LTE常见问题问答

HYJ131411

Q：什么是LTE?

A：LTE（Long Term Evolution）是3GPP主导的无线通信技术的演进。接入网将演进为E-UTRAN(EvolvedUMTS Terrestrial Radio Access Network)。连同核心网的系统架构将演进为SAE(System Architecture Evolution)。

Lte优势：

三高，两低，一平

高峰值速率：下行100Mbps，上行50Mbps

高频谱效率：3G的3~5倍

高移动性350km/h   3G为120Km/h

低时延控制面：down100ms，用户面：down30ms，最低可达5ms 切换时延：down300ms

低成本：SON自组织网络，支撑多频段灵活配置

网络扁平化

QTE关键技术有哪些？

A: 关键技术：

调制的用途：把需要传递的信息送到射频信道；提高控制接口数据业务能力。

         高阶调制的优点：64qam，比TD的16qam速率提升50%；

         缺点：对信号质量（信噪比）有影响。

AMC原理：好的信道条件-减少冗余编码，或不需要冗余编码；坏的信道条件-增加冗余编码。

Fast scheduling-快速调度算法：

         基本原则：短期内，以信道条件为主，长期内，应兼顾到对所有用户的吞吐量和公平性。

         常用调度算法：轮询算法：Round robin-RR；最大载干比算法：Max C/I；正比公平算法：Proportional Fair-PF。

MIMO的工作模式:

复用模式:不同天线发射不同的数据，可以直接增加容量：2×2MIMO

方式容量提高1倍

分集模式:不同天线发射相同的数据，在弱信号条件下提高用户的速率；使用高阶调解方式。

HARQ：分为ARQ+FEC   在AM模式下通过MAC层完成

当前一次尝试传输失败时，就要求重传数据分组，这样的传输机制就称之为ARQ（自动请求重传）。在无线传输环境下，信道噪声和由于移动性带来的衰落以及其他用户带来的干扰使得信道传输质量很差，所以应该对数据分组加以保护来抑制各种干扰。这种保护主要是采用前向纠错编码（FEC），在分组中传输额外的比特。然而，过多的前向纠错编码会使传输效率变低。因此，一种混合方案HARQ，即ARQ和FEC相结合的方案被提出了。

Q：LTE的设计目标是什么？

A：设计目标如下：

1 带宽灵活配置：支撑1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz，20MHz；

2 峰值速率（20MHz带宽）：下行100Mbps，上行50Mbps；

3 控制面延时小于100ms，用户面延时小于5ms；

4 能为时速大于350km/h的用户提供100kbps的接入服务； www.mscbsc.com6x$S n7w$`.c

5 支撑增强型MBMS(E-MBMS)；

6 取消CS域：CS业务在PS域实现，如VOIP；

7 系统结构简单化，低成本建网。

Q：什么是OFDM?

A：OFDM（Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing）属于调制复用技术，它把系统带宽分成多个相互正交的子载波，在多个子载波上并行数据传输。各个子载波的正交性是由基带IFFT（Inverse Fast FourierTransformation快速傅里叶反变换）实现的。由于子载波带宽较小（15kHz），多径时延将导致ISI（Inter-SymbolInterference符号间干扰），破坏子载波之间的正交性，为此在OFDM符号间插入保护间隔，通常采用循环前缀CP（Cyclic Prefix）来实现。

OFDM的优点：

1、频谱配置方式灵活，能使用1.4MHz~20MHz的带宽范围配置，由于OFDM子载波间正交复用，不需要保护带，频率利用率高；

2、合理配置CP，能有效克服无线环境中多径干扰引起的ISI，保证小区内用户的相互正交，改善小区边缘的覆盖；

3、支撑频率维度的链路自适应和调度，对抗信道的频率选择性衰落，获得多用户分集增益，提高系统性能；

4、子载波带宽在10kHz的数量级，每个子载波经历的是频谱的平坦衰落，使得接收机的均衡容易实现；

5、OFDM容易和MIMO技术相结合。

OFDM的缺点：

1、对时域和频域的同步要求高，子载波间隔小，系统对频率偏移敏感，收发两端晶振的不一致也会引起ICI（Inter-CarrierInterference载频间干扰），频率估计不精确会导致信号检测性能下降；

2、移动场景中多普勒频移引起的频偏同样会导致ICI，需要设置合理的频率同步参数；

3、OFDM的PAPR（Peak-to-Average Power Ratio峰均功率比）高，对功放的线性度和动态范围要求很高。这也是上行采用SC-FDMA（Single-CarrierFrequency Division Multiple Access单载波FDMA）的原因，大部分欧美设备商对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)有顾虑，坚持采用具有较低的PAPR的SC-FDMA。

Q：LTE的主要网元有哪些？

A：LTE的主要网元有：

1、接入网E-UTRAN（Evolved UMTSTerrestrial Radio Access Network）由e-NodeB组成，提供用户面和控制面。接入网扁平化、IP化，去掉RNC的物理实体，功能实体分解到基站和核心网元。

e-NodeB的主要功能包括：

无线资源管理功能，即实现无线承载控制、无线徐可控制、连接移动性控制，在上下行链路上完成UE上的动态资源分配（调度）；  

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S-GW用户面数据的路由选择；

实行由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。

2、核心网EPC（Evolved Packet Core）由MME（Mobility ManagementEntity），S-GW（Serving Gateway）和P-GW（PDN Gateway）组成，用户面和控制面分离，原有SGSN实体分解为MME（控制面实体）和Gateway（用户面实体）。

MME的主要功能包括：

NAS（Non-Access Stratum）非接入层信令的加密和完整性保护；

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；

支撑寻呼、切换、漫游、鉴权。

S-GW的主要功能包括：

分组数据路由及转发；

移动性及切换支撑；

合法监听；计费。

P-GW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。

与传统3G网络相比，LTE的网络结构更加简单扁平，因此可以降低组网成本，增加组网灵活性，并能减少用户数据和控制信令的时延。

  

Q：LTE的网络接口有哪些？

A：LTE的网络接口有：

1、X2：e-NodeB之间通过X2接口连接，支撑数据和信令的直接传输；

2、S1：e-NodeB和EPC之间通过S1接口连接，其中S1-MME是e-NodeB连接MME的控制面接口，S1-U是e-NodeB连接S-GW的用户面接口。

LTE 几种协议的先容：

   S1AP协议的主要功能：

1、  UE上下文的管理：包括UE上下文的建立（Initial Context Setup）、修改（UE ContextModification）和释放（UE Context Release）。

2、  承载管理：包括承载的建立（E-RAB Setup）、修改（E-RABModify）和释放（E-RAB Release）。

3、  切换（handover）过程：包括用户在不同的eNodeB间或不同3GPP技术间移动时的S1接口的切换功能。

4、  NAS信令传输过程：对应于UE和MME间的信令传输，对基站来说这种信令的传输是透明的，因此UE和MME间的信令也被称为NAS信令。

5、  寻呼（Paging）过程：当移动用户做被叫用户时。

X2接口协议的功能：

   X2接口是eNodeB间的协议，X2协议栈（控制面和用户面）

   X2用户平面接口

   X2用户平面接口（X2-U接口）主要是用于在eNodeB 间传输用户数据。这个接口只在终端从一个eNodeB移动到另一个eNodeB时使用，来实现数据的转发。X2用户平面使用GTP-U协议。

   X2控制平面接口

   X2控制平面接口（X2-C接口）支撑eNodeB间的信令，与用户移动有关，目的是在eNodeB间传递用户上下文信息。另外X2接口支撑负载指示，该过程的主要目的是向相邻的eNodeB发送负载状态指示信令，支撑负载平衡管理或是最优化切换门限和切换判决。

   eNodeB间的信令传递要求可靠的传输，因此X2-C接口在IP层上使用SCTP来保证可靠性。

GTP协议

   GTP（GPRS Tunnelling Protocol）的基本功能是提供网络节点之间的隧道的建立。GTP分为GTP-C和GTP-U，分别对应于GTP控制平面和GTP用户平面。

  GTP-C主要用于核心网承载的建立维护以及核心网节点之间的其他信息交互

  GTP-U主要用来为每个承载在核心网节点之间传输用户数据。

GTP 协议版本：GTP-C使用GTPv2 ;GTP-U 使用GTPv1.

   

  GTPv2隧道管理消息分为：会话控制和承载控制。

   会话控制消息：

   会话控制消息用户对PDN连接进行操作，即会话建立和会话释放。

1、  创建会话请求（Create Session Request）和创建会话响应（CreateSession Response）:

用于在目标节点创建GTP会话。应用场合有两种，分别为初始建立PDN连接的场景和移动性过程的场景。初始建立PDN连接即UE附着过程及UE发起的PDN连接建立过程；而移动性过程则为伴随SGW该百年的RAU、RAU或切换过程等。

2、  删除会话请求（Delete Session Request）和删除会话响应（DeleteSession Response）

用于删除目标节点的GTP会话。应用场合分为两种，分别为PDN连接的删除场景和UE移动性场景。PDN连接删除场景包括注销过程（Detach）和PDN连接释放过程；而移动性过程也伴随SGW改变的RAU、RAU或切换过程等。

PDN连接建立过程中会话消息是建立一个默认承载的操作；而移动性过程和PDN释放过程中的会话消息是对绘画中的所有承载进行操作的。

  承载控制消息：

  当会话建立起来之后，只要不是释放会话，对会话中的承载进行创建、删除和修改都是通过承载控制消息进行的。承载控制消息可以是处理一个承载，也可以是处理多个承载。

1、  创建承载请求（Create Bearer Request）和创建承载响应（CreartBearer Response）:

创建承载请求及响应消息用于专用承载的建立。由于默认承载是在创建一个PDN连接（即一个GTP会话）时建立的，并在这个PDN连接期间一直保持，Create BearerRequest消息只用于专用承载建立。

2、  修改承载请求（Modify Bearer Request）和修改承载响应（ModifyBearer Response）:

修改承载可以修改某个或某些承载TFT和QoS等信息。

3、  删除承载请求（Delete Bearer Request）和删除承载响应（DeleteBearer Response）:

删除承载消息用户专用承载的删除，并不用户删除默认承载。

承载控制消息除了对承载进行管理之外，也可以对UE的会话属性进行修改，如修改控制平面隧道TEID和IP地址和释放UE的IP地址等。

Q：LTE中的SON是什么？

A：SON（Self OrganizationNetwork）是自组织网络的缩写，是由下一代移动网NGMN（Next Generation Mobile Network）运营商发起的要求LTE实现的功能，主要集中在FCAPSI（Fault, Configuration, Alarm, Performance, Security, Inventory）的管理：

自规划（Self-planning）

自配置（Self-deployment）

自优化（Self-optimization）

自维护（Self-maintenance）

SON的优势在于：  

运营商可以减少规划、优化、维护的成本，降低OPEX；

设备商可以促进性能特性、工具等的销售，降低交付后网络优化的成本；

低附加值和低技术含量的工作将减少。

Q：LTE的协议栈有哪些内容？

A：LTE的协议栈有两个面： 

用户面协议栈：负责用户数据传输

控制面协议栈：负责系统信令传输

其中用户面的主要功能有：

头压缩；加密；调度；ARQ/HARQ

控制面的主要功能有：

RLC和MAC层功能与用户面中的功能一致;

PDCP层完成加密和完整性保护;

RRC层完成广播、寻呼、RRC连接管理、资源控制、移动性管理、UE测量报告控制;

NAS层完成核心网承载管理、鉴权及安全控制

Q：什么是SC-FDMA？为什么上行采用SC-FDMA?

A：LTE上行采用SC-FDMA（Single-Carrier Frequency Division Multiple Access单载波FDMA）,能够灵活实现动态频带分配，其调制是通过DFT-S-OFDM(Discrete Fourier Transform Spread OFDM)技术实现的。DFT-S-OFDM类似于OFDM，每个用户占用系统带宽中的某一部分，占用带宽大小取决于用户的需求和系统调度结果。与传统单载波技术相比，DFT-S-OFDM中不同用户占用相互正交的子载波，用户之间不需要保护带，具有更高的频率利用效率。受终端电池容量和成本的限制，上行需要采用PAPR比较低的调制技术，提高功放的效率。

考虑到多载波带来的高PAPR会影响终端的射频成本和电池寿命。最终3GPP决定在上行采用单载波频分复用技术SC-FDMA中的频域实现方式DFT-S-OFDM。可以看出与OFDM不同的是在调制之前先进行了DFT的转换，这样最终发射的时域信号会减小PAPR。这种处理的缺点就是增加了射频调制的复杂度。实际上DFT-S-OFDM可以认为是一种特殊的多载波复用方式，其输出的信息同样具有多载波特性，但是由于其有别于OFDM的特殊处理，使其具有单载波复用相对较低的PAPR特性。

Q：FDD和TDD的无线帧结构有什么不同?

A：LTE支撑两种无线帧结构：类型1适用于频分双工FDD，类型2适用于时分双工TDD。

FDD类型无线帧结构：

采用OFDM技术，子载波间隔为△f=15kHz，2048阶IFFT，则帧结构的时间单位为Ts=1/(2048*15000)秒；

FDD类型无线帧长10ms，每帧含有20个时隙，每时隙为0.5ms。普通CP配置下，一个时隙包含7个连续的OFDM符号（Symbol）。

LTE具有时域和频域的资源，资源分配的最小单位是RB（Resource Block资源块），RB由RE（Resource Element）组成； 

RE是二维结构，由时域符号（Symbol）和频域子载波（Subcarrier）组成；

1个时隙和12个连续子载波组成一个RB。

TDD类型无线帧结构：

同样采用OFDM技术，子载波间隔和时间单位均与FDD相同；

帧结构与FDD类似，每个10ms帧由10个1ms的子帧组成，子帧包含2个0.5ms时隙； 10ms帧中各个子帧的上下行分配策略可以设置。

Q：LTE物理信道有哪些?

A：LTE的下行物理信道主要有：

PBCH（Physical Broadcast Channel）：物理广播信道，承载小区ID等系统信息，用于小区搜索过程； 

PDCCH（Physical Downlink Control Channel）：物理下行控制信道，承载寻呼和用户数据的资源分配信息，以及与用户数据相关的HARQ信息；

PDSCH（Physical Downlink Shared Channel）：物理下行共享信道，承载下行用户数据；

PCFICH（Physical Control Format Indicator Channel）：物理控制格式指示信道，承载控制信道所在的OFDM符号的位置信息；

PHICH（Physical Hybrid Automatic Repeat Request Indicator Channel）：物理HARQ指示信道，承载HARQ的ACK/NACK信息；

PMCH（Physical Multicast Channel）：物理多播信道，承载多播信息。

LTE的上行物理信道主要有：

PRACH（Physical Random Access Channel）：物理随机接入信道，承载随机接入前导；

PUSCH（Physical Uplink Shared Channel）：物理上行共享信道，承载上行用户数据；

PUCCH（Physical Uplink Control Channel）：物理上行控制信道，承载HARQ的ACK/NACK，调度请求（Scheduling Request），信道质量指示（ChannelQuality Indicator）等信息。