第四代移動(dòng)通信技術(shù)—LTE概述

摘 要：移動(dòng)通信技術(shù)自70年代發(fā)展至今已經(jīng)歷了3代，如今第四代移動(dòng)通信技術(shù)——LTE成為各種技術(shù)體制共同的演進(jìn)方向，本文詳細(xì)介紹了LTE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，協(xié)議結(jié)構(gòu)及基本技術(shù)。

關(guān)鍵詞：4G LTE 協(xié)議 上下行傳輸技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（c）-0021-01

在現(xiàn)代社會(huì)中，移動(dòng)通信無疑是最為活躍的應(yīng)用學(xué)科，隨著3G技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用和普及，4G技術(shù)也呼之欲出。與2G時(shí)代和3G時(shí)代多技術(shù)體制并存不同的是4G時(shí)代技術(shù)體制趨于統(tǒng)一。LTE成為4G時(shí)代的主流選擇。本文將對LTE技術(shù)進(jìn)行介紹。

LTE的全稱是3GPP Long Term Evolution，其采用優(yōu)化的UTRAN結(jié)構(gòu)。LTE根據(jù)雙工方式的不同，分為FDD和TDD兩種模式。LTE采用基于OFDM和MIMO的空中接口方式，用戶峰值速率：UL 100 Mbps，DL 50 Mbps。LTE采用flat all-in-ip網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，減少系統(tǒng)時(shí)延。

本文將介紹LTE技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵性問題。

1 LTE的扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

LTE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用扁平化的結(jié)構(gòu)模式，整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)得到了大規(guī)模的簡化。這種結(jié)構(gòu)有以下幾個(gè)優(yōu)勢：（1）沒有了RNC的網(wǎng)元，避免由于單個(gè)RNC故障，造成的成片網(wǎng)絡(luò)癱瘓，有利于提高網(wǎng)絡(luò)安全。（2）網(wǎng)絡(luò)單元數(shù)量減少，使得網(wǎng)絡(luò)建設(shè)大為簡化，同時(shí)也有利于建成后的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。（3）扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有利于減少時(shí)延，對用戶感知有一定的提升作用，同時(shí)有利于多種業(yè)務(wù)的開展。

2 LTE網(wǎng)絡(luò)的無線幀結(jié)構(gòu)

LTE網(wǎng)絡(luò)可以支持兩種無線幀結(jié)構(gòu)，他們是：類型1，F(xiàn)DD采用類型1的無線幀結(jié)構(gòu)；類型2，TDD使用類型21的無線幀結(jié)構(gòu)。

在Type1幀結(jié)構(gòu)中：每個(gè)10 ms無線幀，分為20個(gè)時(shí)隙，10個(gè)子幀。每個(gè)子幀1 ms，包含2個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙0.5 ms。上行和下行傳輸在不同頻率上進(jìn)行。（如圖1）

在Type2幀結(jié)構(gòu)中：每個(gè)10 ms無線幀，分為2個(gè)長度為5 ms的半幀。每個(gè)半幀由8個(gè)長度為0.5 ms的時(shí)隙和3個(gè)特殊區(qū)域 DwPTS，GP，UpPTS組成（“8+3方案”）。DwPTS，GP和UpPTS的總長度等于1 ms，其中DwPTS和UpPTS的長度可配置。

Type2幀結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn)。

（1）子幀1和6由DwPTS，GP，and UpPTS組成，所有其他子幀由2個(gè)時(shí)隙組成，即子幀i包括時(shí)隙2i和2i+1。子幀0和子幀5總是用作下行。LTE支持5 ms和10 ms上下行切換點(diǎn)。對于5 ms上下行切換周期，子幀2和7總是用作上行。（2）DwPTS最短包含1個(gè)OFDM symbol，P-SCH位于DwPTS的第一個(gè)符號(hào)， S-SCH位于第一個(gè)子幀第二個(gè)Time slot的最后一個(gè)符號(hào)。（3）UpPTS可用于發(fā)送Short RACH等等，其余空閑資源可用于發(fā)送參考信號(hào)或者數(shù)據(jù)。

3 LTE的無線信道分配

3.1 PUSCH（物理上行業(yè)務(wù)信道）

用于承載上行業(yè)務(wù)信息。

加擾：使用UE專用擾碼。

調(diào)制：支持QPSK，16QAM和64QAM調(diào)制。

傳輸預(yù)編碼：輸入的符號(hào)先分成組再進(jìn)行預(yù)編碼，即DFT。

映射到資源元素：從子幀的第一個(gè)時(shí)隙開始，先k后l進(jìn)行映射。

SC-FDMA信號(hào)生成：IDFT。

3.2 PUCCH（物理上行業(yè)務(wù)信道）

有6種格式，用于承載HARQ-ACK，CQI，SR信息。

對于同一個(gè)UE而言，PUCCH不與PUSCH同時(shí)傳輸。

支持多種格式，格式不同調(diào)制方法和每個(gè)子幀中的比特?cái)?shù)不同。

3.3 PUCCH（物理上行業(yè)務(wù)信道）

Format 1傳輸SR信息，發(fā)射常數(shù)1。Format 1a/1b傳輸HARQ-ACK，1比特時(shí)BPSK調(diào)制，2比特時(shí)QPSK調(diào)制。Format 2傳輸CQI信息，先將CQI進(jìn)行信道編碼成20bit，后進(jìn)行QPSK調(diào)制。Format 2a/2b傳輸CQI和HARQ-ACK的混合信息，先將CQI進(jìn)行信道編碼成20bit，后進(jìn)行QPSK； HARQ-ACK則進(jìn)行BPSK/QPSK調(diào)制。

3.4 PRACH（物理隨機(jī)接入信道）

3.5 SCH（同步信道）

下行同步信道包括P-SCH和S-SCH，P-SCH和S-SCH的頻域位置為直流附近的72個(gè)子載波。實(shí)際上只占了62個(gè)子載波，其他10個(gè)不放同步序列。

P-SCH在一個(gè)無線幀中有兩個(gè)，這兩個(gè)是完全一樣的。時(shí)域位置為第0個(gè)slot的倒數(shù)第一個(gè)符號(hào)；第10個(gè)slot的倒數(shù)第一個(gè)符號(hào)。S-SCH在一個(gè)無線幀中也有兩個(gè)，而這兩個(gè)同步符號(hào)是有差別的。時(shí)域位置為第0個(gè)slot的倒數(shù)第二符號(hào)；第10個(gè)slot的倒數(shù)第二個(gè)符號(hào)。

3.6 PBCH（物理廣播信道）

物理廣播信道用來廣播信道中的各種信息，每個(gè)系統(tǒng)中都應(yīng)該有下行系統(tǒng)帶寬、系統(tǒng)幀序號(hào)（SFN）、PHICH持續(xù)時(shí)間以及資源大小指示等必備消息。每個(gè)第0號(hào)子幀有4個(gè)OFDM符號(hào)的物理廣播信道信號(hào)。

3.7 PCFICH（物理控制格式指示信道）

每個(gè)幀里基本都包含物理控制格式指示信道，E-Node B通過物理控制格式指示信道把子幀占用的下行物理控制信道中的OFDM符號(hào)告訴給用戶，這個(gè)CFI就是用來指示這個(gè)OFDM符號(hào)的。從1～4均可以用取值。

3.8 PHICH（物理HARQ指示信道）

E-Node B對于上行的信號(hào)會(huì)做出NAK/ACK的響應(yīng)信息，該信息由物理HARQ指示信道進(jìn)行承載。在幀單元中物理HARQ指示信道有兩種，一種短信道；另一種長信道。該時(shí)間有物理HARQ指示信道中的一個(gè)bit位表示。在下行幀中，需要發(fā)射物理HARQ指示信道，數(shù)目有時(shí)不只一個(gè)。一個(gè)物理HARQ指示信道也可以在多個(gè)RE中的物理HARQ指示信道中映射。

3.9 PDCCH（下行物理控制信道）

PDCCH主要傳輸調(diào)度和不同種類的控制消息。其中有傳送信元格式、分發(fā)資源方式、是否能夠調(diào)動(dòng)上下行信道、控制功率、是否傳輸CK/NACK信號(hào)等等。此類消息構(gòu)成了多種控制信息模式（DCI），在各個(gè)子幀前n（n<=4）個(gè)OFDM符號(hào)中進(jìn)行組合，PCFICH信道中的CFI來指示n的具體指示多少。多個(gè)PDCCH可以在同一個(gè)子幀里傳送，一組PDCCH只能為一個(gè)UE所監(jiān)控。一個(gè)下行物理控制信道可以在一個(gè)控制信道單元中發(fā)送，也可以在多可控制信道單元中發(fā)送。集成控制信道的數(shù)量不同，PDCCH編碼碼率也是不一樣的。下行物理控制信道可以有不用的4種物理層構(gòu)成，他們分別占用1、2、4、8個(gè)CCE。