LTE基本原理及关键技术(华为)

层
MAC
FDD TDD 1:3 TDD 2:2 TDD 3:1 TDD 8:1 FDD TDD 1:3 TDD 2:2 TDD 3:1 TDD 8:1
采用DL 2*2(2Port) MIMO
采用 DL 4*4(4Port)
理论上TD-LTE相比LTE FDD有高的下行峰值吞吐量(FDD 2*10MM, TIMDOD 20M 2:2 频谱); 如果调整上下行子帧配比
峰值: >10Gbps 频谱效率: 10bps/Hz
2008年12月
2009年12月
eRAN1.0~eRAN2.2
2011年3月
2012年10月
eRAN3.0/eRAN6.0/eRAN7.0
2013年6月(计划)
Future
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目录
多址接入方式 DL: OFDM, UL: SC-FDMA
编码方式 Convolutional code and turbo code
调制
QPSK, 16QAM and 64QAM
功率控制 Combination of open-loop and close-loop power control
AMC
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LTE/SAE整体网络架构
整体架构
eNodeB
S1-U
S1-C
S6a HSS
PCRF
Control Plane User Plane
X2
Uu
S11
Rx Gx
S1-C
MME S1-U
S5
SGi
Operator’s
IP Service
eNodeB
S-GW
PDN-GW
系统架构演进SAE（System Architecture Evolution），是为了实现LTE提出的目标而从整个系统架构上考 虑的演进，主要包括：
SGW: Serving GateWay
eNodeB间/3GPP系统间切换的移动锚点功能； eNodeB间切换时，协助eNodeB进行重排序功能； 基于用户的QCI粒度的跨运营商系统计费； Idle模式下行数据包的缓存 E-UTRAN寻呼触发 支持GTP 上下行链路分组路由转发 合法监听
P-GW: Packet data network GateWay
LTE TDD1
LTE TDD
DLL:1TE00TMDbDp2s UL:50Mbps
1. 扁平化IP网络 2. OFDMA 3. MIMO
LTE+
100Mbps~ 1Gbps
LTE
研究
2005
标准化
2006
2008
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测试实验
2009
早期商用
2010
Both Supported
拥塞控制 Both Supported
移动性
Max speed 450 km/h
语音解决方案 CSFB/SRVCC
双工模式 FDD
TDD
帧结构
Type 1，10ms，1ms-TTI Type 2，10ms，1ms-TTI
性能峰值速率
下行：150Mbps; 上行：75Mbps
1 LTE技术发展概述 2 LTE基本原理及关键技术
• TDD LTE和FDD LTE简介 • LTE基本原理与关键技术 • LTE-A关键技术
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对TDD LTE 和LTE FDD的简单理解
LTE FDD
TD-LTE
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移动通信数据化，宽带化，IP化 高吞吐率 = 高频谱效率 + 大带宽
可变带宽
低时延
高效率
高速率
低时延 = 扁平化的网络架构
3GPP的目标是打造新一代无线通信系统，超越现有无线接入能力，全面支撑高性能数据业务的，“确保在未来10年内领先”。
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LTE TDD
2 个5ms半帧 10 个1ms子帧每帧 包括1个或者2个特殊子帧 2个时隙每个子帧 7 个符号每时隙
半帧
半帧
子帧
特殊子帧
时隙
Conf Switch
特殊子帧
Sub-Frame Allocation
igura -point 0 1 2
3
4
5
6
7
8
9
tion periodi
宽度可调节
city
PCRF: Policy Control and charging Rule Function 服务策略和计费控制的规则制定 终结Rx接口和Gx接口
eNodeB
无线资源管理功能，即实现无线承载控制、无线许可控制和连接移 动性控制，在上下行链路上完成UE上的动态资源分配（调度）；
用户数据流的IP报头压缩和加密； UE附着状态时MME的选择； 实现S-GW用户面数据的路由选择； 执行由MME发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输； 完成有关连接态用户移动性配置和调度的测量和测量报告。
z 为什么需要LTE？
保持 3GPP与WIMAX/3GPP2的竞争优势 顺应宽带移动数据业务的发展需要
z LTE设计目标
¾ 带宽灵活配置：支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、 20MHz带宽
¾ 峰值速率(20MHz带宽）：下行100Mbps，上行50Mbps ¾ 控制面时延小于100ms，用户面时延(单向)小于5ms ¾ 能为速度>350km/h的用户提供100kbps的接入服务 ¾ 支持增强型MBMS（E-MBMS） ¾ 取消CS域，CS域业务在PS域实现，如VOIP ¾ 支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作 ¾ 系统结构简单化，低成本建网
0 5 ms D S U U U D S U U U
DwPTS GP UpPTS
1 5 ms D S U U D D S U U D
2 5 ms D S U D D D S U D D
FDD
TDD
Gp是TDD特殊间
3 10 ms D S U U U D D D D D
隔，用于DL/UL隔
4 10 ms D S U
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什么是LTE，为什么需要LTE
z 什么是LTE？
› 长期演进LTE (Long Term Evolution)是3GPP主导的无 线通信技术的演进
› LTE与SAE是3GPP当年的两大演进计划，LTE负责无线 空口技术演进，SAE (System Architecture Evolution)负责 整个网络架构的演进
*TA：Track Area。 跟踪区和2G/3G数 据网络中定义的RA （路由区）类似
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LTE是未来最主流的广域宽带无线通信系统
cdma2000 1x 153.6kbps
EV-DO Rel. 0 DL: 2.4Mbps UL:153.6kbps
参考
25
20 16.9
25.8 18.9
15
9.8
10
5
9.6 5.1
0
DL · UL FDD
DL · UL DL · UL DL · UL TDD 1:3 TDD 2:2 TDD 3:1
采用 2 Channel RRU
DL · UL TDD 8:1
• LTE-Advanced 初始版本
9载波聚合 9高阶MIMO 9协同多点CoMP 9异构网HetNet 9Relay
峰值: >1Gbps 频谱效率: 3.7bps/Hz
•对载波聚合(CA)进 一步增强 •增强的HetNet
•LTE-Hi •3D Beamforming •MTC (Machine Type Communication)
TD-HSUPA 2.2Mbps
Do Rev B (Multi Carrier DO) DL：14.7Mbps UL: 5.4Mbps
HSPA+
DL>40MBps; UL>10Mbps
TD-HSPA+ DL:>25.2Mbps UL:>19.2Mbps
WiMAX
LTE FDD
DL:100Mbps UL:50Mbps
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商用部署
2012
标准化进程
Rel-8
Rel-9
Rel-10
Rel-11
Rel-12
• LTE/SAE初始版本
峰值: >100Mbps 频谱效率: 1.7bps/Hz
• 支持LTE Home eNodeB, LCS(位置 服务), MBMS(多播 组播) • 对SON(自组网), 跨制式互操作等增 强
频率
保护带
UL DL
DL
时间间隔
时间
UL
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从协议栈层面进行分析
内部协议相同
100% 相同 90% 相同
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基础技术规格基本相似
LTE FDD
90+% 相似
LTE TDD
LTE FDD
LTE TDD
信道带宽 1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz and 20 MHz
Mbps
300
最典型的应
参考
250 用配置
假设条件:
RRU 天线数
2T2R/ 4T4R
200
150
100 73
50
27
110 80
22 11
1T2R
UE天线数
(VMIMO or UL 2*N MIMO not
considered)
带宽 (MHz)
FDD 2*10 TDD 20
0
DL · UL DL · UL DL · UL DL · UL DL · UL DL · UL DL · UL DL · UL DL · UL DL · UL
Security Level:
LTE基本原理及关键技术介绍
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目录
1 LTE技术发展概述 2 LTE基本原理及关键技术
• TDD LTE和FDD LTE简介 • LTE基本原理与关键技术 • LTE-A关键技术
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主要网元作用
MME: Mobility Management Entity
NAS信令处理，NAS信令安全 切换到MME/SGSN的选择及切换CN节
点间信令交互； 支持漫游，鉴权 Idle模式用户可达 跟踪区（TA*）管理 P-GW和S-GW的选择，承载管理功能 信令业务的合法监听
LTE TDD的下行吞吐量优势将更加明显
理论上LTE FDD相比TD-LTE有更高的上行峰值吞吐量(FDD 2*10M, TDD 20M 2:2 频谱)
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TD-LTE与LTE TDD平均吞吐量仿真对比
Mbps
仿真假设条件：
30
典型配置
接入网：扁平化，IP化，去掉RNC的物理实体，功能实体分解到基站和核心网元，大部分功能放在了E-NodeB，以减少时延和增强调度能力，少部分功能放在了核心
网，加强移动性管理
核心网：用户面和控制面分离
原有SGSN实体分解为MME(控制面实体)和Gateway（用户面实体）
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UE IP地址分配 基于业务流的上下行计费、门控、速率执行 基于APN-AMBR的上下行速率执行 基于GBR的下行速率执行； 基于用户的包过滤 上下行链路上的传输级别的数据包标记 合法监听
HSS: Home Subscriber Server SAE用户注册、鉴权以及下载用户数据到MME 非3GPP用户注册、鉴权以及下载用户数据到AAA 用户漫游限制、用户闭锁业务、用户接入网络类型限制
源自文库
D0 Rev A DL: 3.1Mbps UL: 1.8Mbps
WCDMA 384Kbps
GSM EDGE 120Kbps
HSDPA 1.8/3.6Mbps
GSM GERAN 240K-2Mbps
HSDPA 7.2Mbps HSUPA 1.4~5.8Mbps
TD-SCDMA 384Kbps
TD-HSDPA 2.8Mbps
U
D
D
D
D
D
D
固定 DL UL 比率 可调整的 DL UL 比率
离，长Gp用于大 的小区半径.
5 10 ms D S U D D D D D D D 6 5 ms D S U U U D S U U D
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TD-LTE与LTE TDD理论峰值吞吐量对比
下行：80~110Mbps 上行：20~30Mbps
上/下行子帧配比 对称
对称/非对称
链路预算特点 上行链路受限
切换
硬切换
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帧结构与子帧配比
帧，10ms
LTE FDD
10 个1ms子帧
2 个时隙每个子帧，0.5ms每时隙 7个符号每个时隙帧