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LTE教程：结构与实施

作译者：孙宇彤

出版时间：2014-10 千字数：398 版次：01-01 页数：284

开本：16(185*235) 装帧： I S B N ：9787121244551

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目    录
结  构  篇
导言	2
第1章  时频结构	3
本章导读	4
1.1  概述	4
1.1.1  什么是时频结构	4
1.1.2  如何理解时频结构	5
1.1.3  双工方式	6
1.2  FDD的时间结构	8
1.2.1  FDD的时间结构：无线帧	8
1.2.2  FDD的时间结构：子帧	8
1.2.3  FDD的时间结构：时隙	9
1.2.4  更小的时间结构	10
1.2.5  上、下行子帧对齐	11
1.3  TDD的时间结构	14
1.3.1  TDD的时间结构	14
1.3.2  TDD的时间结构：特殊子帧	16
1.3.3  TDD的特殊子帧：GP	18
1.3.4  TD-LTE与TD-SCDMA共存	22
1.4  频率结构	24
1.4.1  频率结构：子载波	24
1.4.2  频率结构：资源块（RB）	27
1.4.3  频率结构：频点	28
1.5  时频分布	30
1.5.1  各种下行信号与信道的时间分布	30
1.5.2  各种下行信号与信道的频率分布	33
1.5.3  各种上行信号与信道的时频分布	33
1.6  总结	35
第2章  参考信号	37
本章导读	38
2.1  概述	38
2.1.1  什么是参考信号	38
2.1.2  小区参考信号的发展史	39
2.1.3  小区参考信号的设计	41
2.1.4  小区参考信号的分布	42
2.2  小区参考信号的生成	44
2.2.1  小区参考信号的生成过程	44
2.2.2  扰码的生成方式	45
2.2.3  Gold码的初始值	46
2.2.4  扰码的输出方式	48
2.2.5  扰码的输出过程	48
2.2.6  扰码的时频映射	50
2.3  小区参考信号的KPI	51
2.3.1  参考信号强度：RSRP	51
2.3.2  参考信号质量：RSRQ	53
2.3.3  参考信号信噪比：RS-SINR	54
2.4  终端专用参考信号	56
2.4.1  什么是终端专用参考信号	56
2.4.2  R8的终端专用参考信号	56
2.4.3  R9的终端专用参考信号	59
2.5  上行参考信号	60
2.5.1  上行参考信号的生成过程	61
2.5.2  上行参考信号的资源映射（业务信道）	61
2.6  总结	63
第3章  控制信道	65
本章导读	66
3.1  概述	66
3.1.1  控制信息	66
3.1.2  LTE系统的控制信道	70
3.2  LTE系统的下行物理控制信道	71
3.2.1  物理信道类型（用于控制）	71
3.2.2  PBCH信道	71
3.2.3  PCFICH信道	74
3.2.4  PHICH信道	77
3.2.5  PDCCH信道	80
3.2.6  下行控制信道小结	86
3.3  LTE系统的上行物理控制信道	87
3.3.1  物理信道类型（用于控制）	87
3.3.2  PRACH信道	87
3.3.3  PUCCH信道	90
3.4  总结	95
第4章  业务信道	97
本章导读	98
4.1  概述	98
4.1.1  业务信息	98
4.1.2  业务信道	99
4.1.3  移动通信系统中的业务信道	101
4.1.4  LTE系统中的信道	105
4.2  LTE下行共享物理信道	106
4.2.1  处理流程概述	106
4.2.2  资源映射	108
4.2.3  寻呼信道PCH	109
4.3  LTE上行共享物理信道	109
4.3.1  处理流程概述	109
4.3.2  资源映射	111
4.3.3  复用控制信息	112
4.4  总结	113
4.4.1  LTE系统抛弃了CDMA技术吗	113
实  施  篇
导言	116
第5章  覆盖设计	119
本章导读	120
5.1  概述	120
5.2  设计条件	121
5.2.1  移动信道模型	121
5.2.2  传播模型	122
5.2.3  区域类型	125
5.2.4  业务要求	125
5.3  覆盖设计的指标	126
5.3.1  参考信号强度RSRP	126
5.3.2  参考信号质量RS-SINR	129
5.3.3  下行控制信号的SINR	130
5.3.4  下行业务信号的SINR	131
5.3.5  上行业务信号的SINR	132
5.4  链路预算	132
5.4.1  上行链路预算	133
5.4.2  上行链路预算的参数	134
5.4.3  上行链路预算的案例	136
5.4.4  下行链路预算	138
5.4.5  下行链路预算的参数	139
5.4.6  下行链路预算的案例	140
5.5  评估基站的覆盖范围	141
5.5.1  上行覆盖范围的计算	141
5.5.2  覆盖设计校验	143
5.6  小结	146
第6章  容量分析与评估	147
本章导读	148
6.1  概述	148
6.2  下行峰值速率	148
6.2.1  下行峰值速率的RE计算法	149
6.2.2  下行峰值速率的精确值	152
6.3  上行峰值速率	153
6.3.1  上行峰值速率的RE计算法	153
6.3.2  上行峰值速率的精确值	155
6.4  最大用户数量	156
6.4.1  用户分类	156
6.4.2  PHICH支持的调度用户数	157
6.4.3  PDCCH支持的调度用户数	157
6.4.4  最大调度用户数	160
6.4.5  最大排队用户数	160
6.5  边界容量与覆盖的评估	161
6.5.1  小区的最大吞吐率	162
6.5.2  孤立小区的边界吞吐率	162
6.5.3  孤立小区的边界速率	167
6.5.4  网络小区的边界吞吐率	168
6.5.5  网络小区的边界速率	173
6.5.6  小区边界在哪里	175
6.5.7  边界吞吐率的修正	178
6.5.8  FDD LTE对称吗	179
6.6  小结	180
第7章  TDD与VoLTE	181
本章导读	182
7.1  TDD的速率与吞吐率	182
7.1.1  TDD速率的换算	182
7.1.2  精确的TDD峰值速率	184
7.1.3  TDD边界吞吐率	184
7.2  TDD的链路预算	187
7.2.1  上行链路预算	187
7.2.2  TDD上行覆盖	189
7.2.3  TDD下行链路预算	190
7.2.4  TDD下行覆盖	193
7.3  TD-LTE与FDD LTE的覆盖对比	193
7.3.1  对比分析条件	194
7.3.2  FDD LTE与TD-LTE主要参数的关系	194
7.3.3  覆盖对比的评估方法	196
7.3.4  FDD LTE与TD-LTE的覆盖对比	197
7.3.5  综合指标对比	198
7.3.6  性能对比	202
7.4  VoLTE	204
7.4.1  LTE系统的语音解决方案	204
7.4.2  VoLTE方案的特点	206
7.4.3  VoLTE的语音处理	207
7.4.4  VoLTE的网络规划	209
7.4.5  VoLTE的切换	212
7.4.6  VoLTE引发的问题	213
7.5  小结	214
第8章  无线网络的部署方案	215
本章导读	216
8.1  概述	216
8.1.1  无线网络的部署	216
8.1.2  部署方案的提供者	217
8.1.3  部署原则：多快好省	218
8.1.4  部署方案的关键因素	220
8.1.5  分步实施	221
8.2  双工方式	223
8.2.1  双工方式的差异	223
8.2.2  中国的双工方式	224
8.2.3  FDD与TDD的协同	226
8.3  工作频段	229
8.3.1  LTE工作频段的差异	229
8.3.2  中国的TD-LTE工作频段	230
8.3.3  中国的FDD LTE工作频段	231
8.3.4  TD-LTE频段的部署方案	235
8.4  天线类型	238
8.5  总结	239
附录A　资源分配类型	241
A.1  分配类型0	241
A.2  分配类型1	242
附录B　干扰分析	247
B.1  覆盖模型以及蜂窝模型	247
B.2  小区参考信号上的干扰	248
B.3  下行控制信号上的干扰	253
B.4  下行业务信号上的干扰	254
B.5  上行信号上的干扰	256
缩略语	261
参考文献	266

前    言
在世界杯足球赛的喧嚣声中，我为本书写下了最后一个句点。也许是巧合，但仔细想一下，发现这本书与足球还是有一些关系的。
这已经是我出版的第11本书了！12年前，也是在世界杯之年，我出版了第一本书。当时绝不会想到，12年后还会出版第11本书。
11，是一个球队登场的队员数。11名队员与另外11名队员在绿茵场的竞争，带给球迷的是开心、是激动；而11本书，累积在一起，展示给读者的也许是我在移动通信技术领域不断前行的过程。
就像精彩的射门需要队员之间的精妙配合一样，这本书是“LTE丛书之学好LTE系列”的第二本书，担负着承上启下的作用，与第一本书《LTE教程：原理与实现》的内容环环相扣，都与LTE的学习密切相关。
在翻越LTE技术的天王山——OFDM与多天线技术后，接下来大家就会与LTE物理层结构打交道了，而LTE物理层结构是LTE学习过程中要啃的又一块硬骨头。
OFDM与多天线技术不同，LTE物理层的结构由规范TS36.211、212和213定义，内容非常明确。这就给很多人在学习时带来一个错觉，以为通过仔细阅读LTE的技术规范，就可以学好LTE的物理层结构。
遗憾的是，LTE的技术规范不是为学习准备的，看着规范，就很容易深陷泥沼，难以自拔。
当然，随着LTE技术炙手可热，国内也出版了大量的LTE参考书，这些参考书或多或少总会涉及LTE物理层及其结构。但是，这些参考书对LTE物理层的结构，讲得既不清楚，也不细致，比如：
	TA与GP到底是什么关系？为什么有了GP还要用TA？为什么用了TA还要有GP？
	小区参考信号是怎么产生的？又是怎么映射到时频资源上的？
	用户参考信号是如何区分的？
	各种控制信道如何产生？处理的方式有什么区别？
诸如此类的问题还能列举出很多。由于内容讲解不到位，因此读者看过参考书后还是一头雾水，继续在LTE物理层结构的这个泥沼中挣扎。
作为LTE学习大使，我深知学习LTE技术的过程并不轻松，我的使命就是让大家通过“LTE丛书之学好LTE系列”，更高效地学习LTE，突破LTE技术的重重难点，理解和掌握LTE的技术精髓。
因此，《LTE教程：结构与实现》的目标就是希望成为大家学习LTE物理层结构的指引，帮助大家顺利通过LTE物理层结构这个泥沼。
本书的内容分为两个篇章，一篇是结构篇，讲述LTE空中接口的物理层结构；另外一篇是实施篇，讲述LTE无线网络的规划设计，可以看成结构篇的实际应用。
结构篇的最大特点是条理清晰，将物理层的时频结构、各种参考信号以及控制信道、业务信道的结构和处理过程分门别类，学习起来有章可循。学习完结构篇后，读者肯定会对LTE物理层结构有更清晰的认识，不再迷茫。
至于LTE物理层结构涉及的各种关键环节，这本教程不遗余力，力求讲透，比如前面提到的那些问题，在教程中都会有详细的说明，给出明确的答案。
实施篇的内容则紧扣LTE无线网络的规划设计流程，不但详细介绍了链路预算的方法，而且还详细分析了LTE的峰值速率、边界速率、FDD与TDD的差异、VoLTE对无线网络的影响，最后还介绍了LTE无线网络的部署方案。
总体而言，实施篇的学习难度不大。实施篇中丰富的图表和数据，绝对可以满足LTE无线网络设计人员的需求，算是艰苦学习过程后的具体收获吧。
本书保留了前作教材、视频和网络三位一体的特点，相关的培训课程都已经发布到51CTO学院和传课网，学员可以配合本教程一起学习。为了方便大家学习，LTE系列培训课程已经组织到LTE学习路线图中，网址是http://edu.51cto.com/roadmap/view/id-19.html。
为了便于大家的学习，本书还做了一些改进：在每章的开头都会用问题勾勒出本章内容的轮廓。这样读者在学习前可以先测试一下自己的水平，并且大体了解全章的主要内容，有的放矢；学习后还可以对比前后的回答，从而记录自己的学习轨迹。
本书还准备了一些思考题，帮助大家扩展思维，达到举一反三的效果。教程中的思考题供学有余力的读者使用，读者可以把思考题答案以及LTE学习中遇到的疑难问题，发布在【空中接口学园】论坛上：http://www.pch.com.cn/bbs，我将及时点评与回复。
读者在学习过程有任何问题，想要与我联系的话，可以关注我的微博和微信，都是“读懂通信”。读者也可以访问【读懂通信】网站：http://www.readhere.cn/bs，深入阅读相关的技术文章。
本书由孙宇彤编著，汪洲参与了本书的编写工作，孙沛然、杨慧瑞、汪中位、张秋娥、秦松协助了本书的编写工作，这里一并表示感谢。
如果大家还想深入学习LTE，可以继续关注“LTE丛书之学好LTE系列”的后续内容，包括EPC以及LTE机制与流程。
最后，预祝各位读者都能从此学好LTE。

LTE学习大使
孙宇彤  
2014年盛夏
 
代序：LTE自学指南2015版
【前言】
本指南是《LTE的学习指南》升级版，由LTE学习大使发布。
作者允许在注明来源后转载全文，作者保留对本文的修订权限，转载内容不得删减。
【为什么要学习LTE】
LTE是未来5年通信技术的主流，从全球范围看，是继GSM、WCDMA后的又一统治性的移动通信技术。
目前国内TD-LTE的牌照已经颁发，TD-LTE网络部署已经全面展开；FDD LTE试商用也已经获准，FDD LTE网络的部署正在起步。
三大移动运营商普遍采用了LTE技术，因此，学好LTE，对现在以及未来的通信行业技术人来说，具有很强的现实意义。
【为什么要自学LTE】
既然LTE技术是移动通信技术的主流，从现在起，学习LTE就是必然的了。
学习LTE有很多方式，参加培训、与同事交流以及自学。很显然，LTE目前还是非常新的技术，大家周围能找到的专家比较少，与同事交流的机会并不多，而参加培训的可能性也不大，在这种情况下，自学LTE就成为一个比较可行的学习方式。
【如何高效地自学LTE】
如果没有合适学习方法，自学LTE其实是一个很艰难的过程。LTE的技术机制与很多人熟悉的GSM大相径庭，如果贸然转向LTE，收获的未必是成果。
因此，高效地自学LTE第一步，就是认真地阅读本自学指南，然后按照自学指南介绍的学习路径和学习方法，逐步深入地学习。
【学LTE还是学LTE-A】
这是LTE自学遇到的第一个问题：该学LTE还是学LTE-A呢？
大家知道LTE的技术一直在发展，从R8、R9的LTE一直发展到R10、R11、R12的LTE-A，而且还在发展。
如果作为实施人员，我的建议是学习LTE就足够了，LTE-A都是些锦上添花的东西，都是建立在LTE基础上的，目前商用的可能性不大，没有必要花时间琢磨LTE-A。
作为实现人员，开发产品的功能会涉及LTE-A。我的看法是LTE是LTE-A的技术基础，不了解和掌握LTE，很难做好LTE-A，因此LTE是必备的。而LTE-A涉及的方向很多，届时可能只需要关注其中的一个方向，比如CA、Relay或者CoMP。
【LTE的学习内容】
LTE的学习内容包含哪些方面呢？
 
LTE的学习应该以eNB为中心，分为4大部分：
A．空中接口的物理层：包括OFDM、SC-FDMA、MIMO、HARQ、调度、帧结构、参考信号、PDCCH、PUCCH。
B．空中接口的链路层及网络层：包括RRC、PDCP、RLC、MAC。
C．S1和X2接口：包括S1、X2、SCTP。
D．SAE：包括GTP、QoS。
相对而言，A是学习的难点，A和B是学习的重点。其中，搞终端的学A+B就可以了，搞网络的需要A+B+C。D部分供有余力的人扩展思路。
熟悉WCDMA以及HSPA+的人，学习A的效率可以提升30%；熟悉WiMAX的人，学习A的效率可以提升20%。熟悉WCDMA的人，学习B和C的效率可以提升50%。
【学习LTE应该具备哪些数学知识】
数学是理解和掌握LTE技术的工具。学习LTE技术至少应该对以下数学知识比较了解。
① 三角函数：主要是正弦和余弦函数的积化和差以及和差化积、倍角公式。
② 积分：主要是正弦和余弦函数的积分。
③ 复数乘法：知道两个复数乘积的表达式。
④ 矩阵：知道什么是矩阵，知道矩阵可以分解，知道矩阵的秩。
【如何学习LTE的物理层】
物理层是LTE的学习难点，如何学习LTE的物理层呢？
对于偏重于网络部署的实战人员，一定要搞清楚OFDM，这是第一位的，牵涉对后续内容时频结构的理解，应该说OFDM的内容有一定难度，包含OFDM的原理与实现两个方面。
接下来需要掌握多天线技术，这也是LTE学习的又一大难点。学习多天线要以TM为中心，围绕TM来学习。
之后需要了解LTE物理层的结构，这一块内容相当多，学习时一定要有条理。
首先是学习时频结构，这时需要把FDD和TDD一并掌握。
之后就是我的特色建议了：以小区参考信号为中心，从发射小区参考信号和接收小区参考信号两个角度，把小区参考信号弄清楚，比如Gold码如何产生，在时频结构中的位置，小区参考信号的功率是多大等，最后掌握RSRP、RSRQ和SINR这三个KPI。掌握小区参考信号后，学习物理层的目标可以说达成一半了。
接下来可以学习控制信道的编码过程、在时频结构的位置，最后能形成一张时频结构中各种控制信道的分布，就算大功告成了。
下行学完，上行也就不难了。
【LTE有哪些参考书】
LTE的学习离不开参考书，前面说的4大部分内容都有相关的参考书，比如：
A部分的参考书可以说是百花齐放，种类很多，例如，《LTE-UMTS长期演进理论与实践》、《3G演进》、《LTE权威指南》、《LTE技术原理与系统设计》、《TD-LTE技术原理与系统设计》、《LTE教程：原理与实现》。
B和C部分的主要参考书有《LTE-UMTS长期演进理论与实践》和《UMTS中的LTE》。
D部分的主要参考书有《3GPP系统架构演进（SAE）原理与设计》。
【初学LTE该从什么书看起】
对于初学者来说，一本好的教材胜过很多本参考书，这里向大家郑重推荐“学好LTE丛书之LTE系列”丛书。之所以推荐本套丛书作为教材，是因为本套丛书采用了三位一体的模式，有配套视频课程和相关网站，学习起来效果会更好。
第一本：《LTE教程：原理与实现》。
这本书是专为LTE学习而打造的，内容脱胎于作者深受好评的LTE公开课程，并加以完善和增补，循序渐进，娓娓道来，非常适合初学者学习。
这本书浓墨重彩地介绍了LTE的两大关键技术：OFDM和多天线。在OFDM原理部分揭开了OFDM技术不为人知的许多内情，作者提出的能量正交概念也会让读者耳目一新。在OFDM实现部分，还会有很多颠覆性的内容，比如，IFFT算法不是生成OFDM的唯一算法，让初学者为之一振。在多天线部分，作者分门别类，介绍了三大多天线的形态，定量分析了各种TM发射模式的差异，并指出MIMO其实只是DEMO，强调了可用度非常重要的观点。
总之，这本书会帮助读者深刻理解OFDM和多天线技术，即使已经学习过LTE技术的人，推荐也应该看一遍。
第二本：《LTE教程：结构与实施》。
这本书继承了前作的特点，依然是专为LTE学习而打造的，内容同样脱胎于作者深受好评的LTE公开课程，并加以完善和增补，非常适合初学者学习。
这本书透彻地讲述了LTE的物理层结构，并且详细介绍了LTE无线网络的规划设计方法。
在LTE物理层结构部分梳理了物理层的时间结构、频率结构、参考信号、控制信道和业务信道，分门别类，学习起来有章可循。结构部分还剖析了关键的处理流程与机制，使得读者不但知其然，还能知其所以然。在无线网络的实施部分，不但详细介绍了链路预算的方法，而且还详细分析了LTE的峰值速率、边界速率、FDD与TDD的差异、VoLTE对无线网络的影响，最后还介绍了LTE无线网络的部署方案，配套的图表非常丰富，实战效果更好。
总之，这本书会帮助读者清晰掌握LTE物理层的结构，即使已经学习过LTE技术的人，推荐也应该看一遍。
【学LTE该看什么参考书】
目前LTE的参考书越来越多，但是并不是所有的参考书都适合初学者，对于初学者来说，精选一些参考书对提高学习效率非常重要，另外这些书又该重点看哪些部分呢？
第一本：《LTE-UMTS长期演进理论与实践》，这一本书需要精读，也就是要读懂。这本书的优点就不赘述了，其中最好的部分是第3、4章，可能需要多读几遍。
第二本：《3G演进：HSPA与LTE》，这一本书也需要精读，但是建议在看完第一本书后精读。这本书最好的部分是第2部分，可能需要多读几遍。
第三本：《TD-LTE技术原理与系统设计》，这本书专讲中国目前最热门的TD-LTE。
【学LTE该买什么版本的参考书】
这个问题主要来源于早前面推荐的参考书，不少都出了第二版，于是就产生了这样的问题，该买什么版本的书呢？这个问题要逐个看。
第一本，《LTE-UMTS长期演进理论与实践》：这一本的第二版增加了LTE-A的内容，简化了第一版中LTE-A的内容。我的建议是，没有买第一版的，买第二版；买过第一版的，找本第二版的英文版做补充。
第二本，《3G演进：HSPA与LTE》：如果是联通的读者，不建议买新版；如果做移动和电信的读者，买新版更有用一些。
第三本，《TD-LTE技术原理与系统设计》：如果已经买了第一版，建议不用再买第二版了。
【如何高效学习LTE】
LTE的内容很多，学习难度也不小，如何高效学习LTE呢？就像“天下武功，唯快不破”一样，高效学习最讲究一个“精”字，高效学习LTE也是如此。
LTE的技术特点是大而全，希望一网打尽，所以有时候我也替搞实现的人担忧，要面临的选项太多了，比如，频点带宽就有1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz和20 MHz 6种，不但给学习带来很大压力，也给实现带来很大的负担。
实施的人就没有必要向实现的人看齐，我们学习的LTE就需要精炼、精炼再精炼，这样才能从众多的技术细节中抓住要害，不至于花了很多时间，还是一头雾水，WCDMA就是一个现成的例子。
哪些是我们应该把握的重点，哪些又是我们可以暂时忽略的呢？
① 10 MHz和20 MHz是重点，1.4 MHz、3 MHz、5 MHz和15 MHz可以放一边。其中10 MHz的FDD和20 MHz的TDD是重点中的重点，因为这是国内目前用得着的。
② 普通CP是重点，扩展CP可以放一边。如果告诉你TD-LTE网络的站间距为500m，你认为扩展CP还有必要采用吗？
③ TM2、TM3是重点，最多加上TM7、TM8，什么TM4、TM5、TM6都可以放一边。
④ OFDM原理是重点，MIMO原理次之。
⑤ 2、8天线是重点，4天线可以放一边。
⑥ 单层、两层是重点，三层、四层放一边。
⑦ 小区参考信号是重点，参考信号相关的KPI是重点中的重点。
 
【LTE在线培训资源】
① 一站式LTE学习平台：http://www.readhere.com.cn/lte 。
② LTE系列培训课程：http://edu.51cto.com/roadmap/view/id-19.html。
③ 传课网：http://www.chuanke.com/s1302728.html。
【学习LTE的参考网站】
（1）中文
① 读懂通信：http://www.readhere.cn/bs。
② 空中接口学园：http://www.pch.com.cn/bbs。
③ GPRS家园：http://www.gprshome.com/。
④ lte2010的博客：http://blog.sina.com.cn/lte2010。
（2）英文
① www.3GPP.org：下载协议和规范。
② www.lteuniversity.com/：全面的LTE学习网站。
③ http://www.sharetechnote.com/：与读懂通信类似的学习网站。
④ www.scottbaxter.com/：可以下载LTE的培训教材。
⑤ http://www.pewscorner.host-ed.me/LTE/lte_resource_grid.html：查看LTE时频结构。

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