LTE的技术特点

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详细系统的介绍了LTE基础知识，初学人员必备。

内容简介《3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计》系统地介绍了3GPP长期演进(LTE)的技术原理和系统设计。全书分为9章，第1章首先介绍了LTE产生的背景，然后概述了LTE的重要技术特点；第2章介绍了LTE的需求指标；第3章详细介绍了LTE物理层协议的内容：第4章讨论了LTE无线传输技术的原理及其选择过程：第5章介绍了LTE无线传输系统的各个设计环节；第6章讨论了LTE系统采用的各种自适应技术和物理过程；第7章介绍了LTE空中接口协议的结构和设计；第8章介绍了LTE无线接入网络的各项功能和各个接口：第9章介绍了LTE的进一步演进版本LTE-Advanccd的发展趋势。编辑推荐《3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计》能够帮助我国的LTE研发和工程人员加深对LTE标准的理解，并为我国企业和高校研究人员研究和设计新一代宽带无线移动系统提供参考。作者简介本书作者全部为3GPP各工作组参会代表，自2005年开始参与LTE标准化工作的全过程。第一作者沈嘉为工业和信息化部(原信息产业部)电信研究院通信标准研究所高级工程师，从事3GPP LTE、LTE-Advanced、IMT-Advanced、UWB等宽带无线移动通信技术和标准化研究工作；现任工业和信息化部，MT-Advanced推进组技术工作组副组长；自2005年4月起参加LTE标准化工作，向3GPP提交、宣讲文稿30余篇，申请专利4项；2000年毕业于清华大学电子工程系，获学士学位；2004年毕业于英国约克大学电子学系，获博士学位。目录第1章背景与概述. 1.1什么是LTE 1.2LTE项目启动的背景 1.33GPP简介 1.4LTE研究和标准化工作进程 1.5LTE技术特点 1.6LTE和其他宽带移动通信技术的对比 1.7小结参考文献第2章LTE需求 2.1系统容量需求 2.2系统性能需求 2.3系统部署需求 2.4对无线接入网框架和演进的要求 2.5无线资源管理需求 2.6复杂度要求 2.7成本要求 2.8业务需求 2.9小结参考文献第3章LTE物理层协议 3.1物理层概述 3.2物理信道与调制 3.3复用与信道编码 3.4物理层过程 3.5物理层测量参考文献第4章LTE无线传输技术 4.1双工方式 4.2宏分集的取舍 4.3下行多址技术 4.4上行多址技术 4.5下行MIMO技术 4.6上行MIMO技术 4.7调制技术 4.8信道编码 4.9演进型多媒体（E-MBMS广播和多播业务）技术.. 4.10小区间干扰抑制技术 4.11小结参考文献第5章LTE无线传输系统设计 5.1帧结构设计 5.2系统参数设计 5.3参考信号设计 5.4资源映射与调度 5.5控制信道设计 5.6终端等级 5.7小结参考文献第6章LTE自适应与物理过程 6.1自适应调制和编码 6.2混合自动重传请求 6.3功率控制 6.4小区搜索过程与SCH／BCH设计 6.5随机接入过程 6.6上行时钟控制 6.7切换测量过程 6.8小结参考文献第7章LTE空中接口协议 7.1协议设计要求 7.2协议框架 7.3HARQ与ARQ 7.4调度 7.5QoS控制 7.6移动性 7.7安全性 7.8MBMS 7.9小结参考文献第8章无线接入网络功能和接口 8.1LTE系统架构 8.2无线资源管理 8.3移动性管理 8.4网络共享 8.5QoS概念 8.6网络自配置与自优化 8.7小结参考文献第9章LTE-Advanced--LTE的进一步演进 9.1LTE-Advanced与IMT-Advanced的互动关系 9.2LTE-Advanced需求发展趋势 9.3LTE-Advanced技术和网络演进趋势 9.4小结参考文献缩略语序言第三代移动通信(3G)技术是当前主流的无线通信技术之一。在诸多3G技术标准中，又以3GPP制定的标准最具影响力，近几年来，WCDMA、TD-SCDMA、HSPA等各种系统已经逐步在全球大规模部署。同时，3GPP又启动了LTE、。HSPA+、LTE。Advanced等长期标准演进项目。经过3年多的工作，LTE标准已接近完成。这个标准采用OFDM、MIMO等先进的无线传输技术、扁平网络结构和全IP系统架构，支持最大20MHz的系统带宽、超过200Mbit／s的峰值速率和更短的传输延时，频谱效率达到3GPP R6标准的3～5倍，是一项重大的革新。L,TE一方面可以在几年内保持3GPP标准相对其他移动通信标准的持续竞争优势，另一方面也为3GPP标准向IMT-．Advanced阶段演进打下了坚实的基础。预计在未来10年内，LTE作为最具影响力的宽带移动通信技术标准之一，将受到业界越来越广泛的关注。我国企业长期以来在3GPP标准化过程中积极参与，占有重要的地位。尤其是在。TD-SCDMA及其后续演进标准，如TD-LTE的标准化工作方面，我国始终处于领先和主导的位置。 IXE作为一个即将被广泛应用的通信标准，势必会成为我国通信产业界关注的焦点。由于今后若干年内国内主流通信设备企业和运营企业都可能成为3GPP IXE技术的潜在设备供应商和运营商，各企业都需要对这项标准有深入透彻的理解。出于人才培养和技术积累的目的，LTE技术也将成为今后一段时间高校和研究机构通信专业的教学和研究重点。因此编写、出版介绍LTE标准的技术专著是当务之需。在L,TE标准即将完成之际，出版这样一本详细介绍L,TE技术规范、关键技术和系统设计的书籍，有助于业内相关人员加深对L,TE技术规范的理解，对我国在LTE方面的深入研究、设备研发、系统部署和业务运营都能起到积极的参考作用。本书的作者均为深入参与了3GPPLTE国际标准化过程的人员，亲身参加了历次L,TE标准化会议的技术讨论，代表我国企业、高校和研究机构提交了大量提案，经历了各次重大技术选择的确定过程。他们对LTE规范和技术原理有深入的理解，对L,TE研究和标准化过程有切身的体会，在LTE技术研究方面具有较高的业务和写作水平，是国内在LTE标准化方面的专家。本书编写的素材亦来自于3GPP最新的技术规范、技术报告、技术文稿、会议记录等第一手资料，具有较高的时效性、权威性和实用性。本书的主要特点是，不仅介绍了LTE标准化的结果，而且关注了LTE标准化的过程。本书没有局限于对LTE规范的简单翻译，而是基于作者的参会经历，对LTE研究和标准化过程中关键技术的取舍和设计方案的甄选过程进行了分析，诠释了LTE系统设计的思想，体现了标准化的整体设计、全面权衡的特点，因此对于我国无线通信从业人员具有较高的实用价值。本书的应用价值主要体现在如下两个方面。一方面，本书可以作为通信企业开发人员在设备开发时阅读LTE技术规范的参考资料。

LTE空中接口技术与性能第1 章 LTE 系统概述 1 1.1 LTE 技术特点 5 1.2 LTE 网络架构 6 1.2.1 网元设置 6 1.2.2 网络内部接口及网元功能 9 1.3 LTE 网络协议栈 11 1.4 LTE 组网的技术应用 15 1.4.1 终端移动性 15 1.4.2 RRM 16 1.4.3 无线自组织网络 16 1.4.4 家庭型基站 17 1.4.5 增强型MBMS(eMBMS) 19 1.4.6 中继(Relay)技术 22 1.5 FDD LTE 与TDD LTE 26 1.6 LTE 终端类别 28 1.7 LTE 频段划分 30 第 2 章 LTE 物理层技术 32 2.1 概述 32 2.1.1 eNode B 发送与接收技术 32 2.1.2 UE 发送与接收技术 35 2.1.3 物理层主要性能指标 42 2.2 帧结构与资源块 48 2.2.1 FDD 帧结构 48 2.2.2 TDD 帧结构 54 2.2.3 资源块及其映射 60 2.3 下行链路 66 2.3.1 概述 66 2.3.2 下行信道的一般结构 68 2.3.3 物理下行共享信道 70 2.3.4 物理广播信道 70 2.3.5 物理控制格式指示信道(PCFICH) 74 2.3.6 物理下行控制信道 75 2.3.7 物理HARQ 指示信道 89 2.3.8 参考信号 92 2.3.9 同步信号 98 2.4 上行链路 101 2.4.1 上行物理信道概述 102 2.4.2 时隙结构和物理资源 103 2.4.3 物理上行共享信道 106 2.4.4 参考信号 107 2.4.5 物理上行控制信道 114 2.4.6 物理层随机接入信道 123 2.5 调制和上变频 132 2.6 定时 133 2.7 物理层过程 133 2.7.1 随机接入 133 2.7.2 功率控制 136 2.7.3 小区搜索过程 143 2.7.4 UE 上报CQI、PMI 和RI 的过程 145 2.7.5 HARQ 相关进程 151 2.7.6 频率复用与干扰协调 156 2.7.7 信道定时控制 163 2.7.8 RRC 连接状态下的DRX 167 2.8 LTE 地址标识 169 第 3 章 LTE 的MIMO 技术 172 3.1 MIMO 技术简介 177 3.1.1 天线的种类与应用 178 3.1.2 SDMA 179 3.1.3 码字与层映射 180 3.1.4 预编码 184 3.1.5 下行MIMO 193 3.1.6 SU-MIMO 与MU-MIMO 194 3.2 上行MU-MIMO 的调度与解码过程 196 3.2.1 上行MU-MIMO 的调度 196 3.2.2 上行MU-MIMO 的解码 198 3.3 MIMO 性能 199 3.4 波束赋形技术 200 3.4.1 基于波束赋形的非码本反馈方式 201 3.4.2 基于波束赋形的码本反馈方式 202 3.4.3 BF 和MIMO 的结合 203 第 4 章空中接口和RRC 技术 206 4.1 概述 206 4.2 PDCP 子层 208 4.2.1 PDCP PDU 208 4.2.2 头压缩 209 4.2.3 数据传输流程 210 4.3 RLC 子层 212 4.3.1 透明模式 213 4.3.2 非确认模式 213 4.3.3 确认模式 217 4.4 MAC 子层 225 4.4.1 MAC 结构和功能 225 4.4.2 MAC PDU 227 4.4.3 MAC 涉及的过程 229 4.4.4 无线资源调度 237 4.5 RRC 技术 240 4.5.1 RRC 功能 240 4.5.2 RRC 状态 243 4.5.3 信令无线承载 244 4.5.4 系统信息广播 245 4.5.5 RRC 连接控制 248 4.5.6 E-UTRAN 内移动性管理 256 4.6 LTE 的QoS 机制 260 4.6.1 简介 260 4.6.2 EPS 承载业务架构 260 4.6.3 QoS 参数 262 第 5 章 LTE 网络性能 265 5.1 3GPP 评估的LTE 网络性能 265 5.1.1 系统峰值速率分析 265 5.1.2 系统频谱效率分析 267 5.2 影响接收灵敏度的因素 268 5.2.1 子载波频率偏差对接收灵敏度的影响 268 5.2.2 振荡器相位噪声对接收灵敏度的影响 270 5.2.3 符号/抽样定时误差对接收灵敏度的影响 270 5.3 开销分析 271 5.3.1 FDD 开销分析 271 5.3.2 TDD 开销分析 278 5.4 时延分析 278 5.4.1 用户面时延 278 5.4.2 控制面时延 280 5.4.3 实际网络主要时延分析 282 5.5 SC-FDMA 性能 286 5.6 LTE 覆盖性能 289 5.6.1 下行信道覆盖 289 5.6.2 上行链路覆盖 290 5.6.3 DL PDCCH 覆盖性能 291 5.6.4 UL PUCCH 覆盖性能 292 5.6.5 DL RS 覆盖性能 294 5.7 MCS 的选择 295 5.8 VoIP 性能 297 5.9 固定带宽探测参考信号的链路性能分析 300 5.10 上行ACK/NACK 性能分析 303 5.11 MIMO 信道反馈性能分析 305 5.12 不同频率分集方式对吞吐量的影响 309 。。。。。。。

本书作者全部为3GPP各工作组参会代表，自2005年开始参与LTE标准化工作的全过程。第一作者沈嘉为工业和信息化部（原信息产业部）电信研究院通信标准研究所高级工程师，从事3GPP LTE、LTE-Advanced、IMT-Advaced、UWB等宽带无线移动通信技术和标准化研究工作；现任工业和信息化部IMT- Advanced推进组技术工作组副组长；自2005年4月起参加LTE标准化工作，向3GPP提交、宣讲文稿30余篇，申请专利4项；2000年毕业于清华大学电子工程系，获学士学位；2004年毕业于英国约克大学电子学系，获博士学位。第1章背景与概述 1 1.1 什么是LTE 1 1.2 LTE项目启动的背景 2 1.2.1 移动通信与宽带无线接入技术的融合 2 1.2.2 国际宽带移动通信研究和标准化工作 3 1.2.3 我国宽带移动通信研究工作 5 1.3 3GPP简介 5 1.3.1 3GPP的组织结构 6 1.3.2 3GPP的工作方法 7 1.3.3 3GPP技术规范的版本划分 8 1.4 LTE研究和标准化工作进程 12 1.4.1 LTE项目的时间进度 12 1.4.2 LTE协议结构 14 1.5 LTE技术特点 16 1.5.1 LTE需求 16 1.5.2 系统架构 17 1.5.3 空中接口 18 1.5.4 移动性和无线资源管理 23 1.5.5 自配置与自优化 24 1.5.6 和LTE相关的其他3GPP演进项目 24 1.6 LTE和其他宽带移动通信技术的对比 27 1.6.1 性能指标对比 27 1.6.2 关键技术对比 29 1.7 小结 31 参考文献 31 第2章 LTE需求 32 2.1 系统容量需求 33 2.1.1 峰值速率 33 2.1.2 系统延迟 33 2.2 系统性能需求 34 2.2.1 用户吞吐量与控制面容量 34 2.2.2 频谱效率 35 2.2.3 移动性 36 2.2.4 覆盖 36 2.2.5 进一步增强的MBMS 36 2.2.6 网络同步 37 2.3 系统部署需求 38 2.3.1 部署场景 38 2.3.2 频谱扩展性 38 2.3.3 部署频谱 38 2.3.4 与其他3GPP系统的共存和互操作 39 2.4 对无线接入网框架和演进的要求 39 2.5 无线资源管理需求 40 2.6 复杂度要求 40 2.6.1 系统复杂度 40 2.6.2 UE复杂度 40 2.7 成本要求 41 2.8 业务需求 41 2.9 小结 41 参考文献 42 第3章 LTE物理层协议 43 3.1 物理层概述 43 3.1.1 协议结构 43 3.1.2 物理层功能 44 3.1.3 LTE物理层协议概要介绍 44 3.2 物理信道与调制 46 3.2.1 帧结构 46 3.2.2 上行物理信道 48 3.2.3 下行物理信道 64 3.2.4 伪随机序列产生 89 3.2.5 定时 89 3.3 复用与信道编码 89 3.3.1 物理信道映射 89 3.3.2 信道编码和交织 90 3.4 物理层过程 111 3.4.1 同步过程 111 3.4.2 功率控制 111 3.4.3 随机接入过程 114 3.4.4 PDSCH相关过程 114 3.4.5 PUSCH相关过程 118 3.4.6 PDCCH相关过程 120 3.4.7 PUCCH相关过程 120 3.5 物理层测量 121 3.5.1 UE/E-UTRAN测量概述 121 3.5.2 UE/E-UTRAN测量能力 121 参考文献 123 第4章 LTE无线传输技术 125 4.1 双工方式 125 4.1.1 FDD双工方式 125 4.1.2 TDD双工方式 125 4.1.3 H-FDD双工方式 126 4.2 宏分集的取舍 127 4.2.1 宏分集技术在WCDMA中的应用情况 128 4.2.2 LTE系统对宏分集的取舍 129 4.3 下行多址技术 130 4.3.1 OFDMA技术方案 130 4.3.2 VSF-OFDM技术方案 135 4.3.3 OFDM/OQAM技术方案 138 4.3.4 多载波WCDMA(MC-WCDMA)技术方案 140 4.3.5 多载波TD-SCDMA(MC-TD-SCDMA)技术方案 143 4.3.6 下行多址技术的确定 143 4.4 上行多址技术 143 4.4.1 PAPR和立方量度(Cubic Metric，CM)问题 144 4.4.2 采用PAPR降低的OFDMA(OFDMA with PAPR Reduction)技术方案 145 4.4.3 单载波频分多址(SC-FDMA)技术方案 147 4.4.4 单载波和频域均衡(SC-FDE)技术方案 148 4.4.5 交织FDMA(IFDMA)技术方案 149 4.4.6 DFT扩展OFDM(DFT-S-OFDM)技术方案 151 4.4.7 可变扩频和码片重复系数CDMA(VSFCR-CDMA)技术方案 151 4.4.8 广义多载波(Generalized Multi-Carrier，GMC)技术方案 152 4.4.9 SC-FDMA技术的深入研究 154 4.5 下行MIMO技术 158 4.5.1 空时/频编码 158 4.5.2 循环延时分集 159 4.5.3 天线切换分集 161 4.5.4 空间复用传输 162 4.5.5 下行预编码 163 4.5.6 下行波束赋形 169 4.5.7 用于下行MIMO传输的终端反馈 172 4.5.8 下行多用户MIMO 176 4.5.9 E-MBMS中的MIMO技术 180 4.6 上行MIMO技术 181 4.6.1 上行传输天线选择 181 4.6.2 上行多用户MIMO 183 4.7 调制技术 184 4.7.1 下行增强调制技术的取舍 184 4.7.2 上行增强调制技术的取舍 185 4.8 信道编码 186 4.8.1 信道编码技术的选择 186 4.8.2 Turbo码内交织器优化 186 4.8.3 编码块分段 187 4.8.4 速率匹配(Rate Matching)与冗余版本(Redundancy VersionRV) 187 4.8.5 循环冗余校验(CRC) 188 4.9 演进型多媒体(E-MBMS广播和多播业务)技术 189 4.9.1 MBMS信号和单播信号的复用 190 4.9.2 MBSFN传输技术优化 190 4.9.3 MBMS数据和控制信令的复用 190 4.9.4 MBMS的参数设计 190 4.9.5 MBMS参考信号(RS)的设计 190 4.10 小区间干扰抑制技术 191 4.10.1 在LTE研究中考虑的干扰抑制技术 191 4.10.2 小区间干扰协调技术的取舍 197 4.10.3 基于HII和OI的上行ICIC技术 199 4.11 小结 201 参考文献 202 第5章 LTE无线传输系统设计 207 5.1 帧结构设计 210 5.1.1 FDD下行帧结构(FS1) 211 5.1.2 FDD上行帧结构(FS1) 211 5.1.3 TDD帧结构(FS2) 212 5.2 系统参数设计 215 5.2.1 LTE系统参数设计需求 216 5.2.2 TTI长度 217 5.2.3 子载波间隔 217 5.2.4 CP长度 218 5.3 参考信号设计 220 5.3.1 下行参考信号设计 220 5.3.2 上行参考信号设计 231 5.4 资源映射与调度 240 5.4.1 下行资源映射 240 5.4.2 上行资源映射 245 5.4.3 资源调度和CQI测量 247 5.5 控制信道设计 249 5.5.1 下行控制信令设计 249 5.5.2 下行控制信道设计 251 5.5.3 上行控制信令设计 258 5.5.4 上行控制信道设计 260 5.6 终端等级 266 5.7 小结 268 参考文献 268 第6章 LTE自适应与物理过程 274 6.1 自适应调制和编码 274 6.2 混合自动重传请求 275 6.2.1 下行HARQ流程 276 6.2.2 上行HARQ流程 276 6.2.3 HARQ进程数量 277 6.3 功率控制 278 6.3.1 下行功率控制 278 6.3.2 上行功率控制 278 6.4 小区搜索过程与SCH/BCH设计 280 6.4.1 SCH和BCH的时频结构 280 6.4.2 用于SCH和BCH的发送分集 287 6.4.3 SCH的信号结构 288 6.4.4 小区搜索流程 289 6.4.5 SCH序列设计 292 6.4.6 相邻小区搜索 297 6.4.7 广播信息和PBCH/DBCH设计 300 6.5 随机接入过程 304 6.5.1 非同步随机接入过程 304 6.5.2 同步随机接入过程 312 6.6 上行时钟控制 313 6.6.1 上行同步的维持 313 6.6.2 上行同步的建立 313 6.7 切换测量过程 314 6.7.1 E-UTRAN系统内的测量 314 6.7.2 对其他系统的测量 315 6.8 小结 315 参考文献 316 第7章 LTE空中接口协议 320 7.1 协议设计要求 320 7.2 协议框架 320 7.2.1 协议总框架 320 7.2.2 无线接口协议栈 321 7.2.3 层1(L1)协议框架 322 7.2.4 层2(L2)协议框架 323 7.2.5 层3(L3)协议框架 327 7.2.6 NAS控制协议 333 7.2.7 E-UTRAN空中接口的标识 334 7.3 HARQ与ARQ 335 7.3.1 HARQ原理 335 7.3.2 ARQ原理 341 7.3.3 HARQ/ARQ的关系 343 7.4 调度 350 7.4.1 分组调度原理 350 7.4.2 LTE系统中的分组调度 352 7.5 QoS控制 358 7.5.1 QoS概述 358 7.5.2 UMTS中的QoS结构 359 7.5.3 LTE中的QoS结构 360 7.6 移动性 362 7.6.1 E-UTRAN内的移动性 362 7.6.2 Inter-RAT移动性 366 7.7 安全性 367 7.8 MBMS 369 7.8.1 目的和意义 369 7.8.2 基本原理和特点 369 7.8.3 E-MBMS系统结构 370 7.8.4 数据同步分发过程 371 7.8.5 中心功能模块 374 7.8.6 E-MBMS传输模式 374 7.9 小结 375 参考文献 376 第8章无线接入网络功能和接口 378 8.1 LTE系统架构 378 8.1.1 LTE系统架构定义的基本原则 378 8.1.2 LTE系统架构描述 378 8.1.3 影响LTE系统架构的一些重要因素 379 8.1.4 EPC与E-UTRAN功能划分 380 8.1.5 E-UTRAN接口的通用协议模型 381 8.1.6 S1接口 381 8.1.7 X2接口 384 8.1.8 RAN设备的互操作性要求 385 8.1.9 演进策略 385 8.2 无线资源管理 386 8.2.1 无线资源管理功能 386 8.2.2 无线资源管理架构 388 8.3 移动性管理 388 8.3.1 跟踪区 388 8.3.2 空闲状态下LTE接入系统内的移动性管理 391 8.3.3 连接状态下LTE接入系统内的移动性管理 395 8.3.4 3GPP无线接入系统之间的移动性管理 402 8.4 网络共享 409 8.5 QoS概念 411 8.5.1 EPS承载概述 412 8.5.2 承载服务的架构 413 8.5.3 S1接口上的QoS信令参数处理 414 8.5.4 资源建立与QoS信令 417 8.6 网络自配置与自优化 418 8.6.1 基本概念 418 8.6.2 网络自配置 419 8.6.3 网络自优化 420 8.6.4 自配置和自优化功能的典型应用场景 420 8.7 小结 423 参考文献 424 第 9章 LTE-Advanced——LTE的进一步演进 425 9.1 LTE-Advanced与IMT-Advanced的互动关系 425 9.2 LTE-Advanced需求发展趋势 426 9.2.1 “平滑演进”与“强兼容”要求 426 9.2.2 针对室内和热点游牧场景进行优化 426 9.2.3 有效支持新频段和大带宽应用 427 9.2.4 峰值速率大幅提升和频谱效率有限改进 428 9.3 LTE-Advanced技术和网络演进趋势 428 9.3.1 多频段协同与频谱整合 428 9.3.2 中继(Relay)技术 429 9.3.3 分布式天线 431 9.3.4 基站间协同 433 9.3.5 家庭基站带来的挑战 434 9.3.6 物理层传输技术 434 9.3.7 自组织网络 437 9.3.8 频谱灵活使用与频谱共享 437 9.3.9 E-MBMS增强 437 9.4 小结 437 参考文献 438 缩略语 439

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