LTE基本原理和关键技术介绍

LTE原理及关键技术DTM目录1．系统架构 ......................................................................................................... 错误!未定义书签。

2. 工作频段 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。

3. 无线协议接口.................................................................................................. 错误!未定义书签。

4. 上行/下行信道................................................................................................ 错误!未定义书签。

5. 物理层帧结构.................................................................................................. 错误!未定义书签。

6. 上下行时隙比例配置 ..................................................................................... 错误!未定义书签。

7. 传输带宽 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。

LTE的技术原理LTE（Long Term Evolution）作为第四代移动通信技术，其技术原理主要包括无线接入技术、核心网技术和网络优化技术等方面。

本文将详细介绍LTE的技术原理。

一、无线接入技术1.OFDM技术LTE使用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术作为其物理层技术，采用了SC-FDMA（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）技术作为上行链路的多址技术。

OFDM技术具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强、符号时间间隔长、对调制方式的选择灵活等特点，能够有效提高数据传输速率和系统整体性能。

2.MIMO技术LTE还采用了MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术，该技术通过在发送端和接收端分别增加多个天线，利用空间复用技术实现多个数据流同时传输，从而提高系统的频谱效率和系统容量。

MIMO技术在LTE 系统中广泛应用于数据传输和信号处理过程中。

3.自动重传请求技术LTE系统还引入了自动重传请求技术，通过在物理层上实现自动重传请求ARQ（Automatic Repeat reQuest）功能，可以有效保障数据传输的可靠性和稳定性。

当接收端检测到数据包丢失或错误时，会向发送端发送自动重传请求，发送端重新发送丢失的数据包，从而保证数据的完整性和准确性。

二、核心网技术1. Evolved Packet Core（EPC）LTE核心网采用了Evolved Packet Core（EPC）结构，EPC由三个主要部分组成：核心网节点（PGW、SGW、MME）、用户面协议GTP（GPRS Tunneling Protocol）和控制面协议S1AP（S1 Application Protocol）。

EPC实现了LTE系统的核心网络功能，包括连接管理、移动性管理、安全性保障、QoS（Quality of Service）管理等。

lte 技术原理LTE（Long Term Evolution）是一种移动通信技术，它是第四代（4G）移动通信技术的重要标准之一。

作为一种高速无线通信技术，LTE的原理和实现方式对于现代通信的发展具有重要意义。

LTE技术的基本原理是通过无线电频谱的合理利用，实现高速数据传输和较低的延迟。

LTE网络采用OFDM（正交频分多址）技术，也就是将信号分成多个不重叠的子载波进行传输，这样可以提高频谱效率。

同时，LTE还采用MIMO（多输入多输出）技术，通过利用多个天线进行数据传输，提高了信号的可靠性和容量。

在LTE网络中，基站是起到连接用户设备和核心网络的重要角色。

基站通过将无线信号转换成数字信号，并将其传输到核心网络中，实现了用户设备与互联网的连接。

基站之间通过光纤和传输网互联，形成了一个覆盖范围广泛的LTE网络。

LTE网络中的核心网主要由MME（移动管理实体）、SGW（服务网关）和PGW（数据网关）组成。

MME负责用户的鉴权、位置管理以及安全控制等功能；SGW负责用户数据的传输和路由；PGW则负责用户数据的传输和外部网络的连接。

LTE网络的关键技术之一是无线接入技术。

在LTE网络中，用户设备通过和基站的通信来实现数据的传输。

LTE网络采用了多个无线接入技术，包括LTE FDD（频分双工）和LTE TDD（时分双工）。

LTE FDD通过分别用于上行和下行信号的不同频段来实现双工通信；LTE TDD则通过将上行和下行信号在时间上进行划分来实现双工通信。

这些技术的应用使得LTE网络能够同时支持高速数据传输和语音通信。

除了高速数据传输和语音通信外，LTE网络还支持一系列高级功能。

其中包括VoLTE（基于LTE的语音通信）、LTE广播、LTE定位以及LTE直播等。

这些功能的应用使得LTE网络在多个领域得到了广泛的应用，包括移动通信、物联网和公共安全等。

LTE技术作为一种高速无线通信技术，通过合理利用无线电频谱和采用先进的无线接入技术，实现了高速数据传输和较低的延迟。

eNB之间通过X2接口进行通信,以实现 小区间优化的无线资源管理
S1
X2
S1
MME / S-GW
X2 eNB
eNB
Uu
X2
S1
S1
MME / S-GW eNB
E-UTRAN
LTE的技术特点
• 基于OFDM的上下行多址接入和信号调 制方式
上行：基于CP的SC-FDMA 下行：基于CP的OFDMA
上行峰值速率 (Mbps)
5.76
上行平均频谱效率 （bps/Hz/cell）
0.332
上行小区边缘用户频谱效率 0.009 (bps/Hz/cell）
1.69
0.05
16QAM: 57 64QAM: 86.4 0.735
0.024
LTE的技术特点
• 全IP,扁平化网络架构
E-UTRAN系统只由eNB组成，去掉 RNC网元。
域特性比较
CDMA技术: 每个码道的发射信号都是宽带信号,带宽是码片速率的倒数, 因而多用
户的信号在频谱上是重叠的
需要复杂的联合检测算法分开用户.
发射的CDMA信号频谱
接收的CDMA信号频谱
通过多径信道
f
频域
f
频域
OFDMA技术:每个子载波信号是窄带信号，不同子载波信号经过多径信道后保持正交无
相互干扰
更高的频谱效率
下行比WCDMA R6提高3-4倍 上行频谱效率比R6提高2-3倍
全分组域业务
为传统的电信业务提供QoS传输 不再提供CS域业务
增强的移动性能
0-15公里/小时: 最优的性能 15-120公里/小时:较高的性能 120-350公里/小时:支持实时业务
峰值数据率更高

LTE_IDLE：对应RRC的IDLE状态。UE和网络侧存 储的信息包括：给UE分配的IP地址、安全相关的参数 （密钥等）、UE的能力信息、无线承载。此时UE的 状态转移由基站或GW决定。
3) LTE_ACTIVE：对应RRC连接状态；状态转移由 基站或GW决定。
层2的整体功能描述
服务访问点（SAP）：同一系统中，相邻两层的实体 进行通信的地方是服务访问点。物理层和MAC层之间 的SAP提供传输信道。MAC层和RLC层之间的SAP提 供逻辑信道。
MAC Control element 2
MAC SDU
... MAC SDU
MAC payload
Padding (opt)
复用和解复用（2）
RLC模式
AM模式： AM模式是为可靠性要求很高并且分组的长 度可变的业务提出的。它的典型特征是支持ARQ和分 组的切割和串接。
M模式：UM模式是为可靠性要求不高的业务提出的。 它的典型特征是支持分组的切割和串接，但不支持 ARQ。
UE
eNB
S-GW
P-GW
Peer
Entity
End-to-end Service
EPS Bearer
External Bearer
Radio Bearer
S1 Bearer
S5/S8 Bearer
Radio
S1
S5/S8
Gi
RRC子层
RRC子管理、 UE测量上报和控制等功能。把RRC在网络侧终 结于eNB，是网络的一个重大改变。
控制平面
UE NAS RRC RLC MAC PHY
eNB
RRC RLC MAC PHY
MME NAS
控制平面的底层协议，和用户平面相似，而上层的 RRC层和非接入子层（NAS）是控制平面最重要的 部分。

• Sounding周期
• 由高层通过RRC 信令触发UE 发送SRS，包括一次性的 SRS 和周期性SRS 两种方式 • 周期性SRS 支持2ms,5ms,10ms, 20ms, 40ms, 80ms, 160ms, 320ms 八种周期 • TDD系统中，5ms最多发两次
物理层过程：下行同步
核心网
• TD-LTE的特殊子帧可以有多种配置，用以改 变DwPTS，GP和UpPTS的长度。
1ms
1ms DwPTS GP UpPTS
特殊子 帧配置
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Normal CP
DwPTS GP UpPTS
3
10
1
9
4
1
10
3
1
11
2
1
12
1
1
3
9
2
9
3
2
10
2
2
11
1
2
DwPTS GP UpPTS
• PSS位于DwPTS的第三个符号 • SSS位于5ms第一个子帧的最后一个符号
• SCH (P/S-SCH)占用的72子载波位 于系统带宽(1.08M)中心位置
小区物理ID（PCI）
基本概念
LTE系统提供504个物理层小区ID(即PCI)，和TD-SCDMA系统的128个扰码概念类似。网管配置 时，为小区配置0～503之间的一个号码即可
灵活的带宽设置，可以有从1.4MHz到20MHz的6种不同带宽，扩展了频 谱的利用率。
融合的FDD和TDD概念，进一步统一FDD和TDD模式。
目录
1. LTE的简介与发展 2. LTE的网络结构 3. LTE的物理层关键技术

lte技术原理与系统设计一、引言LTE即为“Long Term Evolution”，是一种通信技术标准，被广泛应用于现代移动通信网络中。

本文将介绍LTE技术的原理和系统设计。

二、LTE技术原理1. OFDM技术LTE采用了正交频分复用（OFDM）技术，该技术能够有效地抵抗多径干扰和频率选择性衰落。

OFDM将整个频率带宽划分为多个子载波，每个子载波都是正交的，从而在频域上降低信号间的干扰，实现高效率的数据传输。

2. MIMO技术多输入多输出（MIMO）技术是LTE的重要特点之一。

通过利用多个天线进行信号传输和接收，MIMO可以显著提高系统的传输容量和覆盖范围。

通过适当的编码和信道状态信息反馈，MIMO技术可以实现空间多样性和空间复用，提高系统性能。

3. 跳频技术LTE在信道传输的过程中采用了跳频技术，将整个频带均匀地划分为多个子信道。

通过不断地在不同的子信道上跳跃传输数据，可以避免信号被干扰以及频率选择性衰落的影响，提高系统的抗干扰能力和传输稳定性。

4. 自适应调制与调度技术LTE采用了自适应调制与调度技术，根据信道环境和用户需求动态调整传输速率和调制方式。

通过根据用户的实际需求进行资源分配，可以更高效地利用信道资源，提高系统的容量和覆盖范围。

三、LTE系统设计1. 网络拓扑结构LTE网络由大量的基站组成，每个基站覆盖一定的地理区域。

基站通过光纤、传输线等方式将数据传输到核心网，核心网负责对数据进行处理和路由。

同时，LTE还采用了自组织网络（SON）技术，可以实现网络的自动配置和优化，提高系统的性能和可靠性。

2. 空中接口LTE系统的空中接口主要由用户设备（UE）和基站之间的无线传输通道组成。

其中，UE负责将用户数据转换为无线信号进行传输，基站则负责接收信号并将其转发到核心网。

空中接口采用了复杂的调制和编码技术，以实现高效率的数据传输和较低的延迟。

3. 系统安全设计LTE系统在设计中考虑了安全性的要求。

2014年
4
技术。
LTE-A开始商用，可以提供更高的数据传 输速度和更加稳定的网络连接。
LTE的优点和特点
1 高速率
2 低延迟
LTE的下行峰值速率可达到300Mbps，上行 可达到75Mbps，是目前流行的移动通信制式 中速度最快的。
LTE的往返时延较短，支持实时传输，适合 高速数据交互和视频通话等应用场景。
3 灵活的频谱分配
LTE的频域和时域资源分配非常灵活，可根 据网络流量需求自适应地调整资源的使用。
4 全球统一标准
LTE是全球通信技术领域的统一标准，确保 了各厂商之间设备的互通性。
4G与LTE 的区别
4G
泛指第四代移动通信技术，是包括LTE在内的多种技 术的概括性称呼。
LTE
是4G移动通信技术中的一种，是现在最为常用和流 行的4G通信技术。
LTE在新兴业务领域中的应用
LTE在新兴业务领域中的应用，包括了虚拟现实，云计算，远程教育和远程办 公等多个方面，为现代社会的科技创新和进步提供了无限的潜力和可能性。
LTE在5G商用初期的应用前景
LTE在5G商用初期的应用前景包括了共存和过渡，在向5G技术的转型和适应 过程中，继续发挥着重要的支撑作用。
LTE的通信标准
LTE的通信标准针对不同的移动通信网络和技术，主要包括FDD-LTE、TDDLTE、VoLTE等。
LTE的物理层和信道结构
LTE的物理层和信道结构决定了移动通信中的数据传输速率和稳定性，主要包括LTE帧结构、子帧结构、信道 带宽、全球时隙和凸形电平等。
MIMO技术在LTE中的应用
LTE的无线接入技术
LTE的无线接入技术可以根据网络流量的需求智能调整时间、空间和频谱资源， 进一步提高了网络的稳定性和效率。

第 4 章 物理层 ............................. 31 4.1 帧结构 .............................. 31 4.2 物理资源............................. 31 4.3 物理信道............................. 34 4.4 传输信道............................. 36 4.5 传输信道与物理信道之间的映射 ......... 38 4.6 物理信号............................. 38
第 2 章 LTE 主要指标和需求................... 7 2.1 频谱划分.............................. 8 2.2 峰值数据速率.......................... 9 2.3 控制面延迟............................ 9 2.4 用户面延迟........................... 10 2.5 用户吞吐量........................... 10 2.6 频谱效率............................. 11 2.7 移动性 .............................. 11 2.8 覆盖 ................................ 12
5.1 MAC 子层 ............................. 49
5.1.1 MAC 功能 ......................... 49 5.1.2 逻辑信道 ......................... 49 5.1.3 逻辑信道与传输信道之间的映射 ..... 51 5.2 RLC 子层 ............................. 52

,
汇报人：
CONTENTS
PRT ONE
PRT TWO
LTE的发展历程和背景 LTE在通信技术中的地位和意义 LTE的应用场景和优势 LTE的发展趋势和未来展望
2009年：LTE商用网络部署
2 0 0 4 年 ： 3 G P P 启 动 LT E 项 目
2013年：全球LTE用户数突 破1亿
优势：提高信号 覆盖范围、减少 干扰、增加系统 容量和频谱效率
应用场景：广泛 应用于无线通信 系统如LTE、 WiFi等
定义：根据信道状态自适应地调整传输参数提高链路性能和系统容量 关键技术：MC、HRQ等 应用场景：高速移动场景、城区密集建筑等 优势：有效对抗无线信道的多径衰落提高数据传输的可靠性和速率
PRT FOUR
定义：物理层负责传输数据提供无线资源管理功能 协议：采用多层协议栈包括物理层和数据链路层 传输方式：采用频分复用和时分复用相结合的方式 关键技术：包括多天线技术、调制解调技术、信道编码技术等
信道编码：采用高效 率的信道编码方案如 Turbo码和LDPC码以 提高数据传输的可靠 性和效率。
2 0 1 9 年 ： 5 G 商 用 LT E 仍 为 主要移动通信技术
高速度：最大传 输速率为 100Mbps达到 3G的10倍以上
低时延：端到端 时延达到10ms 以下实现快速的 数据传输
永远在线：用户 可以始终保持在 线状态随时进行 高速数据传输
频谱效率高：采 用频谱效率更高 的OFDM技术相 比3G提高了2-3 倍
单击添加标题
演进型技术：未来LTE技术还将不断演进如采用更高阶的调制技术、更高 效的信道编码等技术以提高数据传输速率和降低延迟。
单击添加标题
融 合 网 络 ： 未 来 LT E 将 与 W i F i 等 其 他 无 线 技 术 融 合 形 成 更 加 智 能 化 的 网 络结构提供更加高效、可靠的数据传输服务。

MIMO含义

MIMO（ Multiple-Input Multiple-Out-put，多输入多输出） 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上同时刻发射，经过无线信道后，由多 个接收天线接收，并根据各个并行数据流的空间特性，利用解调技术， 最终恢复出原数据流。
峰值平均功率比
下行物理层的时频资源
20M传输带宽 Normal CP 映射4天线口时 每天线口#0 TTI的资源分配 20M传输带宽 Extended CP 映射4天线口时 每天线口#0 TTI的资源分配

l= l=5 6
时隙#0
业务信号（PDSCH） 参考信号（RS） 主同步信号（P-SCH） 辅同步信号（S-SCH） 广播信号（PBCH） 控制信号（PDCCH、 PCFICH、PHICH）
Higher spectru m efficienc y
LTE
Latency CP: 100ms UP: 5ms
Flexible band width
Lower CAPEX & OPEX
LTE 系统架构
• 简单 , 高效

扁平化,结点少;
MME / S-GW
MME / S-GW

有效支持高吞吐量业务;


上行采用单载波频分多址SC-FDMA 下行采用正交频分多址OFDMA 消除无线网络自干扰 资源分配更灵活
•
上下行采用更高阶的调制: 64QAM

系统峰值频谱效率达到 6bps/Hz
•
多用户频率选择性资源调度
2
channel responses at different frequencies

信令流
数据流
目录
TD-LTE导入TD-LTE系统架构介绍TD-LTE基本原理介绍TD-LTE关键技术介绍
TD-LTE基本原理介绍TD-LTE物理资源分配TD-LTE物理信道与信号TD-LTE物理层过程
子目录
LTE使用天线端口来区分空间上的资源。天线端口的定义是从接收机的角度来定义的，即如果接收机需要区分资源在空间上的差别，就需要定义多个天线端口。目前LTE下行定义了六类天线端口：小区专用参考信号天线端口：0；0,1；0,1,2,3MBSFN参考信号天线端口：4PDSCH终端专用参考信号天线端口：5；7；8；7,8,9,10,11,12,13,14ePDCCH解调用参考信号天线端口：107,108,109,110定位用参考信号天线端口：6CSI参考信号天线端口：15；15,16；15,16,17,18；15,16,17,18,19,20,21,22天线端口与实际的物理天线端口没有一一对应的关系
S10x
S10x
3GPPCS Core
Mobility based on MIP
Handover Optimization
扁平化, 多接入, 控制与承载分离，全IP
MME
Serving GW
PDN GW
NAS信令处理NAS信令的安全保护3GPP内不同节点之间的移动性管理空闲移动终端的跟踪和可达TA List管理PDN GW和Serving GW选择MME和SGSN的选择合法监听漫游控制安全认证承载管理
UP: 用户平面接口位于E-NodeB和S-GW之间，传输网络层建立在IP传输之上，UDP/IP之上的GTP-U用来携带用户平面的PDU CP： S1控制平面接口位于E-NodeB和MME之间，传输网络层是利用IP传输，这点类似于用户平面；为了可靠的传输信令消息，在IP曾之上添加了SCTP；应用层的信令协议为S1-AP

LTE的技术原理LTE（Long Term Evolution）是一种高速无线通信技术，它是全球通信标准的一部分，用于实现4G移动通信网络。

本文将介绍LTE的技术原理，包括LTE的前身、LTE的网络架构、LTE的核心技术和LTE的优势。

一、LTE的前身LTE的前身是3GPP（第三代合作伙伴计划）制定的UMTS（通用移动通信系统）标准，也被称为3G技术。

UMTS提供了更快的数据传输速率和更广泛的网络覆盖，在全球范围内得到了广泛应用。

随着技术的不断进步，LTE被提出作为下一代移动通信技术，以满足人们对更高速、更稳定的数据传输需求。

二、LTE的网络架构LTE的网络架构主要包括两部分：Evolved Packet Core（EPC）和LTE无线接入网络（E-UTRAN）。

1. EPC是LTE网络的核心部分，它包括多个网络节点，如核心网关（Serving Gateway和PDN Gateway）、MME（Mobility Management Entity）等。

这些节点负责处理移动设备的鉴权、用户数据传输以及移动设备的位置管理等功能。

2. E-UTRAN是LTE的无线接入网络，它由多个基站组成，用于无线信号的传输和接收。

在E-UTRAN中，基站被称为eNodeB（Evolved Node B），它负责与移动设备之间的通信，并将数据传输到核心网。

三、LTE的核心技术LTE采用了多项关键技术，以提供高速、稳定的数据传输：1. OFDM（正交频分复用）：LTE使用OFDM技术将数据分成多个子载波进行传输，增加了传输速率和频谱效率。

同时，OFDM技术还具有抗多径干扰、抗干扰和抗衰落等优势，提高了信号的可靠性和稳定性。

2. MIMO（多输入多输出）：LTE利用MIMO技术在发送和接收端使用多个天线，以提高传输速率和信号质量。

通过利用天线之间的独立信道，MIMO可以增加系统的吞吐量和覆盖范围，提高网络吞吐量和用户体验。

LTE基本概念及信令流程分析分解LTE（Long Term Evolution）是一种第四代移动通信技术，它提供了高速数据传输、低延迟和更好的网络容量，成为今天移动通信领域的主流技术。

本文将介绍LTE的基本概念以及信令流程，以帮助读者更好地了解LTE技术。

一、LTE基本概念1. 基站（eNodeB）：基站是LTE网络的核心组成部分，负责传输数据和信号的无线接入。

它提供覆盖范围内的无线连接、数据传输和调度管理功能。

2.用户设备（UE）：UE是指LTE网络中的终端设备，例如智能手机、平板电脑等。

用户设备通过基站接入网络，实现通信和数据传输。

3.频段：频段是指无线通信中使用的特定频率范围。

LTE网络中，频段由运营商分配，用于数据传输和通信。

4. MIMO技术：MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术是指多输入多输出技术，通过使用多个天线来传输和接收数据，提高了数据传输速率和网络容量。

5. QoS（Quality of Service）：QoS是指服务质量，用于衡量网络性能和服务可靠性。

LTE网络通过提供不同等级的QoS来满足不同应用和用户的需求。

LTE网络的信令流程分为接入过程（RRC Connection Establishment）、网络注册过程（Network Registration）、数据传输过程（Data Transmission）等几个步骤。

1.接入过程：a.UE：UE附近的基站，并通过扫描空闲频段来寻找一个可用的基站。

b.小区选择：UE选择一个最佳的基站，根据信号强度和质量等因素。

c.小区ID获取：UE通过指定频段向选择的基站发送请求，获取小区ID等信息。

d.RRC连接请求：UE发送RRC连接请求到基站，准备建立连接。

e.RRC连接建立：基站接受RRC连接请求，并与UE建立连接，开始数据传输准备工作。

2.网络注册过程：a.寻呼接入：基站向UE发送寻呼消息，通知UE进行注册。

1
8.5631
1.5774
0.2751
0.0507
Case 2
33dBm/Antenna Macro ISD = 500m,4TxBF,Single Stream,20dB, 3km/h
1
13.9773
2.5747
0.9195
0.1694
Case 3
33dBm/Antenna Macro ISD 500m,4TxBFprecoding, Dual Stream,20dB, 3km/h
空时发射分集
空频发射分集与空时发射分集类似，不同的是SFTD是对发送的符号进行频域和空域编码 将同一组数据承载在不同的子载波上面获得频率分集增益
空频发射分集
在不同的发射天线上发送具有不同相对延时的同一个信号, 人为地制造时间弥散，能够获得分集增益。且循环延时分集采用的是循环延时而不是线性延时，延迟是通过固定步长的移相（Cyclic Shift，循环移相）来等效实现延迟 。
SU-MIMO（单用户MIMO）：指在同一时频单元上一个用户独占所有空间资源，这时 的预编码考虑的是单个收发链路的性能； MU-MIMO（多用户MIMO）：指在同一时频单元上多个用户共享所有的空间资源，相当于一种空分多址技术，这时的预编码还要和多用户调度结合起来，评估系统的性能。
LTE中的MIMO模型
层映射 根据协议36.211，层数V≤P，P表示物理信道用于发射的天线端口数，且码字流的个数最多为2 。 协议规定：码字到层的映射可有1：1，1：2，2：2，2：3，2：4。 且1：2的情况只发生在P=4的条件下。
空间复用方式下预编码
预编码：克服无线信道的相关性。当多路径信道在一个或多个MIMO接收机上无法提供足够的SINR（信噪比）时，预编码技术可以极大地提高系统性能。