LTE基础理解.doc

1. 系统消息汇总：

2. 各系统状态转移图

3. 核心网UE标识
用户标识
名称
来源
作用
IMSI
International Mobile Subscriber Identity
SIM卡
UE在首次ATTACH时需要携带IMSI信息，网络也可以通过身份识别流程要求UE上报IMSI参数
IMEI
International Mobile Equipment Identity
终端
国际移动台设备标识，唯一标识UE设备，用15个数字表示
IMEISV
IMEI and Software Version Number
终端
携带软件版本号的国际移动台设备标识，用16个数字表示
S-TMSI
SAE Temporary Mobile Station Identifier
MME产生并维护
SAE临时移动标识，由MME分配。与UMTS的P-TMSI格式类似，用于NAS交互中保护用户的IMSI
GUTI
Globally Unique Temporary Identifier
MME产生并维护
全球唯一临时标识，在网络中唯一标识UE，可以减少IMSI，IMEI等用户私有参数暴露在网络传输中.第一次attach时UE携带IMSI，而之后MME会将IMSI和GUTI进行一个对应，以后就一直用GUTI，通过attachaccept带给UE；TMSI信息是GUTI的一部分

4. RRC过程总结

5. 测量事件汇总
LTE系统内的同频/异频测量事件
异技术测量事件
–Event A1：服务小区测量值（RSRP或RSRQ）大于门限值
–Event B1：异技术邻小区信道质量大于门限
–Event A2：服务小区测量值（RSRP或RSRQ）小于门限值
–Event B2：服务小区信道质量小于门限1，同时异技术邻
–Event A3：邻小区测量值优于服务小区测量值一定门限值
小区信道质量大于门限2
–Event A4：邻小区测量值大于门限值

–Event A5：服务小区测量值小于门限1，同时邻小区信道质

量大于门限2

6. A3

7. 小区间干扰协调(ICIC)
小区间干扰原因
l 由于OFDMA/SC-FDMA本身固有的特点，即一个小区内所有UE使用的RB（Resource Block）彼此正交，所以小区内干扰很小。但由于频率复用因子为1，即所有小区都可以使用整个系统频带，导致小区间的干扰不可忽视。

ICIC分类
l 根据ICIC是否动态调整边缘频带资源，ICIC分为静态ICIC和动态ICIC。
l 根据ICIC的作用范围，分为下行ICIC和上行ICIC
l 下行静态ICIC包括如下过程。
l 网络规划时将每个小区的整个频带划分为边缘频带和中心频带，相邻小区的边缘频带互相正交。
l 根据负载评估的结果，下行ICIC判定是否阻塞RB。若阻塞部分中心频带的RB，则可以减少对邻区的干扰。
l 根据UE上报的RSRP和小区负载评估，调整用户类型。初始接入默认是CCU，初始切换进入默认是CEU。
l 下行静态ICIC向下行调度提供用户类型和频带信息，以及被阻塞RB的信息。下行调度为CCU在中心频带上分配资源，为CEU在边缘频带上分配资源。这样对邻区干扰较大的CEU被限制在互相正交的边缘频带上，减少了邻区干扰。
l 下行静态ICIC向下行功率控制提供用户类型。下行功率控制根据用户类型分别为CCU和CEU设定固定功率值。
8. 多天线支持
MIMO是LTE系统的重要技术，它是指在发送端和接收端同时采用多根天线。理论计算表明，信道容量随发送端和接收端最小天线数目线性增长，故MIMO模式下信道容量大于单天线模式下的信道容量。MIMO能够更好地利用空间维度的资源、提高频谱效率。使信号在空间获得阵列增益、分集增益、复用增益和干扰抵消增益等，从而获得更大的系统容量、更广的覆盖和更高的用户速率
9. 关于TM模式
1、什么是TM？
TM，Transmission mode，发射模式，代表下行信号的发射方式，是LTE中的一个重要术语。LTE的发射模式分为发射分集、MIMO、波束赋形等种类，还可以细分一些子类型。TM与LTE的天线类型密切相关。
在TS36.213中定义了各种发射模式，其中R8定义了7种，分别称为TM1~TM7，R9增加了一种TM8，R10又增加了一种TM9。
2、TM有哪些方式？
TM1：单发射天线SIMO
TM2：发射分集, 有时也可以看到TxD的提法。
TM3：开环MIMO（SU-MIMO）,有时也可以看到OLSM：Open Loop Spatial Multiplexing的提法。
TM4：闭环MIMO（SU-MIMO）,有时也可以看到CLSM：Close Loop Spatial Multiplexing的提法。
TM5：多用户MIMO（MU-MIMO）
TM6：单层的闭环MIMO（SU-MIMO）
TM7：单层波束赋形
TM8：双层波束赋形 ：R9
TM9：8层发射 ：R10

3、各个TM模式的特点
TM1就是目前传统的方式。
TM2需要两个功放，现在作为LTE的标准配置。发射分集的优点是可以改善边界的覆盖效果。
TM3也是LTE的标准配置，实现起来相对简单。MIMO的优点是可以提高合适区域内用户的速率，增加业务容量。
TM4的效果比TM3好（低速），但需要终端反馈，高速时不适用。目前TM4不作为必选方式。
TM5理论上效率最高，但是实际上很难实现，可能是水中月、镜中花。
TM6与TM4类似，不知道为什么要搞这样一种方式？关于TM6，由于其只有一层，因此不是空间复用，而是一种波束赋形。当然TM6的波束赋形与TM7不同，其波束的图样很少，而且需要反馈，比较适合FDD的场合。
TM7是TDD特有的方式，与TD-SCDMA接轨，因此也是TD-LTE测试中必选的。
TM8、TM9还在研发阶段。
4、TM的学习过程
TM是LTE中非常复杂的一部分内容， TM与中国的国情有关，就是8天线。在TD-LTE的试验网中，除了TM2、TM3，还引入了TM7，这个TM7，就是专门针对8天线的。
在学习过程中，主要的问题是各种术语，比如码字、码本、层、秩流，混淆在一起，给学习带来很大的麻烦。罗列一下遇到的问题：
1. 码字、码本都有一个码，是一回事吗？
2. 明明TM7英文是单层，翻译为单流；明明TM8英文是双层，翻译为双流。而流是不是码字呢？谁也不肯给个清晰的答案。
3. 发射分集、空间复用、波束赋形，对同一套天线而言是可以互相切换的吗？也就是TM模式之间能否切换？
4. 8天线与2天线的实现方法区别在哪里？
5. 控制信息与业务信息的发送方式差别在哪里？8天线与2天线有差异吗？
5、码本与码字有什么区别？
在LTE下行信号发射过程中，常遇到码本Codebook和码字Codeword，这两个术语尽管都有码，内容却相差十万八千里。
LTE中的码字与WCDMA中的码字没有半点关系，LTE中码字Codeword实际上应该是HSPA中的Dataflow的意思，也就是数据流。LTE最多可以处理两个数据流，也就是两个码字。这两个数据流是独立的，互不相关，从这个意义上说，与WCDMA中正交的码字倒是很相似。LTE的每个码字对应的数据流都有相应的反馈：CQI。
码本则是另外一回事，由于下行信号在发射前需要预编码，以适应多天线以及信道。为了减少终端的反馈量，LTE采用预先定义好的预编码矩阵。从这个意思上说，类似于HSPA中的CQI。终端通过PMI反馈码本信息。
6、层、秩、流有什么区别？
流、秩、层是LTE下行信号发射过程中常用的术语。
秩（Rank）是空间的维度，也就是空间的正交性。如果秩为1，代表只能传一路独立的信号；秩为2，代表能同时传两路独立的信号。秩实际上指的是信道传输矩阵，秩的数量小于等于天线端口的数量，也小于等于接收天线的数量。
通过秩可以得到层layer，秩=层，而在LTE中，把层翻译为流。因此，所谓TM8双流，其实英文中是Dual layer。
对于双极化2天线，最大的秩为2；对于双极化8天线，最大的秩还是2。当然，如果基站、终端都采用单极化的4天线，最大秩可以达到4。

10. 关于帧结构
1、TD-LTE的时间单位
与FDD不同，TD-LTE增加了一种时间单位：半帧，半帧等于5ms，包含5个子帧。半帧是为了与TD-SCDMA的5ms帧兼容，缺点是会增加一个特殊子帧，导致利用率下降。
目前的TD-LTE系统普遍基于半帧，因此半帧实际上成为TD-LTE的周期。
11. 关于LTE频率和频点的计算如下：

例如查询39#频段为F频段，40#为E频段。

如查询40#频段2350的频点号，

F*DL=2350；F*DL_LOW=2300；N*OFFS-DL=38650，

所以频点N*DL=（2350-2300）/0.1+38650=39150.

宏站
（1890-1880）*10+38250=38350
室分
（2360-2300）*10+38650=38950
目前我们现场实施的双模站点，频点还是延续TD的频率*5=频点的方式配置。
E-UTRA Operating Band
Downlink
Uplink
FDL_low [MHz]
NOffs-DL
Range of NDL
FUL_low [MHz]
NOffs-UL
Range of NUL
38（D频段）
2570
37750
37750 – 38249
2570
37750
37750 – 38249
39（F频段）
1880
38250
38250 – 38649
1880
38250
38250 – 38649
40（E频段）
2300
38650
38650 – 39649
2300
38650
38650 – 39649

目前LTE频段划分如下：

12. LTE系统信令流和数据流

13. 单个RE(子载波的计算)

以3158为类，12个PACH共96W，TDS与LTE各用40W(防止RRU满功率发射)，折合成单PACH为5W。故为37dbm。均分为1200个子载波，以及PB，故为9.2（1RE）

14. 发射分集、空间复用、单流、双流的区别
发射分集就是两个天线端口发射同样的数据，也就是说用户收到的数据理论增加3dB增益。（边缘用户适宜）
空间复用就是两个天线端口发射不同的数据，也就是说用户下载的速率会有所提高。
单流无法实现发射分集以及空间复用。而双流即可自适应选择TM模式。

15. 关于频段及频点
1、TD-LTE频段
根据规范 36.101的表5.5-1，TDD可用的频段从33到40号，有8个。其中国内目前可用的是No.38：2.57~2.62GHz，与欧洲相同；No.39：1.88~1.92GHz，这是国内TD-SCDMA的频段；No.40：2.3~2.4GHz，可全球漫游。
世博会时TD-LTE用的是室外No.38频段，室内No.40频段。
本次中国移动的TD-LTE试验网采用的还是室外No.38频段，室内No.40频段。
杭州移动TD-LTE目前使用的是No.39频段。
考虑到与TD-SCDMA的协调，国内No.38 频段现在称为D频段，No.40 频段现在称为E频段，No.39 频段现在称为F频段。

2、TD-LTE频点号是如何定义的？
TD-LTE的频点号称为EARFCN，也就是在ARFCN基础上做了改进。EARFCN与频率之间不再是直接对应，而是增加了一个偏置（起始值），以保证各个频段的EARFCN编号连续。参见TS36.101的Table 5.7.3-1。
FDD的EARFCN从0~35999，TDD的EARFCN从36000~65531。
目前国内使用的38频段，EARFCN的起始值为37750，频率的起始值为2.57GHz，每100kHz对应一个频点号。比如2.6GHz，对应的EARFCN就是37750+300=38050。
40频段，EARFCN的起始值为38650，频率的起始值为2.3GHz，每100kHz对应一个频点号。比如2.36GHz，对应的EARFCN就是38650+600=39250。
39频段，EARFCN的起始值为38250，频率的起始值为1.88GHz，每100kHz对应一个频点号。比如1.89GHz，对应的EARFCN就是38250+100=38350。
3、TD-LTE的最高下行速率如何计算？
3.1 计算方法
根据TD-LTE的帧结构，采用5ms的周期，最大是3个下行子帧+1个上行子帧，另外DwPTS也可以承载下行数据，最多是12个符号。
因此，5ms周期最多可以传3*14+12=54个符号，当使用20M带宽时，有1200个子载波，以最高效的64QAM计算，5ms周期内可传 54*1200*6=0.3888M比特的数据，也就是最高下行速率为77.76Mbps。注意，这是没有使用MIMO。使用MIMO后，最高下行速率为 155.52Mbps。
当然，大家都知道每个子帧控制信息都占用至少一个符号，因此业务数据最多可占用50个符号，也就是不使用MIMO，最高下行速率为72Mbps；使用MIMO后，最高下行速率为144Mbps。
这还只是粗略计算，因为参考信号以及同步信号都会占用符号的部分或全部，因此最终的最高下行速率低于144Mbps。据中兴宣称，其最高速率为130Mbps。
3.2 参考信号的占用情况与MIMO是否使用有关。
1. 没有MIMO，每个RB中会分布有8个参考信号，因为第一个符号已经用于控制部分，不用重复计算，因此会占用6个调制符号的位置，也就是每个子帧占用的比特数为：
6*6（64QAM）*4（3下+DwPTS）*100（RB数量）=14.4kb
而1秒有200个子帧，对应速率为2.88Mbps
2. 有MIMO，每个RB中会分布有16个参考信号，因为第一个符号已经用于控制部分，不用重复计算，因此会占用12个调制符号的位置，也就是每个子帧占用的比特数为：
12*6（64QAM）*2（MIMO）*4（3下+DwPTS）*100=57.6kb
对应速率为11.52Mbps。
这里有个地方不是很确定，就是DwPTS中参考信号的分布情况，但影响的数量应该不会很大。
3.3 考虑同步信号信道占用情况
同步信号只占用6个RB，因此每个子帧占用的比特数为：
2（主、从）*12（每RB子载波数）*6（64QAM）*4（3下+DwPTS）*6（RB数量）=3456b
对应速率为0.6912Mbps， 如果采用MIMO，对应速率为13824Mbps
因此，采用MIMO（2*2），其最高下行速率为：144-11.52-1.3824=131.0976bps，与中兴的结果非常接近。
修正为：
同步信号只占用6个RB，每个子帧一对。因此每个子帧占用的比特数为：
2（主、从）*12（每RB子载波数）*6（64QAM）*6（RB数量）=864b
对应速率为0.1728Mbps， 如果采用MIMO，对应速率为0.3456Mbps
因此，采用MIMO（2*2），其最高下行速率约为：144-11.52-0.3456=132 M bps，与中兴的结果非常接近。

3.4 带宽如果是20M，
用中心频段-起始频段+起始频点
3.5 DwPTS是否有数据业务开销？
现在确定DwPTS中也有参考信号，每个RB最多是6个，而且DwPTS的第一个符号也用于PDCCH。
目前DwPTS的配置是3、9和10个符号，根据TS36.306第7.1.7节规定，如果DwPTS只有3个符号，DwPTS中就不含PDSCH。附带说一句，目前UpPTS的配置是2个符号。
这样，5ms周期内业务数据最多可占用48个符号，最高下行毛速率为138.24Mbps，扣除同步等信号后，最高下行速率约为126Mbps。
4、如何计算LTE最高业务速率？
这里说的是FDD，相对TDD而言，FDD LTE的业务速率计算是比较简单的。有两种计算方法，一种是根据每个SB中符号的数量来算，一种是根据TB传输块的大小来算。
1.根据符号的数量
通常我们选10M带宽来计算，以最高64QAM为例，考虑MIMO情况。
FDD的计算单位是1个SB，也就是1ms。1个SB内包含14个符号，对应FDD的极限传输能力是14*12*6*50*2*1000=100.8Mbps。
14个符号中1~3个用于PDCCH，用于PDSCH的符号有11~13个。PDSCH下行最高毛速率为13*12*6*50*2*1000=93.6Mbps。
减去参考信号的开销后，PDSCH下行最高速率为86.4M bps。
再减去同步信号和广播信道（只占用6个RB的带宽的开销，PDSCH下行最高速率为85.7M bps。
上行的计算方法也是类似的，扣除参考信号的2个符号，毛速率为12*4*12*50*1000=28.8Mbps。
扣除PUCSH的开销，上行RB最多可分配48个RB，上行最高速率约27.6Mbps。
如果是20M带宽，简单的办法是上述结果乘以2，但实际上还要考虑TB传输块的大小。
2.根据TB传输块的大小
这种算法还考虑了LTE终端的类型。如果是第3类终端，一个TTI最大可接收TB传输块的大小为102048，对应最高下行速率102.048Mbps，当然这时候的带宽是20M；如果是第4类终端，一个TTI最大可接收TB传输块的大小为150752，对应最高下行速率150.0752Mbps。
16. 关于LTE小问题
1、LTE中CP详解
1.1 CP作用(其实本质上影响的是时延：多径时延和传播时延。 cp越长，传播时延容忍度越大，允许的传播时延越大，覆盖越大。)
应用OFDM的一个重要原因在于它可以有效地对抗多径时延扩展。通过把输入的数据流串并变换到N个并行的子信道上，使得每个调制子载波的数据符号周期可以扩大为原始数据符号周期的N倍，因此时延扩展与符号周期的比值也同样降低N倍。为了最大限度地消除符号间干扰(ISI)，还可以在每个OFDM符号之间插入保护间隔(Guard Interval,GI)}而且该保护间隔的长度一般要大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。在这段保护间隔内，可以不插入任何信号，即是一段空闲的传输时段。然而在这种情况下，由于多径传播的影响，会产生信道间干扰(ICI)，即子载波间的正交性遭到破坏，不同的子载波之间产生干扰。
为了消除由于多径传播所造成的ICI，一种有效的方法是将原来宽度为T的OFDM符号进行周期扩展，用扩展信号来填充保护间隔。将保护间隔内(持续时间用Tg表示)的信号称为循环前缀(Cyclic Prefix,CP )。循环前缀中的信号与OFDM符号尾部宽度为Tg的部分相同。 在实际系统中，OFDM符号在送入信道之前，首先要加入循环前缀，然后送入信道进行传送。在接收端，首先将接收符号开始的宽度为Tg的部分丢弃，然后将剩余的宽度为T的部分进行傅立叶变换，然后进行解调。在OFDM符号内加入循环前缀可以保证在一个FFT周期内，OFDM符号的时延副本所包含的波形周期个数也是整数，因此此时的时延对于每一个子载波来说只是相当于进行相位的旋转，这个旋转不会在解调过程中产生ICI。

1.2 常规CP与扩展CP
下行OFDM的CP长度有长短两种选择，分别为4.69 us（采用O.675 us子帧时为7.29us）和16.67us。短CP为基本选项，长CP可用于大范围小区或多小区广播。
短CP情况下一个子帧包含7个（采用0.675us子帧时为9个）OFDM符号；长CP情况下一个子帧包含6个（采用0.675us子帧时为8个）OFDM符号。上行由于采用单载波技术，子帧结构和下行不同。DFT-S-OFDM的一个子帧包含6个（采用0.675us子帧时为8个）“长块”和2个“短块”，长块主要用于传送数据，短块主要用于传送导频信号。
常规CP和扩展CP的区别对应正常覆盖小区和大覆盖小区，因为小区越大，多径越厉害，需要的cp长度就越长。常规cp可以抵抗4.76us即1.4km的多径，扩展cp可以抵抗16.67us即5km的多径。
2、LTE中PA与PB详解
3、RSRP简述
3.1 RSRP定义
RSRP是LTE网络覆盖的指证，小区参考信号CRS的发送功率减去传输损耗就是RSRP。CRS的发送功率通常以子载波为单位计算，等于基站的最大发射功率除以12再除以RB的数量。如果是40W基站，采用20MHz的带宽，CRS的发送功率为15.2dBm，比WCDMA导频发射功率低18dB左右。因此，如果传播损耗相同，RSRP比RSCP应该低18dB。当然，对于两天线的小区，CRS的发送功率可以提高3dB，这是由于有个CRS空洞的缘故。
在TS36.133中定义了终端上报测量RSRP的范围，从-44dBm到-140dBm，每dB一档，共98个档次。LTE中系统广播CRS的发送功率，终端根据RSRP可以计算出传播损耗，从而判断与基站的距离。
3.2 RSRP低是否意味着接收参考信号困难？
通常，20M带宽下，同等条件下RSRP比RSCP低18dB，这是否意味着接收参考信号比导频信号难呢？我的答案是未必。
RSRP是单个RE的功率，而20M带宽下，第一个符号对应时刻有多达200个RS，这些RS相当于提供了频率分集，这样的增益可达23dB，因此参考信号的接收条件反而比导频信号好。
当然，导频是连续信号，参考信号是间断信号，从这个角度看，接收导频信号比参考信号容易一些。
综合考虑，接收参考信号并不比导频信号难。
3.3 如何获得RSRP
RSRP是LTE的关键指标，终端如何检测RSRP呢？
根据TS36.214中的说法，RSRP是 the linear average over the power contributions (in [W]) of the resource elements that carry cell-specific reference signals within the considered measurement frequency bandwidth. 可理解对所有RS的接收功率的平均值。（承载小区参考信号CRS的RE的平均功率）
由于每个RB每个时隙有4个CRS，因此测量后得到的RSRP应该是这些个CRS功率的平均值，也就相当于CRS每个RE的平均功率。终端可以在第一个符号时刻按CRS的位置取出FFT对应的数值，进行平均；在第5个符号时刻按CRS的位置取出FFT对应的数值，进行平均；然后进入下一个时隙，如此类推，得到RSRP值。

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