2024年5月8日发(作者：)
第一课 认识4G LTE
4
G就是第四代移动通信系统，第四代移动通信系统可称为广带接入和分布
式网络，其网络结构将是一个采用全IP的网络结构。4G网络采用许多关键技术
来支撑，包括正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division
Multiplexing,OFDM) ,多载波调制技术，自适应调制和编码（Adaptive
Modulation and Coding,AMC)技术，MIMO和智能天线技术，基于IP的核心网，
软件无线电技术一件网络优化和安全性等。另外，为了与传统的网络互联需要用
网关建立网络的互联，所以4G将是一个复杂的多协议网络。
第四代移动通信系统具有如下特征：
1.传输速率更快：对于大范围高速移动用户（250km/h)数据速率为2Mbps;
对于中速移动用户（60km/h)数据速率为20Mbps;对于低速移动用户（室内或步
行者），数据速率为100Mbps.
2.频谱利用效率更高：4G在开发和研制过程中使用和引用许多功能强大的
突破性技术，无线频谱的利用比第二代和第三代系统有效的多，而且速度相当的
快，下载速率可达到5~10Mbps;
3.网络频谱更宽：每个4G信道将会占用100MHz或是更多的带宽，而3G网
络的带宽则在5~20MHz之间；
4.容量更大：4G 将来采用新的网络技术（如空分多址技术）来极大地提高
系统容量，以满足未来大信息量的需求。
5.灵活性更强：4G系统采用智能技术，可自适应地进行资源分配，采用智
能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常收发。另外，用
户将使用各式各样的设备接入到4G系统；
6.实现更高质量的多媒体通信：4G网络的无线多媒体通信服务将包括语音、
数据、影像等，大量信息透过宽频信道传送出去，让用户可以在任何时间、任何
地点接入到系统中，因此4G也是一种实时的宽带的以及无缝覆盖的多媒体通信。
7.兼容性更平滑：4G系统应具备全球漫游，接口开放，能跟多种网络互联，
终端多样化以及能从第二代平稳过渡等特点。
LTE long Term Evolution
3GPP长期演进
3GPP长期演进（LTE,Long Term Evolution）项目是近两年来3GPP启动的
最大的新技术研发项目，这种以OFDM/FDMA为核心的技术可以被看作‘准4G技
术或3.9G’。3GPP LTE项目的主要性能目标包括，在20MHz频谱带宽能够提供
下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区
容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状
态到激活状态迁移时间低于50ms,从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms
支持100Km半径的小区覆盖；能够为350km/h高速移动用户提供>100kbps的接
入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25MHz到20MHz多种带宽。
LTE (Long Term Evolution)是新一代宽带无线移动通信系统。与3G采
用的CDMA技术不同，LTE以及OFDM（正交频分多址）和MIMO（多输入多输出天
线）技术为基础，频谱效率是3G增强技术的2~3倍。LTE包括FDD和TDD两种
制式。LTE的增强技术(LTE-Advance)是国际电联认可的第四代移动通信标准。
正因为LTE技术的整体设计非常适合承载移动互联网业务，因此运营商
都非常关注LTE，并已成为全球运营商网络演进主流技术。
LTE的频段：
FDD-LTE主流频段为1.8G/2.6G及低频段700M/800M.
TD-LTE主流频段为2.6G/2.3G.
中国政府宣布将2500-2690MHz共190MHz的频谱资源全部划分给TDD.
无线蜂窝制式
下行速率
上行速率
GSM
236Kbps
118kbps
CDMA 2000
(EVDO RA)
CDMA
153kbps
153kbps
TD-SCDMA
(HSPA)
无线蜂窝制式
上行速率
下行速率
无线蜂窝制式
下行速率
上行速率
3.1Mbps
1.8Mbps
TD-LTE
100Mbps
50Mbps
2.8Mbps
2.2Mbps
FDD-LTE
150Mbps
40Mbps
TD-LTE和FDD-LTE技术简介，全球发展概况
TDD-LTE与FDD-LTE的介绍与区别
TDD-LTE与FDD-LTE分别是4G两种不同的制式，一个是时分一个是频分，
简单来说，TDD-LTE上下行在同一个频点的时隙分配；FDD-LTE上下行通过不同
的频点区分。
TDD(Time Division Duplexing)时分双工技术，在移动通信技术使用的双
工技术之一，与FDD相对应。
在TDD模式的移动通信系统中，基站到移动台之间的上行和下行通信使
用同一频率信道(即载波)的不同时隙，用时间来分离接收和传送信道，某个时间
段由基站发送信号给移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站。基站和移动
台之间必须协同一致才能顺利工作。
TD-LTE上行理论速率为50Mbps，下行理论速率为100Mbps.
FDD模式的特点是在分离的两个对称频率信道上，进行接收和传送，用保证
频段来分离接收和传送信道。LTE系统中上下行频率间隔可以达到190MHz。
FDD（频分双工）是该技术支援的两种双工模式之一，应用FDD（频分双工）
式的LTE即为FDD-LTE。由于无线技术的差异、使用频段的不同以及各个厂家的
利益等因素，FDD-LTE的标准化与产业发展都领先于TDD-LTE。FDD-LTE已成为
当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种4G标准。
FDD-LTE上行理论速率为40Mbps，下行理论速率为150Mbps.
FDD与TDD工作原理
频分双工(FDD) 和时分双工(TDD) 是两种不同的双工方式。如图1所示，FDD
是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送
信道。FDD必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源
在时间上是连续的。FDD在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支
持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。
TDD用时间来分离接收和发送信道。在TDD 方式的移动通信系统中, 接收和
发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载, 其单方向的资源在时间上
是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给
移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致
才能顺利工作。
图：FDD和TDD的工作原理
TDD 双工方式的工作特点使TDD具有如下优势：
（1）能够灵活配置频率，使用FDD 系统不易使用的零散频段；
（2）可以通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，能够很好的支持非
对称业务；
（3）具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低
了设备成本；
（4）接收上下行数据时，不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低了设
备的复杂度；
（5）具有上下行信道互惠性，能够更好的采用传输预处理技术，如预RAKE 技
术、联合传输(JT)技术、智能天线技术等, 能有效地降低移动终端的处理
复杂性。
但是，TDD双工方式相较于FDD，也存在明显的不足：
（1）由于TDD方式的时间资源分别分给了上行和下行，因此TDD方式的发射时
间大约只有FDD的一半，如果TDD要发送和FDD同样多的数据，就要增大
TDD的发送功率；
（2）TDD系统上行受限，因此TDD基站的覆盖范围明显小于FDD基站；
（3）TDD系统收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间存在干扰；
（4）为了避免与其他无线系统之间的干扰，TDD需要预留较大的保护带，影响
了整体频谱利用效率。
使用TDD和FDD技术在LTE应用上的优劣
（1）使用TDD技术时，只要基站和移动台之间的上下行时间间隔不大，小于
信道相干时间，就可以比较简单的根据对方的信号估计信道特征。而对于一般的
FDD技术，一般的上下行频率间隔远远大于信道相干带宽，几乎无法利用上行信
号估计下行，也无法用下行信号估计上行；这一特点使得TDD方式的移动通信体
制在功率控制以及智能天线技术的使用方面有明显的优势。但也是因为这一点，
TDD系统的覆盖范围半径要小，由于上下行时间间隔的缘故，基站覆盖半径明显
小于FDD基站。否则，小区边缘的用户信号到达基站时会不能同步。
（2）TDD技术可以灵活的设置上行和下行转换时刻，用于实现不对称的上
行和下行业务带宽，有利于实现明显上下行不对称的互联网业务。但是，这种转
换时刻的设置必须与相邻基站协同进行。
（3）与FDD相比，TDD可以使用零碎的频段，因为上下行由时间区别，不
必要求带宽对称的频段。
（4）TDD技术不需要收发隔离器，只需要一个开关即可。
（5）移动台移动速度受限制。在高速移动时，多普勒效应会导致快衰落，
速度越高，衰落变换频率越高，衰落深度越深，因此必须要求移动速度不能太高。
例如在使用了TDD的TD-SCDMA系统中，在目前芯片处理速度和算法的基础上，
当数据率为144kb/s时，TDD的最大移动速度可达250km/h，与FDD系统相比，
还有一定差距。一般TDD移动台的移动速度只能达到FDD移动台的一半甚至更低。
（6）发射功率受限。如果TDD要发送和FDD同样多的数据，但是发射时间
只有FDD的大约一半，这要求TDD的发送功率要大。当然同时也需要更加复杂的
网络规划和优化技术。
TD-LTE和FDD-LTE在全球的发展概况
频分双工(Frequency Division Duplexing, FDD) 和时分双工(Time
Division Duplexing, TDD) 两种方式，但由于无线技术的差异、使用频段的不
同以及各个厂家的利益等因素，LTE FDD支持阵营更加强大，标准化与产业发展
都领先于LTE TDD。
截至2013年3月份，全球125个国家共计412个运营商投资建设LTE网络。
67个国家的156个电信运营商已商用LTE网络。其中商用的TDD网络共有14个。
截至2013年3月份，全球已商用的FDDLTE网络为149个。其中主流频段为
1.8G/2.6G/及低频段700MHz、800MHz。到2013年3月，全球共有14个TD-LTE
商用网络。其中主流频段为2.6G/2.3GHz。
截至2013年3月份，全球97个厂家共发布了821款LTE终端产品，比去年
同期增长54%，其中智能手机增长速率最快，是去年同期的4倍，现已有261款。
TDD模式的终端共166款。
目前，LTE用户发展较好的主要为美日韩运营商，其初期组网带宽基本为
20MHz或10MHz。
第二课 Lte关键技术OFD
今天进入LTE的关键技术，OFDM，及OFDM与CDMA的比较什么是OFDM？基
本原理和应用
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技
术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。其主
要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数
据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技
术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带
宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消
除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道
均衡变得相对容易。
以下一段节选自MSCBSC论坛会员bbgoal的《白话LTE关键技术》，对OFDM
的描述非常通俗易懂：
OFDM这个技术说的很玄乎，其实在WIMAX和WIFI里早就利用了，我以前就
说过OFDM并不比CDMA的频谱利用率更高，但是他的优势是大宽带的支持更简单
更合理，而且配合mimo更好。
举个例子，CDMA是一个班级，又说中文又说英文，如果大家音量控制的好
的话，虽然是一个频率但是可以达到互不干扰，所以1.25m的带宽可以实现4.9m
的速率。而OFDMA则可以想象成上海的高架桥，10米宽的路，上面架设一个5
米宽的高架，实际上道路的通行面积就是15米，这样虽然我水平路面不增加但
是可以通行的车辆增加了。而OFDM也是利用这个技术，利用傅里叶快速变换导
入正交序列，相当于在有限的带宽里架设了N个高架桥，目前是一个ofdm信号
的前半个频率和上一个频点的信号复用，后半个频率和后一个频点的信号复用。
那信号频率重叠了怎么区分，很简单，OFDM，O就是正交的意思，正交就是
能保证唯一性，举例子，A和B重叠，但是A*a+B*b，a和b是不同的正交序列,
如果我要从同一个频率中只获取A，那么通过计算，（A*a+B*b）
*a=A*a*a+B*b*a=A+0=A（因为正交，a*a=1，a*b=0）。所以OFDMA是允许频率重
叠的，甚至理论上可以重叠到无限，但是为了增加解调的容易性，目前LTE支持
OFDM重叠波长的一半。
正交频分复用技术，多载波调制的一种。将一个宽频信道分成若干正交子信
道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。
在传统FDM系统中，为了避免各子载波间的干扰，相邻载波之间需要较大的
保护频带，频谱效率较低。OFDM系统允许各子载波之间紧密相临，甚至部分重
合，通过正交复用方式避免频率间干扰，降低了保护间隔的要求，从而实现很高
的频率效率。
什么是正交？
正交频分复用技术，频分复用大家都熟悉，但什么是正交呢？以下来自论坛
会员Libin的投稿：
载波技术：多载波技术就是在原来的频带上划分更多的子载波，有人会提出
载波划得太细会产生干扰，为了避免这种干扰，两个子载波采用正交，每两个子
载波是正交关系避免干扰。这就像双绞线一样。这样一是避免了2个子载波间的
干扰，在下一个子载波间也有了一定的间隔距离。
解释下什么是正交就是两个波形正好差半个周期。
多个窄带子载波，并使其相耳珊交，任一个子载波都可以单独或成组地传输
独立的信息流;OFDMA技术则利用有效带宽的细分在多用户间共享子载波。
多载波的有点有以下几个方面
1)可以在不改变系统基本参数或设备设计的情况下使用不同的频谱带宽。
频谱利用率高。就是一个能当两个用
2)可变带宽的传输资源可以在频域内自由调度，分配给不同的用户。
3)为软频率复用和小区间的干扰协调提供便利。
OFDM技术的发展：
OFDM这种技术是HPA联盟（HomePlug Powerline Alliance）工业规范的基
础，它采用一种不连续的多音调技术，将被称为载波的不同频率中的大量信号合
并成单一的信号，从而完成信号传送。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号
的能力，因此常常会被利用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输
介质中。
其实，OFDM并不是如今发展起来的新技术，OFDM技术的应用已有近40年的
历史，主要用于军用的无线高频通信系统。但是，一个OFDM系统的结构非常复
杂，从而限制了其进一步推广。直到上世纪70年代，人们采用离散傅立叶变换
来实现多个载波的调制，简化了系统结构，使得OFDM技术更趋于实用化。80年
代，人们研究如何将OFDM技术应用于高速MODEM。进入90年代以来，OFDM技术
的研究深入到无线调频信道上的宽带数据传输。目前OFDM技术已经被广泛应用
于广播式的音频、视频领域和民用通信系统，主要的应用包括：非对称的数字用
户环路（ADSL）、ETSI标准的数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清
晰度电视（HDTV）、无线局域网（WLAN）等。
在向B3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集，时空
编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。
包括以下类型：V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多带-OFDM。OFDM中的各个
载波是相互正交的，每个载波在一个符号时间内有整数个载波周期，每个载波的
频谱零点和相邻载波的零点重叠，这样便减小了载波间的干扰。由于载波间有部
分重叠，所以它比传统的FDMA提高了频带利用率。
在OFDM传播过程中，高速信息数据流通过串并变换，分配到速率相对较低
的若干子信道中传输，每个子信道中的符号周期相对增加，这样可减少因无线信
道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的码间干扰。另外，由于引入保
护间隔，在保护间隔大于最大多径时延扩展的情况下，可以最大限度地消除多径
带来的符号间干扰。如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免多径带来的信道间
干扰。
OFDM与CDMA等技术比较
说到OFDM技术，一般都会提及到CDMA技术做比较。OFDM技术的出现，其
实应该是早于CDMA技术的，只是当时受到了硬件的局限，让OFDM技术显得有点
不合实际，所以才会基于当时的硬件发展状况，发展出CDMA技术。
移动通信系统中常见的多址技术包括频分多址（Frequency Division
Multiple Access，、FDMA）、时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）、
码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）、空分多址（Space Division
Multiple Access，SDMA）。FDMA是以不同的频率信道实现通信。TDMA是以不同
的时隙实现通信。CDMA是以不同的代码序列来实现通信的。SDMA是以不同方位
信息实现多址通信。
频分多址
时分多址
码分多址
正交频分多址
OFDM 将传输频宽分割成多个窄频宽的子通道，同时使用多个载波来载送讯
息，由于讯息资料被平均分配于各个子通道同时传送，有效降低每个子通道之实
质资料量与传送速率，因而具有良好频谱使用效率及绝佳多重路径损耗(multi
path fading)之免疫力。
CDMA是一种分码多工扩频(Spread Spectrum) 技术，将原始窄频讯息以拟
真杂讯乱码(Pseudo random noise code)扩展成宽频讯号，所有使用者资讯在同
一频道同时收送资料，因而有效的增进频谱使用效益。 更由于将传送讯息隐藏
于杂讯中，故具备高隐密性，不易被侦搜之特性。
对于单蜂窝或多蜂窝的环境,OFDM性能远优于CDMA。在单蜂窝的环境下，
OFDM可允许同时通话的用户数为CDMA的2至10倍。对于多蜂窝环境，OFDM可
允许同时通话的用户数为CDMA的0.7至4倍。OFDM和CDMA在用户容量上的差
异主要在于是否使用了蜂窝分区（cell sectorization）和语音激活检测技术
（voice activity detection）。如：用1.25MHz的带宽和19.5kbit/s的用户数
据率时，CDMA在单蜂窝系统中性能较差，在每个蜂窝（cell）中仅允许7～16
个用户同时通话,而对于OFDM系统则可以达到128个用户。这种CDMA的低蜂窝
容量是由于在反向传输链接中使用非正交码导致了较高的用户间干扰造成的。
CDMA技术是基于扩频通信理论的调制和多址连接技术。OFDM技术属于多载
波调制技术，它的基本思想是将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用
一个子载波进行调制，并且各个子载波并行传输。OFDM和CDMA技术各有利弊。
CDMA具有众所周知的优点，而采用多种新技术的OFDM也表现出了良好的网络结
构可扩展性、更高的频谱利用率、更灵活的调制方式和抗多径干扰能力。下面主
要从调制技术、峰均功率比、抗窄带干扰能力等角度分析这两种技术在性能上的
具体差异。
CDMA技术是基于扩频通信理论的调制和多址连接技术。OFDM技术属于多载
波调制技术，它的基本思想是将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用
一个子载波进行调制，并且各个子载波并行传输。OFDM和CDMA技术各有利弊。
CDMA具有众所周知的优点，而采用多种新技术的OFDM也表现出了良好的网络结
构可扩展性、更高的频谱利用率、更灵活的调制方式和抗多径干扰能力。下面主
要从调制技术、峰均功率比、抗窄带干扰能力等角度分析这两种技术在性能上的
具体差异。
——调制技术。一般来说，无线系统中频谱效率可以通过采用16QAM（正交幅度
调制）、64QAM乃至更高阶的调制方式得到提高，而且一个好的通信系统应该在
频谱效率和误码率之间获得最佳平衡。
在CDMA系统中，下行链路可支持多种调制，但每条链路的符号调制方式必
须相同，而上行链路却不支持多种调制，这就使得CDMA系统丧失了一定的灵活
性。并且，在这种非正交的链路中，采用高阶调制方式的用户必将会对采用低阶
调制的用户产生很大的噪声干扰。
在OFDM系统中，每条链路都可以独立调制，因而该系统不论在上行还是在
下行链路上都可以容易地同时容纳多种混合调制方式。这就可以引入“自适应调
制”的概念。它增加了系统的灵活性，例如，在信道好的条件下终端可以采用较
高阶的如64QAM调制以获得最大频谱效率，而在信道条件变差时可以选择QPSK
（四相移相键控）调制等低阶调制来确保信噪比。这样，系统就可以在频谱利用
率和误码率之间取得最佳平衡。此外，虽然信道间干扰限制了某条特定链路的调
制方式，但这一点可以通过网络频率规划和无线资源管理等手段来解决。
——峰均功率比（PAPR）。这也是设备商们应该考虑的一个重要因素。因为PAPR
过高会使得发送端对功率放大器的线性要求很高，这就意味着要提供额外功率、
电池备份和扩大设备的尺寸，进而增加基站和用户设备的成本。
CDMA系统的PAPR一般在5～11dB，并会随着数据速率和使用码数的增加而
增加。目前已有很多技术可以降低CDMA的PAPR。
在OFDM系统中，由于信号包络的不恒定性，使得该系统对非线性很敏感。
如果没有改善非线性敏感性的措施，OFDM技术将不能用于使用电池的传输系统
和手机等。目前有很多技术可以降低OFDM的PAPR。
——抗窄带干扰能力。CDMA的最大优势就表现在其抗窄带干扰能力方面。因为
干扰只影响整个扩频信号的一小部分；而OFDM中窄带干扰也只影响其频段的一
小部分，而且系统可以不使用受到干扰的部分频段，或者采用前向纠错和使用较
低阶调制等手段来解决。
——抗多径干扰能力。在无线信道中，多径传播效应造成接收信号相互重叠，产
生信号波形间的相互干扰，使接收端判断错误。这会严重地影响信号传输的质量。
为了抵消这种信号自干扰，CDMA接收机采用了RAKE分集接收技术来区分和
绑定多路信号能量。为了减少干扰源，RAKE接收机提供一些分集增益。然而由
于多路信号能量不相等，试验证明，如果路径数超过7或8条，这种信号能量的
分散将使得信道估计精确度降低，RAKE的接收性能下降就会很快。
OFDM技术与RAKE接收的思路不同，它是将待发送的信息码元通过串并变换，
降低速率，从而增大码元周期，以削弱多径干扰的影响。同时它使用循环前缀（CP）
作为保护间隔，大大减少甚至消除了码间干扰，并且保证了各信道间的正交性，
从而大大减少了信道间干扰。当然，这样做也付出了带宽的代价，并带来了能量
损失：CP越长，能量损失就越大。
——功率控制技术。在CDMA系统中，功率控制技术是解决远近效应的重要方法，
而且功率控制的有效性决定了网络的容量。相对来说功率控制不是OFDM系统的
基本需求。OFDM系统引入功率控制的目的是最小化信道间干扰。
——网络规划。由于CDMA本身的技术特性，CDMA系统的频率规划问题不很突出，
但却面临着码的设计规划问题。OFDM系统网络规划的最基本目的是减少信道间
的干扰。由于这种规划是基于频率分配的，设计者只要预留些频段就可以解决小
区分裂的问题。
——均衡技术。均衡技术可以补偿时分信道中由于多径效应而产生的ISI。在
CDMA系统中，信道带宽远远大于信道的平坦衰落带宽。由于扩频码自身良好的
自相关性，使得在无线信道传输中的时延扩展可以被看作只是被传信号的再次传
送。如果这些多径信号相互间的延时超过一个码片的长度，就可被RAKE接收端
视为非相关的噪声，而不再需要均衡。
对OFDM系统，在一般的衰落环境下，均衡不是改善系统性能的有效方法，
因为均衡的实质是补偿多径信道特性。而OFDM技术本身已经利用了多径信道的
分集特性，因此该系统一般不必再作均衡。
每天一课——LTE关键技术之OFDM和MIMO
概述：
LTE是Long Term Evolution,大多数资料也都有介绍，是3G伙伴组织3GPP牵头
制定的第四代移动通信技术。我这里特别要指出的是LTE是一个站在巨人肩膀上
的技术，借鉴了很多其它通信技术的优点，如OFDM和MIMO都是借鉴的Wimax，
HARQ是借鉴的CDMA,所以通信技术发展到LTE算是一个集大成者，另外随着
3GPP2没落和高通宣布CDMA支持LTE的演进，LTE可以说将来有一统通信技术的
趋势。
背景简述：
在讲LTE关键技术之前先讲讲影响通信速率的关键点吧，大家都知道通信技术越
发展速率越快，可是到底是哪些技术促成了速率的提升呢？下面我写一个公式:
C = B x V
在这里，C表示为速率，B是带宽，V是每Hz的速率，通过这个公式我们可以发
现，如果想提高网络的速度有2个方法，一个是增加带宽，一个是增加频带利用
率。那么LTE是如何在这两方面进行实现的呢？
首先，讲讲增加带宽，这个技术说起来简单但是实际上是非常复杂的，也是
直接导致CDMA技术在4G被pass的原因之一。如果将一个通信技术的频谱从
1.25MHz扩展到20MHz，要面临很多的问题，第一个是多载波的聚合，举个例子，
你原来只需要管理个单车道，现在突然给你个100车道，第一个就是协调问题，
要保证不乱，其次调度问题，要保证高效，所以复杂程度大大的增加，其次是频
谱特性问题，那有的人会问，干嘛要多载波聚合，直接一个载波不行了么？如果
你真的搞一个20Mhz的载波，跨度那么大，频率特性就很难兼顾，包括传播特性，
扩频效率等，另外包太大的话调度的精度也受影响，因此LTE选择了含正交子载
波技术的OFDM技术来实现多增加带宽。
其次，就是增加频带利用率，在这里简单说明一下信道编码的方式，信源要
最终发射必须要经过编码和调制，编码的作用是将前后的信息位建立联系并最终
保证纠错，相当于一种冗余，而调制的方式则是通过相位来区别更多的符号，相
当于一种压缩，那么高效的编码和高阶的调制无疑会增加频谱利用率，在这点上
LTE并没有多大进步，和3G一样，最高速率用的是turbo编码和64QAM调制技
术，但是LTE支持MIMO也是一种增加频谱利用率的方式。所以，LTE速率的提
升关键就在于OFDM和MIMO这两个技术，下面先重点讲解这两个技术。
LTE关键技术：
一、 OFDM（orthogonal frequently division multiplexing）正交频分复
用。
OFDM原理很简单，就是将大的频谱分为若干小的子载波，各相邻子载波相
互重叠，相邻子载波互相正交（通过傅里叶变实现），从而使其重叠但不干扰。
然后将串行数据映射到子载波上传输，实现统一调度。
图1 OFDM
由上图可以看出，OFDM和传统的FDM多载波调制技术的区别，传统的多载
波是分开的，载波之间要有保护间隔，而OFDM则是重叠在一起的，最大的一个
好处就是节省了带宽，同时OFDM是统一调度，而传统的FDM是子载波分别调度，
效率是不一样的。
同时OFDM的子载波也不同于传统的载波，他非常小，小于信道相干带宽，
这样的好处是可以克服频率选择性衰落，举个例子，1hz和1.1hz之间的无线特
性几乎一样，而1hz和101hz之间的无线特性就差别大了，带宽越小，衰落越一
致，同理一个OFDM符号的时间也是很小的，小于相干时间可以克服时间选择性
衰落，等效为一个线性时不变系统。
而对于OFDM来说，最难的还是在于如何保证各个子载波间的正交，其重要的
一点就是利用了快速傅里叶变换，还有就是近代芯片运算能力的增加。傅里叶变
换本身很复杂（LTE用的是快速傅里叶变换，简单了很多），下面是个简化版的
公式
由于是简化版的，所以这个公式的版本还有很多，表明意思即可，看公式只
有当m和n相等时才会得出1，m和n不等的话就是0。这就是正交的自相关性，
也就是只有自己才能解出自己，别人不行，这点很重要。下面举个例子，例如信
息A在子载波m上传递，信息B在n上传递，那么当子载波重叠后，我要将A
取出怎么办？可以计算下。由于A在m子载波上，所以我用
积分
去取A，都
也就是A的m载波和m载波自相关，所以=1，而B的n载波和m载波完全不想关，
所以=0。从而保证了各个子载波虽然重叠但是不会互相干扰。
OFDM有很多优点，但是也有其不可克服的缺点，如由于一个OFDM符号时间和频
率都很小所以对频偏比较敏感，还有由于信号重叠厉害就会需要克服较大的峰均
比PARA。
二、 OFDMA正交频分多址 Orthogonal Frequency Division Multiple Access
OFDM是一种频分技术，而OFDMA则是利用这种频分技术而实现的多址技术，很
多人会搞混，举个例子说，OFDM像是数字，而OFDMA是学号，利用学好可以区
分学生，但是实际讲述的时候还是很难分开讲，因为OFDMA就是基于OFDM。
严格的是OFDMA=OFDM+FDMA+TDMA从而实现区分用户的目的
OFDMA要实现主要有2点
1、将高速串行数据流转化为并行，实现串并转换，必须为并行能进行傅里叶变
换。
2、将每一路调制到各个子载波上，子载波在经过快速傅里叶变换FFT（或者IFFT）
实现互相正交。
图2 OFDM发射图
OFDMA继承了OFDM的特点，具有随着带宽的增加，OFDMA信号仍能保持正交
的特点，而CDMA则会因为多载波多径而失去正交。同时OFDMA可以轻松实现频
域调度，避免了传统FDMA技术的调度和协调难题，还有就是更加支持MIMO。尤
其是OFDMA对频谱的支持多样，现网是支持6种带宽，如下图，可以根据实际需
要灵活使用。
图3 支持带宽
另外，OFDMA在实际应用中分为集中式和分布式，如图4，集中式会将连续
的子载波都分给1个用户，而分布式则是交叉分布，各有优缺点，但是现网多用
集中式，调度起来简单效率高。
图4 子载波分配方式
其实OFDM还有很多东西要讲，也很复杂，但是我个人认为大家只需要理解
精髓就可以了，OFDM技术在我们LTE中最重要的一点就是可以快速的实现子载
波的正交。
注：LTE上行的技术是SC-FDMA，很多人说不是OFDM，其实就是理解错了，因为
SC-FDMA字面理解是单载波频分多址，实际上就是在OFDM之前增加了一步，DFT
扩频，模拟出一个单载波，由于单载波可以克服OFDMA多子载波造成的峰均比问
题，所以对于功放能力较差的手机来说也是一种变通的做法。
三、 CP（cyclic prefix）循环前缀
在上面的图2，在并串转换后需要插入一个CP，那么CP的作用是干嘛用的呢。
众所周知，信号在空间的传递是会经过反射和折射的，那么一路信号到达接收端
会变成几路，这几路会存在时延导致互相干扰，如图5
图5 多径导致符号间干扰
上面就是典型的多径导致符号间干扰，由于第2径的第一个信号延迟，一部
分落到第1径的第二个符号上，导致第二个符号正交性破坏从而失去正交性无法
解调出来。为了避免这种状况，就设计了保护间隔出来，在每个信号之前增加一
个间隔，只要时延小于间隔就不会互相影响，如图6
图6 加入保护间隔
加入了保护间隔后，虽然第2径第一个信号延迟了，但是刚好落入第1径的
第二个符号的保护间隔内，在解调时会随着CP一起抛弃，不会干扰到第二个符
号，但是上图有个问题，就是第2径的第二个符号的保护间隔落入了第1径的第
二个符号内，会不会产生干扰呢？答案是肯定的，因为保护间隔本身也不是正交
的，那么解决的办法就是采用CP，循环前缀。
图7 CP
所谓循环前缀CP的意思就是我这个保护间隔不用传统的全0，而是用我自
身的一部分，如图7，将符号的最后一部分拿出来放到前面当保护间隔，就是CP。
由于保护间隔是信号的一部分，所以不会破坏符号本身的正交性，是一种非常聪
明的做法。
由于基站覆盖的距离远近不同，多径延迟也不同，所以CP也分3种。常规，
扩展和超长扩展，应用范围也不同。
图8 cp长度
一般来说超长扩展除非在海边等特殊场景其它地方是用不到的，所以常见的
就常规和扩展2种，CP的长度也会影响物理层资源块的大小，间接影响速率。（以
目前移动LTE实验网的密度，我估计只有常规CP就行了）
四、MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)系统
MIMO技术可以说是4G必备的技术，无论哪种4G制式都会用，原理是通过
收发端的多天线技术来实现多路数据的传输，从而增加速率。
MIMO大致可以分为3类，空间分集，空间复用和波束赋形。有的资料加了一个
多用户MIMO，其实就是单用户的一个引申。
1、空间分集（发射分集、传输分集）
利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，发射或接收一个数据
流，避免单个信道衰落对整个链路的影响。其实很简单，看图就明白了。
图9 空间分集
其实说白了，就是2跟天线传输同一个数据，但是2个天线上的数据互为共
轭，一个数据传2遍，有分集增益，保证数据能够准确传输。
2、空间复用（空分复用）
利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向一个终端/基站并
行发射多个数据流，以提高链路容量（峰值速率）。
图10 空间复用
如果上一个技术是增加可靠性，这个技术就是增加峰值速率，2个天线传输2
个不同的数据流，相当于速率增加了一倍，当然，必须要在无线环境好的情况下
才行。
另外注意一点，采用空间复用并不是天线多了就行，还要保证天线之间相关
性低才行，否则会导致无法解出2路数据，直说大家理解不了，可以通过数学公
式来阐明。假设收发双方是MIMO2*2，如图11
图11 例子
那么UE侧的计算公式是
由于是UE接收，所以y1和y2都知道，h和n是天线的相关特性也都知道，求x。
假如天线的相关性较高，h11和h21相等，h12和h22相等，或者等比例，那么
这个公式就无解。如
是一个二元一次方程，由于上下两个方程成比例，所以无法解出x1和x2的。也
就无法使用空间复用，因为这两根天线相关性太高了，如果想解决的话，可以增
加天线的间隔从而使h不成比例，一般建议大于4倍波长，具体要看天线说明。
3、波束赋形
利用较小间距的天线阵元之间的相关性，通过阵元发射的波之间形成干涉，集中
能量于某个（或某些）特定方向上，形成波束，从而实现更大的覆盖和干扰抑制
效果。
图12 各种波束赋形
上面是单播波束赋形，波束赋形多址和多播波束赋形，通过判断UE位置进
行定向发射，提高传输可靠性。这个在TD-SCDMA上已经得到了很好的应用。
而至于多用户MU-MIMO，实际上是将两个UE认为是一个逻辑终端的不同天线，
其原理和单用户的差不多，但是采用MU-MIMO有个很重要的限制条件，就是这2
个UE信道必须正交，否则解不出来。这个在用户较多的场景还行，用户少了的
话很难找到。（也有中说法只要相关性弱就行）
4、LTE r8版本中的MIMO分类
目前的R8版本主要分了7类MIMO，具体现网中使用哪种需要网优人员结合实际
情况去设置相关的门限和条件。下面列出这7类分别讲解下原理和适用场景。
（1） 单天线传输，也是基础模式，兼容单天线ue。
（2） 不同模式在不同天线上传输同一个数据，适用于覆盖边缘。
（3） 开环空分复用，无需用户反馈，不同天线传输不同的数据，相当于速
率增加一倍，适用于覆盖较好区域
（4） 同上，只不过增加了用户反馈，对无线环境的变化更敏感
（5） 多个天线传输给多个用户，如果用户较多且每个用户数据量不大的话
可以采用，增加小区吞吐量。
（6） 闭环波束赋形一种，基于码本的（预先设置好），预编码矩阵是在接收
端终端获得，并反馈PMI，由于有反馈所以可以形成闭环。
（7） 无需码本的波束赋形，适用于TDD，由于TDD上下行是在同一频点，
所以可以根据上行推断出下行，无需码本和反馈，FDD由于上下行不同频点所以
不能使用。
5、上行MIMO技术
由于我的资料都是R8版本的，所以截止到R8版本，上行支持MU-MIMO,但是上
行天线只支持1发，也就是1x2和1x4，可以采用最高阶的64qam调制。
小结：
OFDM和MIMO虽然不是LTE最先采用但是确是LTE精髓所在，如果你能理解
的话就有一定编码的知识就会知道为何LTE能够实现那么高的速率了，希望看完
本文能让你对此有个整体的认识。
为什么OFDM系统比CDMA系统更容易与MIMO技术结合？
为什么OFDM系统比CDMA系统更容易与MIMO技术结合？
MIMO技术的关键是有效避免天线之间的干扰，以区分多个并行数据流。众
所周知，在水平衰落信道中可以实现更简单的MIMO接收。而在频率选择性信道
中，由于天线间干扰和符号间干扰混合在一起，很难将MIMO接收和信道均衡分
开处理。如果采用将MIMO接收和信道均衡混合处理的MIMO接收均衡的技术，则
接收机会比较复杂。
因此，由于每个OFDM子载波内的信道(带宽只有15KHz)可看作水平衰落信道，
MIMO系统带来的额外复杂度可以控制在较低的水平（随天线数量呈线性增加）。
相对而言，单载波MIMO系统的复杂度与天线数量和多径数量的乘积的幂成正比，
很不利于MIMO技术的应用。
MIMO系统在一定程度上可以利用传播中多径分量，也就是说MIMO可以抗多
径衰落，但是对于频率选择性深衰落，MIMO系统依然是无能为力。目前解决MIMO
系统中的频率选择性衰落的方案一般是利用均衡技术，还有一种是利用OFDM。
4G需要极高频谱利用率的技术，而OFDM提高频谱利用率的作用毕竟是有限的，
在OFDM的基础上合理开发空间资源，也就是MIMO-OFDM，可以提供更高的数据
传输速率。另外ODFM由于码率低和加入了时间保护间隔而具有极强的抗多径干
扰能力。由于多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰，这就允许
单频网络（SFN）可以用于宽带OFDM系统，依靠多天线来实现，即采用由大量低
功率发射机组成的发射机阵列消除阴影效应，来实现完全覆盖。
每天一课——lte的一些其他关键技术
HARQ混合自动重传
1、HARQ技术
LTE中HARQ技术主要是系统端对编码数据比特的选择重传以及终端对物理
层重传数据合并。在这里涉及到2个方面，一个就是自动重传请求也就是ARQ
技术，另外一个就是前向纠错技术FEC。也可以这么说HARQ=ARQ+FEC
FEC是一种编码技术，编码的作用主要就是保证传输的可靠性，具有自动纠错的
能力。举个例子，如果我要传输信息0，我可以发0000，如果收到干扰变成了
0001或者1000的话，FEC可以纠正为0000，从而增加了容错率，而只发一个0
的话一旦干扰成了1就会造成误码。而假如接收端收到的是1100，由于1和0
一样多所以，会认为是错码，从而要求重传，触发ARQ。
而ARQ技术则是收到信息后，会通过CRC校验位进行校验，如果发现错误了或者
压根就没收到这个包会回NAK要求重传，否则回ACK说明已经收到了。
2、HARQ有两种运行方式：
⑴ 跟踪（Chase）或软合并（Soft Combining）方式－即数据在重传时，与初次
发射时的数据相同；
⑵ 递增冗余(Incremental Redundancy)方式－即重传时的数据与发射的数据有
所不同。
后一种方式的性能要优于第一种，但在接收端需要更大的内存。终端的缺省内存
容量是根据终端所能支持的最大数据速率和软合并方式设计的，因而在最大数据
速率时，只可能使用软合并方式。而在使用较低的数据速率传输数据时，两种方
式都可以使用。
3、HARQ流程
下面是一个软合并的流程图
图 HARQ流程
从图1看，ENB先发一个packet1给UE，UE没有解调出来，回NAK给ENB。
这时候ENB将packet1另外一部分发给UE，UE通过两次发送的包进行软合并，
解出来回ACK，ENB收到后继续发packet2。
这里要的一点是，HARQ发端每发一个包都会开一个timer，如果timer到时
了还没有下一个包到来，ENB会认为这是最后一个包，会发一个指示给UE，告诉
它发完了，防止最后一个包丢失。而UE侧也有计时器，回NAK后计时器开始，
到时候如果还没有收到重发的话就会放弃这个包，由上层进行纠错。而且不同
Qos的HARQ机制也不同，如VOIP之类的小时延业务，可能就会不要求上层重发，
丢了就丢了，保证时延。
最后再说说递增冗余（IR）这种方式，第一次发和重发的内容不同，那么是
怎么不同呢？大致原理是信息在进入通信系统后会首先进行调制和编码，经过调
制的信息相当于压缩过的，是比较小的信息，第一次会先发这个信息。而经过编
码的信息是带冗余的信息，如果第一次发送失败的话第二次会将编码后的信息发
射出去，由于冗余信息有纠错的功能，所以增加了重发的可靠性。
4、同步HARQ和异步HARQ
同步HARQ：每个HARQ进程的时域位置被限制在预定义好的位置，这样可以
根据HARQ进程所在的子帧编号得到该HARQ进程的编号。同步HARQ不需要额外
的信令指示HARQ进程号。
异步HARQ：不限制HARQ进程的时域位置，一个HARQ进程可以在任何子帧。
异步HARQ可以灵活的分配HARQ资源，但需要额外的信令指示每个HARQ进程所
在的子帧。
可以根据业务的不同选择不同的方式。
AMC 自适应编码
AMC 自适应编码
LTE支持BPSK、QPSK、16QAM和64QAM 4种调制方式和卷积、turbo等编码
方式，自适应编码就是可以根据无线环境和数据本身的要求来自动选择调制和编
码方式。
早在3G的设计之初，设计人员就认定足够大的功率是保证高速传输根本，
所以3G和4G都摒弃了之前通过功率控制方式来改善无线信道的做法，而采用了
速率控制，也就是说既然功率无法改变，那么无线信道衰落了我怎么补偿呢？就
是通过不同的调制和解码方式来适应信道环境。改主动改变信道环境为去适应信
道环境。具体的流程如下图
图 AMC流程
UE会周期性的测量无线信道，并上报CQI（信道质量的信息反馈），PCI和
RANK（步骤1）,其中CQI就是UE对无线环境的一个判断，ENB会根据上报的CQI
选择相应的调制和编码方式，同时兼顾缓存中的数据量（步骤2和3），最后决
定调制方式，HARQ，资源块大小等发射给终端（步骤4和5）。下面就是不同的
CQI和相对应的调制、编码方式，以及效率。
图 CQI对应编码和调制方式
从上图看，虽然是自适应编码，但是实际上在R8版本的时候就规定了16
种不同的编码调制方式，根据UE上报的CQI来选择，其中0是无效的，也就是
当前的无线环境无法传输数据，15是最好的，可以采用最高阶的调制方式64QAM
和最快的编方式，效率也最高。所以大家在优化LTE的时候，可以通过统计CQI
上报的数值来分析本地网无线环境如何，如果上报的CQI里14、15档很少，那
么说明网络还需要进一步的优化。
MAC调度算法
MAC调度算法
在LTE中，资源的分配是以资源块RB给谁用来决定的，那么就牵扯到一个
谁先用谁后用，谁用的多和谁用的少的问题，这就需要ENB中的MAC调度算法来
决定。在这里讲几种常见的MAC调度算法。
1、最大C/I算法
由于UE在空间中的是随机的，那么所处的无线环境也不同，从上面AMC的机
制我们知道，无线环境好（C/I好）的UE会上报更大的CQI，从而获得更高的速
率。所以如果想获得最大的扇区吞吐量的话，最好的办法就是将RB都给C/I最
好的用户。
这个算法最大的好处就是能获得最大的扇区吞吐量和资源利用率，但是也有
个致命的缺点，就是不公平，那些处在覆盖中间和边缘的用户由于C/I不如在覆
盖中心的用户，可能一点被分配RB的机会都没有，所以就产生了第二种算法，
轮询算法。
2、轮询算法
轮询算法就像它的名字，每个用户轮着来，避免了最大C/I算法无法兼顾弱
势用户的那种情况，扇区下每个用户平均分配RB资源。但是牺牲了扇区的最大
吞吐量和资源利用率。
3、比例公平算法
从上面两种调度算法看，都有很突出的优点和缺点，但是都不完美，就将上
面两种算法采取了个折中的方法，比例公平算法。
比例公平算法的初衷是既要考虑到用户所处的C/I，保证一些优质用户的网速，
同时又要兼顾分配的公平，保证人人都有RB分配。为了便于说明写一个简单的
公式。
U代表这个用户的权重，T代表这个用户的吞吐量，是我自己添加的，代表
了用户的Qos等级。也就是说这个用户的权重和C/I成正比，和一定时期内的历
史吞吐量成反比。举个例子说，U1的C/I比U2好，所以在一开始，U1的权重高，
他先获得RB，随着时间的推移，U1的吞吐量逐渐增加，它的权重也在下降，当
低于U2的时候,U2获得RB，从而实现公平比例的调度。
在这里说明下，LTE里最小的资源粒子是RE,但是能够调度的最小单位是RB，因
为RE太小了，调度的粒度太小会使调度频繁和复杂。
4、持续调度、半持续调度和动态调度
以上3种调度都是动态调度的细分，调度根据时间分配上还分为持续调度和半持
续调度。其中持续调度是电路域的思想，将资源一直给一个用户，在LTE里是不
用的。而半持续调度在LTE里是使用的，就是将一段很长时间的RB都分给一个
用户，比较典型的业务就是VOIP，至少要保证通话这段时间我的RB分配。
图 调度算法
小区间干扰消除
小区间干扰消除
众所周知，LTE是一个正交的系统，但是这个正交只限于小区内，也就是小
区内所有的用户正交，由于正交他们都不存在互相干扰，可是不同小区的用户间
呢？是否也存在干扰？答案很悲催，是肯定的，因为小区间的用户互相不正交，
且是同频那么就会产生小区间的干扰。这个影响有多大呢，开过实验网的同行介
绍LTE网络在边缘的速度衰减很快，主要原因就是这个。
那么怎么解决这个问题呢？下面介绍LTE的解决方法。
1、加扰
加扰这个技术在2G时代就有了，主要的作用就是随机化，例如用手机的ESN
去异或信号，使其避免全0或者全1，增加解调的可靠性。在LTE中也是一样，
不同的小区用不同的加扰，如UEID和小区ID和时隙的起始位置。
一般情况下加扰实在编码之前，调制之后进行比特级别的加扰。而且不同的信道
加扰的扰码因素也不一样，例如PDSCH/PUCCH/PUSCH用的是小区id，ueid和起
始时隙位置，PMCH用的是MBSFNSID和起始时隙位置，PBCH/PDCCH/PCFICH/PHICH
用的是小区id和起始时隙位置来做扰码因素。
在这里要说一下PHICH,他的加扰位置和前面的不同，是在调制之后，扩频的时
候加扰。
通过加扰，小区间用户的冲突可能性就会降低，举个例子，1班和2班都有学号
为1号的学生，在自己的班里绝对不会冲突，但是如果2个班的学生混在一起交
作业，老师怎么区分那个是自己班的1号呢？如果用加扰的思想去解决，1班的
学生交作业必须在学号前加上班号，那么1班的1号就是1#1,2班的1号就是
2#1，这样互相干扰的情况就能降低了。当然这也是比较理想的情况，有很多情
况是加扰后也会冲突，毕竟数据那么多，碰撞的机会也多，所以加扰只能随机化
干扰不能从根本上避免干扰。
2、跳频
还有一种随机化解决干扰的方式就是跳频，这个也是2G时代就有的技术了，
通过跳频避免了同一频率上的干扰。目前LTE上下行都支持跳频。这个技术很成
熟了就不多说了，大多数信道都支持子帧内的跳频，PUSCH支持子帧间的跳频。
当然缺点也是只能随机化，不能从根本消除，这个很好理解，你们两个用户刚好
都跳到同一个频点上也没办法。
3、发射端波束赋形
它的思想就是通过波束赋形技术的运用，提高目标用户的信号强度，同时主
动降低干扰用户方向的辐射能量（假如能判断出干扰用户的位置），此消彼长来
解决小区间干扰。
图 发射端波束赋形
4、IRC抑制强干扰技术
当接收端也是多天线的话，就可以利用多天线来降低用户间干扰，其主要原
理估计目标基站和干扰基站的信号，通过对接收信号进行加权来抑制干扰。
图 IRC
需要说明的是，这个技术目前比较复杂，实际中应用很少采用。
5、小区间的干扰协调
基本思想就是以小区协调的方式对资源使用进行限制，包括限制时频资源的
可用性，或者限制功率资源可用性来是边缘用户得以区分。主要分为2种方式，
频率资源协调和功率资源协调。
频率资源协调：
将频率分为3份，保证边缘用户始终处于异频的状态，从而避免小区间干扰。如
下图
图 频率资源协调
小区中间用户全部使用频率，而小区边缘的用户则只使用三分之一的频率，
从而是覆盖边界形成异频。当然，这样做牺牲频率资源，也牺牲了平均吞吐量但
是保证了边缘的吞吐量。这里有个问题，小区如何知道哪些用户在边缘呢？是通
过ue上报的rsrp来判断距离，从而指派相应的频率。
功率资源协调：
和上面的原理一样，也是保证边缘异频，但是是通过功率来控制覆盖实现。看以
下图
图 功率资源协调
每个小区都会在某一个频率上加强功率，其余2个频率上降低功率，从而使
小区边缘的频率不同，实现异频来解决干扰。基本原理同频率协调，它的好处是
频率资源得到了全部的使用，缺点是功率资源没用完，浪费了。
小区间干扰协调的技术是一种可以从根本上解决小区间干扰的方法，但是其
对资源的浪费也是很明显的，尤其是小区负载较低的时候。所以推荐的使用范围
是负载达到30%~70%的时候使用。
上面说的都是静态的，小区间干扰协调还有动态的协调，通过ENB间的X2
接口来交换过载指示信息（OI），进行小区间上行功率的控制，抑制干扰。
需要说明的是静态的小区间干扰协调是不需要标准支持的，实现的话要厂家的支
持。
每天一课——这一课无关lte
昨天到机房去，移动链路出现问题了，然后我们公司联合移动去
处理，在处理的过程中我才发现，这么久了，我只了解了我们公司的设
备，殊不知，一个机房，不光有收发设备，还有传输设备，看到我们机
房里的传输设备，我才知道原来我对光端机像什么PDH准数字同步系列、
SDH数字同步系列，SDPH系列的光端机，进过昨天的了解，对于这个也
有了些了解。所以与大家分享分享。
1.光端机原理
光端机是一个延长数据传输的光纤通信设备，它主要是通过信号调
制、光电转化等技术，利用光传输特性来达到远程传输的目的。光端机
一般成对使用，分为光发射机和光接收机，光发射机完成电/光转换，
并把光信号发射出去用于光纤传输;光接收机主要是把从光纤接收的光
信号再还原为电信号，完成光/电转换。光端机作用就是用于远程传输
数据。
PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字系列）光
端机是小容量光端机，一般是成对应用，也叫点到点应用，容量一般为
4E1，8E1，16E1。
SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列）光端机容
量较大，一般是16E1到4032E1。
SPDH（Synchronous Plesiochronous Digital Hierarchy）光端机，
介于PDH和SDH之间。SPDH是带有SDH（同步数字系列）特点的PDH传
输体制（基于PDH的码速调整原理，同时又尽可能采用SDH中一部分组
网技术）。
每天一课——PDH、SDH
1.上节说到PDH准同步数字系列光端机和SDH同步数字系列光端机的原理，
这节详细介绍。
采用准同步数字系列（PDH光端机）的系统，是在数字通信网的每个节点
上都分别设置高精度的时钟，这些时钟的信号都具有统一的标准速率。尽管每个
时钟的精度都很高，但总还是有一些微小的差别。为了保证通信的质量，要求这
些时钟的差别不能超过规定的范围。因此，这种同步方式严格来说不是真正的同
步，所以叫做“准同步”。
在以往的电信网中，多使用PDH设备。这种系列对传统的点到点通信有较
好的适应性。而随着数字通信的迅速发展，点到点的直接传输越来越少，而大部
分数字传输都要经过转接，因而PDH系列便不能适合现代电信业务开发的需要，
以及现代化电信网管理的需要。SDH就是适应这种新的需要而出现的传输体系。
2.主要功能与特点
· 提供8路E1业务口 ，全数字时钟恢复和平滑锁相技术
· 提供RS232网管接口，支持统一网管；
· 提供RS485网管级联接口，多台设备可通过同一终端网管
· 双电源供电，互为热备份,可选AC220V,DC 48V等
· 提供完善的本端/对端告警监控，三色灯指示
· 支持本端/远端E1支路环回
· 提供一路公务电话
· 提供透明RS232数据通道，速率为300-19.2Kbit/s自适应
3 参数及技术指标
3.1 光接口
· 波长：1310nm（标准机型）
· 发光功率：≥－12dBm
· 接收灵敏度：≤－37dBm(BER≤10-11)
· 接口方式：FC
3.2 E1接口
· 设备有8路E1接口，符合G.703建议
· 速率：2048Kbps ±50ppm
· 码型：HDB3
· 阻抗：75Ω（非平衡）或120Ω（平衡）
· 抖动：符合G.742 G.823建议
· 输入口允许衰减： 0～6dB
· E1接头：DB37
3.3 以太网接口
·接口速率：10/100自适应
接口协议：IEEE802.3，IEEE802.3U，IEEE802.1d，IEEE802.1Q
物理接口：RJ45
3.4 RS232接口
·8E1 PDH光端机提供2路RS232接口，接口定义如下：
· 1路RS232供网管系统使用，速率为9600bit/s,DCE方式
· 1路RS232供用户使用,速率为300--19.2Kbit/s自适应，DCE方式
2 2路RS232共用一个DB9接头
3.5 RS485接口
· 用于级联网管，可同时监管32台设备
· 接口方式：2路RJ45接口分别用于上行级联和下行级联
· 速 率：9600bit/s
3.6 公务电话
· 四线手柄话机（RJ11接口）
· 不占用E1通道
3.7 电源
· 设备可采用双电源供电，互为热备份，
· AC 220V：220V交流输入
· DC 48V：48V直流输入
·整机功耗 <10W
3.8 工作环境
· 工作温度： 0～45℃
· 相对湿度： ≤95%（25℃时）
· 大气压力： 70～106Kpa
3.9 外形尺寸和重量
· 外形尺寸：438mm（宽）×150mm（深）×44mm（高）
SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM－N（Synchronous Transport
Mode，N=1，4， 16
流程
，64），最基本的模块为STM－1，四个STM－1同步复用构成STM－4，16个STM
－1或四个 STM－4同步复用构成STM－16，四个STM－16同步复用构成STM－64，
甚至四个STM－64同步复用构成STM－256；SDH采用块状的帧结构来承载信息，
每帧由纵向9行和横向 270×N列字节组成，每个字节含8bit，整个帧结构分成
段开销区（Section OverHead，SOH）区、STM－N净负荷区和管理单元指针（AU
PTR）区三个区域，其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配以保
证信息能够正常灵活地传送，它又分为再生段开销（Rege nerator Section
OverHead，RSOH）和复用段开销（Multiplex Section OverHead， MSOH）；净负
荷区用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销
字节；管理单元指针用来指示净负荷区内的信息首字节在STM－N帧内的准确位
置以便接收时能正确分离净负荷。SDH的帧传输时按由左到右、由上到下的顺序
排成串型码流依次传输，每帧传输时间为125μs，每秒传输1/125×1000000帧，
对STM－1而言每帧比特数为8bit×（9×270×1）=19440bit，则STM－1的传
输速率为19440×8000=155.520Mbit/s；而STM－4的传输速率为
4×155.520Mbit/s=622.080Mbit/s；STM－16的传输速率为16×155.520（或
4×622.080）=2488.320Mbit/s。
SDH传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三
个步骤：映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（C），再
加入通道开销 （POH）形成虚容器（VC）的过程，帧相位发生偏差称为帧偏移；
定位即是将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支
路单元指针（TU PTR）或管理单元指针（AU PTR）的功能来实现；复用的概念比
较简单，复用是一种使多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层，或把多个高阶
通道层信号适配进复用层的过程。复用也就是通过字节交错间插方式把TU组织
进高阶VC或把AU组织进STM-N的过程，由于经过TU和AU指针处理后的各VC
支路信号已相位同步，因此该复用过程是同步复用复用原理与数据的串并变换相
类似。
3GPP系统架构演进（SAE）
3GPP系统架构演进（SAE）
3GPP R8（Release 8）在提出LTE的同时，也提出了SAE（Service
Architecture Evolution 系统体系结构演进）的概念，SAE由演进分组核心网
（EPC Evolved Packet Core）和演进统一陆地无线接入网（E-UTRAN）两大部分
构成。SAE采用了全IP的构架，简化了网络结构，使之更加扁平，集成其他非
3GPP的接入技术，能支持更加灵活的业务。该体系结构将节点类型从以前的4
种（NodeB，RNC，SGSN 和GGSN）缩减到只有2种（eNodeB和GW）。所有接口均
支持基于IP的协议，所有的业务，包括语言基于IP（VoIP）的数据连接，节约
了运营商的成本。演进系统支持不同的IP版本，并支持没有IP连接的终端的
IP地址配置，在终端附着到网络的初始接入阶段就建立IP。
演进分组核心网（EPC）提供通向外部数据网络（例如互联网，公司局域网）
和运营商业务（例如彩信，多媒体广播与多播业务）的通道，支持多种不同接入
技术（例如，EDGE，WCDMA，LTE，WLAN，CDMA2000等）之间的移动切换。演进
统一陆地无线接入网（E-UTRAN）负责所有激活终端（例如传送数据的终端）与
无线相关的功能。终端直接接入无线网络的演进基站（eNodeB），然后通过EPC
获得相应的服务。EPC包括控制平面和用户平面，移动性管理实体（MMS）是工
作在控制平面的节点。用户平面由两个节点服务网关（S-GW）和分组数据网网关
（P-GW）组成，分组数据网网关（P-GW）是所有接入技术的通用锚点，为所有用
户提供一个稳定的IP接入点，无论他们是在一种接入技术之内移动，还是在多
种接入技术之间移动。服务网关（S-GW）是3GPP移动网络内的锚点，负责接入
eNodeB，为LTE接入用户的移动提供服务。移动性管理实体功能与网关功能分离，
即控制平面/用户平面分离，有助于网络部署、单个技术的演进以及全面灵活的
扩容。
SAE是一个同时支持GSM、WCDMA/HSPA和LTE技术的通用分组核心网，实现
用户在LTE系统和其他系统之间无缝移动，实现从3G到LTE的灵活迁移，也能
够集成采用基于客户端和网络的移动IP，WiMAX等的非3GPP接入技术。
LTE系统结构
整个LTE系统由演进型分组核心网（Evolved Packet Core，EPC）、演进型基站
（eNodeB）和用户设备（UE）三部分组成，如图1所示。其中，EPC负责核心网
部分，EPC控制处理部分称为MME，数据承载部分称为SAE Gateway (S-GW)；eNode
B负责接入网部分，也称E-UTRAN；UE指用户终端设备。
图1：LTE网络构架
eNode B与EPC通过S1接口连接；eNode B之间通过X2接口连接；eNode B与
UE之间通过Uu接口连接。与UMTS相比，由于NodeB和RNC融合为网元eNodeB，
所以LTE少了Iub接口。X2接口类似于Iur接口，S1接口类似于Iu接口，但都
有较大简化。
相应的，其核心网和接入网的功能划分也有所变化，如图2所示：
图2 核心网和接入网之间功能划分
MME的功能主要包括：寻呼消息发送；安全控制；Idle状态的移动性管理；
SAE承载管理；以及NAS信令的加密与完整性保护等。
S‐GW的功能主要包括：数据的路由和传输，以及用户面数据的加密。
LTE系统接口协议
空中接口协议栈
空中接口是指终端和接入网之间的接口，通常也称之为无线接口。无线接口协议
主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务。无线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。
2.1 控制平面协议
控制平面负责用户无线资源的管理，无线连接的建立，业务的QoS保证和最终的
资源释放，如图3所示：
控制平面协议栈主要包括非接入层（Non‐Access Stratum，NAS）、无线资源控
制子层（Radio Resource Control，RRC）、分组数据汇聚子层（Packet Date
Convergence Protocol，PDCP）、无线链路控制子层（Radio Link Control，RLC）
及媒体接入控制子层（Media Access Control，MAC）。
控制平面的主要功能由上层的RRC层和非接入子层（NAS）实现。
NAS控制协议实体位于终端UE和移动管理实体MME内，主要负责非接入层的管
理和控制。实现的功能包括：EPC承载管理，鉴权，产生LTE‐IDLE状态下的寻
呼消息，移动性管理，安全控制等。
RRC协议实体位于UE和eNode B网络实体内，主要负责接入层的管理和控制，
实现的功能包括：系统消息广播，寻呼建立、管理、释放，RRC连接管理，无线
承载（Radio Bearer，RB）管理，移动性功能，终端的测量和测量上报控制。
PDCP、MAC和RLC的功能和在用户平面协议实现的功能相同
2.2 用户平面协议
用户平面用于执行无线接入承载业务，主要负责用户发送和接收的所有信息的处
理，如图2‐4所示：
图4 用户平面协议栈
用户平面协议栈主要由MAC，RLC，PDCP三个子层构成。
PDCP主要任务是头压缩，用户面数据加密。
MAC子层实现与数据处理相关的功能，包括信道管理与映射、数据包的封装与解
封装，HARQ功能，数据调度，逻辑信道的优先级管理等。
RLC实现的功能包括数据包的封装和解封装，ARQ过程，数据的重排序和重复检
测，协议错误检测和恢复等。
3、S1接口协议栈
3.1 S1接口用户平面
S1用户面接口（S1‐U）是指连接在eNode B和S‐GW之间的接口。S1‐U
接口提供eNode B和S‐GW之间用户平面协议数据单元（Protocol Date Unite，
PDU）的非保障传输。S1接口用户平面协议栈如图2‐5所示。S1‐U的传输网络
层建立在IP层之上，UDP/IP 协议之上采用GPRS用户平面隧道协议（GPRS
Tunneling Protocol for User Plane，GTP‐U）来传输S‐GW和eNode B之间
的用户平面PDU。
图5 S1接口用户平面（eNB-S-GW）
3.2 S1接口控制平面
S1控制平面接口（S1‐MME）是指连接在eNode B和MME之间的接口。S1
控制平面接口如图6所示。与用户平面类似，传输网络层建立在IP传输基础上；
不同之处在于IP层之上采用SCTP层来实现信令消息的可靠传输。应用层协议栈
可参考S1‐AP(S1应用协议)。
图6 S1接口控制平面（eNB-MME）
在IP传输层， PDU的传输采用点对点方式。每个S1‐MME接口实例都关联一个
单独的SCTP，与一对流指示标记作用于S1‐MME公共处理流程中；只有很少的
流指示标记作用于S1‐MME专用处理流程中。
MME分配的针对S1‐MME 专用处理流程的MME通信上下文指示标记，以及
eNode B分配的针对S1‐MME专用处理流程的eNode B通信上下文指示标记，都
应当对特定UE的S1‐MME信令传输承载进行区分。通信上下文指示标记在各自
的S1‐AP消息中单独传送。
3.3 主要功能
S1接口主要具备以下功能：
（1）EPS承载服务管理功能，包括EPS承载的建立、修改和释放。
（2）S1接口UE上下文管理功能。
（3）EMM‐CONNECTED状态下针对UE的移动性管理功能。包括Intra‐LTE切换、
Inter‐3GPP‐RAT切换。
（4）S1接口寻呼功能。寻呼功能支持向UE注册的所有跟踪区域内的小区中发
送寻呼请求。基于服务MME中UE的移动性管理内容中所包含的移动信息，寻呼
请求将被发送到相关eNode B。
（5）NAS信令传输功能。提供UE与核心网之间非接入层的信令的透明传输。
（6）S1接口管理功能。如错误指示、S1接口建立等。
（7）网络共享功能。
（8）漫游与区域限制支持功能。
（9）NAS节点选择功能。
（10）初始上下文建立功能。
4、 X2接口协议栈
4.1 X2接口用户平面
X2接口用户平面提供eNode B之间的用户数据传输功能。X2的用户平面协
议栈如图2‐7所示，与S1‐UP协议栈类似，X2‐UP的传输网络层基于IP传输，
UDP/IP之上采用GTP‐U来传输eNode B之间的用户面PDU。
图7 X2接口用户面（eNB-eNB）
4.2 X2接口控制平面
X2控制面接口(X2‐CP)定义为连接eNB之间接口的控制面。X2接口控制面的协
议栈如图8所示，传输网络层是建立在SCTP上，SCTP是在IP上。应用层的信
令协议表示为X2‐AP(X2应用协议)。
图8 X2接口控制面
每X2‐C接口含一个单一的SCTP并具有双流标识的应用场景应用X2‐C的一般
流程。具有多对流标识仅应用于X2‐C的特定流程。源eNB为X2‐C的特定流程
分配源eNB通信的上下文标识，目标eNB为X2‐C的特定流程分配目标eNB通信
的上下文标识。这些上下文标识用来区别UE特定的X2‐C信令传输承载。通信
上下文标识通过各自的X2‐AP消息传输。
4.3 主要功能
X2‐AP协议主要支持以下功能：
（1）支持UE在EMM‐CONNECTED状态时的LTE接入系统内的移动性管理功能。
如在切换过程中由源eNB到目标eNB的上下文传输；源eNB与目标eNB之间用户
平面隧道的控制、切换取消等。
（2）上行负载管理功能。
（3）一般性的X2管理和错误处理功能，如错误指示等。
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