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 。

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