1、目录 第一章 LTE 的演进目标 4 1.1 移动宽带化与宽带无线化 . 4 1.1.1 移动宽带化 4 1.2 LTE 标准化 . 6 1.2.1 LTE 标准化进程 8 1.2.2 LTE 的设计目标 . 10 1.2.3 EDGE+、 HSPA+、 LTE 标准的比较 . 13 1.3 LTE 协议族 15 第二章 无线通信术语 . 18 2.1 正交性和相关性 18 2.1.1 正交码 19 2.1.2 正交子载波 20 2.2 复用、分集、多址 . 22 2.2.1 复用与分集 22 2.2.2 复用与多址 23 2.3 自适应 . 24 2.3.1 功率自适应 25 2.3.2 速
2、率自适应 26 2.3.3 共享和专用 27 2.4 竞争方式、调度方式 29 2.4.1 基于竞争的资源分配方式 29 2.4.2 基于调度的资源分配方式 30 2.5 业务面和控制面 32 2.6 集中和分布 33 2.7 层级化、扁平化、网状网 34 2.7.1 组织结构 35 2.7.2 无线组网架构 36 第三章 扁平化的组网架构 . 37 3.1 从四层到三层 38 3.1.1 少一层 . 38 3.2 “胖”基站 40 3.3.1 EPC 的演进 . 43 3.3.2 职能划分 44 第四章 接口协议 . 46 4.1 接口协议栈 46 4.1.1 三层 47 4.1.2 两面
3、. 47 4.2 空中接口 Uu 48 4.2.1 层二功能模块 49 4.2.2 层三功能模块 51 4.3 地面接口 53 4.3.1 同级接口 X2 53 4.3.2 上下级接口 S1 54 4.4 LTE 和 UMTS 接口协议栈的比较 55 第五章 LTE 系统的关键技术 OFDM . 58 5.1 OFDM 技术原理 . 58 5.1.1 OFDM 与 CDMA 59 5.1.2 OFDM 本质 . 59 5.2 OFDM 系统实现 . 62 5.2.1 并行传输 63 5.2.2 FFT 65 5.2.3 加入 CP 66 5.3 OFDM 参数 67 5.4 OFDM 多址接入
4、 . 70 5.4.1 OFDMA . 70 5.4.2 SC-FDMA . 73 5.5 OFDM 特点 . 78 5.5.1 OFDM 优点 . 78 5.5.2 OFDM 缺点 . 81 第六章 两种帧结构 . 82 6.1 两种双工模式 . 82 6.2 LTE 帧结构 86 6.3 LTE 与 UMTS 帧结构对比 . 92 第七章 LTE 的信道 93 7.1 信道结构 . 94 7.2 逻辑信道 . 96 7.2.1 五个控制信道 96 7.2.2 两个业务信道 97 7.2.3 LTE 与 UMTS 逻辑信道的比较 . 98 7.3 传输信道 . 98 7.3.1 四个下行信道
5、 . 99 7.3.2 两个上行信道 99 7.3.3 LTE 与 UMTS 传输信道的比较 . 100 7.4 物理信道 . 101 7.4.1 两大处理过程 102 7.4.2 六个下行物理信道 . 103 7.4.3 三个上行物理信道 105 7.4.4 LTE 与 UMTS 物理信道 的比较 106 7.5 物理信号 107 7.5.1 下行参考信号 107 7.5.2 下行同步信号 108 7.5.3 上行参考信号 110 7.6 信道映射 . 112 第八章 物理层过程 . 114 8.1 物理层过程 114 8.2 小区搜索过程 . 115 8.2.1 三个信道、四个步骤 . 1
6、16 8.2.2 在合适的位置寻找合适的信息 117 8.3 随机接入过程 119 8.3.1 Preamble 结构 120 8.3.2 LTE 与 UMTS 随机接入过程对比 . 121 8.4 功率控制过程 . 123 8.4.1 LTE 与 CDMA 功率控制对比 . 123 8.4.2 LTE 功 率控制 . 124 8.4.3 小区间功率控制 126 8.5 寻呼过程 . 127 8.5.2 LTE 和 WCDMA 寻呼过程对比 . 127 8.6 共享信道物理过程 . 128 8.6.1 数据传输过程 129 8.6.2 盲检测过程 131 8.6.3 HARQ 重传合并机制 .
7、 135 8.6.4 LTE HARQ 过程 138 8.6.5 链路自适应过程 142 第九章 无线资源管理 RRM 146 9.1 LTE 的无线资源管理 RRM 146 9.1.1 分布式 RRM . 148 9.1.2 RRM 的影响要素 150 9.2 RRM 模块之间的关系 152 9.2.1 部门职能分工 152 9.2.2 工作配合关系 153 9.3 无线准入控制（ RAC) . 155 9.3.1 RAC 工作配合关系 156 9.3.2 QoS 保证 . 156 9.3.3 准入控制法则 158 9.4 无线承载控制（ RBC） 160 9.4.1 RBC 功能 . 16
8、0 9.4.2 RBC 工作配合关系 161 9.5 动态资源分配（ DRA） 162 9.5.1 DRA 及其关系网 163 9.5.2 动态调度三要素 164 9.5.3 下行资源调度 167 9.5.4 上行资源调度 169 9.6 小区间干扰协调（ ICIC) . 171 9.6.1 小区间干扰控制技术 172 9.6.2 ICIC 模块的关系网 173 9.6.3 ICIC 的事前事后 174 9.6.4 频率软复用（ SFR) . 175 9.6.5 干扰协调员 HII RNTP、 OI . 179 9.7 负载均衡（ LB) 180 9.7.1 LB 工作配合关系 . 181 9
9、.7.2 负载均衡算法 182 9.8 连接移动性控制（ CMC) 182 9.8.1 CMC 工作配合关系 . 183 9.8.2 CMC 功能模块的组成 . 183 9.8.3 切换三步走 185 9.8.4 事件及触发条件 187 9.8.5 切换流程 194 第一章 LTE 的演进目标 知识要点 无线宽带化和宽带无线化融合的趋势促进了 3GPP LTE 项目的产生。那么，大家首先应该了解的是， LTE 提出了哪些目标，为了实现这些目标做了哪些标准化的工作， LTE 的标准与 2G、 3G 的增强型标准有哪些区别，如何查阅 LTE 标准化的协议，这些都是每个 LTE 的读者首先应该掌握的
10、基本内容。 1.1 移动宽带化与宽带无线化 通信三要素：发送、接收、传送。其中信息传送技术是通信技术的基础。通信技术的不同，主要体现在传送方式的不同上。像戴宗送信、飞鸽传书，都是通信传送方式，但是这些都是通过有形的方式传送信息。广义地说，经过无形的媒介进行信息交换，就是“无线通信”，如古代的烽火、旗语的信息传送方式。 但是，现代真正意义的无线通信是在麦克斯韦预言电磁波的存在、赫兹证实了电磁波的存在、马可尼通过实验实现了无线通信之后开始的。 1.1.1 移动宽带化 无线接入技术（ Radio Access Technology， RAT)的发展先后经历了无 线移动化、模拟数字化、无线宽带化三大进
11、程。 早在出现第一代移动通信（ 1G）之前，就存在“不移动”的无线通信。早在一战、二战期间，“无线电报”就大范围应用在了军事上。这样的无线通信方式不支持信号的发送或接收设备在不中断业务的情况下大范围移动。所以不能称为移动通信。 “蜂窝组网”和“频率复用”技术的实现，标识着无线移动化进程的完成，于是第一代移动通信（ 1G）制式诞生了。但是第一代移动通信是模拟系统，设备庞大，耗电量大，通信可靠性低。 伴随卷模拟器件数字化的进程，移动通信设备也实现了数字化，第二代移动通信系统（ 2G)出现了。移动通信的模拟数字化的代表制式是 GSM (Global System for Mobile Communi
12、cation， 全球移动通信系统）、 CDMA 95 A。 人们需要交换的信息在不断地增长，数字洪水的时代大踏步地走来。人们对无线通信的需求不仅仅满足于窄带的语音业务，业务数据化成为不可逆转的趋势。传统的窄带无线通信糸统必将向能提供综合数据信息服务的宽带移动通信发展。移动宽带化革命迎来了第三代移动通信系统，代表制式就是 WCDMA、 TD-SCDMA、 cdma2000。 1.1.2 宽带无线化 与此同时，随着互联网技术的发展，以传统以太网为主的有线宽带技术越来越不能满足人们随 时 随地获取互联网信息的需求。宽带技术的无线化、移动化成为互联网技术的发展趋势。 WLAN (Wireless LA
13、N， 无线局域网 )、 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access， 全球微波互联接入）就是宽带无线化的主要代表。 IEEE 组织只是针对宽带无线制式的物理层（ PHY)和媒质接入控制层（ MAC)制定了标准，并没有对高层进行规范。 WiMAX 制式是 IEEE（ 美国电气和电子工程师协会）组织制定的 802.16 系列的协议； WLAN 是 IEEE 组织制定的 802.11系列的协议； IEEE 802 是关于局域网和城域网的系列标准；我们比较熟悉的 IEEE 802.3 是固定以太网协议， IEEE 802.5 是令牌环协
14、议。 谈到互联网技术，大家想到了 IP 传输网是主流的互联网技术，属于分组包交换的技术，效率较髙，但缺点是没有服务质量 (QoS)的保证，对质量的保证只是尽力而为（ Best Effort) 。对比 3G 无线制式（如 WCDMA)中使用的 ATM 技术，传送效率不高，但却有服务质量的保证。 1.1.3 LTE 的产生动因 移动宽带化进程和宽带无线化进程的融合为 LTE 的产生奠定了技术雏形，如图 1-1 所示。无线接入网的网元之间使用 IP 技术进行数据传输，即移动通信网 IP 化是二者融合的网络基础。通信网 IP 化最重要的技术就是 IP 支持 QoS 保证，将 IP 网效率高的优点和通信
15、网 QoS 保证的特点结合起来。 图 1-1 宽带无线化和移动宽带化的融合 随着通信技术、广电技术、互联网技术三网融合进程的快速发展，通信产业的价值链从封闭走向开放，无线通信业务数据化、多媒体 化成为必然，数字洪水的时代已悄然来临。未来无线通信的主体不只是人与人之间的通信，还会扩展到人与物、物与物之间（从物联网的发展可以看出端倪），爆炸式的无线通信需求为 LTE 的发展奠定了坚实的市场基础。 3GPP 执意要把 LTE 打造成未来较长时间内领先的无线制式，最直接的压力来自 WiMAX。 3GPP 制定的 3G WCDMA 可以实现上行 128 kbps ， 下行 1 4 .4 Mbps 的时候
16、， IEEE 制定的 WiMAX (802. 16)则号称在 20 MHz 带宽的时候，上行 30 Mbps， 下行可达到 70 Mbps。虽然 IEEE WiMAX 宣称的速率只是一个理论上的极限速率，但这也给 3GPP 对 WCDMA 未来的信心构成了极大的负面影响。于是 3GPP LTE 的产生如箭在弦上，不得不发了。 1.2 LTE 标准化 LTE (长期演进）是 3GPP 主导制定的无线通信技术，关注的核心是无线接口和无线组网架构的技术演进问题。 LT E 不等于 4G， 人们更愿意称它为“准 4G或者叫“ 3.9G”，更愿意相信它是 3G 与 4G 之间的一个过渡，这样就给未来的4
17、G 技术更大的想象空间。 但是， LTE 技术与其说是“ Evolution” (演进 )， 不如说是“ Revolution“(革命）。无论在无线接入技术上还是在组网架构上， LTE 相对于以往的无线制式都发生了革命性的变化。 既然是“长期”演进，那 LTE 定是志存高远。 3GPP 的目标是使下一代的无线通信系统能够雄踞在现有无线制式能力之上，全面掌控无线制式性能的制高点，“确保在未来 10 年内领先”（协议上原话）。 如何确保新制定的无线制式在未来的 10 年内领先呢？有以 下几个技术目标： (1)带宽灵活配置：支持 1.4 MHz 、 3 MHz、 5 MHz、 10 MHz、 15
18、MHz、 20 MHz 的带宽。 (2)峰值速率更髙 :下行 100 Mbps， 上行 50 Mbps。 (3)时延更小：控制面小于 100ms， 用户面小于 5ms。 (4)支持高速：速度大于 350km/h 的用户支持 最 少 100kbps 的业务接入。 (5)简化结构：取消电路（ CS)域，取 消无线网络控制（ RNC)节点。 在实现以上系统高目标的同时，降低系统复杂性和组网成本。有点又让马儿跑得快，又让马儿不吃草的味道。在降低系统复杂性这一条里，在 LTE 的需求里提出了 “最小化 可选项、没有冗余的强制特性”的要求。这一点是一个典型的运营商主导的需求。为了说明这个要求，先举个例子。
19、 某美容院推出免费做脸部美容的活动。你的女友挺感兴趣，进去了。美容院的服务员告诉你的女友，免费的护肤品是低档的，有几种非常适合她皮肤的护肤品，可以选择一下（见图 1-2)。可选项太多（最小化可选项多么必要），你的女友选择了最 贵的，如此多个回合。最后，美容院又说，为了效果好，必须买一种种仙水天天保养（这就叫做强制特性）。从美容院里出来，你的女友已经花了你1000 元钱。 图 1-2 最小化选项的必要性 看来运 营商对这种减少配置低价吸引客户，然后通过增加可选项，增加新特性来扩大销量的营销策略是有所提防的。 1.2.1 LTE 标准化进程 高速业务需求迅速增多的牵引力、移动宽带化和宽带无线化技术
20、共同 发 展的合力、 IEEE WiMAX 的压力共“三力”一起催生了 LTE 标准化项目的启动。 在 2004 年 12 月 7 月份的多伦多 3GPP 会议上， LTE 的概念被正式提出。之后，启动了 3GPP LTE 的相关研究工作。为了保证竞争优势，计划用两年左右的时间完成 LTE 标准的制定。实际上，由于物理层技术确定过程的复杂性，标准制定过程被拖延了很长时间。 LTE 标准的制定分为三个阶段，如图 1-3 所示：需求讨论阶段、标准研究阶段、标准制定阶段。 图 1-3 LTE 标准制定过程 从 2004 年 12 月到 2005 年 6 月，是 LTE 项目需求讨论阶段。 先定需求，
21、再选用满足需求的可应用技术，这是 LTE 标准制定的一个特点。根据需求选取技术，不只看技术的先进性，还须考虑器件芯片的成熟程度、技术实现的复杂度和实现成本、理论及实测效果等多方面的因素。 以往的无线制式多是先看成熟的技术有哪些，再看能满 足什么样的需求，而且在 LTE 的需求讨论中，有很多强势的运营商参与进去，如日本的 NTT Docomo、欧洲的沃达丰 (Vodafone)等。中国移动在 2007 年以一个较髙的姿态参与进去，目的是把 TDD 双工方式写入 LTE。 以前的无线制式制定，则主要是各设备厂家的事情，运营商很少参与。这就决定着 LTE 是更加贴近用户需求的技术。这一阶段的主要输出
22、为： LTE 需求报告（ TR25.913)。从 2005 年 6 月到 2006 年 9 月，是 LTE 标准研究阶段，即 SI阶段（ Study Item Stage)。 SI 阶段原定于 2006 年 6 月完成，实际拖延了 3 个月。到 2006年 9月才完成可行性研究。这是因为在 2006年 6月完成的可行性报告里，LTE 的频谱效率没有达到运营商的要求。直到把 MIMO (Multiple Input Multiple Output， 多入多出）天线技术的天线配置数目从 2x2 (输入 x 输出）提高到 4x4，才达到了运营商的频谱效率要求。 在 SI 阶段输出的是 TR25.xx
23、x 系列的文档，其中 TR 是 Technical Report， 属于研究报告类型，如 LTE 可行性研究报告（ TR25.912)、 LTE 物理层研究报告（ TR25.814)、 LTE 无线接口研究报告（ TR25.813)等。 从 2006 年 9 月到 2008 年 12 月，是 LTE 标准制定阶段，即 WI 阶段（ Work Item Stage)。 2006 年 9 月正式开始 WI 阶段，由于 SI 阶段推迟了 3 个月，于是修改了计划完成日期。原定于 2007 年 9 月完成 LTE 的第一个商用标准版本，结果延期了一年多。到 2008 年年底才推 出首个商用协议版本。
24、延期的主要原因是对物理层技术的选用存在很大的争议。有些技术在理论上很好， 但实测或者仿真性能不理想，有些技术在理论和实测上都还可以，但设备实现的复杂度很大。延期的另一个原因是 LTE 的帧结构确定不下来，虽然后来帧结构确定以后，没有大家想象得那么复杂。经济基础决定上层建筑，物理层协议出不来，层二、层三的标准制定工作就会白费。最终选择的技术不一定是理论上最先进的，但一定是可实现的和满足需求的。 LTE 主要涉及 TS36.xxx 系列协议，其中 TS 是 Technical Specification，属于技术协议细则类型，如 LTE 系统整体描述报告（ TM6.300)。 当然，现在 LTE
25、标准还在不断 完善更新之中，还会不断出现各种新标准、新技术， 如 LTE Advanced 、 IMT-advanced ， 有 兴 趣 的 读 者 可 以 登 录http:/www.3gpp.org/网站查询动态信息。 1.2.2 LTE 的设计目标 对 LTE 所有的需求概括一句话：网络性能更好，网络成本更低（当然相对3G 系统来说），如图 1-4 所示。 图 1-4 设计目标分解 网络性能更好包括更广的覆盖范围、更大的系统容量、更高的用户速率、更高的频谱效率、更短的等待时间、较髙的移动速度、更丰富的业务种类、更佳的业务质量、网络成本的降低是指更 低的部署成本和运营成本。 为了这样的需求，
26、就需要明确 LTE 在无线接口和网络架构方面演进的设计目标。先从覆盖、容量、吞吐率、频谱效率、时延、移动性、业务支持等方面谈一下网络性能方面的功能设计目标。 (1)覆盖 (Coverage) 在 5 km 范围内，能够满足 LTE 相关协议定义的吞吐率、频谱效率以及移动性需求； 在 30km 范围内，保证移动性需求的情况下，用户吞吐率允许轻微下降，频谱效率可以有明显的下降。 100km 的覆盖范围不排除支持。 在覆盖上的需求， LTE 技术如果能够满足的话，可以极大地降低建网成本和部署成本。但这将对 LTE 的发射功率和功放效率提出比较大的挑战。尤其是上行方向，手机如何实现对终端和芯片、器件厂
27、家的考验无疑是很大的。 (2)容量 (Capacity) 在 5 MHz 带宽内， LTE 要支持 200 个激活用户；带宽在 5 MHz 到 20 MHz范围内，要支持 400 个激活用户。 (3)吞吐率（ Throughput)及频谱效率 (Spectrum Effectiveness) 在 20 MHz 的带宽时 ， 下行峰值数据速率 (Peak Data Rate)达到 100 Mbps，上行峰值数据速率达到 50Mbps。 LTE 在 MIMO 2x2 配置下，下行小区边缘用户吞吐率是 R6 HSDPA 的 2 3倍； 平 均用户吞吐率是 R6 HSDPA 的 3 4 倍 ； LTE
28、 的频谱效率是 R6 HSDPA 的3 4 倍；上行小区边缘用户吞吐率是 R6 HSUPA 的 2 3 倍： 平均用 户吞吐率是R6 HSUPA 的 2 3 倍；频谱效率是 R6 HSUPA 的 2 3 倍。 LTE 实现吞吐率和频率利用效率大幅提升最 给力的技术有 OFDM、 MIMO、高 阶调制技术 64QAM。 OFDM、 MIMO 这两个物理层技术的选用并不是 LTE 的首 创，在 IEEE 标准的 WLAN、 WiMAX 制式里，已经选用了这两项技术。 (4)时延（ Latency) 无线接入网 UE 到 eNodeB 用户面的延迟时间低于 10 ms，控制面延迟 时 间低于 100
29、 ms。注意，这里的 时 延不是端到端时延，而是无线接入侧的时延。即使如此，这个时延要求也是非常苛刻的。网络架构扁平化、调度粒度细微化是LTE 实现低时延的主要手段。 (5)移动性 (Mobility) 用户的移动速度在 15 km/h 以内时，保持最优的业务性能；在 15 120 km/h范围内，能够有较髙的业务性能； 120 500 km/h 范围内，提供与 3GPP R6 质量相当或者更优的业务。 LTE 技术对移动性的要求并不苛刻，主要考虑到选用的OFDM 技术对多普勒频移较为敏感。 LTE 不仅支持大范围移动条件下的业务使用，更注重低速条件下的使用效果，像 WLAN 一样支持对便携式
30、终端活务的吸收，支持热点区域的小范围高质量的覆盖，如世博会。 (6)业务支持 LTE 需要有效地支持多种业务，除了现有网页浏览、 FTP、视频流、 VoIP 业务之外，还需支持实时视频、 Push-to-X (X 代表各种应用： Push-to-Talk，一键语音通话： Push-to-View， 一键视频通话； Push-to-Share， 一键文件共享）等业务，支持增强型 MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service， 多媒体广播和组播业务）。 为了支持上面的网络性能需求目标， LTE 网络的技术基础设计目标有：一个扁平化的网络架构、两个物理层关
31、键技术（ OFDM、 MIMO)， 带宽灵活配置，各种无线资源算法。这些内容将在后面的章节中分别介绍。 为了降低建网成本，首先，从降低网络复杂性开始，要求接入网的网元种类减少， 接口简单，单个网元功能增强，减少 基站规模；其次，降低功能复杂性，严格禁止冗余的强制功能特性、可选特性最少化；再次，要求 LTE 支持和 2G、3G 无线制式共站址建设，降低建站成本；最后，要求 LTE 和其他制式能够互操作，实现多制式网络资源的共享。 为了降低运营成本，运营商要求 LTE 具备自组织网络（ Uelf oganization Network， SON)功能，即要求 LTE 网络具有自规划 (Self-P
32、lanning)、自配置(Self-Configuration)、自优化 (Self-Optimization)， 自维护 (Self-Maintenance)的能力。这是典型的、运营商站在自己的利益角度提出的组网功能需求，目的是减少规划、优化、维护的成本，降低运营成本。 另外， LTE 在设计过程中，不强制要求网络同步（ Network Synchronization)，也就是说不用依赖美国的 GPS 进行同步，这一点非常类似于 WCDMA (软同步），有别于对同步要求相当严格的 TD-SCDMA 系统（硬同步）。 这里需要指出的是，严格地说，任何无线系统都需要同步，否则系统无法正常有序地工
33、作，只不过同步实现的途径不同。 1.2.3 EDGE+、 HSPA+、 LTE 标准的比较 LTE 标准问世并开 始逐渐成熟以后，很多运营商一方面在展望 LTE 带来的技术竞争力，另一方面却担心在已有无线制式 2G/3G 上投资浪费的问题。 LTE 毕竟是一个“革命性”的技术，在网络架构和无线空中接口上，都有很大的变化。那么人们自然会想，在 LTE 没有大规模部署之前，是否可以在网络架构和无线空中接口不做根本性变化的前提下，进一步挖掘已建无线网络（如WCDMA/TD-SCDMA， GSM 等制式）的潜力，使之在业务速率上更上一层楼，做到物尽其用呢？ 其 实 类 似 的 问 题 在 3G 标 准
34、 出 来 后 也 存 在 过 。 当 时 人 们 在 问 ，WCDMA/TD-SCDMA 规模使用之前，能否进一步挖掘 GSM的潜力？于是 EDGE (GPRS 増强版）技术产生了。 也就是说，先有 WCDMA 的 R99 协议版本，后有 GSM 的 EDGE 技术。 EDGE 技术在不改变已有无线接口的前提上，进一步提升了 GSM 的业务速率。 多址技术是不同于无线制式的重要区别之一。多址技术的不一样会使无线接口做重大改变。在多址技术方面， LTE 主要是 OFDMA， WCDMA 主要是宽带CDMA (码分多址）。 TD-SCDMA 主要是 SDMA (智能天线空分多址）、 TDMA、CD
35、MA， FDMA； GSM 则主要是 TDMA、 FDMA。也就是说，要进一步増强WCDMA、 TD-SCDMA， GSM， 它 们已使用的多址技术不能变，即 LTE 的OFDMA 不能在 WCDMA、 TD-SCDMA， GSM 上使用，否则已有的无线制式的空 中 接口改变太大及设备射频部分变化太大，将无法做到尽量利用已有投资的目的。 那么， LTE 中的其他业务速率增强技术可否用来增强 WCDMA、 TD-SCDMA和 GSM 的容量特性呢？ 于是人们想在不改变已有的时隙帧 结构、信道结构的前提下，把多天线技术、高阶的调制技术用在已有的 3G或 2G网络，做到后向兼容。于是，出台了 HSP
36、A+、EDGE+ 标准。也就是说，先有 LTE 标准，然后才有 HSPA+、 EDGE+， 它们的出现完全是为了尽量保护运营商的已有投资（见图 1-5)。 LTE 与 HSPA+、 EDGE+技术特性对比如表 1-1 所示。在组网架构和多址技术方面和已有无线制式的增强型版本和其派生母体保持一致。 图 1-5 已有无线制式的功力提升 表 1-1 LTE 与 HSPA+、 EDGE+技术特性对比、 LTE 为三层的 扁平化组网架构，但 HSPA+、 EDGE+仍然保持 3G、 2G 制式的四层架构； LTE 采用新的多址技术和新的空中接口技术（新的信道结构、时隙帧结构） ， 而 HSPA+、 ED
37、GE+仍然沿用 3G、 2G 制式原有的空 中 接口技术（旧的信道结构、时隙帧结构）。 高阶调制的信号峰均比更高，对功放功率冋退的要求和接收机灵敏度的要求更加严格。由于高阶调制信号需要较多的功率回退，所以采用高阶调制的信号搜盖范围会变小。 LTE 和 HSPA+可以使用 64QAM 的髙阶调制技术，可选的还有QPSK、 16QAM 的调制方式，而 EDGE+则只做到 32QAM， 可选的调制方式还有 GMSK、 QPSK、 8PSK、 16QAM。 LTE 使用的是可变带宽，而 HSPA+、 EDGE+使用的是固定带宽。在 HSPA+和 LTE 都使用 5 MHz 带宽的 时 候，业务性能是差
38、不多的。 LTE 和 HSPA+可以使用 MIMO 技术， EDGE+使用的是智能天线和接收分集的天线技术。 在时延、峰值速率等性能指标方面， HSPA+、 EDGE+虽然无法超越 LTE，但已经达到了该制式在目前技术条件下的极致水平。 实现 HSPA+、 EDGE+， 终端比基站侧做的改动要大。支持 HSPA+的终端一定能够在 HSPA R5 网络上使用，支持 EDGE+的终端一定能够在 GSM、GPRS/EDGE 网络上 使用，这就是所谓的后向兼容性问题。但 LTE 的终端，和以往无线制式都不会兼容，需要等待产业链的进一步成熟。 1.3 LTE 协议族 一个社会的法律体系就是约束和规范社会
39、各阶层经济生活、政治生活的参考依据。任何单位和个人的行为需要符合法律体系的规范内容。但是，一个想学习法律的人如果从逐篇阅读法律法规文档幵始，那一定是一件非常痛苦的事情。 LTE 协议族是规范和指导 LTE 设备研发、 LTE 组网技术的法律体系。 LTE标准研究阶段 SI 输出的是 TR25.XXX 系列的文档，沿用了原 3G RAN 的 25 系列编号；在 LTE 标准制定阶段开始后，给 LTE 规范分配了专门的编号，即 TS36. xxx 系列（见图 1-6)。 目前， LTE 的 TS36.XXX 协议已经包含了 50 多个技术规范，可以分为五大类：射频系列规范 (TS36.1xx)、物
40、理层系列规范 (TS36.2xx)， 高层系列规范（ TS36.3xx)、接口系列规范（ TS36.4XX)、终端一致性系列规范后来又补充了两个系列规范 (TS36.8xx 和 TS365XX)。表 1-2 所示为 LTE 主要的但不是全部的技术 规范，在学习 LTE 时，这是优先查阅的参考文献。 图 1-6 LTE 协议族 表 1-2 LTE 主要技术规范 第二章 无线通信术语 知识要点 无线传输技术和多址技术的基础是信道资源的正交性。无线资源有多种形式，如何恰当地使用这些无线资源是各种无线制式都面临的核心问题。无线组网技术是关系网络性能的重要技术。无线传输技术、多址技术、无线资源使用技术、
41、无线组网技术是无线通信技术的基础， LTE 也概莫能外。 自适应能力是无线制式资源使用优劣的重要衡量标准。从资源的使用范围上来看，无线资源分为共享资源和专用资源；从资源 承载 的信息性质上来看，可分为业务面和控制面；从获取资源的方式来看，可以分为基于竞争和基于调度；从物理资源的所在位置上来看，可分为集中配置和分布配置。 上一章介绍了 LTE 标准设计目标，本章将介绍实现 LTE 设计目标的最基本技术问题。 2.1 正交性和相关性 有了好处都想要，有了问题都想躲。怎么办？大家自然会想到：人们的责、权、利统一明确，彼此独立，避免相互交叉。用数学上的术语来表达就是一个人的责、权、利 与另外一个人的责
42、、权、利完全正交。 正交，在数学上就是相互垂直的意思；也就是说，相互正交的几个向量，也就是相互垂直的几个向量。 其实，“正交”可以理解为“互不依赖、相互独立，互不相关、没有重叠，相互区别、 没有疑似”。甲的发展不依赖于乙的发展，彼此独立；甲的状况和乙的状况毫不相关、没有重叠；甲和乙的特性可以相互区别，没有似是而非的地方。诸如此类的表述，我们都可 以认为是正交。 相关性，在数学上则是互不垂直的几个向量，其中一个向量在其他向量上有一定的分量。其实，“相关性”可以理解为“互相依赖、互不独立，互有重叠，相互耦合、你中有我”。甲的发展依赖于乙的发展，彼此促进或阻碍；甲的状况和乙的状况相关、有一定重叠；甲
43、和乙的特性可以有一定重叠，有似是而非的地方。相关性过大，彼此无法区别。 二者其实是合二为一，只能算一个。 “正交性”有什么好处呢？两个字：简单。把一个复杂的事情分解成相互独立、互不相关、互不依赖的几个因素，便于问题的分析和解决，我们称之为解耦。 编过程序的人都 知道，模块化设计的一个重要思想就是保证各模块之间的“正交性”。 这样可以将软件设计过程简单化，可重复化：避免你中有我，我中有你，相关性强，这样剪不断、理还乱。 公司的管理也是如此。划分的部门的业务职能之间最好有一定的“正交性”。部门的业务职能的“正交性”太差，或者称“相关性”太大，彼此交叉太多，必然会増加业务符的复杂性，产生争功诿过的现
44、象，有人积极邀功领奖金，没有人主动担责接受处罚。 在无线通信环境中，相互正交的信道就是互不依赖、互不相关、相互区别的信道， 可以通过空间、时间、频率、码等途径实现信道之间的“ 正交”。 无线空 中 接口资源是有限的。相互正交的信道可以传送完全不同的信息，在接收端同时接收不同信道的不同信息，重复利用空中接口资源，起到提高空中接口利用效率的作用；无线传播环境是险恶的，相互正交的信道可以传送完全相同的信息，在接收端合并不同信道来的相同信息，去伪存真，起到提髙空中接口可靠性的作用。 2.1.1 正交码 对于无线的空口资源来说，空间、频率、时间都是硬资源。空间资源是指天线单元；频率资源是指载波、频点资源
45、；时间的资源是指无线里的每一个时隙。我们说，这些资源都是有限的，不可再生的，属于硬资源。 码资 源就不一样了。在理论上，相互正交的码可以在同一个空间、频率、时间资源上，区分出不同的信道来。这样，只要码足够长，同一空间、频率、时间，可以支持无穷多个相互正交的信道。也就是说，码资源是一种软资源。但是码不宜过长，否则计算复杂性增加，对芯片的计算能力要求就苛刻了。 接于 CDMA 原理的无线制式都采用了码分多址的技术。那么什么样的扩频码是正交呢？ 满足下面两个条件的数字序列是相互正交的： (1)自己和自己按位相乘之和大于 0； (2)自己和别人按位相乘之和等于 0。 如扩频码 a=1， -1， 1，
46、-1， b = 1， -1， -1， 1， a 和按位相乘结果为 1，1， -1， -1， 此时各位之和为 0。 a 或者 b 自己按位相乘之和则大于 0。所以 a和 b 是正交的，如图 2-1 所示。这样相互正交的码可以在同一时隙、频点、空间资源上传送不同的信息，而接收端使用同样的扩频码可以把原始信息正确地解扩后，接收下来。 图 2-1 正交码 2.1.2 正交子载波 几 乎所有的无线制式都采用频分多址的技术。传统的频分多址方式用不相重叠的两个频带及频带之间有一定的保护带宽来区分不同的信息通道。 人类的聪明在于发现了频带有所重叠的载波，也可以区分不同的信道，即引入正交子载波的概念。那么什么样
47、的子载波是正交的呢？正弦波和余弦波就是正交的，因为它们满足以下两个条件： (1) 正弦波和余弦波的乘积在一个周期 T 内的积分等于 0， 即 (2-1) (2) 正弦波或余弦波的平方在一个周期 T 内的积分大于 0， 即 (2-2) (2-3) 这样在发送端用一定频率的正弦波调制的无线信号，把要调制的数据（设为a 取值为 0 或 1)作为正弦波的系数。在接收端如用余弦波解调，得到的数据永远是 0， 即 (2-4) 而用正弦波解调，就能够把真实的数据解出来。 (2-5) 同样地，任两个不同的正弦波（频率为 w0 的整数倍），任意两个不同的余弦波（频率为 w0 的整数倍），任一个正弦波和任一个余弦
48、波都是正交的，即 只要两个子载波是正交的，就可以用它们来携带一定的信息。在接收端，只要分别用同样的子载波进行运算，就可以把相应的数据解出来。 LTE 的关键技术之一的 OFDM 就是正交子载波的频分复用技术。 2.2 复用、分集、多址 2.2.1 复用与分集 复用与分集是两种典型的无线传输技术。 复用（ Multiplexing）技术，在通信领域，是指在同一个传输路径上传送多路独立的信号。也就是说，不同的信号、共同的通道，在发送端，将多个独立信号合成为一个多路信号，叫做复用；在接收端，将多路信号分解成各个独立信号的过程，叫做解复用。通信领域里，复用的共同特点是在保证多路收发信息传送质最的同时，
49、提髙某一传送通路资源的利用效率。 和复用技术不同的是，在通信领域，分集（ Diversity)技术是指多路彼此独立的传输路径上传送同 一信号。也就是说，相同 的信号、独立的通道，如图 2-4 所示 . 图 2-2 复用 图 2-3 分集技术 同一信号经过彼此独立的通道发送出去，显然不能提髙通道的利用效率，相反， 降低了通道的利用效率。那么，这样做的目的只有一个：提髙信息传送的可靠性、正确性。 在无线传播环境中，无线信号会碰到各种各样的衰落， 影响接收机正确地接收位号。通过分集技术，同一信号在彼此独立的不同 路径上传送，经历不同的衰落，在接收端把不同路径来的信号合并起来，可以获得分集增益，提高信号接收的正确性。 在一个通路中传送多路信号的复 用技术，多路信号如何相互区分？在多个通路 中 传送同一信号的分集技术，多个通路如何彼此独，也就是说，在通信领域，无论是复用技术、还是分集技术，都涉及“正交”的概念。 举例来说，频分复用区别的是频率，复用的是时隙等其他资源，即在同一时隙、同 一空间（天线单元）、同 正交码的情况下，将一个载波带宽划分为相互区别的、多个不同频
