第八日的蟬LTE理論知識第八日的蟬LTE理論知識目錄第一課什么是4G和LTE？ 11.1什么是4G和LTE？與以往的技術(shù)有什么區(qū)別 11.1.1認(rèn)識4G 11.1.2第四代移動通信系統(tǒng)具有如下特征： 11.1.3LTELongTermEvolution--3GPP長期演進 21.1.4LTE的頻段 21.1.5LTE與以往移動通信系統(tǒng)的速率對比 21.2TD-LTE和FDD-LTE技術(shù)簡介，全球發(fā)展概況 41.2.1TDD-LTE與FDD-LTE的介紹與區(qū)別 41.2.2使用TDD和FDD技術(shù)在LTE應(yīng)用上的優(yōu)劣 61.2.3TD-LTE和FDD-LTE在全球的發(fā)展概況 6第二課LTE關(guān)鍵技術(shù)OFDM 82.1什么是OFDM？基本原理和應(yīng)用 82.1.1OFDM 82.1.2什么是正交？ 102.1.3OFDM技術(shù)的發(fā)展 112.2OFDM與CDMA等技術(shù)比較 12第三課LTE關(guān)鍵技術(shù)之OFDM和MIMO 183.1概述 183.1背景簡述 183.1LTE關(guān)鍵技術(shù) 193.1.1OFDM（orthogonalfrequentlydivisionmultiplexing）正交頻分復(fù)用 193.1.2OFDMA正交頻分多址OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess 203.1.3CP（cyclicprefix）循環(huán)前綴 223.2為什么OFDM系統(tǒng)比CDMA系統(tǒng)更容易與MIMO技術(shù)結(jié)合？ 27第四課LTE其他的關(guān)鍵技術(shù) 294.1HARQ混合自動重傳 294.1.1HARQ技術(shù) 294.1.2HARQ有兩種運行方式 294.1.3HARQ流程 304.1.4同步HARQ和異步HARQ 304.2AMC自適應(yīng)編碼 314.2.1AMC自適應(yīng)編碼 314.3小區(qū)間干擾消除 324.3.1加擾 324.3.2跳頻 334.3.3發(fā)射端波束賦形 334.3.4IRC抑制強干擾技術(shù) 344.3.5小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào) 34第五課LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 365.13GPP系統(tǒng)架構(gòu)演進（SAE） 365.2LTE系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 365.3LTE系統(tǒng)接口協(xié)議 385.3.1空中接口協(xié)議棧 38第六課LTE的空中接口 456.1LTE空中接口信道和映射關(guān)系 456.1.1LTE空中接口 456.2LTE空中接口的分層結(jié)構(gòu) 506.3外一篇：LTE和FDDLTE的工作頻段 516.3.1TD-LTE的工作頻段 516.3.2FDDLTE的工作頻段 51第七課LTE空中接口分層詳解 547.1MAC媒體接入控制層 547.1.1MAC層功能概述 547.1.2MAC層關(guān)鍵過程 557.2RLC無線鏈路控制層 637.2.1RLC無線鏈路控制層 637.3PDCP分組數(shù)據(jù)匯聚層 727.3.1PDCP分組數(shù)據(jù)匯聚層 72第八課LTE系統(tǒng)物理層 818.1LTE物理層概述 818.1.1LTE物理層概述 818.2LTE系統(tǒng)物理層基本過程 848.2.1LTE系統(tǒng)物理層基本過程 84第九課LTE功率控制 959.1LTE下行功率控制 959.1.1LTE下行功率控制 959.2LTE上行功率控制 989.2.1LTE上行功率控制 98第十課LTE干擾抑制技術(shù) 10510.1小區(qū)間干擾抑制技術(shù) 10510.1.1小區(qū)間干擾抑制技術(shù) 10510.2波束賦形天線技術(shù) 10610.3小區(qū)間干擾消除、協(xié)調(diào)、隨機化技術(shù) 10710.3.1干擾隨機化方法 10710.3.2小區(qū)間干擾消除 10910.3.3小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù) 110第十一課LTE小區(qū)選擇、重選、切換 11311.1LTE移動性管理相關(guān)概念 11311.1.1LTE移動性管理相關(guān)概念 11311.2LTE小區(qū)選擇/重選 11511.2.1LTE小區(qū)選擇/重選 11511.3LTE小區(qū)切換 12011.3.1LTE小區(qū)切換 120第十二課LTE切換信令過程 12912.1X2接口切換相關(guān)信令 12912.1.1X2接口切換相關(guān)信令 12912.2S1接口切換相關(guān)信令 13112.2.1S1接口切換相關(guān)信令 13112.3UU接口切換相關(guān)信令 13412.3.1UU接口切換相關(guān)信令 13512.4LTE切換流程分析 13512.4.1LTE系統(tǒng)內(nèi)切換 13512.4.2LTE與異系統(tǒng)之間的切換 141第十三課LTE無線資源管理 14213.1概述 14213.2資源分配 14213.2.1集中式資源分配 14213.2.2分布式資源分配 14313.3分組調(diào)度 14313.3.1動態(tài)調(diào)度 14313.3.2半靜態(tài)調(diào)度 14313.4接入控制 14613.5負(fù)載均衡 14713.6干擾協(xié)調(diào) 149第十四課LTE物理信道 15014.1上行物理信道處理流程 15014.1.1上行時隙結(jié)構(gòu)和物理資源定義 15014.1.2上行物理信道基本處理流程 15214.1.3PUSCH處理流程 15214.1.4PUCCH處理流程 15314.1.5PRACHH處理流程 15414.1.6上行參考信號 15414.1.7SC-FDMA基帶信號的產(chǎn)生 15414.2下行物理信道處理流程 15514.2.1下行時隙結(jié)構(gòu)和物理資源定義 15514.2.2下行物理信道基本處理流程 15714.2.3PDSCH處理流程 15814.2.4PMCH處理流程 15814.2.5PBCH處理流程 15914.2.6PCFICH處理流程 15914.2.7PDCCH處理流程 16014.2.8物理HARQ指示信道處理流程 16014.2.9下行參考信號 16014.2.10同步信號 16114.3傳輸信道復(fù)用 16114.3.1信道編碼基本過程 16114.3.2上行傳輸信道與控制信息 16214.3.3下行傳輸信道與控制信息 163第十五課3GPP核心網(wǎng)演進 16815.1概述 16815.2移動性與連接管理模型 17415.2.1EMM與ECM 17415.2.2永遠在線和缺省承載 17615.2.3跟蹤區(qū)（TrackingArea） 17715.2.4IP地址的分配和使用 17815.2.5MME池區(qū)與S-GW服務(wù)區(qū) 17915.2.6節(jié)點選擇 18015.2.7多PDN功能 18115.2.8負(fù)荷均衡 18115.2.9EPS中的標(biāo)識符 18215.2.10EPS支持的切換 18315.2.11信令縮減（ISR） 18415.2.12CS域回落 187第十六課LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 18816.1LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的目標(biāo)與流程 18816.1.1LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的目標(biāo)和思想 18816.1.2LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的流程 18916.1.3覆蓋目標(biāo)的定義和多樣性 19016.1.4系統(tǒng)帶寬和調(diào)制方式的多樣性 19116.2LTE頻率規(guī)劃 19216.2.1頻率復(fù)用方式 19216.2.2TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃 19316.2.3LTEPCI碼資源規(guī)劃 19616.2.4鄰區(qū)規(guī)劃 197第一課什么是4G和LTE？1.1什么是4G和LTE？與以往的技術(shù)有什么區(qū)別1.1.1認(rèn)識4G要學(xué)習(xí)4G，就要知道什么是4G，4G就是第四代移動通信系統(tǒng)。第四代移動通信系統(tǒng)可稱為廣帶接入和分布式網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將是一個采用全IP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。4G網(wǎng)絡(luò)采用許多關(guān)鍵技術(shù)來支撐，包括：正交頻率復(fù)用技術(shù)（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM），多載波調(diào)制技術(shù)，自適應(yīng)調(diào)制和編碼（AdaptiveModulationandCoding，AMC）技術(shù)，MIMO和智能天線技術(shù)，基于IP的核心網(wǎng)，軟件無線電技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和安全性等。另外，為了與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)需要用網(wǎng)關(guān)建立網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，所以4G將是一個復(fù)雜的多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)。1.1.2第四代移動通信系統(tǒng)具有如下特征：傳輸速率更快：對于大范圍高速移動用戶（250km/h）數(shù)據(jù)速率為2Mbps；對于中速移動用戶（60km/h）數(shù)據(jù)速率為20Mbps；對于低速移動用戶（室內(nèi)或步行者），數(shù)據(jù)速率為100Mbps；頻譜利用效率更高：4G在開發(fā)和研制過程中使用和引入許多功能強大的突破性技術(shù)，無線頻譜的利用比第二代和第三代系統(tǒng)有效得多，而且速度相當(dāng)快，下載速率可達到5Mbps~10Mbps；網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬：每個4G信道將會占用100MHz或是更多的帶寬，而3G網(wǎng)絡(luò)的帶寬則在5~20MHz之間；容量更大：4G將采用新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（如空分多址技術(shù)等）來極大地提高系統(tǒng)容量，以滿足未來大信息量的需求；靈活性更強：4G系統(tǒng)采用智能技術(shù)，可自適應(yīng)地進行資源分配，采用智能信號處理技術(shù)對信道條件不同的各種復(fù)雜環(huán)境進行信號的正常收發(fā)。另外，用戶將使用各式各樣的設(shè)備接入到4G系統(tǒng)；實現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信：4G網(wǎng)絡(luò)的無線多媒體通信服務(wù)將包括語音、數(shù)據(jù)、影像等，大量信息透過寬頻信道傳送出去，讓用戶可以在任何時間、任何地點接入到系統(tǒng)中，因此4G也是一種實時的寬帶的以及無縫覆蓋的多媒體移動通信；兼容性更平滑：4G系統(tǒng)應(yīng)具備全球漫游，接口開放，能跟多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，終端多樣化以及能從第二代平穩(wěn)過渡等特點；1.1.3LTELongTermEvolution--3GPP長期演進3GPP長期演進(LTE:LongTermEvolution)項目是近兩年來3GPP啟動的最大的新技術(shù)研發(fā)項目，這種以O(shè)FDM/FDMA為核心的技術(shù)可以被看作“準(zhǔn)4G”技術(shù)或3.9G。3GPPLTE項目的主要性能目標(biāo)包括：在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小區(qū)邊緣用戶的性能；提高小區(qū)容量；降低系統(tǒng)延遲，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100ms；支持100Km半徑的小區(qū)覆蓋；能夠為350Km/h高速移動用戶提供>100kbps的接入服務(wù)；支持成對或非成對頻譜，并可靈活配置1.25MHz到20MHz多種帶寬。LTE（LongTermEvolution）是新一代寬帶無線移動通信技術(shù)。與3G采用的CDMA技術(shù)不同，LTE以O(shè)FDM（正交頻分多址）和MIMO（多輸入多輸出天線）技術(shù)為基礎(chǔ)，頻譜效率是3G增強技術(shù)的2～3倍。LTE包括FDD和TDD兩種制式。LTE的增強技術(shù)（LTE-Advanced）是國際電聯(lián)認(rèn)可的第四代移動通信標(biāo)準(zhǔn)。正因為LTE技術(shù)的整體設(shè)計都非常適合承載移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，因此運營商都非常關(guān)注LTE，并已成為全球運營商網(wǎng)絡(luò)演進的主流技術(shù)。1.1.4LTE的頻段FDD-LTE主流頻段為1.8G/2.6G/及低頻段700MHz、800MHz。TD-LTE主流頻段為2.6G/2.3GHz。中國政府宣布將2500-2690Mhz共190Mhz的頻譜資源全部劃分給TDD，極大地提振全球產(chǎn)業(yè)和市場對TD-LTE發(fā)展的信心，但700Mhz頻段在廣播電視模擬信號中使用，廣電已明確表示不可能出讓。1.1.5LTE與以往移動通信系統(tǒng)的速率對比無線蜂窩制式GSM(EDGE)CDMA2000（1x）下行速率236kbps153kbps上行速率118kbps153kbps無線蜂窩制式CDMA2000(EVDORA)TD-SCDMA(HSPA)WCDMA(HSPA)下行速率3.1Mbps2.8Mbps14.4Mbps上行速率1.8Mbps2.2Mbps5.76Mbps無線蜂窩制式TD-LTEFDD-LTE下行速率100Mbps150Mbps上行速率50Mbps40Mbps1.2TD-LTE和FDD-LTE技術(shù)簡介，全球發(fā)展概況1.2.1TDD-LTE與FDD-LTE的介紹與區(qū)別分別是4G兩種不同的制式，一個是時分一個是頻分，簡單來說，TDD-LTE上下行在同一個頻點的時隙分配；FDD-LTE上下行通過不同的頻點區(qū)分。TDD(TimeDivisionDuplexing)時分雙工技術(shù)，在移動通信技術(shù)使用的雙工技術(shù)之一，與FDD相對應(yīng)。在TDD模式的移動通信系統(tǒng)中，基站到移動臺之間的上行和下行通信使用同一頻率信道(即載波)的不同時隙，用時間來分離接收和傳送信道，某個時間段由基站發(fā)送信號給移動臺，另外的時間由移動臺發(fā)送信號給基站?；竞鸵苿优_之間必須協(xié)同一致才能順利工作。TD-LTE上行理論速率為50Mbps，下行理論速率為100Mbps.FDD模式的特點是在分離的兩個對稱頻率信道上，進行接收和傳送，用保證頻段來分離接收和傳送信道。LTE系統(tǒng)中上下行頻率間隔可以達到190MHz。FDD（頻分雙工）是該技術(shù)支援的兩種雙工模式之一，應(yīng)用FDD（頻分雙工）式的LTE即為FDD-LTE。由于無線技術(shù)的差異、使用頻段的不同以及各個廠家的利益等因素，F(xiàn)DD-LTE的標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于TDD-LTE。FDD-LTE已成為當(dāng)前世界上采用的國家及地區(qū)最廣泛的，終端種類最豐富的一種4G標(biāo)準(zhǔn)。FDD-LTE上行理論速率為40Mbps，下行理論速率為150Mbps.FDD與TDD工作原理頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)是兩種不同的雙工方式。如圖1所示，F(xiàn)DD是在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收和發(fā)送，用保護頻段來分離接收和發(fā)送信道。FDD必須采用成對的頻率，依靠頻率來區(qū)分上下行鏈路，其單方向的資源在時間上是連續(xù)的。FDD在支持對稱業(yè)務(wù)時，能充分利用上下行的頻譜，但在支持非對稱業(yè)務(wù)時，頻譜利用率將大大降低。TDD用時間來分離接收和發(fā)送信道。在TDD方式的移動通信系統(tǒng)中,接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載,其單方向的資源在時間上是不連續(xù)的，時間資源在兩個方向上進行了分配。某個時間段由基站發(fā)送信號給移動臺，另外的時間由移動臺發(fā)送信號給基站，基站和移動臺之間必須協(xié)同一致才能順利工作。圖：FDD和TDD的工作原理TDD雙工方式的工作特點使TDD具有如下優(yōu)勢：（1）能夠靈活配置頻率，使用FDD系統(tǒng)不易使用的零散頻段；

（2）可以通過調(diào)整上下行時隙轉(zhuǎn)換點，提高下行時隙比例，能夠很好的支持非對稱業(yè)務(wù)；

（3）具有上下行信道一致性，基站的接收和發(fā)送可以共用部分射頻單元，降低了設(shè)備成本；

（4）接收上下行數(shù)據(jù)時，不需要收發(fā)隔離器，只需要一個開關(guān)即可，降低了設(shè)備的復(fù)雜度；

（5）具有上下行信道互惠性，能夠更好的采用傳輸預(yù)處理技術(shù)，如預(yù)RAKE技術(shù)、聯(lián)合傳輸(JT)技術(shù)、智能天線技術(shù)等,能有效地降低移動終端的處理復(fù)雜性。但是，TDD雙工方式相較于FDD，也存在明顯的不足：（1）由于TDD方式的時間資源分別分給了上行和下行，因此TDD方式的發(fā)射時間大約只有FDD的一半，如果TDD要發(fā)送和FDD同樣多的數(shù)據(jù)，就要增大TDD的發(fā)送功率；

（2）TDD系統(tǒng)上行受限，因此TDD基站的覆蓋范圍明顯小于FDD基站；

（3）TDD系統(tǒng)收發(fā)信道同頻，無法進行干擾隔離，系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間存在干擾；

（4）為了避免與其他無線系統(tǒng)之間的干擾，TDD需要預(yù)留較大的保護帶，影響了整體頻譜利用效率。1.2.2使用TDD和FDD技術(shù)在LTE應(yīng)用上的優(yōu)劣（1）使用TDD技術(shù)時，只要基站和移動臺之間的上下行時間間隔不大，小于信道相干時間，就可以比較簡單的根據(jù)對方的信號估計信道特征。而對于一般的FDD技術(shù)，一般的上下行頻率間隔遠遠大于信道相干帶寬，幾乎無法利用上行信號估計下行，也無法用下行信號估計上行；這一特點使得TDD方式的移動通信體制在功率控制以及智能天線技術(shù)的使用方面有明顯的優(yōu)勢。但也是因為這一點，TDD系統(tǒng)的覆蓋范圍半徑要小，由于上下行時間間隔的緣故，基站覆蓋半徑明顯小于FDD基站。否則，小區(qū)邊緣的用戶信號到達基站時會不能同步。（2）TDD技術(shù)可以靈活的設(shè)置上行和下行轉(zhuǎn)換時刻，用于實現(xiàn)不對稱的上行和下行業(yè)務(wù)帶寬，有利于實現(xiàn)明顯上下行不對稱的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。但是，這種轉(zhuǎn)換時刻的設(shè)置必須與相鄰基站協(xié)同進行。（3）與FDD相比，TDD可以使用零碎的頻段，因為上下行由時間區(qū)別，不必要求帶寬對稱的頻段。（4）TDD技術(shù)不需要收發(fā)隔離器，只需要一個開關(guān)即可。（5）移動臺移動速度受限制。在高速移動時，多普勒效應(yīng)會導(dǎo)致快衰落，速度越高，衰落變換頻率越高，衰落深度越深，因此必須要求移動速度不能太高。例如在使用了TDD的TD-SCDMA系統(tǒng)中，在目前芯片處理速度和算法的基礎(chǔ)上，當(dāng)數(shù)據(jù)率為144kb/s時，TDD的最大移動速度可達250km/h，與FDD系統(tǒng)相比，還有一定差距。一般TDD移動臺的移動速度只能達到FDD移動臺的一半甚至更低。（6）發(fā)射功率受限。如果TDD要發(fā)送和FDD同樣多的數(shù)據(jù)，但是發(fā)射時間只有FDD的大約一半，這要求TDD的發(fā)送功率要大。當(dāng)然同時也需要更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化技術(shù)。1.2.3TD-LTE和FDD-LTE在全球的發(fā)展概況頻分雙工(FrequencyDivisionDuplexing,FDD)和時分雙工(TimeDivisionDuplexing,TDD)兩種方式，但由于無線技術(shù)的差異、使用頻段的不同以及各個廠家的利益等因素，LTEFDD支持陣營更加強大，標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于LTETDD。截至2013年3月份，全球125個國家共計412個運營商投資建設(shè)LTE網(wǎng)絡(luò)。67個國家的156個電信運營商已商用LTE網(wǎng)絡(luò)。其中商用的TDD網(wǎng)絡(luò)共有14個。截至2013年3月份，全球已商用的FDDLTE網(wǎng)絡(luò)為149個。其中主流頻段為1.8G/2.6G/及低頻段700MHz、800MHz。到2013年3月，全球共有14個TD-LTE商用網(wǎng)絡(luò)。其中主流頻段為2.6G/2.3GHz。截至2013年3月份，全球97個廠家共發(fā)布了821款LTE終端產(chǎn)品，比去年同期增長54%，其中智能手機增長速率最快，是去年同期的4倍，現(xiàn)已有261款。TDD模式的終端共166款。目前，LTE用戶發(fā)展較好的主要為美日韓運營商，其初期組網(wǎng)帶寬基本為20MHz或10MHz。第二課LTE關(guān)鍵技術(shù)OFDM2.1什么是OFDM？基本原理和應(yīng)用OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù)，實際上OFDM是MCMMulti-CarrierModulation，多載波調(diào)制的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾ICI。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。2.1.1OFDM這個技術(shù)說的很玄乎，其實在WIMAX和WIFI里早就利用了，我以前就說過OFDM并不比CDMA的頻譜利用率更高，但是他的優(yōu)勢是大寬帶的支持更簡單更合理，而且配合mimo更好。舉個例子，CDMA是一個班級，又說中文又說英文，如果大家音量控制的好的話，雖然是一個頻率但是可以達到互不干擾，所以1.25m的帶寬可以實現(xiàn)4.9m的速率。而OFDMA則可以想象成上海的高架橋，10米寬的路，上面架設(shè)一個5米寬的高架，實際上道路的通行面積就是15米，這樣雖然我水平路面不增加但是可以通行的車輛增加了。而OFDM也是利用這個技術(shù)，利用傅里葉快速變換導(dǎo)入正交序列，相當(dāng)于在有限的帶寬里架設(shè)了N個高架橋，目前是一個ofdm信號的前半個頻率和上一個頻點的信號復(fù)用，后半個頻率和后一個頻點的信號復(fù)用。那信號頻率重疊了怎么區(qū)分，很簡單，OFDM，O就是正交的意思，正交就是能保證唯一性，舉例子，A和B重疊，但是A*a+B*b，a和b是不同的正交序列,如果我要從同一個頻率中只獲取A，那么通過計算，（A*a+B*b）*a=A*a*a+B*b*a=A+0=A（因為正交，a*a=1，a*b=0）。所以O(shè)FDMA是允許頻率重疊的，甚至理論上可以重疊到無限，但是為了增加解調(diào)的容易性，目前LTE支持OFDM重疊波長的一半。正交頻分復(fù)用技術(shù)，多載波調(diào)制的一種。將一個寬頻信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個子信道上進行傳輸。在傳統(tǒng)FDM系統(tǒng)中，為了避免各子載波間的干擾，相鄰載波之間需要較大的保護頻帶，頻譜效率較低。OFDM系統(tǒng)允許各子載波之間緊密相臨，甚至部分重合，通過正交復(fù)用方式避免頻率間干擾，降低了保護間隔的要求，從而實現(xiàn)很高的頻率效率。2.1.2什么是正交？正交頻分復(fù)用技術(shù)，頻分復(fù)用大家都熟悉，但什么是正交呢？多載波技術(shù)：多載波技術(shù)就是在原來的頻帶上劃分更多的子載波，有人會提出載波劃得太細(xì)會產(chǎn)生干擾，為了避免這種干擾，兩個子載波采用正交，每兩個子載波是正交關(guān)系避免干擾。這就像雙絞線一樣。這樣一是避免了2個子載波間的干擾，在下一個子載波間也有了一定的間隔距離。解釋下什么是正交就是兩個波形正好差半個周期。多個窄帶子載波，并使其相耳珊交，任一個子載波都可以單獨或成組地傳輸獨立的信息流;OFDMA技術(shù)則利用有效帶寬的細(xì)分在多用戶間共享子載波。多載波的有點有以下幾個方面1)可以在不改變系統(tǒng)基本參數(shù)或設(shè)備設(shè)計的情況下使用不同的頻譜帶寬。頻譜利用率高。就是一個能當(dāng)兩個用2)可變帶寬的傳輸資源可以在頻域內(nèi)自由調(diào)度，分配給不同的用戶。3)為軟頻率復(fù)用和小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)提供便利。2.1.3OFDM技術(shù)的發(fā)展OFDM這種技術(shù)是HPA聯(lián)盟（HomePlugPowerlineAlliance）工業(yè)規(guī)范的基礎(chǔ)，它采用一種不連續(xù)的多音調(diào)技術(shù)，將被稱為載波的不同頻率中的大量信號合并成單一的信號，從而完成信號傳送。由于這種技術(shù)具有在雜波干擾下傳送信號的能力，因此常常會被利用在容易受外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質(zhì)中。其實，OFDM并不是如今發(fā)展起來的新技術(shù)，OFDM技術(shù)的應(yīng)用已有近40年的歷史，主要用于軍用的無線高頻通信系統(tǒng)。但是，一個OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，從而限制了其進一步推廣。直到上世紀(jì)70年代，人們采用離散傅立葉變換來實現(xiàn)多個載波的調(diào)制，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得OFDM技術(shù)更趨于實用化。80年代，人們研究如何將OFDM技術(shù)應(yīng)用于高速MODEM。進入90年代以來，OFDM技術(shù)的研究深入到無線調(diào)頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸。目前OFDM技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻、視頻領(lǐng)域和民用通信系統(tǒng)，主要的應(yīng)用包括：非對稱的數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）、ETSI標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻廣播（DAB）、數(shù)字視頻廣播（DVB）、高清晰度電視（HDTV）、無線局域網(wǎng)（WLAN）等。在向B3G/4G演進的過程中，OFDM是關(guān)鍵的技術(shù)之一，可以結(jié)合分集，時空編碼，干擾和信道間干擾抑制以及智能天線技術(shù)，最大限度的提高了系統(tǒng)性能。包括以下類型：V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多帶-OFDM。OFDM中的各個載波是相互正交的，每個載波在一個符號時間內(nèi)有整數(shù)個載波周期，每個載波的頻譜零點和相鄰載波的零點重疊，這樣便減小了載波間的干擾。由于載波間有部分重疊，所以它比傳統(tǒng)的FDMA提高了頻帶利用率。在OFDM傳播過程中，高速信息數(shù)據(jù)流通過串并變換，分配到速率相對較低的若干子信道中傳輸，每個子信道中的符號周期相對增加，這樣可減少因無線信道多徑時延擴展所產(chǎn)生的時間彌散性對系統(tǒng)造成的碼間干擾。另外，由于引入保護間隔，在保護間隔大于最大多徑時延擴展的情況下，可以最大限度地消除多徑帶來的符號間干擾。如果用循環(huán)前綴作為保護間隔，還可避免多徑帶來的信道間干擾。HYPERLINK2.2OFDM與CDMA等技術(shù)比較說到OFDM技術(shù)，一般都會提及到CDMA技術(shù)做比較。OFDM技術(shù)的出現(xiàn)，其實應(yīng)該是早于CDMA技術(shù)的，只是當(dāng)時受到了硬件的局限，讓OFDM技術(shù)顯得有點不合實際，所以才會基于當(dāng)時的硬件發(fā)展?fàn)顩r，發(fā)展出CDMA技術(shù)。移動通信系統(tǒng)中常見的多址技術(shù)包括頻分多址（FrequencyDivisionMultipleAccess，、FDMA）、時分多址（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA）、碼分多址（CodeDivisionMultipleAccess，CDMA）、空分多址（SpaceDivisionMultipleAccess，SDMA）。FDMA是以不同的頻率信道實現(xiàn)通信。TDMA是以不同的時隙實現(xiàn)通信。CDMA是以不同的代碼序列來實現(xiàn)通信的。SDMA是以不同方位信息實現(xiàn)多址通信。頻分多址時分多址碼分多址正交頻分多址OFDM將傳輸頻寬分割成多個窄頻寬的子通道，同時使用多個載波來載送訊息，由于訊息資料被平均分配于各個子通道同時傳送，有效降低每個子通道之實質(zhì)資料量與傳送速率，因而具有良好頻譜使用效率及絕佳多重路徑損耗(multipathfading)之免疫力。CDMA是一種分碼多工擴頻(SpreadSpectrum)技術(shù)，將原始窄頻訊息以擬真雜訊亂碼(Pseudorandomnoisecode)擴展成寬頻訊號，所有使用者資訊在同一頻道同時收送資料，因而有效的增進頻譜使用效益。更由于將傳送訊息隱藏于雜訊中，故具備高隱密性，不易被偵搜之特性。

對于單蜂窩或多蜂窩的環(huán)境,OFDM性能遠優(yōu)于CDMA。在單蜂窩的環(huán)境下，OFDM可允許同時通話的用戶數(shù)為CDMA的2至10倍。對于多蜂窩環(huán)境，OFDM可允許同時通話的用戶數(shù)為CDMA的0.7至4倍。OFDM和CDMA在用戶容量上的差異主要在于是否使用了蜂窩分區(qū)（cellsectorization）和語音激活檢測技術(shù)（voiceactivitydetection）。如：用1.25MHz的帶寬和19.5kbit/s的用戶數(shù)據(jù)率時，CDMA在單蜂窩系統(tǒng)中性能較差，在每個蜂窩（cell）中僅允許7～16個用戶同時通話,而對于OFDM系統(tǒng)則可以達到128個用戶。這種CDMA的低蜂窩容量是由于在反向傳輸鏈接中使用非正交碼導(dǎo)致了較高的用戶間干擾造成的。CDMA技術(shù)是基于擴頻通信理論的調(diào)制和多址連接技術(shù)。OFDM技術(shù)屬于多載波調(diào)制技術(shù)，它的基本思想是將信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調(diào)制，并且各個子載波并行傳輸。OFDM和CDMA技術(shù)各有利弊。CDMA具有眾所周知的優(yōu)點，而采用多種新技術(shù)的OFDM也表現(xiàn)出了良好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可擴展性、更高的頻譜利用率、更靈活的調(diào)制方式和抗多徑干擾能力。下面主要從調(diào)制技術(shù)、峰均功率比、抗窄帶干擾能力等角度分析這兩種技術(shù)在性能上的具體差異。CDMA技術(shù)是基于擴頻通信理論的調(diào)制和多址連接技術(shù)。OFDM技術(shù)屬于多載波調(diào)制技術(shù)，它的基本思想是將信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調(diào)制，并且各個子載波并行傳輸。OFDM和CDMA技術(shù)各有利弊。CDMA具有眾所周知的優(yōu)點，而采用多種新技術(shù)的OFDM也表現(xiàn)出了良好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可擴展性、更高的頻譜利用率、更靈活的調(diào)制方式和抗多徑干擾能力。下面主要從調(diào)制技術(shù)、峰均功率比、抗窄帶干擾能力等角度分析這兩種技術(shù)在性能上的具體差異。——調(diào)制技術(shù)。一般來說，無線系統(tǒng)中頻譜效率可以通過采用16QAM（正交幅度調(diào)制）、64QAM乃至更高階的調(diào)制方式得到提高，而且一個好的通信系統(tǒng)應(yīng)該在頻譜效率和誤碼率之間獲得最佳平衡。在CDMA系統(tǒng)中，下行鏈路可支持多種調(diào)制，但每條鏈路的符號調(diào)制方式必須相同，而上行鏈路卻不支持多種調(diào)制，這就使得CDMA系統(tǒng)喪失了一定的靈活性。并且，在這種非正交的鏈路中，采用高階調(diào)制方式的用戶必將會對采用低階調(diào)制的用戶產(chǎn)生很大的噪聲干擾。在OFDM系統(tǒng)中，每條鏈路都可以獨立調(diào)制，因而該系統(tǒng)不論在上行還是在下行鏈路上都可以容易地同時容納多種混合調(diào)制方式。這就可以引入“自適應(yīng)調(diào)制”的概念。它增加了系統(tǒng)的靈活性，例如，在信道好的條件下終端可以采用較高階的如64QAM調(diào)制以獲得最大頻譜效率，而在信道條件變差時可以選擇QPSK（四相移相鍵控）調(diào)制等低階調(diào)制來確保信噪比。這樣，系統(tǒng)就可以在頻譜利用率和誤碼率之間取得最佳平衡。此外，雖然信道間干擾限制了某條特定鏈路的調(diào)制方式，但這一點可以通過網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃和無線資源管理等手段來解決?！寰β时龋≒APR）。這也是設(shè)備商們應(yīng)該考慮的一個重要因素。因為PAPR過高會使得發(fā)送端對功率放大器的線性要求很高，這就意味著要提供額外功率、電池備份和擴大設(shè)備的尺寸，進而增加基站和用戶設(shè)備的成本。CDMA系統(tǒng)的PAPR一般在5～11dB，并會隨著數(shù)據(jù)速率和使用碼數(shù)的增加而增加。目前已有很多技術(shù)可以降低CDMA的PAPR。在OFDM系統(tǒng)中，由于信號包絡(luò)的不恒定性，使得該系統(tǒng)對非線性很敏感。如果沒有改善非線性敏感性的措施，OFDM技術(shù)將不能用于使用電池的傳輸系統(tǒng)和手機等。目前有很多技術(shù)可以降低OFDM的PAPR?！拐瓗Ц蓴_能力。CDMA的最大優(yōu)勢就表現(xiàn)在其抗窄帶干擾能力方面。因為干擾只影響整個擴頻信號的一小部分；而OFDM中窄帶干擾也只影響其頻段的一小部分，而且系統(tǒng)可以不使用受到干擾的部分頻段，或者采用前向糾錯和使用較低階調(diào)制等手段來解決?！苟鄰礁蓴_能力。在無線信道中，多徑傳播效應(yīng)造成接收信號相互重疊，產(chǎn)生信號波形間的相互干擾，使接收端判斷錯誤。這會嚴(yán)重地影響信號傳輸?shù)馁|(zhì)量。為了抵消這種信號自干擾，CDMA接收機采用了RAKE分集接收技術(shù)來區(qū)分和綁定多路信號能量。為了減少干擾源，RAKE接收機提供一些分集增益。然而由于多路信號能量不相等，試驗證明，如果路徑數(shù)超過7或8條，這種信號能量的分散將使得信道估計精確度降低，RAKE的接收性能下降就會很快。OFDM技術(shù)與RAKE接收的思路不同，它是將待發(fā)送的信息碼元通過串并變換，降低速率，從而增大碼元周期，以削弱多徑干擾的影響。同時它使用循環(huán)前綴（CP）作為保護間隔，大大減少甚至消除了碼間干擾，并且保證了各信道間的正交性，從而大大減少了信道間干擾。當(dāng)然，這樣做也付出了帶寬的代價，并帶來了能量損失：CP越長，能量損失就越大?！β士刂萍夹g(shù)。在CDMA系統(tǒng)中，功率控制技術(shù)是解決遠近效應(yīng)的重要方法，而且功率控制的有效性決定了網(wǎng)絡(luò)的容量。相對來說功率控制不是OFDM系統(tǒng)的基本需求。OFDM系統(tǒng)引入功率控制的目的是最小化信道間干擾。——網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。由于CDMA本身的技術(shù)特性，CDMA系統(tǒng)的頻率規(guī)劃問題不很突出，但卻面臨著碼的設(shè)計規(guī)劃問題。OFDM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的最基本目的是減少信道間的干擾。由于這種規(guī)劃是基于頻率分配的，設(shè)計者只要預(yù)留些頻段就可以解決小區(qū)分裂的問題。——均衡技術(shù)。均衡技術(shù)可以補償時分信道中由于多徑效應(yīng)而產(chǎn)生的ISI。在CDMA系統(tǒng)中，信道帶寬遠遠大于信道的平坦衰落帶寬。由于擴頻碼自身良好的自相關(guān)性，使得在無線信道傳輸中的時延擴展可以被看作只是被傳信號的再次傳送。如果這些多徑信號相互間的延時超過一個碼片的長度，就可被RAKE接收端視為非相關(guān)的噪聲，而不再需要均衡。對OFDM系統(tǒng)，在一般的衰落環(huán)境下，均衡不是改善系統(tǒng)性能的有效方法，因為均衡的實質(zhì)是補償多徑信道特性。而OFDM技術(shù)本身已經(jīng)利用了多徑信道的分集特性，因此該系統(tǒng)一般不必再作均衡。HYPERLINK第三課LTE關(guān)鍵技術(shù)之OFDM和MIMO3.1概述LTE是LongTermEvolution,大多數(shù)資料也都有介紹，是3G伙伴組織3GPP牽頭制定的第四代移動通信技術(shù)。我這里特別要指出的是LTE是一個站在巨人肩膀上的技術(shù)，借鑒了很多其它通信技術(shù)的優(yōu)點，如OFDM和MIMO都是借鑒的Wimax，HARQ是借鑒的CDMA,所以通信技術(shù)發(fā)展到LTE算是一個集大成者，另外隨著3GPP2沒落和高通宣布CDMA支持LTE的演進，LTE可以說將來有一統(tǒng)通信技術(shù)的趨勢。3.1背景簡述在講LTE關(guān)鍵技術(shù)之前先講講影響通信速率的關(guān)鍵點吧，大家都知道通信技術(shù)越發(fā)展速率越快，可是到底是哪些技術(shù)促成了速率的提升呢？下面我寫一個公式:C=BxV在這里，C表示為速率，B是帶寬，V是每Hz的速率，通過這個公式我們可以發(fā)現(xiàn)，如果想提高網(wǎng)絡(luò)的速度有2個方法，一個是增加帶寬，一個是增加頻帶利用率。那么LTE是如何在這兩方面進行實現(xiàn)的呢？首先講講增加帶寬，這個技術(shù)說起來簡單但是實際上是非常復(fù)雜的，也是直接導(dǎo)致CDMA技術(shù)在4G被pass的原因之一。如果將一個通信技術(shù)的頻譜從1.25MHz擴展到20MHz，要面臨很多的問題，第一個是多載波的聚合，舉個例子，你原來只需要管理個單車道，現(xiàn)在突然給你個100車道，第一個就是協(xié)調(diào)問題，要保證不亂，其次調(diào)度問題，要保證高效，所以復(fù)雜程度大大的增加，其次是頻譜特性問題，那有的人會問，干嘛要多載波聚合，直接一個載波不行了么？如果你真的搞一個20Mhz的載波，跨度那么大，頻率特性就很難兼顧，包括傳播特性，擴頻效率等，另外包太大的話調(diào)度的精度也受影響，因此LTE選擇了含正交子載波技術(shù)的OFDM技術(shù)來實現(xiàn)多增加帶寬。其次就是增加頻帶利用率，在這里簡單說明一下信道編碼的方式，信源要最終發(fā)射必須要經(jīng)過編碼和調(diào)制，編碼的作用是將前后的信息位建立聯(lián)系并最終保證糾錯，相當(dāng)于一種冗余，而調(diào)制的方式則是通過相位來區(qū)別更多的符號，相當(dāng)于一種壓縮，那么高效的編碼和高階的調(diào)制無疑會增加頻譜利用率，在這點上LTE并沒有多大進步，和3G一樣，最高速率用的是turbo編碼和64QAM調(diào)制技術(shù)，但是LTE支持MIMO也是一種增加頻譜利用率的方式。所以，LTE速率的提升關(guān)鍵就在于OFDM和MIMO這兩個技術(shù)，下面先重點講解這兩個技術(shù)。3.1LTE關(guān)鍵技術(shù)3.1.1OFDM（orthogonalfrequentlydivisionmultiplexing）正交頻分復(fù)用OFDM原理很簡單，就是將大的頻譜分為若干小的子載波，各相鄰子載波相互重疊，相鄰子載波互相正交（通過傅里葉變實現(xiàn)），從而使其重疊但不干擾。然后將串行數(shù)據(jù)映射到子載波上傳輸，實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度。

圖1OFDM由上圖可以看出，OFDM和傳統(tǒng)的FDM多載波調(diào)制技術(shù)的區(qū)別，傳統(tǒng)的多載波是分開的，載波之間要有保護間隔，而OFDM則是重疊在一起的，最大的一個好處就是節(jié)省了帶寬，同時OFDM是統(tǒng)一調(diào)度，而傳統(tǒng)的FDM是子載波分別調(diào)度，效率是不一樣的。同時OFDM的子載波也不同于傳統(tǒng)的載波，他非常小，小于信道相干帶寬，這樣的好處是可以克服頻率選擇性衰落，舉個例子，1hz和1.1hz之間的無線特性幾乎一樣，而1hz和101hz之間的無線特性就差別大了，帶寬越小，衰落越一致，同理一個OFDM符號的時間也是很小的，小于相干時間可以克服時間選擇性衰落，等效為一個線性時不變系統(tǒng)。而對于OFDM來說，最難的還是在于如何保證各個子載波間的正交，其重要的一點就是利用了快速傅里葉變換，還有就是近代芯片運算能力的增加。傅里葉變換本身很復(fù)雜（LTE用的是快速傅里葉變換，簡單了很多），下面是個簡化版的公式由于是簡化版的，所以這個公式的版本還有很多，表明意思即可，看公式只有當(dāng)m和n相等時才會得出1，m和n不等的話就是0。這就是正交的自相關(guān)性，也就是只有自己才能解出自己，別人不行，這點很重要。下面舉個例子，例如信息A在子載波m上傳遞，信息B在n上傳遞，那么當(dāng)子載波重疊后，我要將A取出怎么辦？可以計算下。由于A在m子載波上，所以我用去取A，都積分也就是A的m載波和m載波自相關(guān)，所以=1，而B的n載波和m載波完全不想關(guān)，所以=0。從而保證了各個子載波雖然重疊但是不會互相干擾。OFDM有很多優(yōu)點，但是也有其不可克服的缺點，如由于一個OFDM符號時間和頻率都很小所以對頻偏比較敏感，還有由于信號重疊厲害就會需要克服較大的峰均比PARA。3.1.2OFDMA正交頻分多址OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccessOFDM是一種頻分技術(shù)，而OFDMA則是利用這種頻分技術(shù)而實現(xiàn)的多址技術(shù)，很多人會搞混，舉個例子說，OFDM像是數(shù)字，而OFDMA是學(xué)號，利用學(xué)好可以區(qū)分學(xué)生，但是實際講述的時候還是很難分開講，因為OFDMA就是基于OFDM。嚴(yán)格的是OFDMA=OFDM+FDMA+TDMA從而實現(xiàn)區(qū)分用戶的目的OFDMA要實現(xiàn)主要有2點1、將高速串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為并行，實現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換，必須為并行能進行傅里葉變換。2、將每一路調(diào)制到各個子載波上，子載波在經(jīng)過快速傅里葉變換FFT（或者IFFT）實現(xiàn)互相正交。圖2OFDM發(fā)射圖OFDMA繼承了OFDM的特點，具有隨著帶寬的增加，OFDMA信號仍能保持正交的特點，而CDMA則會因為多載波多徑而失去正交。同時OFDMA可以輕松實現(xiàn)頻域調(diào)度，避免了傳統(tǒng)FDMA技術(shù)的調(diào)度和協(xié)調(diào)難題，還有就是更加支持MIMO。尤其是OFDMA對頻譜的支持多樣，現(xiàn)網(wǎng)是支持6種帶寬，如下圖，可以根據(jù)實際需要靈活使用。圖3支持帶寬另外，OFDMA在實際應(yīng)用中分為集中式和分布式，如圖4，集中式會將連續(xù)的子載波都分給1個用戶，而分布式則是交叉分布，各有優(yōu)缺點，但是現(xiàn)網(wǎng)多用集中式，調(diào)度起來簡單效率高。圖4子載波分配方式其實OFDM還有很多東西要講，也很復(fù)雜，但是我個人認(rèn)為大家只需要理解精髓就可以了，OFDM技術(shù)在我們LTE中最重要的一點就是可以快速的實現(xiàn)子載波的正交。注：LTE上行的技術(shù)是SC-FDMA，很多人說不是OFDM，其實就是理解錯了，因為SC-FDMA字面理解是單載波頻分多址，實際上就是在OFDM之前增加了一步，DFT擴頻，模擬出一個單載波，由于單載波可以克服OFDMA多子載波造成的峰均比問題，所以對于功放能力較差的手機來說也是一種變通的做法。3.1.3CP（cyclicprefix）循環(huán)前綴在上面的圖2，在并串轉(zhuǎn)換后需要插入一個CP，那么CP的作用是干嘛用的呢。眾所周知，信號在空間的傳遞是會經(jīng)過反射和折射的，那么一路信號到達接收端會變成幾路，這幾路會存在時延導(dǎo)致互相干擾，如圖5圖5多徑導(dǎo)致符號間干擾上面就是典型的多徑導(dǎo)致符號間干擾，由于第2徑的第一個信號延遲，一部分落到第1徑的第二個符號上，導(dǎo)致第二個符號正交性破壞從而失去正交性無法解調(diào)出來。為了避免這種狀況，就設(shè)計了保護間隔出來，在每個信號之前增加一個間隔，只要時延小于間隔就不會互相影響，如圖6圖6加入保護間隔加入了保護間隔后，雖然第2徑第一個信號延遲了，但是剛好落入第1徑的第二個符號的保護間隔內(nèi)，在解調(diào)時會隨著CP一起拋棄，不會干擾到第二個符號，但是上圖有個問題，就是第2徑的第二個符號的保護間隔落入了第1徑的第二個符號內(nèi)，會不會產(chǎn)生干擾呢？答案是肯定的，因為保護間隔本身也不是正交的，那么解決的辦法就是采用CP，循環(huán)前綴。圖7CP所謂循環(huán)前綴CP的意思就是我這個保護間隔不用傳統(tǒng)的全0，而是用我自身的一部分，如圖7，將符號的最后一部分拿出來放到前面當(dāng)保護間隔，就是CP。由于保護間隔是信號的一部分，所以不會破壞符號本身的正交性，是一種非常聰明的做法。由于基站覆蓋的距離遠近不同，多徑延遲也不同，所以CP也分3種。常規(guī)，擴展和超長擴展，應(yīng)用范圍也不同。圖8cp長度一般來說超長擴展除非在海邊等特殊場景其它地方是用不到的，所以常見的就常規(guī)和擴展2種，CP的長度也會影響物理層資源塊的大小，間接影響速率。（以目前移動LTE實驗網(wǎng)的密度，我估計只有常規(guī)CP就行了）3.1.4MIMO(Multiple-InputMultiple-Out-put)系統(tǒng)MIMO技術(shù)可以說是4G必備的技術(shù)，無論哪種4G制式都會用，原理是通過收發(fā)端的多天線技術(shù)來實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的傳輸，從而增加速率。MIMO大致可以分為3類，空間分集，空間復(fù)用和波束賦形。有的資料加了一個多用戶MIMO，其實就是單用戶的一個引申。1、空間分集（發(fā)射分集、傳輸分集）利用較大間距的天線陣元之間或賦形波束之間的不相關(guān)性，發(fā)射或接收一個數(shù)據(jù)流，避免單個信道衰落對整個鏈路的影響。其實很簡單，看圖就明白了。圖9空間分集其實說白了，就是2跟天線傳輸同一個數(shù)據(jù)，但是2個天線上的數(shù)據(jù)互為共軛，一個數(shù)據(jù)傳2遍，有分集增益，保證數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確傳輸。2、空間復(fù)用（空分復(fù)用）利用較大間距的天線陣元之間或賦形波束之間的不相關(guān)性，向一個終端/基站并行發(fā)射多個數(shù)據(jù)流，以提高鏈路容量（峰值速率）。圖10空間復(fù)用如果上一個技術(shù)是增加可靠性，這個技術(shù)就是增加峰值速率，2個天線傳輸2個不同的數(shù)據(jù)流，相當(dāng)于速率增加了一倍，當(dāng)然，必須要在無線環(huán)境好的情況下才行。另外注意一點，采用空間復(fù)用并不是天線多了就行，還要保證天線之間相關(guān)性低才行，否則會導(dǎo)致無法解出2路數(shù)據(jù)，直說大家理解不了，可以通過數(shù)學(xué)公式來闡明。假設(shè)收發(fā)雙方是MIMO2*2，如圖11圖11例子那么UE側(cè)的計算公式是由于是UE接收，所以y1和y2都知道，h和n是天線的相關(guān)特性也都知道，求x。假如天線的相關(guān)性較高，h11和h21相等，h12和h22相等，或者等比例，那么這個公式就無解。如是一個二元一次方程，由于上下兩個方程成比例，所以無法解出x1和x2的。也就無法使用空間復(fù)用，因為這兩根天線相關(guān)性太高了，如果想解決的話，可以增加天線的間隔從而使h不成比例，一般建議大于4倍波長，具體要看天線說明。3、波束賦形利用較小間距的天線陣元之間的相關(guān)性，通過陣元發(fā)射的波之間形成干涉，集中能量于某個（或某些）特定方向上，形成波束，從而實現(xiàn)更大的覆蓋和干擾抑制效果。圖12各種波束賦形上面是單播波束賦形，波束賦形多址和多播波束賦形，通過判斷UE位置進行定向發(fā)射，提高傳輸可靠性。這個在TD-SCDMA上已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用。而至于多用戶MU-MIMO，實際上是將兩個UE認(rèn)為是一個邏輯終端的不同天線，其原理和單用戶的差不多，但是采用MU-MIMO有個很重要的限制條件，就是這2個UE信道必須正交，否則解不出來。這個在用戶較多的場景還行，用戶少了的話很難找到。（也有中說法只要相關(guān)性弱就行）4、LTEr8版本中的MIMO分類目前的R8版本主要分了7類MIMO，具體現(xiàn)網(wǎng)中使用哪種需要網(wǎng)優(yōu)人員結(jié)合實際情況去設(shè)置相關(guān)的門限和條件。下面列出這7類分別講解下原理和適用場景。（1）單天線傳輸，也是基礎(chǔ)模式，兼容單天線ue。（2）不同模式在不同天線上傳輸同一個數(shù)據(jù)，適用于覆蓋邊緣。（3）開環(huán)空分復(fù)用，無需用戶反饋，不同天線傳輸不同的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于速率增加一倍，適用于覆蓋較好區(qū)域（4）同上，只不過增加了用戶反饋，對無線環(huán)境的變化更敏感（5）多個天線傳輸給多個用戶，如果用戶較多且每個用戶數(shù)據(jù)量不大的話可以采用，增加小區(qū)吞吐量。（6）閉環(huán)波束賦形一種，基于碼本的（預(yù)先設(shè)置好），預(yù)編碼矩陣是在接收端終端獲得，并反饋PMI，由于有反饋所以可以形成閉環(huán)。（7）無需碼本的波束賦形，適用于TDD，由于TDD上下行是在同一頻點，所以可以根據(jù)上行推斷出下行，無需碼本和反饋，F(xiàn)DD由于上下行不同頻點所以不能使用。5、上行MIMO技術(shù)由于我的資料都是R8版本的，所以截止到R8版本，上行支持MU-MIMO,但是上行天線只支持1發(fā)，也就是1x2和1x4，可以采用最高階的64qam調(diào)制。小結(jié)：OFDM和MIMO雖然不是LTE最先采用但是確是LTE精髓所在，如果你能理解的話就有一定編碼的知識就會知道為何LTE能夠?qū)崿F(xiàn)那么高的速率了。3.2為什么OFDM系統(tǒng)比CDMA系統(tǒng)更容易與MIMO技術(shù)結(jié)合？MIMO技術(shù)的關(guān)鍵是有效避免天線之間的干擾，以區(qū)分多個并行數(shù)據(jù)流。眾所周知，在水平衰落信道中可以實現(xiàn)更簡單的MIMO接收。而在頻率選擇性信道中，由于天線間干擾和符號間干擾混合在一起，很難將MIMO接收和信道均衡分開處理。如果采用將MIMO接收和信道均衡混合處理的MIMO接收均衡的技術(shù)，則接收機會比較復(fù)雜。因此，由于每個OFDM子載波內(nèi)的信道(帶寬只有15KHz)可看作水平衰落信道，MIMO系統(tǒng)帶來的額外復(fù)雜度可以控制在較低的水平（隨天線數(shù)量呈線性增加）。相對而言，單載波MIMO系統(tǒng)的復(fù)雜度與天線數(shù)量和多徑數(shù)量的乘積的冪成正比，很不利于MIMO技術(shù)的應(yīng)用。MIMO系統(tǒng)在一定程度上可以利用傳播中多徑分量，也就是說MIMO可以抗多徑衰落，但是對于頻率選擇性深衰落，MIMO系統(tǒng)依然是無能為力。目前解決MIMO系統(tǒng)中的頻率選擇性衰落的方案一般是利用均衡技術(shù)，還有一種是利用OFDM。4G需要極高頻譜利用率的技術(shù)，而OFDM提高頻譜利用率的作用畢竟是有限的，在OFDM的基礎(chǔ)上合理開發(fā)空間資源，也就是MIMO-OFDM，可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。另外ODFM由于碼率低和加入了時間保護間隔而具有極強的抗多徑干擾能力。由于多徑時延小于保護間隔，所以系統(tǒng)不受碼間干擾的困擾，這就允許單頻網(wǎng)絡(luò)（SFN）可以用于寬帶OFDM系統(tǒng)，依靠多天線來實現(xiàn)，即采用由大量低功率發(fā)射機組成的發(fā)射機陣列消除陰影效應(yīng)，來實現(xiàn)完全覆蓋。第四課LTE其他的關(guān)鍵技術(shù)4.1HARQ混合自動重傳4.1.1HARQ技術(shù)LTE中HARQ技術(shù)主要是系統(tǒng)端對編碼數(shù)據(jù)比特的選擇重傳以及終端對物理層重傳數(shù)據(jù)合并。在這里涉及到2個方面，一個就是自動重傳請求也就是ARQ技術(shù)，另外一個就是前向糾錯技術(shù)FEC。也可以這么說HARQ=ARQ+FECFEC是一種編碼技術(shù)，編碼的作用主要就是保證傳輸?shù)目煽啃?，具有自動糾錯的能力。舉個例子，如果我要傳輸信息0，我可以發(fā)0000，如果收到干擾變成了0001或者1000的話，F(xiàn)EC可以糾正為0000，從而增加了容錯率，而只發(fā)一個0的話一旦干擾成了1就會造成誤碼。而假如接收端收到的是1100，由于1和0一樣多所以，會認(rèn)為是錯碼，從而要求重傳，觸發(fā)ARQ。而ARQ技術(shù)則是收到信息后，會通過CRC校驗位進行校驗，如果發(fā)現(xiàn)錯誤了或者壓根就沒收到這個包會回NAK要求重傳，否則回ACK說明已經(jīng)收到了。4.1.2HARQ有兩種運行方式⑴跟蹤（Chase）或軟合并（SoftCombining）方式－即數(shù)據(jù)在重傳時，與初次發(fā)射時的數(shù)據(jù)相同；⑵遞增冗余(IncrementalRedundancy)方式－即重傳時的數(shù)據(jù)與發(fā)射的數(shù)據(jù)有所不同。后一種方式的性能要優(yōu)于第一種，但在接收端需要更大的內(nèi)存。終端的缺省內(nèi)存容量是根據(jù)終端所能支持的最大數(shù)據(jù)速率和軟合并方式設(shè)計的，因而在最大數(shù)據(jù)速率時，只可能使用軟合并方式。而在使用較低的數(shù)據(jù)速率傳輸數(shù)據(jù)時，兩種方式都可以使用。4.1.3HARQ流程下面是一個軟合并的流程圖圖HARQ流程從圖1看，ENB先發(fā)一個packet1給UE，UE沒有解調(diào)出來，回NAK給ENB。這時候ENB將packet1另外一部分發(fā)給UE，UE通過兩次發(fā)送的包進行軟合并，解出來回ACK，ENB收到后繼續(xù)發(fā)packet2。這里要的一點是，HARQ發(fā)端每發(fā)一個包都會開一個timer，如果timer到時了還沒有下一個包到來，ENB會認(rèn)為這是最后一個包，會發(fā)一個指示給UE，告訴它發(fā)完了，防止最后一個包丟失。而UE側(cè)也有計時器，回NAK后計時器開始，到時候如果還沒有收到重發(fā)的話就會放棄這個包，由上層進行糾錯。而且不同Qos的HARQ機制也不同，如VOIP之類的小時延業(yè)務(wù)，可能就會不要求上層重發(fā)，丟了就丟了，保證時延。最后再說說遞增冗余（IR）這種方式，第一次發(fā)和重發(fā)的內(nèi)容不同，那么是怎么不同呢？大致原理是信息在進入通信系統(tǒng)后會首先進行調(diào)制和編碼，經(jīng)過調(diào)制的信息相當(dāng)于壓縮過的，是比較小的信息，第一次會先發(fā)這個信息。而經(jīng)過編碼的信息是帶冗余的信息，如果第一次發(fā)送失敗的話第二次會將編碼后的信息發(fā)射出去，由于冗余信息有糾錯的功能，所以增加了重發(fā)的可靠性。4.1.4同步HARQ和異步HARQ同步HARQ：每個HARQ進程的時域位置被限制在預(yù)定義好的位置，這樣可以根據(jù)HARQ進程所在的子幀編號得到該HARQ進程的編號。同步HARQ不需要額外的信令指示HARQ進程號。異步HARQ：不限制HARQ進程的時域位置，一個HARQ進程可以在任何子幀。異步HARQ可以靈活的分配HARQ資源，但需要額外的信令指示每個HARQ進程所在的子幀?？梢愿鶕?jù)業(yè)務(wù)的不同選擇不同的方式。4.2AMC自適應(yīng)編碼4.2.1AMC自適應(yīng)編碼LTE支持BPSK、QPSK、16QAM和64QAM4種調(diào)制方式和卷積、turbo等編碼方式，自適應(yīng)編碼就是可以根據(jù)無線環(huán)境和數(shù)據(jù)本身的要求來自動選擇調(diào)制和編碼方式。早在3G的設(shè)計之初，設(shè)計人員就認(rèn)定足夠大的功率是保證高速傳輸根本，所以3G和4G都摒棄了之前通過功率控制方式來改善無線信道的做法，而采用了速率控制，也就是說既然功率無法改變，那么無線信道衰落了我怎么補償呢？就是通過不同的調(diào)制和解碼方式來適應(yīng)信道環(huán)境。改主動改變信道環(huán)境為去適應(yīng)信道環(huán)境。具體的流程如下圖圖AMC流程UE會周期性的測量無線信道，并上報CQI（信道質(zhì)量的信息反饋），PCI和RANK（步驟1）,其中CQI就是UE對無線環(huán)境的一個判斷，ENB會根據(jù)上報的CQI選擇相應(yīng)的調(diào)制和編碼方式，同時兼顧緩存中的數(shù)據(jù)量（步驟2和3），最后決定調(diào)制方式，HARQ，資源塊大小等發(fā)射給終端（步驟4和5）。下面就是不同的CQI和相對應(yīng)的調(diào)制、編碼方式，以及效率。圖CQI對應(yīng)編碼和調(diào)制方式從上圖看，雖然是自適應(yīng)編碼，但是實際上在R8版本的時候就規(guī)定了16種不同的編碼調(diào)制方式，根據(jù)UE上報的CQI來選擇，其中0是無效的，也就是當(dāng)前的無線環(huán)境無法傳輸數(shù)據(jù)，15是最好的，可以采用最高階的調(diào)制方式64QAM和最快的編方式，效率也最高。所以大家在優(yōu)化LTE的時候，可以通過統(tǒng)計CQI上報的數(shù)值來分析本地網(wǎng)無線環(huán)境如何，如果上報的CQI里14、15檔很少，那么說明網(wǎng)絡(luò)還需要進一步的優(yōu)化。4.3小區(qū)間干擾消除眾所周知，LTE是一個正交的系統(tǒng)，但是這個正交只限于小區(qū)內(nèi)，也就是小區(qū)內(nèi)所有的用戶正交，由于正交他們都不存在互相干擾，可是不同小區(qū)的用戶間呢？是否也存在干擾？答案很悲催，是肯定的，因為小區(qū)間的用戶互相不正交，且是同頻那么就會產(chǎn)生小區(qū)間的干擾。這個影響有多大呢，開過實驗網(wǎng)的同行介紹LTE網(wǎng)絡(luò)在邊緣的速度衰減很快，主要原因就是這個。那么怎么解決這個問題呢？下面介紹LTE的解決方法。4.3.1加擾加擾這個技術(shù)在2G時代就有了，主要的作用就是隨機化，例如用手機的ESN去異或信號，使其避免全0或者全1，增加解調(diào)的可靠性。在LTE中也是一樣，不同的小區(qū)用不同的加擾，如UEID和小區(qū)ID和時隙的起始位置。一般情況下加擾實在編碼之前，調(diào)制之后進行比特級別的加擾。而且不同的信道加擾的擾碼因素也不一樣，例如PDSCH/PUCCH/PUSCH用的是小區(qū)id，ueid和起始時隙位置，PMCH用的是MBSFNSID和起始時隙位置，PBCH/PDCCH/PCFICH/PHICH用的是小區(qū)id和起始時隙位置來做擾碼因素。在這里要說一下PHICH,他的加擾位置和前面的不同，是在調(diào)制之后，擴頻的時候加擾。通過加擾，小區(qū)間用戶的沖突可能性就會降低，舉個例子，1班和2班都有學(xué)號為1號的學(xué)生，在自己的班里絕對不會沖突，但是如果2個班的學(xué)生混在一起交作業(yè)，老師怎么區(qū)分那個是自己班的1號呢？如果用加擾的思想去解決，1班的學(xué)生交作業(yè)必須在學(xué)號前加上班號，那么1班的1號就是1#1,2班的1號就是2#1，這樣互相干擾的情況就能降低了。當(dāng)然這也是比較理想的情況，有很多情況是加擾后也會沖突，畢竟數(shù)據(jù)那么多，碰撞的機會也多，所以加擾只能隨機化干擾不能從根本上避免干擾。4.3.2跳頻還有一種隨機化解決干擾的方式就是跳頻，這個也是2G時代就有的技術(shù)了，通過跳頻避免了同一頻率上的干擾。目前LTE上下行都支持跳頻。這個技術(shù)很成熟了就不多說了，大多數(shù)信道都支持子幀內(nèi)的跳頻，PUSCH支持子幀間的跳頻。當(dāng)然缺點也是只能隨機化，不能從根本消除，這個很好理解，你們兩個用戶剛好都跳到同一個頻點上也沒辦法。4.3.3發(fā)射端波束賦形它的思想就是通過波束賦形技術(shù)的運用，提高目標(biāo)用戶的信號強度，同時主動降低干擾用戶方向的輻射能量（假如能判斷出干擾用戶的位置），此消彼長來解決小區(qū)間干擾。圖發(fā)射端波束賦形4.3.4IRC抑制強干擾技術(shù)當(dāng)接收端也是多天線的話，就可以利用多天線來降低用戶間干擾，其主要原理估計目標(biāo)基站和干擾基站的信號，通過對接收信號進行加權(quán)來抑制干擾。圖IRC需要說明的是，這個技術(shù)目前比較復(fù)雜，實際中應(yīng)用很少采用。4.3.5小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)基本思想就是以小區(qū)協(xié)調(diào)的方式對資源使用進行限制，包括限制時頻資源的可用性，或者限制功率資源可用性來是邊緣用戶得以區(qū)分。主要分為2種方式，頻率資源協(xié)調(diào)和功率資源協(xié)調(diào)。頻率資源協(xié)調(diào)：將頻率分為3份，保證邊緣用戶始終處于異頻的狀態(tài)，從而避免小區(qū)間干擾。如下圖圖頻率資源協(xié)調(diào)小區(qū)中間用戶全部使用頻率，而小區(qū)邊緣的用戶則只使用三分之一的頻率，從而是覆蓋邊界形成異頻。當(dāng)然，這樣做犧牲頻率資源，也犧牲了平均吞吐量但是保證了邊緣的吞吐量。這里有個問題，小區(qū)如何知道哪些用戶在邊緣呢？是通過ue上報的rsrp來判斷距離，從而指派相應(yīng)的頻率。功率資源協(xié)調(diào)：和上面的原理一樣，也是保證邊緣異頻，但是是通過功率來控制覆蓋實現(xiàn)。看以下圖圖功率資源協(xié)調(diào)每個小區(qū)都會在某一個頻率上加強功率，其余2個頻率上降低功率，從而使小區(qū)邊緣的頻率不同，實現(xiàn)異頻來解決干擾?；驹硗l率協(xié)調(diào)，它的好處是頻率資源得到了全部的使用，缺點是功率資源沒用完，浪費了。小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的技術(shù)是一種可以從根本上解決小區(qū)間干擾的方法，但是其對資源的浪費也是很明顯的，尤其是小區(qū)負(fù)載較低的時候。所以推薦的使用范圍是負(fù)載達到30%~70%的時候使用。上面說的都是靜態(tài)的，小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)還有動態(tài)的協(xié)調(diào)，通過ENB間的X2接口來交換過載指示信息（OI），進行小區(qū)間上行功率的控制，抑制干擾。需要說明的是靜態(tài)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)是不需要標(biāo)準(zhǔn)支持的，實現(xiàn)的話要廠家的支持。第五課LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5.13GPP系統(tǒng)架構(gòu)演進（SAE）3GPPR8（Release8）在提出LTE的同時，也提出了SAE（ServiceArchitectureEvolution系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)演進）的概念，SAE由演進分組核心網(wǎng)（EPCEvolvedPacketCore）和演進統(tǒng)一陸地?zé)o線接入網(wǎng)（E-UTRAN）兩大部分構(gòu)成。SAE采用了全IP的構(gòu)架，簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使之更加扁平，集成其他非3GPP的接入技術(shù)，能支持更加靈活的業(yè)務(wù)。該體系結(jié)構(gòu)將節(jié)點類型從以前的4種（NodeB，RNC，SGSN和GGSN）縮減到只有2種（eNodeB和GW）。所有接口均支持基于IP的協(xié)議，所有的業(yè)務(wù)，包括語言基于IP（VoIP）的數(shù)據(jù)連接，節(jié)約了運營商的成本。演進系統(tǒng)支持不同的IP版本，并支持沒有IP連接的終端的IP地址配置，在終端附著到網(wǎng)絡(luò)的初始接入階段就建立IP。演進分組核心網(wǎng)（EPC）提供通向外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（例如互聯(lián)網(wǎng)，公司局域網(wǎng)）和運營商業(yè)務(wù)（例如彩信，多媒體廣播與多播業(yè)務(wù)）的通道，支持多種不同接入技術(shù)（例如，EDGE，WCDMA，LTE，WLAN，CDMA2000等）之間的移動切換。演進統(tǒng)一陸地?zé)o線接入網(wǎng)（E-UTRAN）負(fù)責(zé)所有激活終端（例如傳送數(shù)據(jù)的終端）與無線相關(guān)的功能。終端直接接入無線網(wǎng)絡(luò)的演進基站（eNodeB），然后通過EPC獲得相應(yīng)的服務(wù)。EPC包括控制平面和用戶平面，移動性管理實體（MMS）是工作在控制平面的節(jié)點。用戶平面由兩個節(jié)點服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（P-GW）組成，分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（P-GW）是所有接入技術(shù)的通用錨點，為所有用戶提供一個穩(wěn)定的IP接入點，無論他們是在一種接入技術(shù)之內(nèi)移動，還是在多種接入技術(shù)之間移動。服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）是3GPP移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的錨點，負(fù)責(zé)接入eNodeB，為LTE接入用戶的移動提供服務(wù)。移動性管理實體功能與網(wǎng)關(guān)功能分離，即控制平面/用戶平面分離，有助于網(wǎng)絡(luò)部署、單個技術(shù)的演進以及全面靈活的擴容。SAE是一個同時支持GSM、WCDMA/HSPA和LTE技術(shù)的通用分組核心網(wǎng)，實現(xiàn)用戶在LTE系統(tǒng)和其他系統(tǒng)之間無縫移動，實現(xiàn)從3G到LTE的靈活遷移，也能夠集成采用基于客戶端和網(wǎng)絡(luò)的移動IP，WiMAX等的非3GPP接入技術(shù)。5.2LTE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整個LTE系統(tǒng)由演進型分組核心網(wǎng)（EvolvedPacketCore，EPC）、演進型基站（eNodeB）和用戶設(shè)備（UE）三部分組成，如圖1所示。其中，EPC負(fù)責(zé)核心網(wǎng)部分，EPC控制處理部分稱為MME，數(shù)據(jù)承載部分稱為SAEGateway(S-GW)；eNodeB負(fù)責(zé)接入網(wǎng)部分，也稱E-UTRAN；UE指用戶終端設(shè)備。圖1：LTE網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架eNodeB與EPC通過S1接口連接；eNodeB之間通過X2接口連接；eNodeB與UE之間通過Uu接口連接。與UMTS相比，由于NodeB和RNC融合為網(wǎng)元eNodeB，所以LTE少了Iub接口。X2接口類似于Iur接口，S1接口類似于Iu接口，但都有較大簡化。相應(yīng)的，其核心網(wǎng)和接入網(wǎng)的功能劃分也有所變化，如圖2所示：圖2核心網(wǎng)和接入網(wǎng)之間功能劃分MME的功能主要包括：尋呼消息發(fā)送；安全控制；Idle狀態(tài)的移動性管理；SAE承載管理；以及NAS信令的加密與完整性保護等。S‐GW的功能主要包括：數(shù)據(jù)的路由和傳輸，以及用戶面數(shù)據(jù)的加密。5.3LTE系統(tǒng)接口協(xié)議5.3.1空中接口協(xié)議棧空中接口是指終端和接入網(wǎng)之間的接口，通常也稱之為無線接口。無線接口協(xié)議主要是用來建立、重配置和釋放各種無線承載業(yè)務(wù)。無線接口協(xié)議棧根據(jù)用途分為用戶平面協(xié)議棧和控制平面協(xié)議棧。1、控制平面協(xié)議控制平面負(fù)責(zé)用戶無線資源的管理，無線連接的建立，業(yè)務(wù)的QoS保證和最終的資源釋放，如圖3所示：控制平面協(xié)議棧主要包括非接入層（Non‐AccessStratum，NAS）、無線資源控制子層（RadioResourceControl，RRC）、分組數(shù)據(jù)匯聚子層（PacketDateConvergenceProtocol，PDCP）、無線鏈路控制子層（RadioLinkControl，RLC）及媒體接入控制子層（MediaAccessControl，MAC）?？刂破矫娴闹饕δ苡缮蠈拥腞RC層和非接入子層（NAS）實現(xiàn)。NAS控制協(xié)議實體位于終端UE和移動管理實體MME內(nèi)，主要負(fù)責(zé)非接入層的管理和控制。實現(xiàn)的功能包括：EPC承載管理，鑒權(quán)，產(chǎn)生LTE‐IDLE狀態(tài)下的尋呼消息，移動性管理，安全控制等。RRC協(xié)議實體位于UE和eNodeB網(wǎng)絡(luò)實體內(nèi)，主要負(fù)責(zé)接入層的管理和控制，實現(xiàn)的功能包括：系統(tǒng)消息廣播，尋呼建立、管理、釋放，RRC連接管理，無線承載（RadioBearer，RB）管理，移動性功能，終端的測量和測量上報控制。PDCP、MAC和RLC的功能和在用戶平面協(xié)議實現(xiàn)的功能相同2、用戶平面協(xié)議用戶平面用于執(zhí)行無線接入承載業(yè)務(wù)，主要負(fù)責(zé)用戶發(fā)送和接收的所有信息的處理，如圖2‐4所示：圖4用戶平面協(xié)議棧用戶平面協(xié)議棧主要由MAC，RLC，PDCP三個子層構(gòu)成。PDCP主要任務(wù)是頭壓縮，用戶面數(shù)據(jù)加密。MAC子層實現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理相關(guān)的功能，包括信道管理與映射、數(shù)據(jù)包的封裝與解封裝，HARQ功能，數(shù)據(jù)調(diào)度，邏輯信道的優(yōu)先級管理等。RLC實現(xiàn)的功能包括數(shù)據(jù)包的封裝和解封裝，ARQ過程，數(shù)據(jù)的重排序和重復(fù)檢測，協(xié)議錯誤檢測和恢復(fù)等。3、S1接口協(xié)議棧3.1S1接口用戶平面S1用戶面接口（S1‐U）是指連接在eNodeB和S‐GW之間的接口。S1‐U接口提供eNodeB和S‐GW之間用戶平面協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ProtocolDateUnite，PDU）的非保障傳輸。S1接口用戶平面協(xié)議棧如圖2‐5所示。S1‐U的傳輸網(wǎng)絡(luò)層建立在IP層之上，UDP/IP協(xié)議之上采用GPRS用戶平面隧道協(xié)議（GPRSTunnelingProtocolforUserPlane，GTP‐U）來傳輸S‐GW和eNodeB之間的用戶平面PDU。圖5S1接口用戶平面（eNB-S-GW）3.2S1接口控制平面S1控制平面接口（S1‐MME）是指連接在eNodeB和MME之間的接口。S1控制平面接口如圖6所示。與用戶平面類似，傳輸網(wǎng)絡(luò)層建立在IP傳輸基礎(chǔ)上；不同之處在于IP層之上采用SCTP層來實現(xiàn)信令消息的可靠傳輸。應(yīng)用層協(xié)議?？蓞⒖糞1‐AP(S1應(yīng)用協(xié)議)。圖6S1接口控制平面（eNB-MME）在IP傳輸層，PDU的傳輸采用點對點方式。每個S1‐MME接口實例都關(guān)聯(lián)一個單獨的SCTP，與一對流指示標(biāo)記作用于S1‐MME公共處理流程中；只有很少的流指示標(biāo)記作用于S1‐MME專用處理流程中。MME分配的針對S1‐MME專用處理流程的MME通信上下文指示標(biāo)記，以及eNodeB分配的針對S1‐MME專用處理流程的eNodeB通信上下文指示標(biāo)記，都應(yīng)當(dāng)對特定UE的S1‐MME信令傳輸承載進行區(qū)分。通信上下文指示標(biāo)記在各自的S1‐AP消息中單獨傳送。3.3主要功能S1接口主要具備以下功能：（1）EPS承載服務(wù)管理功能，包括EPS承載的建立、修改和釋放。（2）S1接口UE上下文管理功能。（3）EMM‐CONNECTED狀態(tài)下針對UE的移動性管理功能。包括Intra‐LTE切換、Inter‐3GPP‐RAT切換。（4）S1接口尋呼功能。尋呼功能支持向UE注冊的所有跟蹤區(qū)域內(nèi)的小區(qū)中發(fā)送尋呼請求。基于服務(wù)MME中UE的移動性管理內(nèi)容中所包含的移動信息，尋呼請求將被發(fā)送到相關(guān)eNodeB。（5）NAS信令傳輸功能。提供UE與核心網(wǎng)之間非接入層的信令的透明傳輸。（6）S1接口管理功能。如錯誤指示、S1接口建立等。（7）網(wǎng)絡(luò)共享功能。（8）漫游與區(qū)域限制支持功能。（9）NAS節(jié)點選擇功能。（10）初始上下文建立功能。4、X2接口協(xié)議棧4.1X2接口用戶平面X2接口用戶平面提供eNodeB之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸功能。X2的用戶平面協(xié)議棧如圖2‐7所示，與S1‐UP協(xié)議棧類似，X2‐UP的傳輸網(wǎng)絡(luò)層基于IP傳輸，UDP/IP之上采用GTP‐U來傳輸eNodeB之間的用戶面PDU。圖7X2接口用戶面（eNB-eNB）4.2X2接口控制平面X2控制面接口(X2‐CP)定義為連接eNB之間接口的控制面。X2接口控制面的協(xié)議棧如圖8所示，傳輸網(wǎng)絡(luò)層是建立在SCTP上，SCTP是在IP上。應(yīng)用層的信令協(xié)議表示為X2‐AP(X2應(yīng)用協(xié)議)。圖8X2接口控制面每X2‐C接口含一個單一的SCTP并具有雙流標(biāo)識的應(yīng)用場景應(yīng)用X2‐C的一般流程。具有多對流標(biāo)識僅應(yīng)用于X2‐C的特定流程。源eNB為X2‐C的特定流程分配源eNB通信的上下文標(biāo)識，目標(biāo)eNB為X2‐C的特定流程分配目標(biāo)eNB通信的上下文標(biāo)識。這些上下文標(biāo)識用來區(qū)別UE特定的X2‐C信令傳輸承載。通信上下文標(biāo)識通過各自的X2‐AP消息傳輸。4.3主要功能X2‐AP協(xié)議主要支持以下功能：（1）支持UE在EMM‐CONNECTED狀態(tài)時的LTE接入系統(tǒng)內(nèi)的移動性管理功能。如在切換過程中由源eNB到目標(biāo)eNB的上下文傳輸；源eNB與目標(biāo)eNB之間用戶平面隧道的控制、切換取消等。（2）上行負(fù)載管理功能。（3）一般性的X2管理和錯誤處理功能，如錯誤指示等。第六課LTE的空中接口6.1LTE空中接口信道和映射關(guān)系6.1.1LTE空中接口1、概述空中接口是指終端與接入網(wǎng)之間的接口，簡稱Uu口，通常也成為無線接口。在LTE中，空中接口是終端和eNodeB之間的接口。空中接口協(xié)議主要是用來建立、重配置和釋放各種無線承載業(yè)務(wù)的?？罩薪涌谑且粋€完全開放的接口，只要遵守接口規(guī)范，不同制造商生產(chǎn)的設(shè)備就能夠互相通信?？罩薪涌趨f(xié)議棧主要分為三層兩面，三