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1、 LTE概述 课程目标： l 了解移动通信的发展过程以及LTE的位置和网络结构 l 了解E-UTRAN的协议结构和基本技术 l 了解LTE应用的关键技术 目 录 第1章 概述 1 1.1 背景介绍 1 1.1.1 移动通信演进过程概述 1 1.1.2 WCDMA、TD-SCDMA与CDMA2000制式对比 2 1.1.3 WCDMA技术演进过程 2 1.1.4 TD-SCDMA技术演进过程 3 1.1.5 CDMA2000技术演进过程 4 1.2 LTE简介和标准进展 4 第2章 LTE主要指标和需求 7 2.1 频谱划分 8 2.2 峰值数据速率
2、9 2.3 控制面延迟 9 2.4 用户面延迟 9 2.5 用户吞吐量 9 2.6 频谱效率 10 2.7 移动性 10 2.8 覆盖 11 2.9 频谱灵活性 11 2.10 与现有3GPP系统的共存和互操作 11 2.11 减小CAPEX和OPEX 12 第3章 LTE总体架构 13 3.1 系统结构 13 3.2 无线协议结构 17 3.2.1 控制面协议结构 17 3.2.2 用户面协议结构 18 3.3 S1和X2接口 19 3.3.1 S1接口 19 3.3.2 X2接口 24 第4章 物理层 27 4.1 帧结构 27 4.2 物理资源 2
3、7 4.3 物理信道 29 4.4 传输信道 31 4.5 传输信道与物理信道之间的映射 32 4.6 物理信号 33 4.7 物理层模型 34 4.8 物理层过程 37 4.8.1 同步过程 37 4.8.2 功率控制 37 4.8.3 随机接入过程 37 第5章 层2 39 5.1 MAC子层 40 5.1.1 MAC功能 40 5.1.2 逻辑信道 41 5.1.3 逻辑信道与传输信道之间的映射 42 5.2 RLC子层 43 5.2.1 RLC功能 43 5.2.2 PDU结构 44 5.3 PDCP子层 44 5.3.1 PDCP功能 44 5
4、3.2 PDU结构 45 第6章 RRC 47 6.1 RRC功能 47 6.2 RRC状态 48 6.3 NAS状态及其与RRC状态的关系 49 6.4 RRC过程 50 6.4.1 系统信息 50 6.4.2 连接控制 51 第7章 LTE关键技术 53 7.1 双工方式 53 7.2 多址方式 53 7.3 多天线技术 54 7.4 链路自适应 55 7.5 HARQ和ARQ 55 7.5.1 HARQ 55 7.5.2 ARQ 56 7.5.3 HARQ/ARQ交互 57 第8章 缩略语 59 第9章 参考资料 61 第1章
5、概述 & 知识点 l 移动通信系统的发展过程 l WCDMA技术演进过程 l TD-SCDMA技术演进过程 l CDMA2000技术演进过程 1.1 背景介绍 1.1.1 移动通信演进过程概述 移动通信从2G、3G到3.9G发展过程，是从低速语音业务到高速多媒体业务发展的过程。3GPP正逐渐完善R8的LTE标准：2008年12月R8 LTE RAN1冻结，2008年12月R8 LTE RAN2、RAN3、RAN4完成功能冻结，2009年3月R8 LTE标准完成,此协议的完成能够满足LTE系统首次商用的基本功能。 无线通信技术发展和演进过程如下图所示 图 1.1
6、1 无线通信技术发展和演进图 1.1.2 WCDMA、TD-SCDMA与CDMA2000制式对比 表 1.1 1 3种制式对比 制式 WDMA CDMA2000 TD-SCDMA 继承基础 GSM 窄带CDMA GSM 同步方式 异步 同步 同步 码片速率 3.84Mcps 1.2288Mcps 1.28Mcps 系统带宽 5MHz 1.25MHz 1.6MHz 核心网 GSM MAP ANSI-41 GSM MAP 语音编码方式 AMR QCELP,EVRC,VMR-WB AMR 1.1.3 WCDMA技术演进过程 WCDM
7、A的技术发展路标如下图所示： 图 1.1 2 WCDMA技术发展路标 1.1.4 TD-SCDMA技术演进过程 中兴无线网络设备支持TD近期演进软件平滑升级。 TD 演进可分为两个阶段，CDMA技术标准阶段和OFDMA技术标准阶段。 CDMA技术标准阶段可平滑演进到HSPA+ 。频谱效率接近LTE。 图 1.1 3 TD-SCDMA技术演进过程 1.1.5 CDMA2000技术演进过程 CDMA one是基于IS-95标准的各种CDMA产品的总称，即所有基于CDMA one技术的产品，其核心技术均以IS-95作为标准 。 CDMA2000 1x 在1.25MHz频
8、谱带宽内，单载扇提供307.2K高速分组数据速率 ，1xEV-DO Rev.0提供2.4M下行峰值速率，Rev.A提供3.1M下行峰值速率。 1.2 LTE简介和标准进展 3GPP于2004年12月开始LTE相关的标准工作，LTE是关于UTRAN和UTRA改进的项目。 3GPP标准制定分为提出需求、制定结构、详细实现、测试验证四个阶段。 3GPP以工作组的方式工作，与LTE直接相关的是RAN1/2/3/4/5工作组。 图 1.2 1 3GPP标准组织与制定阶段 第2章 LTE主要指标和需求 & 知识点 l 频谱划分 l LTE系
9、统需求与其他 l 物理层信道及映射关系 3GPP要求LTE支持的主要指标和需求如下图所示。 图 1.2 1 LTE主要指标和需求概括 2.1 频谱划分 E-UTRA的频谱划分如下表。 表 2.1 1 E-UTRA frequency bands E UTRA Operating Band Uplink (UL) operating band BS receive UE transmit Downlink (DL) operating band BS transmit UE receive Duplex Mode FUL_low – FUL_hi
10、gh FDL_low – FDL_high 1 1920 MHz – 1980 MHz 2110 MHz – 2170 MHz FDD 2 1850 MHz – 1910 MHz 1930 MHz – 1990 MHz FDD 3 1710 MHz – 1785 MHz 1805 MHz – 1880 MHz FDD 4 1710 MHz – 1755 MHz 2110 MHz – 2155 MHz FDD 5 824 MHz – 849 MHz 869 MHz – 894MHz F
11、DD 6 830 MHz – 840 MHz 875 MHz – 885 MHz FDD 7 2500 MHz – 2570 MHz 2620 MHz – 2690 MHz FDD 8 880 MHz – 915 MHz 925 MHz – 960 MHz FDD 9 1749.9 MHz – 1784.9 MHz 1844.9 MHz – 1879.9 MHz FDD 10 1710 MHz – 1770 MHz 2110 MHz – 2170 MHz FDD 11 1427.9 MHz
12、– 1452.9 MHz 1475.9 MHz – 1500.9 MHz FDD 12 698 MHz – 716 MHz 728 MHz – 746 MHz FDD 13 777 MHz – 787 MHz 746 MHz – 756 MHz FDD 14 788 MHz – 798 MHz 758 MHz – 768 MHz FDD … 17 704 MHz – 716 MHz 734 MHz – 746 MHz FDD ... 33 1900 M
13、Hz – 1920 MHz 1900 MHz – 1920 MHz TDD 34 2010 MHz – 2025 MHz 2010 MHz – 2025 MHz TDD 35 1850 MHz – 1910 MHz 1850 MHz – 1910 MHz TDD 36 1930 MHz – 1990 MHz 1930 MHz – 1990 MHz TDD 37 1910 MHz – 1930 MHz 1910 MHz – 1930 MHz TDD 38 2570 MHz – 2620 MHz
14、 2570 MHz – 2620 MHz TDD 39 1880 MHz – 1920 MHz 1880 MHz – 1920 MHz TDD 40 2300 MHz – 2400 MHz 2300 MHz – 2400 MHz TDD 2.2 峰值数据速率 下行链路的瞬时峰值数据速率在20MHz下行链路频谱分配的条件下，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在20MHz上行链路频谱分配的条件下，可以达到50Mbps（2.5 bps/Hz）（UE侧1发射天线情
15、况下）。 宽频带、MIMO、高阶调制技术都是提高峰值数据速率的关键所在。 2.3 控制面延迟 从驻留状态到激活状态，也就是类似于从Release 6的空闲模式到CELL_DCH状态，控制面的传输延迟时间小于100ms，这个时间不包括寻呼延迟时间和NAS延迟时间； 从睡眠状态到激活状态，也就是类似于从Release 6的CELL_PCH状态到CELL_DCH状态，控制面传输延迟时间小于50ms，这个时间不包括DRX间隔。 另外控制面容量频谱分配是5MHz的情况下，期望每小区至少支持200个激活状态的用户。 在更高的频谱分配情况下，期望每小区至少支持400个激活状态的用户。 2.4
16、用户面延迟 用户面延迟定义为一个数据包从UE/RAN边界节点（RAN edge node）的IP层传输到RAN边界节点/UE的IP层的单向传输时间。这里所说的RAN边界节点指的是RAN和核心网的接口节点。 在“零负载”（即单用户、单数据流）和“小IP包”（即只有一个IP头、而不包含任何有效载荷）的情况下，期望的用户面延迟不超过5ms。 2.5 用户吞吐量 下行链路： 在5% CDF（累计分布函数）处的每MHz用户吞吐量应达到R6 HSDPA的2~3倍； 每MHz平均用户吞吐量应达到R6 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：
17、在5% CDF处的每MHz用户吞吐量应达到R6 HSUPA的2~3倍； 每MHz平均用户吞吐量应达到R6 HSUPA的2~3倍。 此时R6 HSUPA是1发2收，LTE也是1发2收。 2.6 频谱效率 下行链路：在一个有效负荷的网络中，LTE频谱效率（用每站址、每Hz、每秒的比特数衡量）的目标是R6 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：在一个有效负荷的网络中，LTE频谱效率（用每站址、每Hz、每秒的比特数衡量）的目标是R6 HSUPA的2~3倍。此时R6 HSUPA是1发2收，LTE也是1发2收。 2.7 移动性 E-UTRAN
18、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。 在R6 CS域提供的话音和其它实时业务在E-UTRAN中将通过PS域支持，这些业务应该在各种移动速度下都能够达到或者高于UTRAN的服务质量。E-UTRA系统内切换造成的中断时间应等于或者小于GERAN CS域的切换时间。 超过250km/h的移动速度是一种特殊情况（如高速列车环境），E-UTRAN的物理层参数设计应该能够在最高350km/h的移动速度（在某些频段甚
19、至应该支持500km/h）下保持用户和网络的连接。 2.8 覆盖 E-UTRA系统应该能在重用目前UTRAN站点和载频的基础上灵活地支持各种覆盖场景，实现上述用户吞吐量、频谱效率和移动性等性能指标。 E-UTRA系统在不同覆盖范围内的性能要求如下： 1. 覆盖半径在5km内：上述用户吞吐量、频谱效率和移动性等性能指标必须完全满足； 2. 覆盖半径在30km内：用户吞吐量指标可以略有下降，频谱效率指标可以下降、但仍在可接受范围内，移动性指标仍应完全满足； 3. 覆盖半径最大可达100km。 2.9 频谱灵活性 频谱灵活性一方面支持不同大小的频谱分配，譬如E-UTRA可以在不同大小
20、的频谱中部署，包括1.4 MHz、3 MHz 、5 MHz、10 MHz、15 MHz 以及20 MHz，支持成对和非成对频谱。 频谱灵活性另一方面支持不同频谱资源的整合（diverse spectrum arrangements）。 2.10 与现有3GPP系统的共存和互操作 E-UTRA与其它3GPP系统的互操作需求包括但不限于： 1. E-UTRAN和UTRAN/GERAN多模终端支持对UTRAN/GERAN系统的测量，并支持E-UTRAN系统和UTRAN/GERAN系统之间的切换。 2. E-UTRAN应有效支持系统间测量。 3. 对于实时业务，E-UTRAN和UTRAN之
21、间的切换中断时间应低于300ms。 4. 对于非实时业务，E-UTRAN和UTRAN之间的切换中断时间应低于500ms。 5. 对于实时业务，E-UTRAN和GERAN之间的切换中断时间应低于300ms。 6. 对于非实时业务，E-UTRAN和GERAN之间的切换中断时间应低于500ms。 7. 处于非激活状态（类似R6 Idle模式或Cell_PCH状态）的多模终端只需监测GERAN，UTRA或E-UTRA中一个系统的寻呼信息。 2.11 减小CAPEX和OPEX 体系结构的扁平化和中间节点的减少使得设备成本和维护成本得以显著降低。 第3章 LTE总体架构 & 知识点
22、l 无线协议结构 l S1接口 l X2接口 3.1 系统结构 LTE采用了与2G、3G均不同的空中接口技术、即基于OFDM技术的空中接口技术，并对传统3G的网络架构进行了优化，采用扁平化的网络架构，亦即接入网E-UTRAN不再包含RNC，仅包含节点eNB，提供E-UTRA用户面PDCP/RLC/MAC/物理层协议的功能和控制面RRC协议的功能。E-UTRAN的系统结构参见下图的LTE E-UTRAN系统结构图所示。 图 3.1 1 E-UTRAN结构 eNB之间由X2接口互连，每个eNB又和演进型分组核心网EPC通过S1接口相连。S1接口的用户面终止在服务网关S-GW上，S
23、1接口的控制面终止在移动性管理实体MME上。控制面和用户面的另一端终止在eNB上。上图中各网元节点的功能划分如下： ● eNB功能 LTE的eNB除了具有原来NodeB的功能之外，还承担了原来RNC的大部分功能，包括有物理层功能、MAC层功能（包括HARQ）、RLC层（包括ARQ功能）、PDCP功能、RRC功能（包括无线资源控制功能）、调度、无线接入许可控制、接入移动性管理以及小区间的无线资源管理功能等。具体包括有： 无线资源管理：无线承载控制、无线接纳控制、连接移动性控制、上下行链路的动态资源分配（即调度）等功能 IP头压缩和用户数据流的加密 当从提供给UE的信息无法获知到
24、MME的路由信息时，选择UE附着的MME 路由用户面数据到S-GW 调度和传输从MME发起的寻呼消息 调度和传输从MME或O&M发起的广播信息 用于移动性和调度的测量和测量上报的配置 调度和传输从MME发起的ETWS（即地震和海啸预警系统）消息 ● MME功能 MME是SAE的控制核心，主要负责用户接入控制、业务承载控制、寻呼、切换控制等控制信令的处理。 MME功能与网关功能分离，这种控制平面/用户平面分离的架构，有助于网络部署、单个技术的演进以及全面灵活的扩容。 NAS信令 NAS信令安全 AS 安全控制 3GPP无线网络的网间移动信令 id
25、le状态UE的可达性（包括寻呼信号重传的控制和执行） 跟踪区列表管理 P-GW 和 S-GW 的选择 切换中需要改变MME时的MME选择 切换到2G或3GPP网络时的SGSN选择 漫游 鉴权 包括专用承载建立的承载管理功能 支持ETWS信号传输 ● S-GW功能 S-GW作为本地基站切换时的锚定点，主要负责以下功能：在基站和公共数据网关之间传输数据信息；为下行数据包提供缓存；基于用户的计费等。 eNB间切换时，本地的移动性锚点 3GPP系统间的移动性锚点 E-UTRAN idle状态下，下行包缓冲功能、以及网络触发业务请求过程的初始化 合法
26、侦听 包路由和前转 上、下行传输层包标记 运营商间的计费时，基于用户和QCI粒度统计 分别以UE、PDN、QCI为单位的上下行计费 ● PDN网关（P-GW）功能 公共数据网关P-GW作为数据承载的锚定点，提供以下功能：包转发、包解析、合法监听、基于业务的计费、业务的QoS控制，以及负责和非3GPP网络间的互联等。 基于每用户的包过滤（例如借助深度包探测方法） 合法侦听 UE 的IP地址分配 下行传输层包标记 上下行业务级计费、门控和速率控制 基于聚合最大比特速率（AMBR）的下行速率控制 从上图中可见，新的LTE架构中，没有了原有的Iu和I
27、ub以及Iur接口，取而代之的是新接口S1和X2。 E-UTRAN和EPC之间的功能划分图，可以从LTE在S1接口的协议栈结构图来描述，如下图所示黄色框内为逻辑节点，白色框内为控制面功能实体，蓝色框内为无线协议层。 图 3.1 2 E-UTRAN和EPC的功能划分 3.2 无线协议结构 3.2.1 控制面协议结构 控制面协议结构如下图所示。 图 3.2 1 控制面协议栈 PDCP在网络侧终止于eNB，需要完成控制面的加密、完整性保护等功能。 RLC和MAC在网络侧终止于eNB，在用户面和控制面执行功能没有区别。 RRC在网络侧终止于eNB，主要实现广播、寻呼、
28、RRC连接管理、RB控制、移动性功能、UE的测量上报和控制功能。 NAS控制协议在网络侧终止于MME，主要实现EPS承载管理、鉴权、ECM（EPS连接性管理）idle状态下的移动性处理、ECM idle状态下发起寻呼、安全控制功能。 3.2.2 用户面协议结构 用户面协议结构如下图所示。 图 3.2 2 用户面协议栈 用户面PDCP、RLC、MAC在网络侧均终止于eNB，主要实现头压缩、加密、调度、ARQ和HARQ功能。 3.3 S1和X2接口 与2G、3G都不同，S1和X2均是LTE新增的接口。 3.3.1 S1接口 S1接口定义为E-UTRAN和EPC之间的接口。S
29、1接口包括两部分：控制面S1-MME接口和用户面S1-U接口。S1-MME接口定义为eNB和MME之间的接口；S1-U定义为eNB和S-GW之间的接口。下图为S1-MME和S1-U接口的协议栈结构。 图 3.3 1 S1 接口控制面 (eNB-MME) 图 3.3 2 S1接口用户面（(eNB - S-GW) 已经确定的S1接口支持功能包括有： ● E-RAB业务管理功能 建立，修改，释放 ● UE在ECM-CONNECTED状态下的移动性功能 LTE系统内切换 与3GPP系统间切换 ● S1寻呼功能 ● NAS信令传输功能 ● S1接口管理功能：
30、错误指示 复位 ● 网络共享功能 ● 漫游和区域限制支持功能 ● NAS节点选择功能 ● 初始上下文建立功能 ● UE上下文修改功能 ● MME负载均衡功能 ● 位置上报功能 ● ETWS消息传输功能 ● 过载功能 ● RAN信息管理功能 已经确定的S1接口的信令过程有： ● E-RAB信令过程： E-RAB建立过程 E-RAB修改过程 MME发起的E-RAB释放过程 eNB发起的E-RAB释放过程 ● 切换信令过程： 切换准备过程 切换资源分配过程 切换结束过程 切换取消过程 ● 寻呼过程 ● NAS传输过程： 上行直
31、传（初始UE消息） 上行直传（上行NAS传输） 下行直传（下行NAS传输） ● 错误指示过程： eNB发起的错误指示过程 MME 发起的错误指示过程 ● 复位过程 eNB发起的复位过程 MME发起的复位过程 ● 初始上下文建立过程 ● UE上下文修改过程 ● S1建立过程 ● eNB配置更新过程 ● MME配置更新过程 ● 位置上报过程： 位置上报控制过程 位置报告过程 位置报告失败指示过程 ● 过载启动过程 ● 过载停止过程 ● 写置换预警过程 ● 直传信息转移过程 下图是一个S1接口信令过程示例： 图 3.3 3 初
32、始上下文建立过程（蓝色部分) in Idle-to-Active procedure S1接口和X2接口类似的地方是：S1-U和X2-U使用同样的用户面协议，以便于eNB在数据反传（data forward）时，减少协议处理。 3.3.2 X2接口 X2接口定义为各个eNB之间的接口。X2接口包含X2-CP和X2-U两部分，X2-CP是各个eNB之间的控制面接口，X2-U是各个eNB之间的用户面接口。下图为X2-CP和X2-U接口的协议栈结构。 图 3.3 4 X2接口控制面 图 3.3 5 X2接口用户面 X2-CP支持以下功能： ● UE在ECM-CONNECTE
33、D状态下LTE系统内的移动性支持 上下文从源eNB到目标eNB的转移 源eNB和目标eNB之间的用户面通道控制 切换取消 ● 上行负荷管理 ● 通常的X2接口管理和错误处理功能： 错误指示 已经确定的X2-CP接口的信令过程包括有： ● 切换准备 ● 切换取消 ● UE上下文释放 ● 错误指示 ● 负载管理 小区间负载管理通过X2接口来实现。 LOAD INDICATOR消息用做eNB间的负载状态通讯，如下图所示： 图 3.3 6 X2接口LOAD INDICATOR消息 第4章 物理层 4.1 帧结构 LTE支持两种类型的无线帧结构：
34、 ● 类型1，适用于FDD模式； ● 类型2，适用于TDD模式。 帧结构类型1如下图所示。每一个无线帧长度为10ms，分为10个等长度的子帧，每个子帧又由2个时隙构成，每个时隙长度均为0.5ms。 图 4.1 1 帧结构类型1 对于FDD，在每一个10ms中，有10个子帧可以用于下行传输，并且有10个子帧可以用于上行传输。上下行传输在频域上进行分开。LTE系统的时域帧结构如下图所示。每个无线帧的总长度Tframe = 10ms，进一步可以分成10个长度为Tsubframe = 1ms的子帧。为了提供一致且精确的时间定义，LTE系统以Ts= 1/30720000s作为基本时间单位
35、系统中所有的时隙都是这个基本单位的整数倍。下图中的时隙可表示为Tframe = 307200Ts，Tsubframe = 30720Ts。 图 4.1 2 LTE系统的时域帧结构 每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成。特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms。 4.2 物理资源 LTE上下行传输使用的最小资源单位叫做资源粒子（RE：Resource Element）。 LTE在进行数据传输时，将上下行时频域物理资源组成资源块（RB：Resource Block），作为物理资源单位进行调度与分配。
36、 一个RB由若干个RE组成，在频域上包含12个连续的子载波、在时域上包含7个连续的OFDM符号（在Extended CP情况下为6个），即频域宽度为180kHz，时间长度为0.5ms。 下行和上行时隙的物理资源结构图分别如下面两个图所示。 图 4.2 1 下行时隙的物理资源结构图 图 4.2 2 上行时隙的物理资源结构图 4.3 物理信道 下行物理信道有： ● 物理广播信道PBCH 已编码的BCH传输块在40ms的间隔内映射到4个子帧； 40ms定时通过盲检测得到，即没有明确的信令指示40ms的定时； 在信道条件足够好时，PBCH所在的每个子帧都可以独立
37、解码。 ● 物理控制格式指示信道PCFICH 将PDCCH占用的OFDM符号数目通知给UE； 在每个子帧中都有发射。 ● 物理下行控制信道PDCCH 将PCH和DL-SCH的资源分配、以及与DL-SCH相关的HARQ信息通知给UE； 承载上行调度赋予信息。 ● 物理HARQ指示信道PHICH 承载上行传输对应的HARQ ACK/NACK信息。 ● 物理下行共享信道PDSCH 承载DL-SCH和PCH信息。 ● 物理多播信道PMCH 承载MCH信息。 上行物理信道有： ● 物理上行控制信道PUCCH 承载下行传输对应的HARQ ACK/NACK信
38、息； 承载调度请求信息； 承载CQI报告信息。 ● 物理上行共享信道PUSCH 承载UL-SCH信息。 ● 物理随机接入信道PRACH 承载随机接入前导。 4.4 传输信道 下行传输信道类型有： ● 广播信道BCH 固定的预定义的传输格式； 要求广播到小区的整个覆盖区域。 ● 下行共享信道DL-SCH 支持HARQ； 支持通过改变调制、编码模式和发射功率来实现动态链路自适应； 能够发送到整个小区； 能够使用波束赋形； 支持动态或半静态资源分配； 支持UE非连续接收（DRX）以节省UE电源； 支持MBMS传输。 ● 寻呼信道PCH
39、 支持UE DRX以节省UE电源（DRX周期由网络通知UE）； 要求发送到小区的整个覆盖区域； 映射到业务或其它控制信道也动态使用的物理资源上。 ● 多播信道MCH 要求发送到小区的整个覆盖区域； 对于单频点网络MBSFN支持多小区的MBMS传输的合并； 支持半静态资源分配。 上行传输信道类型有： ● 上行共享信道UL-SCH 能够使用波束赋形； 支持通过改变发射功率和潜在的调制、编码模式来实现动态链路自适应； 支持HARQ； 支持动态或半静态资源分配。 ● 随机接入信道RACH 承载有限的控制信息； 有碰撞风险。 4.5 传输信道与物理信
40、道之间的映射 下行和上行传输信道与物理信道之间的映射关系分别如下面两个图所示。 图 4.5 1 下行传输信道与物理信道的映射关系图 图 4.5 2 上行传输信道与物理信道的映射关系图 4.6 物理信号 物理信号对应物理层若干RE，但是不承载任何来自高层的信息。 下行物理信号包括有参考信号（Reference signal）和同步信号（Synchronization signal）。 ● 参考信号 下行参考信号包括下面3种： 小区特定（Cell-specific）的参考信号，与非MBSFN传输关联 MBSFN(多播广播单频网)参考信号，与MBSFN传输关联
41、 UE特定（UE-specific）的参考信号 ● 同步信号 同步信号包括下面2种： 主同步信号（Primary synchronization signal） 辅同步信号（Secondary synchronization signal） LTE同步信号的周期是5ms，分为主同步信号(PSS)和辅同步信号（SSS）。在LTE TDD和FDD帧结构中，同步信号的位置与相对位置不同。在TDD结构中，PSS位于DwPTS的第三个符号，SSS位于5ms第一个子帧的最后一个符号；在FDD帧结构中，主同步信号和辅同步信号位于5ms第一个子帧内嵌一个时隙的最后两个符号。利用主、辅同步信号
42、相对位置不同，终端可以在小区搜索的初始阶段识别系统是TDD还是FDD。 LTE FDD和TDD的同步信号设计 对于FDD，主同步信号映射到时隙0和时隙10的最后一个OFDM符号上，辅同步信号则映射到时隙0和时隙10的倒数第二个OFDM符号上。 上行物理信号包括有参考信号（Reference signal）。 ● 参考信号 上行链路支持两种类型的参考信号： 解调用参考信号（Demodulation reference signal）：与PUSCH或PUCCH传输有关 探测用参考信号（Sounding reference signal）：与PUSCH或PUCCH传
43、输无关 解调用参考信号和探测用参考信号使用相同的基序列集合。 4.7 物理层模型 下边几个图形分别描述各类信道的物理层模型。图中的Node B在LTE中都称为eNode B或eNB。 图 4.7 1 DL-SCH物理层模型 图 4.7 2 BCH 物理层模型 图 4.7 3 PCH 物理层模型 图 4.7 4 MCH物理层模型 图 4.7 5 UL-SCH 物理层模型 4.8 物理层过程 4.8.1 同步过程 ● 小区搜索 UE通过小区搜索过程来获得与一个小区的时间和频率同步，并检测出该小区的小区ID。E-UTRA小区搜索基于主同步信号、
44、辅同步信号、以及下行参考信号完成。 ● 定时同步 定时同步（Timing synchronisation）包括无线链路监测（Radio link monitoring）、小区间同步（Inter-cell synchronisation）、发射定时调整（Transmission timing adjustment）等。 4.8.2 功率控制 下行功率控制决定每个资源粒子的能量（EPRE：energy per resource element）。资源粒子能量表示插入CP之前的能量。资源粒子能量同时表示应用的调制方案中所有星座点上的平均能量。上行功率控制决定物理信道中一个DFT-SOFDM
45、符号的平均功率。 ● 上行功率控制（Uplink power control） 上行功率控制控制不同上行物理信道的发射功率。 ● 下行功率分配（Downlink power allocation） eNB决定每个资源粒子的下行发射能量。 4.8.3 随机接入过程 在非同步物理层随机接入过程初始化之前，物理层会从高层收到以下信息： ● 随机接入信道参数（PRACH配置，频率位置和前导格式） ； ● 用于决定小区中根序列码及其在前导序列集合中的循环移位值的参数（根序列表格索引，循环移位，集合类型（非限制集合或限制集合））。 从物理层的角度看，随机接入过程包括随机接入前导的
46、发送和随机接入响应。被高层调度到共享数据信道的剩余消息传输不在物理层随机接入过程中考虑。 物理层随机接入过程包括如下步骤： ● 由高层通过前导发送请求来触发物理层过程。 ● 高层请求中包括前导索引（preamble index），前导接收功率目标值（PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER），对应的随机接入无线网络临时标识（RA-RNTI），以及PRACH资源。 ● 确定前导发射功率：PPRACH = min{Pmax, PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER + PL}，其中Pmax表示高层配置的最大允许功率，PL表示UE计算的下行路损估计
47、 ● 使用前导索引在前导序列集中选择前导序列。 ● 使用选中的前导序列，在指示的PRACH资源上，使用传输功率PPRACH进行一次前导传输。 ● 在高层控制的随机接入响应窗中检测与RA-RNTI关联的PDCCH。如果检测到，对应的PDSCH传输块将被送往高层，高层解析传输块、并将20比特的UL-SCH授权指示给物理层。 第5章 层2 层2包括PDCP、RLC和MAC三个子层，下行和上行的层2结构分别如下面两个图所示。 图 4.8 1 层 2下行结构图 图 4.8 2 层2上行结构图 图中各个子层之间的连接点称为服务接入点（SAP）。PDCP向上提供的服务是无线
48、承载，提供可靠头压缩（ROHC）功能与安全保护。物理层和MAC子层之间的SAP提供传输信道，MAC子层和RLC子层之间的SAP提供逻辑信道。pdcp它是UMTS中的一个无线传输协议栈， 它负责将IP头压缩和解压、传输用户数据并维护为无损的无线网络服务子系统 MAC子层提供逻辑信道（无线承载）到传输信道（传输块）的复用与映射。 非MIMO情形下，不论上行和下行，在每个TTI(传输时间间隔)（1ms）只产生一个传输块。 5.1 MAC子层 5.1.1 MAC功能 MAC子层的主要功能包括有： ● 逻辑信道与传输信道之间的映射； ● MAC业务数据单元（SDU）的复用/解复用； ●
49、调度信息上报； ● 通过HARQ进行错误纠正； ● 同一个UE不同逻辑信道之间的优先级管理； ● 通过动态调度进行的UE之间的优先级管理； ● 传输格式选择； ● 填充。 5.1.2 逻辑信道 MAC提供不同种类的数据传输服务。每个逻辑信道类型根据传输数据的种类来定义。 逻辑信道总体上可以分为下面两大类： ● 控制信道（Control Channel，用于控制面信息传输） ● 业务信道（Traffic Channel，用于用户面信息传输） 控制信道包括有： ● 广播控制信道（Broadcast Control Channel，BCCH） 下行信道，广播系统控制信息
50、 ● 寻呼控制信道（Paging Control Channel，PCCH） 下行信道，传输寻呼信息和系统信息改变通知。当网络不知道UE小区位置时用此信道进行寻呼。 ● 公共控制信道（Common Control Channel，CCCH） 用于UE和网络之间传输控制信息。该信道用于UE与网络没有RRC连接的情况。 ● 多播控制信道（Multicast Control Channel，MCCH） 点到多点的下行信道，为1条或多条MTCH信道传输网络到UE的MBMS控制信息。该信道只对能够接收MBMS的UE有效。 ● 专用控制信道（Dedicated Control Chann
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