到RF发射机开启为止。 预运行状态需要处理如下功能： 基本建立（Basic Setup）；

2) 初始无线建立（Initial Radio Configuration）； 上述功能都属于自配置过程的范畴。 自优化过程（self-optimization）

自优化过程定义为UE和eNB测量以及性能测量被用于自动调节网络的过程。

该过程工作于运行状态（operational state）。运行状态可理解为RF接口处于开启状态。

7. 什么是LTE-A？

LTE主要分为两个阶段R8和R9。 LTE R8 在2009年3月已经冻结，主要包含了LTE商用的基本功能。LTE中的一些其他功能如MBMS，HomeNB，SON的部分功能等被推迟到R9中研究。LTE R9的协议原定是2009年12月冻结，后被推迟到2010年3月。

LTE-A 属于R10的范畴，主要是对LTE技术的进一步增强，而不是象R9那样是一些功能的补充。

LTE-A系统需求 ? ? ?

支持更大的带宽：带宽最大可达100MHz 支持更高的峰值速率：下行最高可达1Gbps

支持更短的时延：从idle-connected 的控制面时延< 50ms, 在无负荷情况下，用户面时

延比LTE的5ms还要小。

? 频谱效率： 下行 30bps/Hz @ 8*8, 上行15bps/Hz @ 4*4 ?

移动性： 可支持更高速率如500km/h

LTE-A系统主要涉及四大关键技术：载波聚合，CoMP，Relay，多天线技术。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 LTE MIMO 模式 LTE-A MIMO 模式 单天线端口，port 0 发射分集 开环空间复用 LTE MIMO 模式 单天线端口，port 0 发射分集 开环空间复用 LTE-A MIMO 模式 闭环空间复用，rank>1 MU-MIMO 闭环空间复用，rank=1 单天线端口，端口5 闭环空间复用 MU-MIMO 单天线端口，端口5 多流beamforming(BF) SDMA(MU-BF)？ 其他新的发射模式？

8. LTE传输网络需求及其特点

LTE传输网络是指eNB与LTE核心网络设备（MME/S-GW）之间的网络，在传输网络中主要处于城域接入网络的范围，如下图所示。

eNBoooGETransportNetworkTerminationn * GES-GWTransport NetworkeNBGETransportNetworkTerminationTransportNetworkTerminationFE/(GE)MMEEthernetSwitchFE/(GE)O&MSystem

LTE传输组网更加扁平化，组网方式更加简化，可以将LTE的组网分为两个部分，一部分是从eNB到传输网络边缘设备之间的网段，另一部分是从传输边缘设备到LTE核心网络之间的网段。

LTE网络对于传统3G网络而言，在传输上具有以下特点：

? 传输网络扁平化，由于取消了RNC节点，eNB直接连接到核心网（MME/S-GW），从而简化了传输网络结构，降低了网络迟延； ? ?

网状组网，相邻eNB之间组成网状网络，形成MESH网络结构；

传输网络全IP化，LTE从空中接口到传输信道全部IP化，所有业务都以IP方式承载。

9. LTE业界终端的情况

运营商考虑LTE时，终端是非常重要的一个因素，目前形式来看业界终端进度是落后于系统进度的，这也是我们做实验局面临的一个瓶颈。

我们公司的LTE终端是手机事业部，LTE开发团队承担，主要是基于高通芯片。所以说高通芯片的成熟度和稳定性将制约我们公司LTE终端的成熟度。从今年的形式来看，高通并没有全力投入LTE芯片开发。这也导致所有依赖高通芯片的厂商LTE终端进度较为落后。 相对而言，今年来看，业界终端做的最好的是韩国的三星和LG，稳定性和成熟度都比高通要好。业界唯一可以说真正商用的瑞典TeliaSonra网络终端供货商就是三星，但是由于三星和LG是我们公司终端的竞争对手，他们并不愿意配合我们系统应对外部需求。

另外Moto，Nokia，E///，F7都有终端以及芯片研发的路标，但是成熟度目前来说还远远不够。

10. LTE市场整体形势，产业链发展现状，我们公司LTE业界的地位大概是什么情况？ 可以说LTE在2010年大体上都处于实验局阶段，为数不多的几个激进运营商可能会进入试运营，因为LTE->3G,LTE->2G的hand over以及语音方案还都不成熟完善，尤其是没有支持的终端，所以真正能够投入规模商用应该在2011年H2以后。但是目前阶段是LTE学习部署的重要时间窗，很多运营商也在考虑市场宣传角度，尽早的展开了实验局部署。

我们公司LTE 一直紧跟标准，而且利用公司产品化能力强的优势，已经有系列的产品规划，目前看来，产品性能是非常有竞争力的。在目前实验局阶段，单站或者单小区测试我们的性能不逊于HW，E///，强于AL，NSN。但是在规模组网，以及产品稳定性方面还和E///,HW有一定差距，缩小差距乃至赶超是我们今年下半年的目标。

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