第七章LTE移动通信系统 7.1概述**1。LTE** 系统容量的主要目标； 数据传输时延； 终端状态间转换时间；机动性； 报道； 增强多媒体广播和多播服务。 2。LTE主要性能指标 ①1.4MHz~20MHz带宽，上行50Mbit/s，下行100Mbit/s峰值速率。 ②提高小区边缘用户的性能。 ③高频谱效率。 ④更低延迟。 ⑤与现有3GPP和非3GPP系统的互操作性。 ⑥增强的MBMS服务。 ⑦合理的终端。 ⑧增强的IMS和核心网络。 ⑨删除Cs（电路交换）域。 ⑩支持配对和未配对的频段。 ?支持运营商间相邻频段、相邻区域共存。 3。LTE基本特性 只支持分组交换结构；完全共享的无线信道；千兆比特/秒； ②提高频谱效率，从16bit/s/Hz到30bit/s/Hz； ③增加用户数量和小区边缘性能； ④兼容LTE和LTE-A。 ⑤灵活分配频谱和带宽； ⑥网络自动化和自组织能力。 7.2LTE系统结构 7.2.1LTE/SAE网络结构演进分组核心网（EPC）--IMS网络位于核心网，提供互联网接口，通过电话网连接电话网和互联网媒体网关。 演进的通用陆地无线接入网（E-UTRAN） 7.2.2E-UTRAN结构和接口 1。E-UTRAN结构与UTRAN结构的比较； -只包括eNodeB取消RNC。 2。E-UTRAN主要网元的功能和接口 3．eNodeB实现的功能 ①无线资源管理（RRM） -无线接收控制、无线准入控制、连接移动性控制和UE上下行动态资源分配。 ②IP头压缩和用户数据流加密。 ③连接终端时选择MME。 ④将用户面数据路由到S-GW。 ⑤寻呼消息的调度和传输（来自MME）。 ⑥安排和传输广播信息（来自MME或O&M）。 ⑦用于移动和调度的测量和测量报告的配置。 4。E-UTRAN主要开放接口 ①X2接口：eNodeB之间 ②S1接口：E-UTRAN和CN之间 ③LTE-Uu接口：固定UE接入系统部分 5，E-UTRAN通用协议模型；-适用于S1和X2接口 6、E-UTRAN主接口协议栈 -eNodeB之间接口X2 ①用户面：基于IP传输，UDP/IP利用GTP-U. ②控制面：采用IP和SCTP（流控制传输协议），应用层信令协议采用X2-AP。 -eNodeB和EPC接口S1 ①用户面：基于IP传输，在UDP/IP上使用GTP-U。②控制平面：采用IP和SCTP（流控制传输协议），应用层信令协议采用S1-AP。 ③S1接口功能： a。SAE承载服务管理 b。在主动模式下，UE移动性管理 c。S1接口UE上下文管理功能。 d。S1寻呼 e。NAS信令传输 f。S1接口管理 g.网络分享 h。选择函数 j。初始状态上下文建立 7.2.3核心网结构和接口 EPC主网元功能：MME、SGW、PDNGW、PCRF、HSS MME功能： ①安全管理功能 ②会话管理功能 ③空闲态终端管理功能 MME主要完成以下工作： ①NAS信令加密和完整性保护。 ②CN节点间的信令传输。 ③空闲状态下的移动控制。 ④P-GW和S-GW的选择。 ⑤MME选择，MME变化带来的切换。 ⑥切换到SGSN选择2G或3G接入网络。 ⑦漫游。 ⑧承载管理。 S-GW功能：数据服务锚点 ①3GPP之间的移动性管理，移动安全机制的建立。 ②下行数据包缓冲和网络初始化。 ③授权拦截。 ④数据包路由和正向转发。 ⑤账单信息。 P-GW功能：与外部数据网络进行数据交互的锚点 ①用户组过滤。 ②授权拦截。 ③UE的IP地址分配。 ④上下行业务管理及计费。 ⑤基于AMBR的下行速率控制。 PCRF功能： -决定如何使用可用资源，负责用户计费信息管理。 HSS功能： -3G和LTE核心节点-存储用户注册信息- MME/MME：S10接口 SGSN/MME：S3接口 SGSN/S-GW：S4接口 S-GW/P-GW：S5/S8接口 MME/S-GW：S11接口 MME/HSS：S6a UE/eNodeB/MME控制平面协议栈 NAS协议功能： -移动性管理、用户面承载激活、修改、去激活、NAS信令加密。 eNodeB和MME（S1）之间的协议功能： -用于控制和建立网络访问连接的属性。 -控制已建立网络连接的路由。 -控制网络资源的分配。 UE/eNodeB/gateway的用户面协议栈 -eNodeB和S-GW之间，S-GW和P-GW之间，使用GTP-U协议传输用户数据。- LTE网络中的IP多媒体子系统（IMS） -第一个提案是R5版本-功能实体： -①CSCF（CallSessionControlFunctionalEntity）。 -②MGCF（媒体网关控制功能）。 -③MGW（媒体网关）。 7.3LTE空口**7.3.1LTE工作频段** LTE同时支持FDD和TDD双工方式 7.3.2空口协议 Uu口 -第1层（L1）物理层 -第2层（L2）数据链路层 -第3层（L3）网络层 7.3.3物理层 物理层的功能 ①传输通道错误检测。 ②FEC编解码器。 ③HARQ和软合并实现。 ④传输信道和物理信道速率匹配和映射。 ⑤电源控制。 ⑥调制/解调。 ⑦同步。 ⑧无线特性测量。 ⑨MIMO天线处理。 ⑩传输多样性。 ?波束成形。 ?射频处理。 传输信道 ⑴下行传输信道 ①广播信道(BCH) ②下行共享信道(DL-SCH) ③寻呼信道(PCH) ④组播信道(MCH)⑵上行传输信道 ①上行共享信道（UL-SCH） ②随机接入信道（RACH） FrameStructure FrameStructureType1，适用于FDD和H-FDD A无线帧与10ms长度由10个1ms长度的子帧组成；每个子帧由两个长度为0.5ms的时隙组成； 帧结构类型2，适用于TDD 一个长度为10ms的无线帧由两个长度为5ms的半帧组成； 每个半帧由5个1ms长的子帧组成； 特殊子帧：由DwPTS、GP和UpPTS组成； 支持5ms和10msDL-UL切换点周期； 物理信道 ⑵物理信道分类 ①下行物理信道 ②上行物理信道 ③传输信道和物理信道映射 ①下行物理信道 a.物理广播信道(PBCH) 传递UE接入系统必要的系统信息，如带宽、天线数量等。 b。PhysicalControlFormatIndicatorChannel(PCFICH) 一个子帧中用于PDCCH的OFDM符号数 c。PhysicalHARQIndicatorChannel(PHICH) 用于eNodeB将PUSCH相关的ACK/NACK信息反馈给UE d。PhysicalDownlinkControlChannel(PDCCH) 用于指示PDSCH相关的传输格式、资源分配、HARQ信息等。 e。物理下行链路共享信道（PDSCH） 传输数据块，包括用户数据和系统信息、寻呼等。 f。物理多播信道（PMCH） 传输MBMS相关数据②上行链路物理信道 a。PhysicalUplinkControlChannel(PUCCH) 当没有PUSCH时，UE使用PUCCH发送ACK/NAK，CQI，调度请求（SR，RI）信息。 当有PUSCH时，在PUSCH上发送这些信息 b。物理上行链路共享信道(PUSCH) 承载数据 c。PhysicalRandomAccessChannel(PRACH) 用于随机接入，发送随机接入所需的信息，preamble等 ③传输信道与物理信道映射 PCFICH,PDCCH,PHICH,PUCCH没有对应传输通道 7.3.4数据链路层 ⑴第2层结构 ①MAC层 ②RLC层 ③PDCP层 -层与层之间的服务接入点（SAP） -RLC和MAC层是Logicalchannel ①MAC层功能 a.逻辑信道和传输信道之间的映射 b。复用/解复用过程 c。流量测量报告 d.通过HARQ纠错 e。同一UE的逻辑信道优先级处理 f.多个UE之间的优先级处理（动态调度） g。传输格式选择 h。逻辑信道优先级管理 ②RLC层功能 a。支持确认模式、未确认模式和透明模式。 b。通过ARQ机制进行纠错。 c。根据传输块大小，动态分割重组本层数据。 d。实现同一无线承载的多个业务数据单元的级联。 e。依次传输上层的PDU（切换时除外）。 f。数据重复检测和底层协议错误检测和恢复。G。eNodeB和UE之间的流量控制。 ③PDCP层功能 a。协议头压缩和解压，只支持ROHC压缩算法。 b。NAS层和RLC层之间的用户面数据传输。 c。用户平面数据和控制平面数据加密。 d。控制平面NaS信令信息的完整性保护。 7.3.5RRC层 RRC层提供的服务和功能 ①NAS层和接入层（AS层）的广播系统消息。 ②寻呼。 ③RRC连接的建立、维护和释放。 ④RRC消息的加密和完整性保护。 ⑤无线电承载的建立、修改和释放。 ⑥手机管理功能。 ⑦QoS管理。 ⑧广播/多播服务的通知和控制。 ⑨NAS消息在用户和网络端之间的传输。 RRC协议状态和状态转换 -空闲状态（RRCIDLED） -连接状态（RRCCONNECTED）。不连续接收（DRX）。 ②系统信息广播。 ③传呼。 ④社区改选。 ⑤UE在跟踪区域内具有唯一标识符。 ⑥RRC上下文等不保存在eNodeB中。 (2)连接状态的主要特征 ①UE具有E-UTRAN的RRC连接。 ②E-UTRAN具有UE通信上下文。 ③E-UTRAN知道UE属于哪个服务小区。 ④网络可以与UE发送/接收数据。 ⑤网络控制的移动性管理（切换）。 ⑥邻区测量等 RRC协议状态和状态迁移 7.4上下行物理层传输**7.4.1时频结构** 无线帧 -无线帧长10ms SFN周期为1024，编号0~1023。 -子帧长度1ms； -时隙长度Tslot=0.5ms； -基本时间单位TS= -OFDM符号是时间结构的时间单位。 -循环前缀(CP): ConventionalCP(160TS,144TS) ExtendedCP(512TS) -频域：副载波时域：OFDM符号--RadioFrame(SFN) -10ms1024号码 -广播寻呼信道状态报告 --传输时间间隔(TTI) -子帧-HARQ机制TA机制 --时间间隔??-0.5ms同步信号、参考信号、控制信息 物理资源 --RE:资源元素/资源单元 -1个子载波对应1个OFDM符号 --RB:资源块/资源block -1时隙 时域0.5ms-180KHz频域12个连续子载波 --SB:SchedulingBlock/schedulingblock -1subframeof1msinthetime域（最小调度单元） -资源块对 --中心频率在子载波中的位置 -下行：无用的DC子载波 -上行：位于2个子载波之间 7.4.2下行物理层传输 为MAC层和上层提供信息传输 下行参考信号分类 -CellSpecificReferenceSignal(CRS) -UEDedicatedReferenceSignal(DRS) -信道状态参考信号（CSI-RS） -MBSFN参考信号 -位置参考信号 小区特定参考信号结构和生成 -504个物理小区标识 -扰码选择GOLD码 下行控制信道和业务信道 (1)LTE时频网格中控制区和数据区的划分 (2)PBCH处理流程 (3)PDSCH处理流程 每个上行用户调度块的TTI分配是灵活的 7.4.3上行物理层传输 (1)PUCCH控制信令消息 -SR：用于向eNodeB请求UL-SCH资源。 -HARQACK/NACK：在DL-SCH上发送的数据的HARQ确认。 -CSI：包括CQI、PMI、RI等信息。用于告知eNodeB下行信道的质量等，帮助eNodeB进行下行调度 (2)PUCCH信道的时频资源占用 -边缘整个可用带宽。 -12个子载波，1个子帧和2个时隙 7.5LTE系统的基本流程小区搜索的主要内容 -频率和符号的同步 -获取帧定时并确定开始下行帧点 -决定物理层小区标识（504） -循环前缀长度（CP） -工作模式（FDD/TDD） ①PSS（PrimarySynchronizationSignal）. ②SSS（二次同步信号）。 映射到带宽中心的62个子载波 ①终端检测识别可以得到小区的PSS（PrimarySynchronizationSignal）-小区的5ms时序-小区ID组中的小区ID(3)-SSS位置 ②终端检测识别到小区的SSS(SecondarySynchronizationSignal)可以得到-帧定时-小区标识组(168) 7.5.1小区搜索过程 7.5.2随机接入过程 随机接入在LTE中的应用场景 -①初始接入和TAU更新 -②RRC连接重建过程 -③上行不同步需要申请上行资源 -④切换 -⑤上行不同步但需要接收下行数据 -⑥UE定位辅助定位需要 随机接入前导结构 （1）随机接入前导ZCsequence -长度839个子载波，子载波间隔1.25kHz，800μs。 -长度为139个子载波，6RB，133μs。 (2)随机接入前导的循环前缀 -5格式随机接入 随机选择前导 基于非冲突的随机接入 分配非冲突前导 周期 -如果终端检测到寻呼组无线电网络临时标识（P-RNTI），它会在PCH上处理相应的下行链路寻呼消息。 -终端应该唤醒并监听寻呼的子帧由网络配置。-寻呼消息只能在某些子帧上发送，从每32帧1个子帧到每帧4个子帧。 寻呼流程 -核心网或eNodeB触发 -通知系统信息更新，寻呼UE 7.5.4跟踪区域更新 -TA-TAC-TAI-TAU 如果你有任何问题欢迎随时联系客服（hongsong2019）
