History
1G: FDMA: 传输模拟信号,业务量小、质量差、安全性差、没有加密、速度低 2G: TDMA: 数字化,保密性增加、容量增大、干扰减小,能传输低速的数据业务 3G: CDMA: 更高的频谱效率、更大的系统容量,更好的抗干扰能力; TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000 4G: OFDMA; Orthogonal frequency-division multiple access: 速率更快、频谱利用率更高、容量更大、更灵活 5G: 低时延、高可靠、低功耗
LTE (Long Term Evolution)
SAE: System Architecture Evolution
扁平化、分组域化、IP化、多制式融合化、用户面与业务面分离
3G的四层构架: 终端(UE)、基站(NodeB)、无线网络控制器(RNC)、核心网(CN)。RNC不只是基站控制器,而且是无线接入网络控制器
eUTRAN(evolved UTRAN)与UTRAN相比,去掉了RNC。
扁平化网络结构的好处:
- 节点数量减少,用户平面的时延大大缩短
- 简化了控制平面从睡眠状态到激活状态的过程,减少了状态迁移的时间
- 降低了系统复杂性,减少了接口类型,系统内部的交互也变少了
多了一个X2有线接口,使得eNodeB之间互相连接(类似p2p)
NodeB是网络与终端UE进行信息交互的设备,它做射频处理和基带处理两大类工作。射频处理: 发送、接收高频无线信号,高频信号与基带信号的互相转换。基带处理: 信道编码/解码,复用/解复用,扩频/解扩频调制
NodeB: Antenna天线, BBU基带单元, RRU远端射频单元
EPC: Evolved Packet Core
CS: circuit switching
PS: packet switching
- 没有CS
- 全网IP化
- 用户面与控制面的分离
S1 为 EPC 和 eUTRAN(eNodeB) 之间的接口
MME
MME: Mobility Management Entity
属于控制平面,负责控制面的信令传输
S1-MME 与MME相连,是控制面接口
主要功能: 寻呼、切换、漫游、鉴权、对NAS(Non-Access Stratum)信令的加密和完整性保护,对AS(Access Stratum)的安全性控制,空闲状态移动性控制
SGW and PGW
SGW: Serving Gate Way, 边界网关
主要功能: 分组数据的路由、转发、监听、计费
PGW: PDN Gate Way, 和运营商外部或者内部的分组网络连接
属于用户平面,负责用户包数据的过滤、路由和转发
S1-U 与SGW相连,是用户面接口
eNodeB
主要承担的是基层用户的服务和资源管理功能
Question and Answer
从一代到四代移动通信技术有哪些标准?
第一代: AMPS、ETACS、NTACS 第二代: GSM、DAMPS、IS-95 第三代: CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA 第四代: TDD-LTE、FDD-LTE
FDD = Frequency Division Duplex
TDD = Time Division Duplex
LTE的全称是?
Long Term Evolution
中国移动在4G中使用了哪些频段?
1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz
SAE的全称是?
System Architecture Evolution
第4代移动通信系统少了哪一层?
少了 RNC(无线网络控制器) 层
LTE扁平化网络结构有什么好处?
- 节点数量减少,用户平面的时延大大缩短
- 简化了控制平面从睡眠状态到激活状态的过程,减少了状态迁移的时间
- 降低了系统复杂性,减少了接口类型,系统内部的交互也变少了
eNodeB的主要功能有哪些?
- 射频处理
- 信道编码/解码
- 复用/解复用
- 扩频/解扩频调制
- 无线资源管理
- 移动性管理
- 承载控制
- 系统接入控制
- 路由选择
- 附着
NodeB是网络与终端UE进行信息交互的设备,它做射频处理和基带处理两大类工作。射频处理: 发送、接收高频无线信号,高频信号与基带信号的互相转换。基带处理: 信道编码/解码,复用/解复用,扩频/解扩频调制
LTE和EPC主要由哪些网元构成?
- MME: Mobility Management Entity
- PGW: PDN Gate Way
- SGW: Serving Gate Way
LTE系统网络接口
LTE 系统结构
eNodeB
主要功能:
- 无线资源管理
- 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SGW用户面数据的路由选择
- 执行由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
MME(Mobility Management Entity)
- NAS(Non-Access Stratum)非接入层信令的加密和完整性保护; 核心网不做处理,直接传输
- 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
- 支持 寻呼、切换、漫游、鉴权
SGW
分组数据路由、转发、监听、计费
PGW
属于用户平面,负责用户包数据的过滤、路由和转发
接口
23,图3-1
Uu空中接口协议(UE 与 eNodeB)
控制平面协议
NAS: Non-Access Stratum RRC: Radio Resource Control PDCP: Packet Data Convergence Protocol RLC: Radio Link Control MAC: Media Access Control
RLC(Radio Link Control)的三种传输模式: 1. TM(Transparent Mode) 2. UM(Un-acknowledgement Mode) 3. AM(Acknowledgement Mode)
用户平面协议
MAC、RLC、PDCP
S1接口协议(S1-MME连接eNodeB与MME; S1-U连接eNodeB与SGW)
- EPS承载服务管理
- UE上下文管理
- 移动性管理
- 寻呼管理
- 信令传输功能
- S1接口管理
- 网络共享
接口用户平面
S1-U连接eNodeB与SGW GTP-U: GPRS Tunneling Protocol for User Plane
接口控制平面
S1-MME连接eNodeB与MME SCTP: Stream Control Transmission Protocol
X2接口协议
连接eNodeB
接口用户平面
接口控制平面
Question and Answer
SAE的全称是?
System Architecture Evolution
第四代移动通信技术少了哪一层?
RNC
LTE扁平化网络结构有什么好处?
- 节点数量减少,用户平面的时延大大缩短
- 简化了控制平面从睡眠状态到激活状态的过程,减少了状态迁移的时间
- 降低了系统复杂性,减少了接口类型,系统内部的交互也变少了
eNodeB的主要功能有哪些?
- 无线资源管理
- 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SGW用户面数据的路由选择
- 执行由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
LTE和EPC主要由哪些网元构成?
- MME: Mobility Management Entity
- PGW: PDN Gate Way
- SGW: Serving Gate Way
LTE 的关键技术
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
- 上行: OFDMA, Orthogonal Frequency-Division Multiple Access
- 下行: SC-FDMA, Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access
FFT = Fast Fourier Transformation
OFDMA的优势:
- 通过循环前缀,有效克服无线环境的多径干扰
- 实现用户间完全正交的频率复用,保证频谱效率
- OFDM容易和MIMO技术结合
- 支持频率纬度的链路自适应和多用户调度
SC-FDMA(Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access)
SC-FDMA的优势:
- 相对于OFDMA,具有更低的PAPR,便于UE功放的设计
- 实现用户间完全正交的频率复用,保证频谱效率
- 用户复用可以通过DFT变换、正交子载波映射等过程轻松实现
- 支持频率纬度的链路自适应和多用户调度
MIMO(Multiple Input Multiple Output)
利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术
分集
多路信道传输相同的信息
复用
多路信道传输不同的信息
波束赋形
原理: 利用空间信道的强相关性及波的干涉原理
产生强方向性的辐射方向图,使辐射方向图的主瓣自适应指向用户来波方向
,从而提高信噪比,获得明显的阵列增益。
AMC(Adaptive Modulation and Coding)
原理: 在发送功率恒定的情况下,动态地选择适当的调制和编码方式,确保链路的传输质量。
LTE的调制方法: QPSK、16QAM、64QAM
HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)
LTE“三高、两低、一平”
三高:
- 高峰值速率
- 高频谱效率
- 高移动性
两低:
- 低时延
- 低成本
一平:
- 扁平化架构
Question and Answer
请写出MIMO的两种工作模式和区别
发射分集: 多路信道传输同样的信息
空间复用: 多路信道同时传输不同信息
请写出OFDM的优缺点
优点:
- 通过循环前缀,有效克服无线环境的多径干扰
- 实现用户间完全正交的频率复用,保证频谱效率
- OFDM容易和MIMO技术结合
- 支持频率纬度的链路自适应和多用户调度
缺点:
- 对相位噪声和载波频偏十分敏感
- 峰均比过大
- 所需线性范围宽
- PAPR比SC-FDMA更高
LTE 信道
FDD: 上下行收发在相同时间的不同频点上; 全双工
TDD: 上下行收发在相同频点的不同时间段上; 半双工
FDD 和 TDD 的帧时长都是 10ms, 一个帧分为10个子帧
Speicial subframe
in LTE 被用来提示下行
切换到上行
信道分类
逻辑信道、传输信道、物理信道
逻辑信道
分为: 控制信道、业务信道
控制信道:
- BCCH: Broadcast Control Channel; 广播控制信道
- PCCH: Paging Control Channel; 寻呼控制信道
- CCCH: Common Control Channel; 公共控制信道
- DCCH: Dedicated Control Channel; 专用控制信道
- MCCH: MultiCast Control Channel; 多播控制信道
业务信道:
- DTCH: Dedicated Traffic Channel; 专用业务信道
- MTCH: MultiCast Traffic Channel; 多播业务信道
传输信道
分为: 下行信道、上行信道
下行信道:
- BCH: Broadcast Channel
- PCH: Paging Channel
- DL-SCH: Downlink Share Channel
- MCH: MultiCast Channel
上行信道:
- RACH: Random Access Channel
- UL-SCH: Uplink Shared Channel
物理信道
下行信道:
- PBCH: Physical Broadcast Channel
- PDSCH: Physical Downlink Shared Channel
- PDCCH: Physical Downlink Control Channel
- PCFICH: Physical Control Format Indicator Channel
- PHICH: Physical Hybrid ARQ Indicator Channel
- PMCH: Physical Multicast Channel
上行信道:
- PRACH: Physical Random Access Channel
- PUSCH: Physical Uplink Shared Channel
- PUCCH: Physical Uplink Control Channel
LTE 系统物理层
PSS: Primary Synchronous Signal
SSS: Secondary Synchronous Signal
频率偏移:
- 整数倍偏移 (概念有误,应是
>1倍的频率偏移
) - 小数倍偏移 (概念有误,应是
<1倍的频率偏移
)
随机接入:
- 竞争性随机接入
- 非竞争性随机接入
Question and Answer
哪些情况会发生随机接入? 什么类型的?
- RRC_IDLE状态下的初始接入
- RRC连接重建
- 切换
- RRC_CONNECTED状态下有下行数据到达,但上行处于失步状态
- RRC_CONNECTED状态下有上行数据到达,但上行处于失步状态,或没有用于SR的PUCCH资源
- RRC_CONNECTED状态下的UE辅助定位
竞争性随机接入: 1 to 5
非竞争性随机接入: 2, 3, 6
LTE 的编号
UE
- C-RNTI: C-Radio Network Temporary Identifier
- IMEI: International Mobile Equipment Identity
- IMSI: International Mobile Subscriber Identity
- S-TMSI: Serving Temporary Mobile Subscriber Identity
- UEID:
- GUTI:
Base Station
- TAI:
SAE
- PLMN
- MSIN: Mobile Subscriber Identification Number
- MMEGI:
- MMEI
- eNB S1AP UE ID
- MME S1AP UE ID
- IMEI/SV
- TAC
- TAI List
- PDN ID
- EPS Bearer ID
- E-RAB ID
- DRB ID
- LBI
- TEID
LTE系统无线资源管理
Question and Answer
资源分配的方式有哪些?
- 集中式资源分配
- 分散式资源分配
负载均衡的意义是什么?
- 使各个小区间的负荷更加均衡
- 使系统间的负荷更加均衡
- 使系统的容量得到提升
- 减少
人工参与网络管理与优化
- 保证用户的QoS,减少拥塞造成的性能恶化
All for The Exam
Level 1
简述FDD-LTE工作原理。
上下行收发在相同时间的不同频点上(全双工系统)
简述TD-LTE工作原理。
上下行收发在相同频点的的不同时间段上(半双工系统)
请简述TD-LTE帧结构。
- TDD帧结构引入了特殊子帧的概念
- 特殊子帧中包括DwPTS(Downlink Pilot Time Slot, 下行导频时隙)、GP(Guard Period, 保护周期)和UpPTS(Uplink Pilot Time Slot, 上行导频时隙)
- 特殊子帧各部分的长度可以配置,但总时长固定为1ms
LTE有哪些关键技术,请列举简要说明。
OFDM正交频分复用技术
- OFDM技术原理
- OFDM多址接入
MIMO多天线技术
- AMC链路自适应技术
- HARQ混合自动重传
描述MIMO技术的三种应用模式。
发射分集: 多路信道传输同样的信息
空间复用: 多路信道同时传输不同信息
波束赋形: 多路天线阵列赋形成单路信号传输
简述OFDM的基本原理,有哪些优势和劣势?
基本原理:OFDM是一种正交频分复用技术,是由多载波技术MCM发展而来的; OFDM既属于调制技术,也属于复用技术。
优势:
- 通过循环前缀,有效克服无线环境的多径干扰
- 实现用户间完全正交的频率复用,保证频谱效率
- OFDM容易和MIMO技术结合
- 支持频率纬度的链路自适应和多用户调度
劣势:
- 对相位噪声和载波频偏十分敏感
- 峰均比过大
- 所需线性范围宽
LTE上行为什么要采用SC-FDMA技术?
- 相对于OFDMA,具有更低的PAPR,便于UE功放的设计
- 相对于传统的单载波频率复用,能实现用户间完全正交的频率复用,同时保证频谱效率
- 用户复用可以通过DFT交换,正交子载波映射等过程方便地实现
- 支持频率维度的链路自适应和多用户调度
简述RSRP、RSRQ、RSSI、SINR的含义。
- RSRP(参考信号接收功率): 是终端接受到的小区公共参考信号(CRS)功率值,数值为测量带宽内单个RE功率的线性平均值,反映的是本小区有用信号的强度
- RSRQ(参考信号接收质量): 是N倍的RSRF与RSSI的比值,其中N表示RSRI的测量带宽内包含的RE数目,能反映出信号好干扰之间的相对大小
- RSSI(接收信号强度指示): 是终端接收到的所有信号(包括同频的有用和干扰、邻频干扰、热噪声等)功率的线性平均值,反映的是该资源上的负载强度
- SINR(信噪比): 是有用信号功率与干扰和噪声功率之和的比值,直接反映接收信号的质量
Level 2
RRC两种主要的状态是 空闲
和 连接
。
特殊子帧配置中包括 DwPTS(下行导频时隙)
、 GP(保护周期)
和 UpPTS(上行导频时隙)
。
LTE系统中存在两种类型的CP: 普通
CP和 扩展
CP。
LTE系统的传输速率:对于大范围高速移动用户(250km/h)数据速率为2Mbit/s;对于中速移动用户(60km/h)数据速率为 20Mbit/s
;对于低速移动用户(室内或步行者),数据速率为 100Mbit/s
。
eNodeB与UE通过 U口
连接。
在扩展CP情况下,一个RB包含 84
个RE。
无线网络接口协议栈根据用途分为 用户平
面协议栈和 控制平
面协议栈。
TTI 为物理层数据传输调度的时域基本单位,1 TTI = 1 个子帧 = 1
ms,1 TTI = 12
个OFDM符号 (普通 CP)。
LTE的网络接口中S1-MME是 eNodeB
连接 MME
的控制面接口。
LTE的网络接口中S1-U是 e-NodeB
连接 SG-W
的用户面接口。
空中接口是指 终端
和 接入网
之间的接口。
同步信号包括 PSS
和 SSS
。
物理信道中,PDCCH是 下行控制信道
信道,PDSCH是 下行共享信道
信道 。
TDD配比格式中的S的全称是 特殊子帧
。
OFDMA技术是基于时频二维资源的一种多址调度方式,频域上的调度资源为 子载波
,时域上的最小调度单元为 slot
。
用户平面协议栈中层二主要由 MAC
, RLC
, PDCP
三个子层构成。
LTE共支持两种无线帧结构; 1个无线帧 = 10
ms,1个子帧 = 1
ms。
PRB为物理层数据传输的资源分配最小单位,时域: 0.5
ms,频域: 12
个连续子载波(Subcarrier)。
LTE标准支持两种双工模式: TDD
和 FDD
。
TDD和FDD是不同的双工技术,它们分别用 时间
和 频率
来区分上下行
LTE系统的传输速率为:对于大范围高速移动用户(250km/h)数据速率为 2Mbit/s
;对于中速移动用户(60km/h)数据速率为 20Mbit/s
。
核心网中控制面和用户面与基站连接时采用的接口分别为 S1-C
和 S1-U
。
LTE/SAE的组网架构变迁主要目的是 提高峰值速率
、 降低系统时延
、简化运营维护、降低系统成本。
LTE/SAE的组网架构变迁主要包括 扁平化
、分组域化、IP化、多制式融合化、 用户面与业务面分离
等。
RE (Resource Element)是物理层资源的最小粒度,时域上相当于 1
个OFDM符号,频域相当于 1
个子载波,在扩展CP情况下,一个RB包含 72
个RE。
LTE的网络接口中S1接口是连接 EPC
与 eUTRAN
的接口。
LTE的空口速率之所以能够获得巨大提升,主要是因为采用了 OFDM
技术、 MIMO
技术和 高阶调制
技术。
PGW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。
LTE资源分配技术可以分成 集中式资源分配
、 分布式资源分配
,根据传输业务类型的不同,LTE系统中的分组调度可以分为 动态调度
和 半静态调度
。
LTE 帧结构中1 个无线帧= 10
子帧= 20
时隙
UE可以通过随机接入过程实现两个基本功能: 取得与eNodeB之间的上行同步(TA)
, 申请上行资源(UL_GRANT)
。
SGW的主要功能包括:分组数据路由及转发; 移动性及切换支持
; 合法监听
; 计费
。