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TDD-LTE PARAMETER REPORT

2011.09.04

(1) TDD-LTE Parameters Rl15
l TDD-LTE的功能和特征概述
整个TDD-LTE网络由核心网（EPC Evolved Packet Core），接入网（eNodeB），用户设备（UE）三部分组成。
核心网（EPC）又由MME（Mobility Management Entity, 负责信令处理部分），SGW（Serving Gateway , 负责本地网络用户数据处理部分），PGW（PDN Gateway，负责用户数据包与其他网络的处理）三部分组成。
网络接口：S1接口（eNodeB与EPC之间），X2接口（eNodeB之间），UU接口（eNodeB与UE之间）
eNodeB功能：无线资源管理相关的功能，包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/下行动态资源分配/调度等；IP头压缩与用户数据流加密；UE附着时的MME选择；提供到S-GW的用户面数据的路由；寻呼消息的调度与传输；系统广播信息的调度与传输；测量与测量报告的配置。
MME功能：寻呼消息分发，MME负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的eNodeB；安全控制；空闲状态的移动性管理；EPC承载控制；非接入层信令的加密与完整性保护。
SGW功能：承载用户平面数据包；支持由于UE移动性产生的用户平面切换。
PGW功能：用户数据包的过滤和检查用户IP分配
物理层技术：上行采用了OFDMA，下行采用SC-FDMA。每个子载波占15Khz。可调控的带宽：1.4/3/5/10/15/20 MHz，可以根据现有的带宽资源进行灵活配置。

LTE单系统网络架构

载波带宽
RB数量
1.4
6
3
15
5
25
10
50
15
75
20
100
带宽与RB（Resource Block）数量对应关系

LTE中频率和时间资源
RB（Resource Block）：LTE中基本的资源单位，频域上由宽为12个子载波组成（共7*15Khz），时域上占用7个符号长度（共0.5ms），所以每个RB里有84个符号。每个符号里包含的比特数量由基带调制方式决定：QPSK每个符号包含2bit；16QAM每个符号包含4个bit；64QAM每个符号包含6个bit。

RB 资源块
LTE RRM无线资源管理模块：
1. Radio Admission Control无线准入控制
2. Packet Scheduler分组调度
3. Power Control功率控制
4. AMC自适应编码控制
5. MIMO 多天线

l TDD帧与信道配置

LTE信道配置
下行物理信道PBCH物理广播信道，PDSCH物理下行共享信道，PMCH物理多播信道，PDCCH物理下行控制信道，PCFICH物理控制格式指示信道，下行同步信号，下行参考信号。

PSS主同步信号：用于5ms的帧同步，UE通过PSS获取物理层小区ID（physical layer cell ID），PSS主同步信号使用三种不同的ZC根序列。
SSS辅同步信号：指示帧号SF，10ms帧同步，指示物理层小区ID组（physical layer cell ID Group）。
PCI（physical Cell Id）= 3*physical layer cell ID Group + physical layer cell ID
（参数phyCellId: physical Cell Id,LNCEL小区级；0~503；步长 1）
RS下行参考信号包括：CELL-SPECIFIC RS 用于信道估计和移动测量以及UE辅助功能包括时间频率捕捉，小区物理ID验证，CP保护间隔验证；UE-SPECIFIC RS 用于波束赋形。
PBCH：携带主要的系统消息（MIB），时域：紧邻同步信道以10ms为周期重传4次，频域：位于系统带宽中央的72个子载波，包括下行带宽配置，PHICH信道配置，下行天线端口配置。24bit的MIB消息内容通过CRC校验，信道编码，速率匹配产生共1920bit系统消息。
PCFICH：携带CFI控制格式指示，指示时域上PDCCH信道的占用的符号长度。CFI=1,2,3 分别表示时域上PDCCH信道占用长度为1,2,3符号数。
PHICH：用于传送HARQ ACK/NACK信令（正确接收或者重传指示）
（参数PhichDur：PHICH信道时域上占用的符号长度 1/1~3，LNCEL小区级参数，normal C（0）的情况下取1，Extend CP（1） 情况下取1~3；默认normal cp（0）取 1）
（参数phichRes：定义PHICH组的数量，LNCEL小区级参数，N=1/6(0),1/2(1),1(2),2(3)；步长1；默认1/6(0)）
PHICH组的数量：（取上限，就是phichRes的配置的值，就是下行带宽RB数量，此公式用于normal cp的情况）
PDCCH：根据PCFICH信道指示，配置占用的符号数，用来上下行共享信道的调度安排。
PDSCH： 承载了下行用户数据，寻呼消息，SIB消息。

上行：PUSCH物理上行共享信道，PUCCH物理上行控制信道，PRACH物理随机接入信道，DRS下行解调参考信号，Sounding 参考信号。

PUCCH和PUSCH位置
PUCCH：位于频段两侧，频域上两侧共占用4个RB资源，时域上占用每个时隙（子帧）。用于指示下行数据ACK和NACK，传送调度请求，指示CSI （channel state information）。根据格式类型不同type，传送长度不同的消息。CSI内容包括CQI（channel quality indicator），RI（Rank indicator 矩阵秩指示，用于MIMO的信道估计），PMI（预编码矩阵指示，用于多天线）。
PRACH：用于随机接入。
PUSCH：承载用户数据，捎带CQI。
DRS：解调参考信号用于上行信道估计和测量。
SRS：eNode根据SRS来分配调度上行信道，在每个子帧最后的RE位置，像梳子一样间隔发送，不同UE采用码分的方式区分。

SRS位置

l 控制对象和系统消息广播结构
MIB：每40ms为周期循环一次
SIB1：每80ms为周期循环一次
SIB2~SIB7：循环周期由SIB1中参数设置

MIB和SIB中的内容指示
l 随机接入和准入控制
UE的三种状态：

UE状态转移图
EMM_DEREG: UE未向核心网注册
EMM_REG: UE已经在核心网注册
ECM_IDLE:UE和eNodeB之间处于非连接状态
ECM_CONNECT:UE和eNodeB间处于连接状态

小区内UE标识
随机接入实现的基本功能：1.申请上行资源 2.与eNodeB间的上行时间同步
竞争接入过程场景：
1. 从RRC-IDLE状态到RRC-CONNECT的状态转换，即RRC连接过程，如初始接入和TAU更新
2. 无线链路失败后的初始接入，即RRC 连接重建过程
3. 在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需发送上行数据和控制信息或虽未上行失步但需要通过随机接入申请上行资源

非竞争接入过程场景：
1. 在RRC-CONNECTED状态，从服务小区切换到目标小区
2. 在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需接收下行数据
3. 在RRC-CONNECTED状态，UE位置辅助定位需要，网络利用随机接入获取时间提前量（TA: Timing Advance）

基于竞争的随机接入过程，UE随机选择preamble码发起：

基于非竞争的随机接入，UE根据eNB的指示，在指定的PRACH上使用指定的Preamble码发起随机接入

PREAMBLE码产生于ZC序列，每个小区固定分配64个PREAMBLE码。
（参数raNondedPreamb，非专用preamble码的总数，小区级参数LNCEL，4(0),8(1),12(2),16(3),20(4),24(5),28(6),32(7),36(6),40(9),44(10),48(11),52(12),56(13),60(14),64(15);步长1；默认值40(9)）

数据承载为DRB，通过eNB为其分配的PDSCH来；承载信令承载通过SRB，LTE中有三类SRB：SRB0：承载RRC消息，映射到CCCH信道；SRB1：承载RRC消息，也可承载NAS消息，映射到DCCH信道；SRB2：承载NAS消息，映射到DCCH信道；UE的RRC连接未建立时，由SRB0承载RRC信令；SRB2未建立时，由SRB1承载NAS信令。
（参数maxNumRrc：在这个小区中能够建立RRC连接最大UE的数目；0…400；步长1；默认值190）
（参数maxNumActUE：在这个小区中能够建立DRB承载最大UE的数目；0…190；步长1；默认值80）
对于切换用户，包括同频切换和异频切换的用户，eNodeB都会预留一部分资源为其提供RRC连接建立和DRB承载建立。
l 无线承载控制和DRX/DTX 管理
类似2G，在LTE中也有DRX和DTX的机制，主要目的为了节省手机的电池能量。UE会更根据自己的IMSI来监听相应帧号SFN，来获取寻呼消息。
l LTE 移动性管理
对无线移动通信系统来说，用户从开机到最终接受服务，通常都需要经过如下图所示的几步，LTE也不例外。第一步就是小区搜索和选择，也就是用户开机后首先要找到一个合适的小区驻留下来；第二步通过读取系统消息获取到系统带宽、随机接入参数等相关信息；第三步就是根据用户需要，进行随机接入之后可以享受服务。
小区搜索主要包括以下三步：
1 通过搜索主同步信号(PSS)获得时隙(slot)同步；
2. 通过搜索从同步信号(SSS)获得帧同步；
3. 通过前两步可以确定物理小区ID（PCI）

Tracking area (TA) 类似于2G/3G中的Location/Routing area。
Tracking Area Identity = MCC (Mobile Country Code), MNC (Mobile Network Code) and TAC (Tracking Area Code).

UE离开其驻留的TA区，将引起TA更新流程

当UE处于ECM_Connected状态，移动切换通过网络侧控制发生，并且在UE的协助之下。UE向eNodeB发送测量报告，协助其判断切换决定。

切换流程
切换准则和参数类似于3G，测量报告采用事件报告的方式，目前实现的有切换时间有A3事件（有更好的小区），A5事件（服务小区劣化）。由于X2接口的存在，实现了在切换时实现了不丢包的目标。
l 上下行调度
3GPP没有规定调度的策略，各个厂家根据自己对网络认识，在eNodeB中实现相应的调度策略。
在PDCCH信道实现对上下行调度，UE通过C-RNTI，获取eNodeB发送给相应UE的数据信息。
eNodeB根据手机上报的CQI和承载信息的优先级，对UE进行下行调度。
eNodeB根据SRS信号指示和UE的上行请求，对UE进行上行调度。
eNodeB会根据COI对下行作自适应的编码和速率调整，对离eNodeB较近，信道质量较好的UE采用64QAM的基带调制方式，每个TB分配更多的数据。对离eNodeB较远，信道质量较差的UE采用16QAM，QPSK的基带调制方式，每个TB分配较少的数据。

l MIMO和beamforming波束赋形
目前只支持单流的波束赋形，即不支持空间复用的波束赋形。MIMO双流的空分复用可以增加容量至两倍，MIMO的分集接收和波束赋形，可以提高信号的质量，保障信号的正确接收。手机可以上报COI和RI，eNodeB根据他们来判决合适的天线技术。
通过beamforming的技术，可以使能量更加有效，更加集中地到达目的手机，提高接收信号的强度。

MIMO技术

Beamforming 技术
l 能量和功率控制
在LTE中，不同UE使用了不同的子载波，不同UE之间是不存在干扰，没有3G中的远近效应。功率控制主要目的是减少归属不同eNodeB的UE使用相同频率的子载波产生的干扰，同时也减少了UE的能量消耗。功率控制方面，只是对上行作功率调整，下行按照参数配置进行固定功率的发送，即只有eNodeB对UE的发送功率作调整。作功率控制的信道有PUSCH，PUCCH，PRACH，SRS。功率控制有开环和闭环两种方式
一、 本周学习总结
本周主要继续在省公司进行LTE的培训，主要内容包括TDD-LTE的功能和特征概述，TDD 帧和信道配置，控制对象和系统消息广播结构，随机接入和准入控制，无线承载控制和DRX/DTX 管理，LTE 移动性管理，上下行调度，MIMO和beamforming波束赋形，能量控制。深入LTE机制的各种细节，参数，配置及机制等各个方面进行学习，学习内容丰富且具有一定难度。在实践工作中，没有接触过LTE的实际工作，但有些参数可以去类比2/3G的机制方式，毕竟针对2/3G的技术而言，LTE与其最大的区别是在物理层使用了MIMO-OFDMA和SC-FDMA的技术，上层移动连接管理等方面设计方面也是参考了2/3G的技术标准。例如在测量方式和切换准则上就与3G的机制类似。LTE网络在中国还处于组建实验网的第一个阶段，还没有涉及到与2/3G等异系统网络协作的内容，课堂上也比较少提到异系统之间操作的问题。但是这方面的考虑却是不可或缺的，如何定位好LTE网络的角色，设定在当前中国移动GT网络的操作策略，如小区重选切换等问题，是今后网络规模扩大之后需要重点考虑的方面，当然也是网络优化工作的重点和难点。3GPP也定义了异系统的操作和兼容，单从理论分析是无法解决实际复杂网络环境下地问题，还是要从实践中入手，通过网络参数等各个方面的调整反馈，才能真正做好网络优化工作。LTE为我们提供可快捷的网络基础，但是如何在此基础之上很好地与当前网络融合，这方面还是值得我们去深思和实践。

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