# LTE ## History 1G: FDMA: 传输模拟信号，业务量小、质量差、安全性差、没有加密、速度低 2G: TDMA: 数字化，保密性增加、容量增大、干扰减小，能传输低速的数据业务 3G: CDMA: 更高的频谱效率、更大的系统容量，更好的抗干扰能力; TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000 4G: OFDMA; Orthogonal frequency-division multiple access: 速率更快、频谱利用率更高、容量更大、更灵活 5G: 低时延、高可靠、低功耗 ## LTE (Long Term Evolution) #### SAE: System Architecture Evolution 扁平化、分组域化、IP化、多制式融合化、用户面与业务面分离 > 3G的四层构架: 终端(UE)、基站(NodeB)、无线网络控制器(RNC)、核心网(CN)。RNC不只是基站控制器，而且是无线接入网络控制器 > > eUTRAN(evolved UTRAN)与UTRAN相比，去掉了RNC。 扁平化网络结构的好处: * 节点数量减少，用户平面的时延大大缩短 * 简化了控制平面从睡眠状态到激活状态的过程，减少了状态迁移的时间 * 降低了系统复杂性，减少了接口类型，系统内部的交互也变少了 多了一个X2有线接口，使得eNodeB之间互相连接(类似p2p) > NodeB是网络与终端UE进行信息交互的设备，它做射频处理和基带处理两大类工作。射频处理: 发送、接收高频无线信号，高频信号与基带信号的互相转换。基带处理: 信道编码/解码，复用/解复用，扩频/解扩频调制 > > NodeB: Antenna天线, BBU基带单元, RRU远端射频单元 #### EPC: Evolved Packet Core > CS: circuit switching > > PS: packet switching * 没有CS * 全网IP化 * 用户面与控制面的分离 **S1 为 EPC 和 eUTRAN(eNodeB) 之间的接口** **MME** MME: Mobility Management Entity 属于控制平面，负责控制面的信令传输 **S1-MME 与MME相连，是控制面接口** 主要功能: 寻呼、切换、漫游、鉴权、对NAS(Non-Access Stratum)信令的加密和完整性保护，对AS(Access Stratum)的安全性控制，空闲状态移动性控制 **SGW and PGW** SGW: Serving Gate Way, 边界网关 主要功能： 分组数据的路由、转发、监听、计费 PGW: PDN Gate Way, 和运营商外部或者内部的分组网络连接 属于用户平面，负责用户包数据的过滤、路由和转发 **S1-U 与SGW相连，是用户面接口** #### eNodeB 主要承担的是基层用户的服务和资源管理功能 ### Question and Answer **从一代到四代移动通信技术有哪些标准?** 第一代: AMPS、ETACS、NTACS 第二代: GSM、DAMPS、IS-95 第三代: CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA 第四代: TDD-LTE、FDD-LTE > FDD = Frequency Division Duplex > > TDD = Time Division Duplex **LTE的全称是？** Long Term Evolution **中国移动在4G中使用了哪些频段?** 1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz **SAE的全称是?** System Architecture Evolution **第4代移动通信系统少了哪一层？** 少了 RNC(无线网络控制器) 层 **LTE扁平化网络结构有什么好处？** * 节点数量减少，用户平面的时延大大缩短 * 简化了控制平面从睡眠状态到激活状态的过程，减少了状态迁移的时间 * 降低了系统复杂性，减少了接口类型，系统内部的交互也变少了 **eNodeB的主要功能有哪些?** * 射频处理 * 信道编码/解码 * 复用/解复用 * 扩频/解扩频调制 * 无线资源管理 * 移动性管理 * 承载控制 * 系统接入控制 * 路由选择 * 附着 > NodeB是网络与终端UE进行信息交互的设备，它做射频处理和基带处理两大类工作。射频处理: 发送、接收高频无线信号，高频信号与基带信号的互相转换。基带处理: 信道编码/解码，复用/解复用，扩频/解扩频调制 **LTE和EPC主要由哪些网元构成?** * MME: Mobility Management Entity * PGW: PDN Gate Way * SGW: Serving Gate Way ## LTE系统网络接口 ### LTE 系统结构 #### eNodeB 主要功能: * 无线资源管理 * 用户数据流的IP报头压缩和加密 * UE附着状态时MME的选择 * 实现SGW用户面数据的路由选择 * 执行由MME发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输 * 完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告 #### MME(Mobility Management Entity) * NAS(Non-Access Stratum)非接入层信令的加密和完整性保护; 核心网不做处理，直接传输 * AS(Access Stratum)接入层安全性控制，空闲状态移动性控制 * EPS(Evolved Packet System)承载控制 * 支持 寻呼、切换、漫游、鉴权 #### SGW 分组数据路由、转发、监听、计费 #### PGW 属于用户平面，负责用户包数据的过滤、路由和转发 ## 接口 23，图3-1 ### Uu空中接口协议(UE 与 eNodeB) #### 控制平面协议 NAS: Non-Access Stratum RRC: Radio Resource Control PDCP: Packet Data Convergence Protocol RLC: Radio Link Control MAC: Media Access Control > RLC(Radio Link Control)的三种传输模式: 1. TM(Transparent Mode) 2. UM(Un-acknowledgement Mode) 3. AM(Acknowledgement Mode) > > #### 用户平面协议 > > MAC、RLC、PDCP ### S1接口协议(S1-MME连接eNodeB与MME; S1-U连接eNodeB与SGW) * EPS承载服务管理 * UE上下文管理 * 移动性管理 * 寻呼管理 * 信令传输功能 * S1接口管理 * 网络共享 #### 接口用户平面 **S1-U连接eNodeB与SGW** GTP-U: GPRS Tunneling Protocol for User Plane #### 接口控制平面 **S1-MME连接eNodeB与MME** SCTP: Stream Control Transmission Protocol ### X2接口协议 连接eNodeB #### 接口用户平面 #### 接口控制平面 ### Question and Answer **SAE的全称是?** System Architecture Evolution **第四代移动通信技术少了哪一层？** RNC **LTE扁平化网络结构有什么好处？** * 节点数量减少，用户平面的时延大大缩短 * 简化了控制平面从睡眠状态到激活状态的过程，减少了状态迁移的时间 * 降低了系统复杂性，减少了接口类型，系统内部的交互也变少了 **eNodeB的主要功能有哪些？** * 无线资源管理 * 用户数据流的IP报头压缩和加密 * UE附着状态时MME的选择 * 实现SGW用户面数据的路由选择 * 执行由MME发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输 * 完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告 **LTE和EPC主要由哪些网元构成？** * MME: Mobility Management Entity * PGW: PDN Gate Way * SGW: Serving Gate Way ## LTE 的关键技术 ### OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) * 上行: OFDMA, Orthogonal Frequency-Division Multiple Access * 下行: SC-FDMA, Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access > FFT = Fast Fourier Transformation OFDMA的优势: 1. 通过循环前缀，有效克服无线环境的多径干扰 2. 实现用户间完全正交的频率复用，保证频谱效率 3. OFDM容易和MIMO技术结合 4. 支持频率纬度的链路自适应和多用户调度 ### SC-FDMA(Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access) SC-FDMA的优势: 1. 相对于OFDMA，具有更低的PAPR，便于UE功放的设计 2. 实现用户间完全正交的频率复用，保证频谱效率 3. 用户复用可以通过DFT变换、正交子载波映射等过程轻松实现 4. 支持频率纬度的链路自适应和多用户调度 ### MIMO(Multiple Input Multiple Output) 利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术 #### 分集 多路信道传输相同的信息 #### 复用 多路信道传输不同的信息 #### 波束赋形 原理: 利用`空间信道的强相关性及波的干涉原理`产生强方向性的辐射方向图，使辐射方向图的主瓣自适应指向用户`来波方向`，从而提高信噪比，获得明显的阵列增益。 ### AMC(Adaptive Modulation and Coding) 原理: 在发送功率恒定的情况下，动态地选择适当的调制和编码方式，确保链路的传输质量。 > LTE的调制方法: QPSK、16QAM、64QAM ### HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request) ### LTE“三高、两低、一平” 三高: * 高峰值速率 * 高频谱效率 * 高移动性 两低: * 低时延 * 低成本 一平: * 扁平化架构 ### Question and Answer **请写出MIMO的两种工作模式和区别** 发射**分集**: 多路信道传输同样的信息 空间**复用**: 多路信道同时传输不同信息 **请写出OFDM的优缺点** 优点: 1. 通过循环前缀，有效克服无线环境的多径干扰 2. 实现用户间完全正交的频率复用，保证频谱效率 3. OFDM容易和MIMO技术结合 4. 支持频率纬度的链路自适应和多用户调度 缺点: 1. 对相位噪声和载波频偏十分敏感 2. 峰均比过大 3. 所需线性范围宽 4. PAPR比SC-FDMA更高 ## LTE 信道 FDD: 上下行收发在相同时间的不同频点上； 全双工 TDD: 上下行收发在相同频点的不同时间段上； 半双工 > FDD 和 TDD 的帧时长都是 10ms, 一个帧分为10个子帧 > > `Speicial subframe` in LTE 被用来提示`下行`切换到`上行` ### 信道分类 逻辑信道、传输信道、物理信道 #### 逻辑信道 分为: 控制信道、业务信道 控制信道: * BCCH: Broadcast Control Channel; 广播控制信道 * PCCH: Paging Control Channel; 寻呼控制信道 * CCCH: Common Control Channel; 公共控制信道 * DCCH: Dedicated Control Channel; 专用控制信道 * MCCH: MultiCast Control Channel; 多播控制信道 业务信道: * DTCH: Dedicated Traffic Channel; 专用业务信道 * MTCH: MultiCast Traffic Channel; 多播业务信道 #### 传输信道 分为: 下行信道、上行信道 下行信道: * BCH: Broadcast Channel * PCH: Paging Channel * DL-SCH: Downlink Share Channel * MCH: MultiCast Channel 上行信道: * RACH: Random Access Channel * UL-SCH: Uplink Shared Channel #### 物理信道 下行信道: * PBCH: Physical Broadcast Channel * PDSCH: Physical Downlink Shared Channel * PDCCH: Physical Downlink Control Channel * PCFICH: Physical Control Format Indicator Channel * PHICH: Physical Hybrid ARQ Indicator Channel * PMCH: Physical Multicast Channel 上行信道: * PRACH: Physical Random Access Channel * PUSCH: Physical Uplink Shared Channel * PUCCH: Physical Uplink Control Channel ## LTE 系统物理层 PSS: Primary Synchronous Signal SSS: Secondary Synchronous Signal 频率偏移: * 整数倍偏移 (概念有误，应是`>1倍的频率偏移`) * 小数倍偏移 (概念有误，应是`<1倍的频率偏移`) 随机接入: * 竞争性随机接入 * 非竞争性随机接入 ### Question and Answer **哪些情况会发生随机接入? 什么类型的？** 1. RRC\_IDLE状态下的初始接入 2. RRC连接重建 3. 切换 4. RRC\_CONNECTED状态下有下行数据到达，但上行处于失步状态 5. RRC\_CONNECTED状态下有上行数据到达，但上行处于失步状态，或没有用于SR的PUCCH资源 6. RRC\_CONNECTED状态下的UE辅助定位 竞争性随机接入: 1 to 5 非竞争性随机接入: 2, 3, 6 ## LTE 的编号 ### UE * C-RNTI: C-Radio Network Temporary Identifier * IMEI: International Mobile Equipment Identity * IMSI: International Mobile Subscriber Identity * S-TMSI: Serving Temporary Mobile Subscriber Identity * UEID: * GUTI: ### Base Station * TAI: ### SAE * PLMN * MSIN: Mobile Subscriber Identification Number * MMEGI: * MMEI * eNB S1AP UE ID * MME S1AP UE ID * IMEI/SV * TAC * TAI List * PDN ID * EPS Bearer ID * E-RAB ID * DRB ID * LBI * TEID ## LTE系统无线资源管理 ### Question and Answer **资源分配的方式有哪些？** * 集中式资源分配 * 分散式资源分配 **负载均衡的意义是什么？** * 使各个小区间的负荷更加均衡 * 使系统间的负荷更加均衡 * 使系统的容量得到提升 * 减少`人工参与网络管理与优化` * 保证用户的QoS，减少拥塞造成的性能恶化 ## All for The Exam ### Level 1 **简述FDD-LTE工作原理。** 上下行收发在相同时间的不同频点上（全双工系统） **简述TD-LTE工作原理。** 上下行收发在相同频点的的不同时间段上（半双工系统） **请简述TD-LTE帧结构。** 1. TDD帧结构引入了特殊子帧的概念 2. 特殊子帧中包括DwPTS（Downlink Pilot Time Slot, 下行导频时隙）、GP（Guard Period, 保护周期）和UpPTS（Uplink Pilot Time Slot, 上行导频时隙） 3. 特殊子帧各部分的长度可以配置，但总时长固定为1ms **LTE有哪些关键技术，请列举简要说明。** OFDM正交频分复用技术 * OFDM技术原理 * OFDM多址接入 MIMO多天线技术 * AMC链路自适应技术 * HARQ混合自动重传 **描述MIMO技术的三种应用模式。** 发射**分集**: 多路信道传输同样的信息 空间**复用**: 多路信道同时传输不同信息 波束赋形: 多路天线阵列赋形成单路信号传输 **简述OFDM的基本原理，有哪些优势和劣势？** 基本原理：OFDM是一种正交频分复用技术，是由多载波技术MCM发展而来的; OFDM既属于调制技术，也属于复用技术。 优势： 1. 通过循环前缀，有效克服无线环境的多径干扰 2. 实现用户间完全正交的频率复用，保证频谱效率 3. OFDM容易和MIMO技术结合 4. 支持频率纬度的链路自适应和多用户调度 劣势: 1. 对相位噪声和载波频偏十分敏感 2. 峰均比过大 3. 所需线性范围宽 **LTE上行为什么要采用SC-FDMA技术？** 1. 相对于OFDMA，具有更低的PAPR，便于UE功放的设计 2. 相对于传统的单载波频率复用，能实现用户间完全正交的频率复用，同时保证频谱效率 3. 用户复用可以通过DFT交换，正交子载波映射等过程方便地实现 4. 支持频率维度的链路自适应和多用户调度 **简述RSRP、RSRQ、RSSI、SINR的含义。** * RSRP(参考信号接收功率): 是终端接受到的小区公共参考信号（CRS）功率值，数值为测量带宽内单个RE功率的线性平均值，反映的是本小区有用信号的强度 * RSRQ(参考信号接收质量): 是N倍的RSRF与RSSI的比值，其中N表示RSRI的测量带宽内包含的RE数目，能反映出信号好干扰之间的相对大小 * RSSI(接收信号强度指示): 是终端接收到的所有信号（包括同频的有用和干扰、邻频干扰、热噪声等）功率的线性平均值，反映的是该资源上的负载强度 * SINR(信噪比): 是有用信号功率与干扰和噪声功率之和的比值，直接反映接收信号的质量 ### Level 2 RRC两种主要的状态是 `空闲` 和 `连接` 。 特殊子帧配置中包括 `DwPTS(下行导频时隙)` 、 `GP(保护周期)` 和 `UpPTS(上行导频时隙)` 。 LTE系统中存在两种类型的CP: `普通` CP和 `扩展` CP。 LTE系统的传输速率：对于大范围高速移动用户（250km/h）数据速率为2Mbit/s；对于中速移动用户（60km/h）数据速率为 `20Mbit/s` ；对于低速移动用户（室内或步行者），数据速率为 `100Mbit/s` 。 eNodeB与UE通过 `U口` 连接。 在扩展CP情况下，一个RB包含 `84` 个RE。 无线网络接口协议栈根据用途分为 `用户平` 面协议栈和 `控制平` 面协议栈。 TTI 为物理层数据传输调度的时域基本单位，1 TTI = 1 个子帧 = `1` ms，1 TTI = `12` 个OFDM符号 (普通 CP)。 LTE的网络接口中S1-MME是 `eNodeB` 连接 `MME` 的控制面接口。 LTE的网络接口中S1-U是 `e-NodeB` 连接 `SG-W` 的用户面接口。 空中接口是指 `终端` 和 `接入网` 之间的接口。 同步信号包括 `PSS` 和 `SSS` 。 物理信道中，PDCCH是 `下行控制信道` 信道，PDSCH是 `下行共享信道` 信道 。 TDD配比格式中的S的全称是 `特殊子帧` 。 OFDMA技术是基于时频二维资源的一种多址调度方式，频域上的调度资源为 `子载波` ，时域上的最小调度单元为 `slot` 。 用户平面协议栈中层二主要由 `MAC` ， `RLC` ， `PDCP` 三个子层构成。 LTE共支持两种无线帧结构； 1个无线帧 = `10` ms，1个子帧 = `1` ms。 PRB为物理层数据传输的资源分配最小单位，时域： `0.5` ms，频域： `12` 个连续子载波(Subcarrier)。 LTE标准支持两种双工模式： `TDD` 和 `FDD` 。 TDD和FDD是不同的双工技术，它们分别用 `时间` 和 `频率` 来区分上下行 LTE系统的传输速率为：对于大范围高速移动用户（250km/h）数据速率为 `2Mbit/s` ；对于中速移动用户（60km/h）数据速率为 `20Mbit/s` 。 核心网中控制面和用户面与基站连接时采用的接口分别为 `S1-C` 和 `S1-U` 。 LTE/SAE的组网架构变迁主要目的是 `提高峰值速率` 、 `降低系统时延` 、简化运营维护、降低系统成本。 LTE/SAE的组网架构变迁主要包括 `扁平化` 、分组域化、IP化、多制式融合化、 `用户面与业务面分离` 等。 RE (Resource Element)是物理层资源的最小粒度，时域上相当于 `1` 个OFDM符号，频域相当于 `1` 个子载波，在扩展CP情况下，一个RB包含 `72` 个RE。 LTE的网络接口中S1接口是连接 `EPC` 与 `eUTRAN` 的接口。 LTE的空口速率之所以能够获得巨大提升，主要是因为采用了 `OFDM` 技术、 `MIMO` 技术和 `高阶调制` 技术。 PGW的主要功能包括： `分组数据过滤` ； `UE的IP地址分配` ；上下行计费及限速。 LTE资源分配技术可以分成 `集中式资源分配` 、 `分布式资源分配` ，根据传输业务类型的不同，LTE系统中的分组调度可以分为 `动态调度` 和 `半静态调度` 。 LTE 帧结构中1 个无线帧= `10` 子帧= `20` 时隙 UE可以通过随机接入过程实现两个基本功能： `取得与eNodeB之间的上行同步(TA)` ， `申请上行资源(UL_GRANT)` 。 SGW的主要功能包括：分组数据路由及转发； `移动性及切换支持` ； `合法监听` ； `计费` 。