【LTE基礎知識】LTE空口協(xié)議分析

  控制面協(xié)議結構如下圖所示。

    PDCP在網絡側終止于eNB，需要完成控制面的加密、完整性保護等功能。

    RLC和MAC在網絡側終止于eNB，在用戶面和控制面執(zhí)行功能沒有區(qū)別。

    RRC在網絡側終止于eNB，主要實現廣播、尋呼、RRC連接管理、RB控制、移動性功能、UE的測量上報和控制功能。

    NAS控制協(xié)議在網絡側終止于MME，主要實現EPS承載管理、鑒權、ECM（EPS連接性管理）idle狀態(tài)下的移動性處理、ECM idle狀態(tài)下發(fā)起尋呼、安全控制功能。

用戶面協(xié)議

  用戶面協(xié)議結構如下圖所示。

  用戶面PDCP、RLC、MAC在網絡側均終止于eNB，主要實現頭壓縮、加密、調度、ARQ和HARQ功能。

空口協(xié)議功能介紹

1. 物理層功能

    LTE系統(tǒng)中空中接口的物理層主要負責向上層提供底層的數據傳輸服務。為了提供數據傳輸服務，物理層將包含如下功能。

●     傳輸信道的錯誤檢測并向高層提供指示。

●     傳輸信道的前向糾錯編碼（FEC）與譯碼。

●     混合自動重傳請求（HARQ）軟合并。

●     傳輸信道與物理信道之間的速率匹配及映射。

●     物理信道的功率加權。

●     物理信道的調制與解調。

●     時間及頻率同步。

●     射頻特性測量并向高層提供指示。

●     MIMO天線處理。

●     傳輸分集。

●     波束賦形。

●     射頻處理。

  下面簡要介紹一下LTE系統(tǒng)的物理層關鍵技術方案。

●     系統(tǒng)帶寬：LTE系統(tǒng)載波間隔采用15kHz，上下行的最小資源塊均為180kHz，也就是12個子載波寬度，數據到資源塊的映射可采用集中式或分布式兩種方式。通過合理配置子載波數量，系統(tǒng)可以實現1.4~20MHz的靈活帶寬配置。

●     OFDMA與SC-FDMA：LTE系統(tǒng)的下行基本傳輸方式采用正交頻分多址OFDMA方式，OFDM傳輸方式中的CP（循環(huán)前綴）主要用于有效的消除符號間干擾，其長度決定了OFDM系統(tǒng)的抗多徑能力和覆蓋能力。為了達到小區(qū)半徑100km的覆蓋要求，LTE系統(tǒng)采用長短兩套循環(huán)前綴方案，根據具體場景進行選擇：短CP方案為基本選項，長CP方案用于支持大范圍小區(qū)覆蓋和多小區(qū)廣播業(yè)務。上行方向，LTE系統(tǒng)采用基于帶有循環(huán)前綴的單載波頻分多址（SC-FDMA）技術。選擇SC-FDMA作為LTE系統(tǒng)上行信號接入方式的一個主要原因是為了降低發(fā)射終端的峰值平均功率比，進而減小終端的體積和成本。

●     雙工方式：LTE系統(tǒng)支持兩種基本的工作模式，即頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）；支持兩種不同的無線幀結構，幀長度均為10ms。

●     調制方式：LTE系統(tǒng)上下行均支持如下調制方式：QPSK、16QAM及64QAM。

●     信道編碼：LTE系統(tǒng)中對傳輸塊使用的信道編碼方案為Turbo編碼，編碼速率為R=1/3，它由兩個8狀態(tài)子編碼器和一個Turbo碼內部交織器構成。其中，在Turbo編碼中使用柵格終止方案。

●     多天線技術：LTE系統(tǒng)引入了MIMO技術，通過在發(fā)射端和接收端同時配置多個天線，大幅度地提高了系統(tǒng)的整體容量。LTE系統(tǒng)的基本MIMO配置是下行2×2、上行1×2個天線，但同時也可考慮更多的天線配置（最多4×4）。LTE系統(tǒng)對下行鏈路采用的MIMO技術包括發(fā)射分集、空間復用、空分多址、預編碼等，對于上行鏈路，LTE系統(tǒng)采用了虛擬MIMO技術以增大容量。

●     物理層過程：LTE系統(tǒng)中涉及多個物理層過程，包括小區(qū)搜索、功率控制、上行同步、下行定時控制、隨機接入相關過程、HARQ等。通過在時域、頻域和功率域進行物理資源控制，LTE系統(tǒng)還隱含支持干擾協(xié)調功能。

●     物理層測量：LTE系統(tǒng)支持UE與eNodeB之間的物理層測量，并將相應的測量結果向高層報告。具體測量指標包括：同頻和異頻切換的測量、不同無線接入技術之間的切換測量、定時測量以及無線資源管理的相關測量。