LTE网络概述与原理
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LTE技术与应用
课程概要
这是一门专业主干课 ◦ 本课程介绍的是4G移动通信技术。 ◦ 32学时、2学分 ◦ 实验20学时 课内考试
2
课程提醒
1、本课程有补充内容，所以要做笔记。 2、每节课严格考勤，包括趴桌睡觉者。 3、无考试资格者：缺课1/3或缺作业1/3。
3
课程成绩
课程综合成绩满分为100分，包括： ◦ 平时成绩占20％
• 与传统的多载波调制（MCM）相比，OFDM调制的各个子 载波间可相互重 叠，并且能够保持各个子载波之间的正交性。
OFDMA基本原理
将信道分成若干正交子信道，将串行高速数据信号转换成 并行低速子数据流，调制到在每 个子信道上进行传输，正交信 号可以通过在接收端采用相关技术来分开。由于每个子信道 的 带宽很小，因此每个子信道上的衰落可以看成是平坦性衰落， 能够有效的消除符号间干 扰；而且由于每个子信道的带宽仅仅 是原信道带宽的一小部分，信道均衡也变得相百度文库容易。
◦ 作业、提问、实验、考勤
◦ 实验成绩占30％
◦ 在学期中进行实验考核
◦ 课程考试成绩占50％
◦ 闭卷考试、卷面满分为100分
4
课程目录
项目1 LTE概述 项目2 LTE关键技术 项目3 IUV-4G实验
项目1 LTE概述
1. 移动通讯技术演进 2. LTE系统主要性能和目标 3. LTE频段划分 4. LTE总体架构
LTE需求导入
2.LTE系统主要性能和目标
与3G相比，LTE主要性能特征：
通信速率大幅提高， 20MHz系统带宽的条件下： 下行链路的瞬时峰值数据速率在，可以达到 100Mbps（5 bps/Hz）（网络侧2发射天线，UE 侧2接收天线条件下）； 上行链路的瞬时峰值数据速率，可以达到50Mbps （2.5 bps/Hz）（UE侧单发射天线情况）。
带宽灵活配置，能够支持1.4MHz，3MHz， 5MHz，10MHz，15MHz，20MHz等不同系统带 宽，并支持成对(paired)和非成对(unpaired)的频 谱分配，系统部署更灵活。
频谱效率的提高： 下行链路5(bit/s)/Hz，是R6版本的HSDPA的 3~4倍，此时R6 HSDPA是1发1收，而LTE是2发 2收; 上行链路2.5(bit/s)/Hz，是R6版本HSU-PA的 2~3倍，此时R6 HSUPA是1发2收，LTE也是1发 2收。
支持多种接入： 支持3GPP（如GSM、WCDMA等）与非3GPP （如Wi-Fi、WiMAX等）的多种接入方式，同 时支持多模终端的无缝移动。
控制承载分离： 承载与控制分离的结构是指控制面的信令和用户 面的承载分别由独立的网元负责，优化了用户面 的性能，同时节约网络节点和承载网的投资。
取消CS（电路交换）域: 取消原有CS域，EPC成为移动通信业务的基本 承载网络。原有短信、语音等传统的电路域业 务将借助VoLTE模式承载，也可以采用CSFB （CS Fall Back）等方案依旧使用电路域来承载。
1. 移动通讯技术演进
什么是LTE？
Long Term Evolution，长期演进
LTE是3GPP指定的下一代无线通信标准。 TD-LTE是LTE的TDD模式。 LTE是以OFDMA为核心的技术，为了降低用户面延迟，取消 了无线网络控制器(RNC)，采用了扁平网络架构。 与其说是3G技术的“演进”（evolution），不如说是“革命” （revolution）。
LTE系统网络架构
EPS
EPC
E-UTRAN
MME / S-GW MME / S-GW
S1
S1 S1 S1 S1 S1
S1
eNode B
X2
X2
X2
移动性管理 服务网关
MME/SGW 与 eNode B的接口
RNC
Node B
+
eNB
=
eNB Uu
eNB
eNB与 eNB之间的接口
15
LTE全网架构
11
3.LTE频段划分
12
当前频谱分配
4. LTE总体架构
取消RNC（中央控制节点）， 只保留一 层RAN节点—— eNodeB
eNodeB和核心网采用基于IP路 由的灵活多重连接——S1-flex接口
相邻eNodeB采用Mesh连接—— X2接口
• 扁平网络架构，减少设备投入 • 减少接口数量，IP的网络接口 • 增强的端到端QoS
LTE网络架构
E-UTRAN和EPC的功能划分
思考题
1. 为什么要发展LTE？ 2. LTE的网络架构是怎样的？
课程目录
项目1 LTE概述 项目2 LTE关键技术 项目3 IUV-4G实验
项目2 LTE关键技术
1. 正交频分多址技术 2. 多天线技术 3. 干扰抑制技术
TD-LTE核心技术
1.正交频分多址技术
TD-LTE频分多址技术
• 下行OFDMA：用户在一定时间 内独享一段“干净”的带宽
• 上行SC-FDMA：具有单载波特 性的改进OFDM系统（低峰均比）
什么是OFDM？
Orthogonal Frequency Division Multiplexing 正交频分复用
• OFDM的本质就是一个频分系统，而频分是无线通信最朴 素的实现方式。
OFDMA的优点
• 时域上抵抗多径衰落 • 频域上抵抗频率选择性衰落，简化接收机的信道均衡操作
OFDM与CDMA的技术比较
OFDM技术缺点
什么是SC-FDMA？
Single Carrier Frequency Division MultipleAccess 单载波频分多址接入
SC-FDMA类似于OFDMA，但SC-FDMA可以降低PAPR。 有效提高 RF功率放大器的效率，降低终端成本和耗电量。
更低网络时延： 控制面的传输时延<100ms； 用户面时延<5ms。
10
2.LTE系统主要性能和目标
移动性： 能为低速移动（0~15km/h）的移动用户提供最 优的网络性能； 能为15~120km/h的移动用户提供高性能的服 务； 对120~350km/h（甚至在某些频段下，可以达 到500km/h）速率移动的移动用户能够保持蜂 窝网络的移动性。
图中分别是采用OFDMA和SC-FDMA两种多址技术传输同一串 字符串数据流的对比示意图。
2. 多天线技术
课程概要
这是一门专业主干课 ◦ 本课程介绍的是4G移动通信技术。 ◦ 32学时、2学分 ◦ 实验20学时 课内考试
2
课程提醒
1、本课程有补充内容，所以要做笔记。 2、每节课严格考勤，包括趴桌睡觉者。 3、无考试资格者：缺课1/3或缺作业1/3。
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课程成绩
课程综合成绩满分为100分，包括： ◦ 平时成绩占20％
• 与传统的多载波调制（MCM）相比，OFDM调制的各个子 载波间可相互重 叠，并且能够保持各个子载波之间的正交性。
OFDMA基本原理
将信道分成若干正交子信道，将串行高速数据信号转换成 并行低速子数据流，调制到在每 个子信道上进行传输，正交信 号可以通过在接收端采用相关技术来分开。由于每个子信道 的 带宽很小，因此每个子信道上的衰落可以看成是平坦性衰落， 能够有效的消除符号间干 扰；而且由于每个子信道的带宽仅仅 是原信道带宽的一小部分，信道均衡也变得相百度文库容易。
◦ 作业、提问、实验、考勤
◦ 实验成绩占30％
◦ 在学期中进行实验考核
◦ 课程考试成绩占50％
◦ 闭卷考试、卷面满分为100分
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课程目录
项目1 LTE概述 项目2 LTE关键技术 项目3 IUV-4G实验
项目1 LTE概述
1. 移动通讯技术演进 2. LTE系统主要性能和目标 3. LTE频段划分 4. LTE总体架构
LTE需求导入
2.LTE系统主要性能和目标
与3G相比，LTE主要性能特征：
通信速率大幅提高， 20MHz系统带宽的条件下： 下行链路的瞬时峰值数据速率在，可以达到 100Mbps（5 bps/Hz）（网络侧2发射天线，UE 侧2接收天线条件下）； 上行链路的瞬时峰值数据速率，可以达到50Mbps （2.5 bps/Hz）（UE侧单发射天线情况）。
带宽灵活配置，能够支持1.4MHz，3MHz， 5MHz，10MHz，15MHz，20MHz等不同系统带 宽，并支持成对(paired)和非成对(unpaired)的频 谱分配，系统部署更灵活。
频谱效率的提高： 下行链路5(bit/s)/Hz，是R6版本的HSDPA的 3~4倍，此时R6 HSDPA是1发1收，而LTE是2发 2收; 上行链路2.5(bit/s)/Hz，是R6版本HSU-PA的 2~3倍，此时R6 HSUPA是1发2收，LTE也是1发 2收。
支持多种接入： 支持3GPP（如GSM、WCDMA等）与非3GPP （如Wi-Fi、WiMAX等）的多种接入方式，同 时支持多模终端的无缝移动。
控制承载分离： 承载与控制分离的结构是指控制面的信令和用户 面的承载分别由独立的网元负责，优化了用户面 的性能，同时节约网络节点和承载网的投资。
取消CS（电路交换）域: 取消原有CS域，EPC成为移动通信业务的基本 承载网络。原有短信、语音等传统的电路域业 务将借助VoLTE模式承载，也可以采用CSFB （CS Fall Back）等方案依旧使用电路域来承载。
1. 移动通讯技术演进
什么是LTE？
Long Term Evolution，长期演进
LTE是3GPP指定的下一代无线通信标准。 TD-LTE是LTE的TDD模式。 LTE是以OFDMA为核心的技术，为了降低用户面延迟，取消 了无线网络控制器(RNC)，采用了扁平网络架构。 与其说是3G技术的“演进”（evolution），不如说是“革命” （revolution）。
LTE系统网络架构
EPS
EPC
E-UTRAN
MME / S-GW MME / S-GW
S1
S1 S1 S1 S1 S1
S1
eNode B
X2
X2
X2
移动性管理 服务网关
MME/SGW 与 eNode B的接口
RNC
Node B
+
eNB
=
eNB Uu
eNB
eNB与 eNB之间的接口
15
LTE全网架构
11
3.LTE频段划分
12
当前频谱分配
4. LTE总体架构
取消RNC（中央控制节点）， 只保留一 层RAN节点—— eNodeB
eNodeB和核心网采用基于IP路 由的灵活多重连接——S1-flex接口
相邻eNodeB采用Mesh连接—— X2接口
• 扁平网络架构，减少设备投入 • 减少接口数量，IP的网络接口 • 增强的端到端QoS
LTE网络架构
E-UTRAN和EPC的功能划分
思考题
1. 为什么要发展LTE？ 2. LTE的网络架构是怎样的？
课程目录
项目1 LTE概述 项目2 LTE关键技术 项目3 IUV-4G实验
项目2 LTE关键技术
1. 正交频分多址技术 2. 多天线技术 3. 干扰抑制技术
TD-LTE核心技术
1.正交频分多址技术
TD-LTE频分多址技术
• 下行OFDMA：用户在一定时间 内独享一段“干净”的带宽
• 上行SC-FDMA：具有单载波特 性的改进OFDM系统（低峰均比）
什么是OFDM？
Orthogonal Frequency Division Multiplexing 正交频分复用
• OFDM的本质就是一个频分系统，而频分是无线通信最朴 素的实现方式。
OFDMA的优点
• 时域上抵抗多径衰落 • 频域上抵抗频率选择性衰落，简化接收机的信道均衡操作
OFDM与CDMA的技术比较
OFDM技术缺点
什么是SC-FDMA？
Single Carrier Frequency Division MultipleAccess 单载波频分多址接入
SC-FDMA类似于OFDMA，但SC-FDMA可以降低PAPR。 有效提高 RF功率放大器的效率，降低终端成本和耗电量。
更低网络时延： 控制面的传输时延<100ms； 用户面时延<5ms。
10
2.LTE系统主要性能和目标
移动性： 能为低速移动（0~15km/h）的移动用户提供最 优的网络性能； 能为15~120km/h的移动用户提供高性能的服 务； 对120~350km/h（甚至在某些频段下，可以达 到500km/h）速率移动的移动用户能够保持蜂 窝网络的移动性。
图中分别是采用OFDMA和SC-FDMA两种多址技术传输同一串 字符串数据流的对比示意图。
2. 多天线技术