1、移动通信技术及应用【本章导读】第四代移动通讯技术(简称4G)由于连接传输速率大幅提高，从而能引入高质量的视频通信，将广泛地应用于人们生活和经济建设的方方面面。LTE（LongTermEvolution)是由3GPP（The3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作伙伴计划）组织制定的UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移动通信系统）技术标准的长期演进，于2004年12月在3GPP多伦多TSGRAN#26会议上正式立项并启动。2013年12月，中国正式向三大运营商发放TD-LTE牌照，开启我国LTE网络技术
2、运用序幕。本章首先介绍了4G的国际标准及国内牌照，然后介绍了LTE网络的特点与基本结构；对LTE物理层方面的系统设计及物理流程进行了详细说明；对LTE的空中接口协议、终端切换过程和安全行架构做了详细的概述；分析了LTE网络中OFDM和MIMO这两关键技术的运用；最后介绍了4G(LTE)设备EMB5116TD-LTE。【本章要点】LTE网络的网络基本结构；LTE物理层方面的系统设计及物理流程；LTE的空中接口协议；LTE网络中的OFDM技术和MIMO技术4G(LTE)设备EMB5116TD-LTE。4.5移动通信技术及应用4.2LTE系统物理层4.1 LTE系统概述及网络结构4.3LTE的空中接
3、口协议4.44G的关键技术4G(LTE)设备简介移动通信技术及应用4.1LTE系统概述及网络结构4.1.14G的国际标准及国内牌照1.4G的国际标准2012年1月18日下午5时，ITU(国际电联)在2012年无线电通信全会全体会议上，正式审议通过将LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(802.16m)技术规范确立为IMT-Advanced(俗称“4G”)国际标准，中国主导制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advance同时并列成为4G国际标准。此后，ITU(国际电联)又将WiMax、HSPA+、LTE正式纳入到4G标准里，加上LTE-Advan
4、ced和WirelessMAN-Advanced这两种标准，4G标准已经达到了5种。截止到2013年12月份LTE已然成为4G全球标准，包括FDD-LTE和TD-LTE两种制式。13年3月，全球67个国家已部署163张LTE商用网络，其中154张FDD-LTE商用网络，15张TD-LTE商用网络，6家运营商部署双模网络。1移动通信技术及应用2013年12月4日下午，工业和信息化部（以下简称“工信部”）向中国移动、中国电信、中国联通正式发放了第四代移动通信业务牌照（即4G牌照），中国移动、中国电信、中国联通三家均获得TD-LTE牌照，此举标志着中国电信产业正式进入了4G时代。有关部门对TD-LT
5、E频谱规划使用做了详细说明：中国移动：获得130MHz频谱资源，分别为1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz；中国联通：获得40MHz频谱资源，分别为2300-2320MHz、2555-2575MHz；中国电信：获得40MHz频谱资源，分别为2370-2390MHz、2635-2655MHz。而2014年年中，工信部给电信和联通两家运营商分配了FDD-LTE的试商用频谱。其中联通使用1755-1765MHz(上行)1850-1860MHz(下行)，电信使用1765-1780MHz(上行)1860-1875MHz(下行)。2015年2月27日，工信部向中国电
6、信和中国联通发放了“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务(LTEFDD)”经营许可(FDD牌照)。中国移动虽然也提出了申请，但此次未能获得FDD牌照。2.国内牌照4.1LTE系统概述及网络结构移动通信技术及应用4.1LTE系统概述及网络结构4.1.24G系统的技术参数3GPPLTE的主要性能目标如下：支持带宽：1.25MHz-20MHz峰值速率（带宽20MHZ）：下行100Mbps，上行50Mbps；接入时延：控制面从驻留到激活的迁移时延小于100ms，从睡眠到激活的迁移时延小于50ms，用户面时延小于10ms；移动服务：能为350KM/H高速移动用户提供100kbps的接入速率；频谱效率:：下
7、行3-4倍于HSDPA,上行2-3倍于HSUPA；无线宽带灵活配置：支持1.4MHZ、3MHZ、5MHZ、10MHZ、15MHZ、20MHZ；支持inter-rat移动性，例如GSM/WCDMA/HSPA；取消CS域，CS域业务由PS域实现，如VOIP；支持100Km半径的小区覆盖；1移动通信技术及应用4.1LTE系统概述及网络结构4.1.34G系统的特点（1）通信速度快，可达到20Mbps，甚至最高可以达到高达100Mbps，这种速度会相当于2009年最新手机的传输速度的1万倍左右，第三代手机传输速度的50倍。（2）通信灵活，可以随时随地通信，更可以双向下载传递资料、图画、影像甚至网上联线对
8、打游戏。（3）智能性能高,终端设备的设计和操作具有智能化,可以实现许多难以想象的功能。（4）兼容性好，具备全球漫游，接口开放，能跟多种网络互联，终端多样化以及能从第二代平稳过渡等特点。（5）提供增值服务，可以实现例如无线区域环路(WLL)、数字音讯广播(DAB)等方面的无线通信增值服务（6）高质量通信，可以容纳市场庞大的用户数、改善现有通信品质不良。（7）频率效率高，由于引入许多功能强大的突破性技术，可以使用与以前相同数量的无线频谱做更多的事情。1移动通信技术及应用4.1LTE系统概述及网络结构4.1.44G(LTE)系统的网络结构图4-1LTE网络结构简化移动通信技术及应用图4-2IP化的网
9、络结构架构4.1LTE系统概述及网络结构移动通信技术及应用S1-MMEeNodeB与MME之间的控制面接口，提供S1-AP信令的可靠传输，基于IP和SCTP协议S1-UeNodeB与S-GW之间的用户面接口，提供eNodeB与S-GW之间用户面PDU非保证传输。基于UDP/IP和GTP-U协议S3在UE活动状态和空闲状态下，为支持不同的3G接入网络之间的移动性，以及用户和承载信息交换而定义的接口点，基于SGSN之间的Gn接口定义S4核心网和作为3GPP锚点功能的Serving GW之间的接口，为两者提供相关的控制功能和移动性功能支持。该接口基于定义于SGSN和GGSN之间的Gn接口。另外，如果
10、没有建立Direct Tunnel，该接口提供用户平面的隧道功能S5负责Serving GW和PDN GW之间的用户平面数据传输和隧道管理功能的接口。用于支持UE的移动性而进行的Serving GW重定位过程以及连接PDN网络所需要的与non-collocated PDN GW之间的连接功能。基于GTP协议或者基于PMIPv6协议S6aMME和HSS之间用以传输签约和鉴权数据的接口。S7基于Gx接口的演进，传输服务数据流级的PCC信息、接入网络和位置信息。S7c基于Gx接口演进，支持传输QoS参数和相关分组过滤器参数、控制信息。在S5/S8接口基于PMIPv6协议情形下支持。S8a定义于不同P
11、LMN间，VPLMN中Serving GW和HPLMN中PDN GW之间为用户提供控制平面和用户平面功能的接口，该接口基于SGSN和GGSN间的Gp接口。S8a相当于是S5接口的跨PLMN版本。S8b支持跨PLMN网关漫游情况用户平面和控制平面功能的接口，支持 PMIPv6协议。S10MME之间的接口，用来处理MME重定位和MME之间的信息传输。S11MME和Serving GW之间的接口S12有Direct Tunnel建立时，UTRAN和Serving GW之间的接口，用于二者之间的用户数据传输。该接口基于Iu-u/Gn-u使用SGSN和UTRAN之间或SGSN和GGSN间所定义的GTP-
12、U协议表4-1所示为网络架构中网络接口的作用4.1LTE系统概述及网络结构1移动通信技术及应用4.1.53G网络架构和LTE网络架构对比图4-32G/3G/LTE网络架构4.1LTE系统概述及网络结构1移动通信技术及应用1.这里简单介绍一下图4-3中各个网元的功能。NodeB：由控制子系统、传输子系统、射频子系统、中频/基带子系统、天馈子系统等部分组成，即3G无线通信基站；RNC：RadioNetworkController（无线网络控制器），用于提供NodeB移动性管理、呼叫处理、链接管理和切换机制，即3G基站控制器；Iub：Iub接口是RNC和NodeB之间的逻辑接口，完成RNC和Node
13、B之间的用户数据传送、用户数据及信令的处理；CS：CircuitSwitch（电路交换），属于电路域，用于TDM语音业务；PS：PacketSwitch（分组交换），属于分组域，用于IP数据业务；MGW：MediaGateWay（媒体网关），主要功能是提供承载控制和传输资源；MSC：MobileSwitchingCenter（移动交换中心），MSC是2G通信系统的核心网元之一。是在电话和数据系统之间提供呼叫转换服务和呼叫控制的地方。MSC转换所有的在移动电话和PSTN和其他移动电话之间的呼叫；SGSN：ServingGPRSSUPPORTNODEGPRS（服务支持节点），SGSN作为GPRS/
14、TD-SCDMA/WCDMA核心网分组域设备重要组成部分，主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等功能；GGSN：GatewayGPRSSupportNode（网关GPRS支持节点），起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络；eNodeB：演进型NodeB，LTE中基站，相比现有3G中的NodeB，集成了部分RNC的功能，减少了通信时协议的层次；MME：MobilityManagementEntity（移动性管理设备），负责移
15、动性管理、信令处理等功能；S-GW：SignalGateway（信令网关），连接NO.7信令网与IP网的设备，主要完成传输层信令转换，负责媒体流处理及转发等功能。4.1LTE系统概述及网络结构1移动通信技术及应用2LTE架构相较于3G网络架构，有以下变化。（1）实现了控制与承载的分离，MME负责移动性管理、信令处理等功能，S-GW负责媒体流处理及转发等功能；（2）核心网取消了CS(电路域)，全IP的EPC(EvolvedPacketCore，移动核心网演进)支持各类技术统一接入，实现固网和移动融合(FMC)，灵活支持VoIP及基于IMS多媒体业务，实现了网络全IP化；（3）取消了RNC，原来R
16、NC功能被分散到了eNodeB和网关(GW)中，eNodeB直接接入EPC，LTE网络结构更加扁平化，降低了用户可感知的时延，大幅提升用户的移动通信体验；（4）接口连接方面：引入S1-Flex和X2接口，移动承载需实现多点到多点的连接，X2是相邻eNB间的分布式接口，主要用于用户移动性管理;S1-Flex是从eNB到EPC的动态接口，主要用于提高网络冗余性以及实现负载均衡；（5）传输带宽方面：较3G基站的传输带宽需求增加10倍，初期200300Mbit/s，后期将达到1Gbit/s。4.1LTE系统概述及网络结构移动通信技术及应用34G网络的特点：（1）支持现有的系统和将来系统通用接入的基础结
17、构；（2）与Internet集成统一，移动通信网仅仅作为一个无线接入网；（3）具有开放、灵活的结构，易于扩展；（4）是一个可重构的、自组织的、自适应网络；（5）智能化的环境，个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体，满足用户的各种需求；（6）用户在高速移动中，能够按需接入系统，并在不同系统无缝切换，传送高速多媒体业务数据；（7）支持接入技术和网络技术各自独立发展。4.1LTE系统概述及网络结构移动通信技术及应用4.2 LTE系统物理层LTE的研究工作主要集中在物理层、空中接口协议和网络架构几个方面。本节将对LTE物理层方面的系统设计做简单的介绍。4.2.1 双工方式和帧结构图4-
18、4FDD帧结构1移动通信技术及应用2TDD帧结构图4-5最初的TDD结构图4-6融合TDD结构4.2 LTE系统物理层1移动通信技术及应用4.2.2 基本传输和多址技术的选择基本传输技术和多址技术是无线通信技术的基础。OFDM/FDMA技术与CDMA技术相比，可以取得更高的频谱效率；但OFDM的上行峰平比PAPR将影响手持终端的功放成本和电池寿命。所以，LTE系统下行采用OFDM，上行采用采用具有较低PAPR的单载波技术SC-FDMA。4.2 LTE系统物理层1移动通信技术及应用4.2.3基本参数设计为满足数据传输延迟方面的要求很高（单向延迟小于5ms），LTE系统必须采用很小的最小交织长度（
19、TTI），基本的子帧长度为0.5ms，但在考虑和LCR-TDD（即TD-SCDMA）系统兼容时可以采用0.675ms子帧长度。例如TD-SCDMA的时隙长度为0.675ms，如果LTETDD系统的子帧长度为0.5ms，则新、老的系统的时隙无法对齐，使得TD-SCDMA系统和LTETDD系统难以“临频共址”共存。OFDM和SC-FDMA的子载波宽度选定为15kHz，这是一个相对适中的值，兼顾了系统效率和移动性。下行OFDM的CP长度有长短两种选择，分别为4.69ms（采用O.675ms子帧时为7.29ms）和16.67ms。短CP为基本选项，长CP可用于大范围小区或多小区广播。短CP情况下一个子
20、帧包含7个（采用0.675ms子帧时为9个）OFDM符号；长CP情况下一个子帧包含6个（采用0.675ms子帧时为8个）OFDM符号。上行由于采用单载波技术，子帧结构和下行不同。虽然为了支持实时业务，LTE的最小TTI长度仅为0.5ms，但系统可以动态的调整TTI，以在支持其他业务时避免由于不必要的IP包分割造成的额外的延迟和信令开销。上、下行系统分别将频率资源分为若干资源单元（RU）和物理资源块（PRB），RU和PRB分别是上、下行资源的最小分配单位，大小同为25个子载波，即375kHz。下行用户的数据以虚拟资源块（VRB）的形式发送，VRB可以采用集中（localized）或分散（dist
21、ributed）方式映射到PRB上。Localized方式即占用若干相邻的PRB，这种方式下，系统可以通过频域调度获得多用户增益。Distributed方式即占用若干分散的PRB，这种方式下，系统可以获得频率分集增益。上行RU可以分为LocalizedRU（LRU）和DistributedRU（DRU），LRU包含一组相邻的子载波，DRU包含一组分散的子载波。为了保持单载波信号格式，如果一个UE占用多个LRU，这些LRU必须相邻；如果占用多个DRU，所有子载波必须等间隔。4.2 LTE系统物理层移动通信技术及应用4.2.4 参考信号（导频）设计1下行参考符号设计图4-7OFDM导频结构4.2
22、LTE系统物理层1移动通信技术及应用2上行参考符号设计上行参考符号位于两个SC-FDMA短块中，用于NodeB的信道估计和信道质量（CQI）估计。参考符号的设计需要满足两种SC-FDMA传输集中式（Localized）SC-FDMA和分布式（Distributed）SC-FDMA的需要。由于SC-FDMA短块的长度仅为长块的一半，SC-FDMA参考符号的子载波宽度为数据子载波宽度的2倍。针对用于信道估计的参考符号，首先考虑不同UE的参考符号之间将采用FDM方式区分。参考符号可能采用集中式发送（只对集中式SC-FDMA情况），也可能采用分散式发送。在采用分散式发送时，如果SB1和SB2都用于发送
23、参考符号，SB1和SB2中的参考符号将交错放置，以获得更佳的频域密度。对分布式SC-FDMA情况，也可以考虑采用TDM和CDM方式对不同UE的参考符号进行复用。特别对于一个NodeB内的多个UE，将采用分布式FDM和CDM的方式。为了满足频域调度的需要，可能需要对整个带宽进行信道质量估计，因此即使数据采用本集中式发送，用于信道质量估计的参考符号也需要在更宽的带宽内进行分布式发送。不同UE的参考符号可以采用分布式FDM或CDM（也基于CAZAC序列）复用在一起。4.2 LTE系统物理层移动通信技术及应用4.2.5控制信令设计1下行控制信令设计下行调度信息用于UE对下行发送信号进行接收处理，又分为
24、3类：资源分配信息、传输格式和HARQ信令。资源分配信息包括UEID、分配的资源位置和分配时长，传输格式包括多天线信息、调制方式和负载大小。HARQ信令的内容视HARQ的类型有所不同，异步HARQ信令包括HARQ流程编号、IR（增量冗余）HARQ的冗余版本和新数据指示。同步HARQ信令包括重传序列号。在采用多天线的情况下，资源分配信息和传输格式可能需要对多个天线分别传送。4.2 LTE系统物理层移动通信技术及应用2上行控制信令设计上行控制信令包括：与数据相关的控制信令、信道质量指示（CQI）、ACK/NACK信息和随机接入信息。其中随机接入信息又可以分为同步随机接入信息和异步随机接入信息，前一
25、种信息还包含调度请求和资源请求。与数据相关的控制信令包括HARQ和传输格式（只当UE有能力选择传输格式时）。LTE上行由于采用单载波技术，控制信道的复用不如OFDM灵活。只采用TDM方式复用控制信道，因为这种方式可以保持SC-FDMA的低PAPR特性。与数据相关的信令将和UE的数据复用在一个时/频资源块中。3调制和编码LTE下行主要采用OPSK、16QAM、64QAM三种调制方式。上行主要采用位移BPSK（p/2-shiftBPSK，用于进一步降低DFT-S-OFDM的PAPR）、OPSK、8PSK和16QAM。另一个正在考虑的降PAPR技术是频域滤波（spectrumshaping）。另外“
26、立方度量”（CubicMetric）是比PAPR更准确的衡量对功放非线性影响的指标。在信道编码方面，LTE主要考虑Turbo码，但如果能获得明显的增益，也将考虑其他编码方式，如LDPC码。为了实现更高的处理增益，还可以考虑以重复编码作为FEC（前向纠错）码的补充。4.2 LTE系统物理层1移动通信技术及应用4.2.6多天线技术1下行MIMO和发射分集2上行MIMO和发射分集4.2 LTE系统物理层1移动通信技术及应用4.2.7 调度调度就是动态的将最适合的时频资源分配给某个用户，系统根据信道质量信息（CQI）的反馈、有待调度的数据量、UE能力等决定资源的分配，并通过控制信令通知用户。调度和链路
27、自适应、HARQ紧密联系，都是根据下述信息来调整的：QoS参数和测量；NodeB有待调度的负载量；等待重传的数据；UE的CQI反馈；UE能力；UE睡眠周期和测量间隙长度；系统参数，如带宽和干扰水平。LTE的调度可以灵活的在localized和distributed方式之间切换，并将考虑减小开销的方法。一种方法就是对话音业务一次性调度相对固定的资源（即persistentscheduling）。上行调度与下行相似，但上行除了可以采用调度来分配无线资源外，还将支持基于竞争（Contention）的资源分配方式。调度操作的基础是CQI反馈（当然CQI信息还可以用于AMC、干扰管理和功率控制等）。CQ
28、I反馈的频域密度应该是最小资源块的整数倍，CQI的反馈周期可以根据情况的变化进行调整。LTE还未确定具体的CQI反馈方法，但反馈开销的大小将作为选择CQI反馈方法的重要依据。4.2 LTE系统物理层1移动通信技术及应用4.2.8链路自适应1下行链路自适应链路自适应的核心技术是自适应调制和编码（AMC）。LTE对AMC技术的争论主要集中在是否对一个用户的不同频率资源采用不同的AMC（RB-specificAMC）。理论上说，由于频率选择性衰落的影响，这样做可以比在所有频率资源上采用相同的AMC配置（RB-commonAMC）取得更佳的性能。但大部分公司在仿真中发现这种方法带来的增益并不明显，反而
29、会带来额外的信令开销，因此最终决定采用RB-commonAMC。也就是说，对于一个用户的一个数据流，在一个TTI内，一个层2的PDU只采用一种调制编码组合（但在MIMO的不同流之间可以采用不同的AMC组合）。2上行链路自适应上行链路自适应比下行包含更多的内容，除了AMC外，还包括传输带宽的自适应调整和发射功率的自适应调整。UE发射带宽的调整主要基于平均信道条件（如路损和阴影）、UE能力和要求的数据率。该调整是否也基于块衰落和频域调度，有待于进一步研究。4.2 LTE系统物理层1移动通信技术及应用4.2.9 HARQ除了传统的Chase合并的HARQ技术，LTE还采用了增量冗余（IR）HARQ，
30、既通过第一次传输发送信息bit和一部分的冗余bit，而通过重重发送额外的冗余bit，如果第一次传输没有成功解码，则可以通过重传更多的冗余bit降低信道的编码率，从而实现更高的解码成功率。如果加上重重的冗余bit仍无法正确解码，则进行再次重传，随着重重次数的增加，冗余bit不断积累，信道编码率不断降低，从而可以获得更好的解码效果。HARQ正对每个传输块进行重传。下行HARQ采用多进程的“停止-等待”HARQ实现方式，即对于某一个HARQ进程，在等待ACK/NACK反馈之前，此进程暂时中止传输，当收到反馈后，再根据反馈的是ACK还是NACK选择发送新的数据还是重传。LTE下行链路系统中将采用异步自
31、适应的HARQ技术。因为相对于同步非自适应HARQ技术而言，异步HARQ更能充分利用信道的状态信息，从而提高系统的吞吐量，另一方面异步HARQ可以避免重传时资源分配发生冲突从而造成性能损失。例如：在同步HARQ中，如果优先级较高的进程需要被调度，但是该时刻的资源已被分配给某一个HARQ进程，那么资源分配就会发生冲突；而异步HARQ的重传不是发生在固定时刻，可以有效地避免这个问题。同时，LTE系统将在上行链路采用同步非自适应HARQ技术。虽然异步自适应HARQ技术相比较同步非自适应技术而言，在调度方面的灵活性更高，但是后者所需的信令开销更少。由于上行链路的复杂性，来自其他小区用户的干扰是不确定的
32、，因此基站无法精确估测出各个用户实际的信干比(SINR)值。在自适应调制编码系统中，一方面自适应调制编码(AMC)根据信道的质量情况，选择合适的调制和编码方式，能够提供粗略的数据速率的选择；另一方面HARQ基于信道条件提供精确的编码速率调节，由于SINR值的不准确性导致上行链路对于调制编码模式(MCS)的选择不够精确，所以更多地依赖HARQ技术来保证系统的性能。因此，上行链路的平均传输次数会高于下行链路。所以，考虑到控制信令的开销问题，在上行链路确定使用同步非自适应HARQ技术。4.2 LTE系统物理层移动通信技术及应用4.2.10LTE系统物理流程图图4-8LTE一般下行过程流程4.2 LT
33、E系统物理层移动通信技术及应用4.3.1 空中接口协议栈1控制平面协议栈图4-9控制平面协议栈4.3 LTE的空中接口协议移动通信技术及应用2用户平面协议图4-10用户平面协议栈4.3 LTE的空中接口协议移动通信技术及应用4.3.2S1接口协议栈1S1接口用户平面图4-11S1接口用户平面（eNB-S-GW）4.3 LTE的空中接口协议移动通信技术及应用2S1接口控制平面图4-12S1接口控制平面（eNB-MME）4.3 LTE的空中接口协议1移动通信技术及应用3主要功能S1接口主要具备以下功能：（1）EPS承载服务管理功能，包括EPS承载的建立、修改和释放。（2）S1接口UE上下文管理功能
34、。（3）EMMCONNECTED状态下针对UE的移动性管理功能。包括IntraLTE切换、Inter3GPPRAT切换。（4）S1接口寻呼功能。寻呼功能支持向UE注册的所有跟踪区域内的小区中发送寻呼请求。基于服务MME中UE的移动性管理内容中所包含的移动信息，寻呼请求将被发送到相关eNodeB。（5）NAS信令传输功能。提供UE与核心网之间非接入层的信令的透明传输。（6）S1接口管理功能。如错误指示、S1接口建立等。（7）网络共享功能。（8）漫游与区域限制支持功能。（9）NAS节点选择功能。（10）初始上下文建立功能。4.3 LTE的空中接口协议1移动通信技术及应用4.3.3X2接口协议栈1X
35、2接口用户平面图4-13X2接口用户面（eNB-eNB）4.3 LTE的空中接口协议1移动通信技术及应用2X2接口控制平面图4-14X2接口控制面4.3 LTE的空中接口协议1移动通信技术及应用3主要功能X2AP协议主要支持以下功能：（1）支持UE在EMMCONNECTED状态时的LTE接入系统内的移动性管理功能。如在切换过程中由源eNB到目标eNB的上下文传输；源eNB与目标eNB之间用户平面隧道的控制、切换取消等。（2）上行负载管理功能。（3）一般性的X2管理和错误处理功能，如错误指示等。4.3 LTE的空中接口协议1移动通信技术及应用4.3.4 LTE终端切换过程概述1LTE系统切换流程
36、介绍4.3 LTE的空中接口协议图4-15LTE系统切换流程图1移动通信技术及应用2终端切换处理流程介绍UE端发生切换的前提条件：1）接入网的安全性保护功能已被激活；2）SRB2和至少一个DRB已被建立。UE端的RRC模块收到带有mobilityControlInfo元素的重配消息时，认为接收到网络的切换指示，UE做如下流程处理：1）如果T310定时器开启，将该定时器关闭。T310定时器为评定无线链路失败的定时器，切换时对服务小区无线链路不需要进行评估。2）开启T304定时器。T304定时器为限制切换时间的定时器，该定时器超时认为切换失败。3）如果移动性信息中包括了载频信息，则认为目标小区为移
37、动性信息中标识的小区；否则目标小区为服务频点上被targetPhysCellId标识的小区。UE同步到目标小区的下行链路。4）复位MAC层，该操作将MAC层的相关状态变量和定时器进行复位。5）重建所有RB的PDCP和RLC实体，该操作用于处理切换执行时在层2的数据，保证数据要求的特性。6）应用在移动性信息中携带的新的C-RNTI的值，将无线资源公共配置中的信息对底层进行配置。7）如果重配置消息中包含radioResourceConfigDedicated信息，将该元素中无线资源专有配置对底层进行配置。8）根据目前UE的安全上下文和重配置消息中携带的安全性参数，对AS的密钥进行提取和更新。9）执
38、行测量相关行为，调整和处理测量列表及测量报告项。10）如果在重配置消息中包含measConfig元素，对测量进行配置。11）将重配置完成消息发送到底层进行传输。12）MAC随机接入完成后，UE端的切换完成。4.3 LTE的空中接口协议1移动通信技术及应用4.3.5 LTE安全性架构和配置1LTE安全构架介绍LTE的安全性架构主要功能是在UE和网络间建立一个安全的场景（EPSsecuritycontext），包括UE和网络间在安全方面所需要的密钥产生和维护更新。并且在该安全场景下投入使用，建立一个NAS和AS消息安全交互的场景，保护UE和网络间的数据及信令交互的安全性和可靠性。安全场景主要是通过
39、AKA健全、NASSMC和ASSMC过程来建立。其中AKA过程通过网络传递的信息和UE端USIM卡中的安全参数来提取公共的密钥。NASSMC通过配置相应的加密和完整性算法启用NAS安全性保护。ASSMC过程通过配置接入层安全性算法提取接入层密钥，启用接入层的安全保护4.3 LTE的空中接口协议1移动通信技术及应用2LTE接入网密钥产生图4-16密钥生成等级图4.3 LTE的空中接口协议1移动通信技术及应用4.4 4G的关键技术4.4.1 OFDM技术图4-17FDM和OFDM带宽利用率的比较1移动通信技术及应用只要两个子载波是正交的，就可以用它们来携带一定的信息。在接收端，只要分别用同样的子载
40、波进行运算，就可以把相应的数据解出来。由于一个OFDM符号时间和频率都很小所以对频偏比较敏感，还有由于信号重叠厉害就会需要克服较大的峰均比PARA。1正交子载波几乎所有的无线制式都采用频分多址的技术。传统的频分多址方式用不相重叠的两个频带及频带之间有一定的保护带宽来区分不同的信息通道。人类的聪明在于发现了频带有所重叠的载波，也可以区分不同的信道，即引入了正交子载波的概念。正弦波和余弦波就是正交的，因为它们满足以下两个条件：正弦波和余弦波的乘积在一个周期T内的积分等于04.4 4G的关键技术1移动通信技术及应用2OFDM调制/解调过程图4-18OFDM调制/解调过程4.4 4G的关键技术1移动通
41、信技术及应用3OFDM相关的主要功能模块OFDM系统包含很多功能模块，实现OFDM相关的主要功能模块有三个：（1）串/并、并/串转换模块；（2）FFT、逆FFT转换模块；（3）加CP、去CP模块，如图4-19所示。图4-19OFDM系统实现模型4.4 4G的关键技术1移动通信技术及应用4CP（cyclicprefix）循环前缀图4-20多径导致符号间干扰图4-21加入保护间隔图4-22CP4.4 4G的关键技术1移动通信技术及应用图4-23cp长度4.4 4G的关键技术1移动通信技术及应用4.4.2 MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)技术1空间分集（发射
42、分集、传输分集）图4-24空间分集4.4 4G的关键技术1移动通信技术及应用2空间复用（空分复用）图4-25空间复用图4-26首发两端同时采用2副天线4.4 4G的关键技术1移动通信技术及应用3波束赋形图4-27各种波束赋形4.4 4G的关键技术1移动通信技术及应用4LTEr8版本中的MIMO分类图4-28MIMO分类4.4 4G的关键技术1移动通信技术及应用4.5 4G(LTE)设备简介4.5.1 LTE设备概述图4-29TD-LTE系统组网示意图1移动通信技术及应用4.5.2LTE产品特点1.主要技术特点（1）面向TD-LTE，体系结构先进；（2）采用资源池设计方式，提高硬件资源利用率和系
43、统的容错能力；（3）应用数字中频技术提高信号处理能力；（4）扇区处理能力强，支持单个扇区的大功率覆盖和大带宽覆盖；（5）智能风扇控制，提高风扇寿命，降低噪声；（6）支持带内自适应滤波抗干扰；（7）支持RRU级联，灵活扩展无线覆盖范围；4.5 4G(LTE)设备简介移动通信技术及应用4.5 4G(LTE)设备简介2.支持的信道（1）逻辑信道如表4-2所示。（2）传输信道如表4-3所示。（3）物理信道如表4-4所示。逻辑信道BroadcastControlChannel(BCCH)广播控制信道Paging Control Channel(PCCH)寻呼控制信道Common Control Chan
44、nel(CCCH)公共控制信道Dedicated Control Channel(DCCH)专用控制信道Dedicated Traffic Channel(DTCH)专用业务信道MBMS Control Channel(MCCH)MBMS控制信道MBMS Traffic Channel(MTCH)MBMS业务信道表4-3支持的传输信道类型传输信道BroadcastChannel(BCH)广播信道Multicast Channel(MCH)多播信道Paging Channel(PCH)寻呼信道Random Access Channel(RACH)随机接入信道UpLink Shared Chann
45、el(UL-SCH)上行共享信道Downlink Shared Channel(DL-SCH)下行共享信道表4-4支持的物理信道类型物理信道PhysicalDownlinkSharedChannel(PDSCH)物理下行共享信道Physical Multicast Channel(PMCH)物理多播信道Physical Downlink Control Channel(PDCCH)物理下行控制信道Physical Broadcast Channel(PBCH)物理广播信道Physical Control Format Indicator Channel(PCFICH)物理控制格式指示信道Phy
46、sical HARQ Indicator Channel(PHICH)物理HARQ指示信道Physical Uplink Shared Channel(PUSCH)物理上行共享信道Physical Uplink Control Channel(PUCCH)物理上行控制信道Physical Random Access Channel(PRACH)物理随机接入信道表4-2支持的逻辑信道类型1移动通信技术及应用3.广覆盖4.配置灵活5.组网灵活6.安装灵活、方便7.升级扩容便利8.强大的操作维护功能9.产品系列化4.5 4G(LTE)设备简介1移动通信技术及应用4.5.3 LTE产品系统结构1.产品
47、外观（1）BBU单元外观图4-30机箱外观示意图4.5 4G(LTE)设备简介移动通信技术及应用（2）TDRU318D外观（3）TDRU332D外观4.5 4G(LTE)设备简介图4-31TDRU318D外形图4-32TDRU332D外形1移动通信技术及应用（4）TDRU332E外观（5）DRU338D外观（6）TDRU341E外观4.5 4G(LTE)设备简介图4-33TDRU332E外形图4-34TDRU338D外形图4-35TDRU341E外形移动通信技术及应用（7）TDRU342E外观（8）EMB5116TD-LTE室内机框外观（9）EMB5116TD-LTE室外型外观4.5 4G(L
48、TE)设备简介图4-36TDRU342E外形图4-37EMB5116TD-LTE室内机框外观图4-38EMB5116TD-LTE室外型机柜外观移动通信技术及应用（10）IOC400-H机柜外观2.机箱配置图4-40主单元内硬件单元排布示意图EMB5116TD-LTE主要分为如下几个主要组成部分：1）主机箱；2）电源单元；3）EMx板卡；4）风机及滤网单元；5）功能板卡。4.5 4G(LTE)设备简介图4-39IOC400-H机柜外观1移动通信技术及应用直流交流4.5 4G(LTE)设备简介图4-41满配板位图1移动通信技术及应用3.EMB5116TD-LTE室外型配置图442机柜正面结构图（交
49、流）图4-43机柜正面结构图（直流）4.5 4G(LTE)设备简介1移动通信技术及应用4.硬件结构EMB5116TD-LTE主设备中包含交换控制和传输单元（SCTE）、基带处理和Ir接口单元（BPOG），另外还包括背板（CBP）、风扇单元（FC）、环境监控单元（EMA/EMD）和电源单元（PSA/PSC）、扩展传输处理单元（ETPE）。（1）交换控制和传输单元名称接插件类型对应线缆说明GE0SFP连接器BBU与交换机连接的EPC之间的S1/X2接口千兆以太网光纤用于实现与EPC的千兆数据相连，输入/输出，FE/GE自适应GE1SFP连接器BBU与交换机连接的EPC之间的S1/X2接口千兆以太网
50、光纤用于实现与EPC的千兆数据相连，输入/输出，FE/GE自适应LMTRJ45连接器BBU与本地维护终端或者交换机之间的以太网线缆用于实现与本地维护终端的连接，输入/输出，FE/GE自适应GPSSMA母头连接器BBU与GPS天线之间的射频线缆用于实现与GPS天线相连，输入/输出 TSTMiniUSB连接器BBU与测试仪表之间的连接线缆提供测试时钟，10M，80ms，5ms。表4-5SCTE面板接插件4.5 4G(LTE)设备简介1移动通信技术及应用（2）基带处理单元BPOG单板主要功能如下：1)实现标准Ir接口；2)实现基带数据的汇聚和分发；3)实现TD-LTE物理层算法；4)实现TD-LTE
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