LTE3.9G趋近于4G

LTE概述

  • LTE R8
    • 灵活的频谱
      • 灵活的带宽
      • 灵活的双工技术
    • 新的接入技术
      • 上行：SC-FDMA
      • 下行：OFDMA
    • 多天线技术
      • 传送分集
      • 空间复用
    • 快速调度
    • AMC：Adaptive Modulation & Coding 自适应编码调制
    • HARQ：混合自动请求重传
    • SON
  • LTE R9
    • 基站定位技术
      • DOA：Direction of Arrival来波方向估计
        • 波束赋形：通过各种手段，使波束主瓣对准来波方向
        • 智能天线：相控阵雷达
    • SON
    • EMBMS
  • LTE Advanced
    • 频谱扩展
    • Comp
    • Relay
  • 分集
    • 用不同的资源传输相同的信息
    • 提升可靠性
  • 复用
    • 用相同（相对相同）的资源传输不同的信息
    • 提高有效性
  • LTE FDD
    • 频分双工，全双工
    • 连续控制的系统，适合交互式的实时数据
    • 上下行数据同时传输
  • TD-LTE
    • 上下行数据在不同的时段单向传输
  • NDD
    • 不分双工
    • 电路与系统，消除自干扰
  • FDD和TDD混合运营为趋势
    • 相同的核心网
    • 相同的高层设计

LTE主要技术指标和需求

  • LTE特点
    • 分FDD和TDD两种
    • OFDM和MIMO技术
    • 扁平、全网络架构减少时延
    • 控制面处理能力
    • 频谱利用率提高
  • 宽频带、MIMO、高阶调制技术都是提高数据速率的关键所在
  • 控制面延迟
    • 从驻留到激活状态
    • 从睡眠到激活状态
    • 控制面容量
  • 用户面延迟
    • 一个数据包从UE、RAN边界节点

LTE总体架构

  • 系统结构
    • LTE采用了与2G、3G均不同的空中接口技术，基于OFDM技术的空中接口技术
    • S1，X2接口
    • 扁平化无线网络架构
    • RNC+NodeB=eNodeB
    • 全ip网络结构，与传统网络互联互通
    • 网元数目减少
    • 取消了RNC的集中控制，避免单点故障，提高稳定性
  • 核心网EPC结构
    • EnB之间通过X2接口相连，EnB和Epc通过S1接口
  • 网元
    • E-nodeB
    • MME
    • Serving GW
    • PDN GW
  • 无线协议结构
    • 无线网络层
    • 传输网络层
    • 控制面和用户面分离，无线网络和传输层分离
  • 总体架构
    • 分组核心网
    • 演进型基站

S1和X2接口

  • S1接口
    • S1接口是EPC（核心网）和EUTRAN之间的接口界面
    • EPC侧的接入点是控制平面的MME或用户平面的SGW（服务网关）
    • S1是一个逻辑接口，从任何一个eNB（基站），可能有多个S1-MME逻辑接口面向EPC，多个S1-U逻辑接口面向EPC
    • S1-MME接口的选择由NAS逻辑选择实体决定
    • S1-U接口的选择在EPC中完成，由MME传递到eNB
  • S1接口功能
    • UE上下文管理功能
    • SAE承载管理功能
    • S1连接管理功能
    • 。。。
  • S1AP应用协议
  • 初始上下文建立过程
  • X2接口
    • 实现了两个基站的信令交互
    • 负载管理
    • 小区干扰协调
    • 。。。
  • X2AP应用协议

LTE关键技术

  • 双工方式
    • FDD和TDD
      • FDD的缺点采用了成对的频率，频谱利用率高
      • 但是在非对称业务中，频谱利用率大大降低
      • TD上下行数据分开传输，需要有信号控制上行和下行的切换
      • TD-LTE频谱效率高，配置灵活，灵活设置上下行
      • 但终端移动速度受限，干扰问题复杂，同步要求高
  • 多址方式
    • 基站和多个用户之间通过公共传输媒质建立多条无线信道连接的技术
    • FDMA-TDMA-CDMA-OFDMA
    • OFDMA
      • 提升频谱效率
      • 非常容易与MIMO技术结合
      • 但是对时域和频域的同步要求高
      • OFDMA的峰均比PAPR高（对硬件要求高，非线性区）
    • NOMA非正交多址5G
      • PDMA 功（功率）分多址
      • IDMA 交织多址
  • 正交性与相关性
    • 正交性
      • 互不依赖、相互独立、互不相关、没有重叠，相互区别、没有疑似
      • A*B=0
    • 相关性
      • 混叠、交织、关联
      • A*B=1
      • A*A=1则自相关
  • OFDM
    • OFDM在WIMAX和WIFI中很早就利用了
    • OFDM并不比CDMA的频谱利用率更高，但优势是较大宽带的支持更简单更合理
    • 配合MIMO更好
    • O：Orthogonal正交
    • Inphase同向分量 Quadrature正交分量
    • 理论上可以重叠到无限，但为了解调方便，重叠到波长的一半
    • OFDM是一种调制方式，OFDMA是一种多址接入技术
    • LTE采用OFDMA作为下行多址方式
  • LTE多址方式-下行
    • 集中式：连续RB分给一个用户
    • 优点：调度开销小
    • 分布式：分配不连续
    • 优点：频选调度增益较大
  • 多天线技术
    • 利用多发射、多接受天线进行空间分集的技术。
    • 采用分立式多天线，能够有效地将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量
    • 发送方式：发送分集、波束赋形、空时预编码以及多用户MIMO
    • 上行链路，多用户组成的虚拟MIMO也可以提高系统的上行容量
    • MIMO技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的带宽内由多个发射天线发送
    • 利用了空间信号维度提高传输速率
    • 空间复用（发送不同的内容）、空间分集（发送相同的内容）
    • 波束赋形，通过对信道的准确估计，针对用户形成波束，降低用户之间干扰，可以提高覆盖能力（有源）
    • R9版本，协议规定LTE
    • IRS：Intelligent Reflecting Surface（无源）
    • MU-MIMO：虚拟MIMO，UE不需要做成高成本的多天线
  • 链路自适应
    • 功率控制和速率控制
    • 一般意义上链路自适应都指速率控制
    • LTE中即为自适应编码调制技术（Adaptive Modulation and Coding）
    • 应用AMC技术可以使得eNodeB能够根据UE反馈的信道状况及时地调整不同的调制方式（QPSK、16QAM、64QAM）和编码速率
    • 时域AMC
    • 频域AMC
    • 空域AMC
    • LTE上行方向的链路自适应技术基于基站测量的上行信道质量，直接确定具体的调制与编码方式
    • LTE下行方向的链路基于UE的ICQ反馈选择对应的调制方式和码速率
  • 功率控制
    • 通过动态调整发射功率，维持接收端一定的信噪比，从而保证链路的传输质量
    • 当信道条件较差，需要增加发射功率，当信道条件较好，需要降低发射功率，从而保证了恒定的传输速率
    • 功率控制可以很好的避免小区内用户之间的干扰，避免远近效应
  • HARQ（Hybird）
    • FEC：前向纠错编码
    • ARQ：自动重传请求
    • HARQ=FEC+ARQ
    • FEC
      • 自动错误纠正，无需反馈和重传
      • 可靠性较低，不可自适应调整
    • ARQ
      • 复杂性较低，可靠性较高
      • 连续性实时性较差
    • HARQ
      • 整合两者优点
      • 采用N进程停等方式
      • 对传输块传输和重传
      • 下行链路异步自适应HARQ
      • 上行链路同步HARQ
      • HARQ与软合并
      • IR（增量冗余）合并

小区干扰抑制和协调

  • 小区间干扰消除
    • 加扰
      • LTE充分使用序列的随机化避免小区间的干扰
      • 加扰；加入伪随机码序列
    • 跳频传输
      • 跳频图样
      • 跳频传输可以随机化小区的干扰
    • 发射端波束赋形
      • 提高期望用户的信号强度
    • IRC
      • 多天线，对接收信号加权
    • 小区间干扰协调
      • 频率资源协调
    • 功率控制
      • 小区内
      • 小区间

信道调度和快速调度

  • 基本思想
    • 对于某一块资源，选择信道传输条件最好的用户进行调度，从而最大化系统吞吐量
  • 信道调度
    • LTE系统支持基于频域的信道调度
  • 快速调度
    • 即为分组调度，基本理念是快速服务
    • 调度原则
      • 公平调度算法
      • 最大C/I算法
    • 基于时间的轮询方式
    • 基于流量的轮询
    • 最大载干比方式
    • 部分公平方式