LTE基本原理和关键技术介绍

Rel-10
• LTE-Advanced 初始版本 载波聚合 高阶MIMO 协同多点CoMP 异构网HetNet Relay
峰值: >1Gbps 频谱效率: 3.7bps/Hz
Rel-11
•对载波聚合(CA)进 一步增强 •增强的HetNet
Rel-12
•LTE-Hi •3D Beamforming •MTC (Machine Type Communication)
运营商站在自己利益和感受的角度出发，鉴于早期通信系统在O&M兼容性和经济性比较差，而对LTE提出新的要 求，主要集中于FCAPSI的管理（Fault, Configuration, Alarm, Performance, Security, Inventory）：


自规划（Self-planning） 自配置（Self-deployment） 自优化（Self-optimization） 自维护（Self-maintenance）
峰值: >100Mbps 频谱效率: 1.7bps/Hz
峰值: >10Gbps 频谱效率: 10bps/Hz
2008年12月
2009年12月
2011年3月
2012年9月(计划)
2013年6月(计划)
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LTE网络架构
SAE简介 › 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： » 功能平扁化，去掉CBSC的物理实体，把部分功能放在了E-NodeB，以减少时延和增强调度能力（如，单站内部干 扰协调，负荷均衡等，调度性能可以得到很大提高） » 把部分功能放在了核心网，加强移动交换管理，采用全IP技术，实行用户面和控制面分离。同时也考虑了对其它无 线接入技术的兼容性。
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ICIC
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使用MIMO的若干方式
SISO
Single Input, Single Output
MISO
Multiple Input, Single Output Single Input, Multiple Output
SIMO
各制式下行峰值速率对比
1.7
350 300 250 200
326
0.96
1
1.04 0.79
1.07
1.15
172
90 42 3.1 9.3
DORB phase I 3C
150 100 50 0 DORA DORB phase II 3C DC-HSDPA 64QAM LTE 20MHz SISO LTE LTE 20MHz 20MHz 2*2 MIMO 4*4 MIMO
用户数： 协议要求5MHz带宽，至少支持200激活用户/小区；5M以上带宽，至少400激活用户/小区
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各制式对比
各制式下行频谱效率对比
1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
DORA DORB phase I DORB phase II HSDPA HSPA+ 64QAM HSPA+ 64QAM+DC LTE 2*2MIMO
全带宽信号 质量分布
UE1 UEn UEn UE2 UEn
…源自文库… …
频选信道
UE1 UEn UE2 frequency
UE在信号质量最 好频谱上调度
SINR
UE1 UE2
12 11
10 12
9 8
6 10
8 6
13 6
6 5
5 8
frequency
调度结果
frequency
Frequency
…
10 13 10 9 11
OFDM系统，载波交叠，但是载波间正交

OFDM 属于调制复用技术，它把系统带宽分成多个的相互正交的 子载波，在多个子载波上并行数据传输。
频域
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LTE的核心技术－MIMO
LTE关键技术
多天线技术MIMO
OFDM
MIMO
多天线技术利用了“空间”信 号维度，能够提高传输速率
…
UEn
…
10
7
5
frequency
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SON概述
SON简介

自组织网络SON（Self Organization Network）是由下一代移动网NGMN（Next Generation Mobile Network） 运营商发起的要求LTE实现的功能。
14.7
对应扇区的平均吞吐率
对应单用户信道条件很好时能体验到的峰值速率
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标准进展
Rel-8
• LTE/SAE初始版本
Rel-9
• 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
ICIC
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传统的多载波频分复用与OFDM
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
Freq
传统的多载波频分复用系统，载波间留有保护带 时域 符 符符 号 号号 n 1 2 f1 f2 fn
频谱利用率高
F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 Freq
User1



Pre-coding vectors User1
User 1 data
User 1 data User 2 data
S1
User 1 data User k data
MIMO Decoder
Scheduler
User k data
Pre-coder
S2
User2
User2
User k Channel Information
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频选技术
背景
平坦信道
›
LTE是宽频谱系统，同一个UE在频谱带宽内的信号质量可能存 在较大差异，不同UE在相同频谱区域的信号质量也可能存在较 大差异。 利用以上信道特性，优先在UE信号质量最好的频谱调度，实现 不同UE的最好频 小区吞吐率最大化。 带不同
SINR
原理
›
Frequency



SON的优势

运营商可以减少规划、优化、维护的成本，降低 OPEX。 设备商可以促进性能特性、工具等的销售，降低交付 后网络优化的成本；低附加值和低技术含量的工作收 益将减少。
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)即多入多出，是一种多天线传输技术： 发射端利用多根发射天线将多个数据流在相同时间、频率资源上同时发送， 接收端利用多根接收天线同时接收多个数据流。由于收发两端使用了多根天 线，相比相同带宽的单发单收链路，MIMO信道容量有了成倍提升。
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LTE核心技术—OFDMA
LTE关键技术
不同用户使用不同的频率 不同用户使用一个载频上的不同时隙
OFDM
所有用户同时使用相同的频率,通 过不同的扩频编码来区分不同的 用户
MIMO

OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing） ：利用正交子载波组来实 现并行传输

带宽灵活配置：支持1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10Mhz, 15Mhz, 20MHz
峰值速率(20MHz带宽）：下行326Mbps(4*4 MIMO)，上行86.4(UE: SingleTX)
控制面延时小于100ms，用户面延时小于5ms 能为速度>350km/h的用户提供100kbps的接入服务 频谱效率：1.69bps/Hz(2x2 MIMO); 1.87bps/Hz(4x2 MIMO)
OFDM
MIMO
案例：自适应ICIC，提升边缘小区吞吐率30％
按照网络级、小区级、用户级三种颗粒度实现分级自适应
通过M2000集中管理和制定整网小区边缘模式，可靠性 高，人为干涉少 静态ICIC小区边缘模式固定，不能适应网络话务量分布不
自适应ICIC
OSS
ICIC
均对场景
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目录
1 2 LTE背景介绍 LTE关键技术介绍 LTE网络架构 LTE物理层结构介绍
3
4
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Charter 2 LTE关键技术介绍
2.1 OFDM介绍 2.2 MIMO介绍 2.3 小区干扰控制介绍（ICIC） 2.4 E-MBMS介绍 2.6 CL互操作介绍 2.7 VoLTE介绍
Security Level:
LTE基本原理和关键技术介绍
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目录
1 2 LTE背景介绍 LTE关键技术介绍 LTE网络架构 LTE物理层结构介绍
3
4
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MIMO
Multiple Input, Multiple
Output
LTE基本配置：基站侧2T2R，终端侧1T2R
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上下行MIMO
下行MIMO

上行MIMO

LTE下行支持MIMO技术进行空间维度的复用。空间复用支持单用 户SU-MIMO模式或者多用户MU-MIMO模式。 SU-MIMO和MU-MIMO都支持通过Pre-coding的方法来降低或者 控制空间复用数据流之间的干扰，从而改善MIMO技术的性能。 SU-MIMO中，空间复用的数据流调度给一个单独的用户，提升该 用户的传输速率和频谱效率。MU-MIMO中，空间复用的数据流调 度给多个用户，多个用户通过空分方式共享同一时频资源，系统可 以通过空间维度的多用户调度获得额外的多用户分集增益。
GERAN
SGSN
UTRAN
HSS
S3 S1-MME MME
S6a
PCRF S11 “LTE-Uu” UE EUTRAN S1-U S10 S4 S7 S5 Rx+
Serving SAE Gateway
PDN SAE Gateway
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SGi
Operator ’s IP Services (e.g. IMS, PSS etc.)
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LTE工作频段
3GPP定义的E-UTRA频段
对于频率的定位要考虑： •覆盖？ Or 容量？ •热点、热区？ •漫游？ •产业链？ •全球频段？Or 区域性 频段？ •主频段？辅频段 •… …
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受限于终端的成本和功耗，实现单个终端上行多路射频发射和功 放的难度较大。因此，LTE正研究在上行采用多个单天线用户联合 进行MIMO传输的方法，称为Virtual-MIMO 调度器将相同的时频资源调度给若干个不同的用户，每个用户都 采用单天线方式发送数据，系统采用一定的MIMO解调方法进行 数据分离。 采用Virtual-MIMO方式能同时获得MIMO增益以及功率增益（相 同的时频资源允许更高的功率发送），而且调度器可以控制多用 户数据之间的干扰。同时，通过用户选择可以获得多用户分集增 益。
Scheduler
Channel Information
User k
MU-MIMO
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Virtual-MIMO
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ICIC
LTE关键技术
ICIC技术－Inter-Cell Interference Coordination
相邻小区通过频带划分，错开各自边缘用户的资源 ，达到降低同频干扰的目的。相当 于小区边缘3频点组网，小区中心频率复用为1
Charter 1 LTE背景介绍
1.1 LTE的概念和设计目标 1.2 LTE的标准化进程 1.3 SAE简介 1.4 SON简介 1.5 3GPP简介
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LTE概述
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。 › 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)。 LTE基本指标