1、第第8章章第四代（第四代（4G）移动通信系统移动通信系统4G概述概述8.14G的网络架构的网络架构8.24G的关键技术的关键技术8.34G的业务应用的业务应用8.44G的无线网络规划与优化的无线网络规划与优化8.5 20132013年年1212月月4 4日，中华人民共和国工业和信息化部发布公告，日，中华人民共和国工业和信息化部发布公告，向中国移动、中国电信和中国联通颁发向中国移动、中国电信和中国联通颁发“LTE/“LTE/第四代数字蜂窝第四代数字蜂窝移动通信业务（移动通信业务（TD-LTETD-LTE）”经营许可，经营许可，4G4G牌照的发放，意味着牌照的发放，意味着4G4G网络、终端、业务都
2、进入正式商用阶段，标志着我国正式进网络、终端、业务都进入正式商用阶段，标志着我国正式进入入4G4G时代。时代。4G4G又称为宽带接入和分布网络，具有超过又称为宽带接入和分布网络，具有超过2Mbit/s2Mbit/s的数据传的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动光输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动光带系统和互操作的广播网络（基于地面和卫星系统）。与已有带系统和互操作的广播网络（基于地面和卫星系统）。与已有的数字移动通信系统相比，的数字移动通信系统相比，4G4G通信系统具有更高的数据速率和通信系统具有更高的数据速率和传输质量；更好的业务质量（传输质量；更好的
3、业务质量（QoSQoS），更高的频谱利用率，更高），更高的频谱利用率，更高的安全性、智能性和灵活性；可以容纳更多的用户，支持包括的安全性、智能性和灵活性；可以容纳更多的用户，支持包括非对称性业务在内的多种业务；能实现全球范围内多个移动网非对称性业务在内的多种业务；能实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的无缝漫游，包括网络无缝、中断无缝和内容络和无线网络间的无缝漫游，包括网络无缝、中断无缝和内容无缝。无缝。4G概述概述8.18.1 8.1 4G4G概述概述 4G4G是相对于是相对于3G3G的下一代通信网络。实际上，的下一代通信网络。实际上，4G4G在开始阶段也是由众多自主技术提供商和电信运营在
4、开始阶段也是由众多自主技术提供商和电信运营商合力推出的，技术和效果也参差不齐。国际电信商合力推出的，技术和效果也参差不齐。国际电信联盟（联盟（ITUITU）定义了）定义了4G4G的标准的标准符合符合100Mbps100Mbps传输传输数据的速度。达到这个标准的通信技术，理论上都数据的速度。达到这个标准的通信技术，理论上都可以称之为可以称之为4G4G。不过由于这个极限峰值的传输速度。不过由于这个极限峰值的传输速度要建立在大于要建立在大于20MHz20MHz带宽系统上，所以带宽系统上，所以ITUITU将将LTE-LTE-TDDTDD、LTE-FDDLTE-FDD、WiMAXWiMAX，以及，以及H
5、SPA+HSPA+四种技术都定义四种技术都定义为为4G4G的范畴。的范畴。8.1 8.1 4G4G概述概述 值得注意的是，它其实不符合国际电信联盟对值得注意的是，它其实不符合国际电信联盟对下一代无线通讯的标准（下一代无线通讯的标准（IMT-AdvancedIMT-Advanced）定义，）定义，只有升级版的只有升级版的LTE AdvancedLTE Advanced才满足国际电信联盟才满足国际电信联盟对对4G4G的要求。的要求。3GPP3GPP（3rd Generation 3rd Generation Partnership ProjectPartnership Project，第三代合作伙
6、伴计划）在，第三代合作伙伴计划）在多址方式方面选择了下行采用多址方式方面选择了下行采用OFDMAOFDMA，上行采用，上行采用SC-FDMASC-FDMA（单载波频分多址），舍弃了（单载波频分多址），舍弃了3G3G核心技术核心技术CDMACDMA。LTELTE系统在性能和数据速率上有所提高，在系统在性能和数据速率上有所提高，在系统容量和覆盖率上进行提升，不管在用户面或系统容量和覆盖率上进行提升，不管在用户面或是控制面上都减小了时延，支持更多的业务类型，是控制面上都减小了时延，支持更多的业务类型，在建设和运营方面都降低了成本。在建设和运营方面都降低了成本。8.1 8.1 4G4G概述概述 LTE
7、 LTE（Long Term EvolutionLong Term Evolution，长期演进）项，长期演进）项目是目是3G3G的演进，它改进并增强了的演进，它改进并增强了3G3G的空中接入技的空中接入技术，采用术，采用OFDMOFDM和和MIMOMIMO作为其无线网络演进的标准。作为其无线网络演进的标准。主要特点是在主要特点是在20MHz20MHz频谱宽带下能够提供下行频谱宽带下能够提供下行100Mbit/s100Mbit/s与上行与上行50Mbit/s50Mbit/s的峰值速率，相对于的峰值速率，相对于3G3G网络大大的提高了小区的容量，同时将网络延迟网络大大的提高了小区的容量，同时将网
8、络延迟大大降低：内部单向传输时延低于大大降低：内部单向传输时延低于5ms5ms，控制平面，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms50ms，从驻，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于留状态到激活状态的迁移时间小于100ms100ms。并且这。并且这一标准也是一标准也是3GPP3GPP长期演进项目。长期演进项目。8.1 8.1 4G4G概述概述 LTE LTE主要是以实现为用户提供更高的数据速率、更高的主要是以实现为用户提供更高的数据速率、更高的小区容量、更低的时延、降低成本为目的。于是，小区容量、更低的时延、降低成本为目的。于是，3GPP3GPP对对LTE
9、LTE网络的总体设计目标是具有高数据率、低时延和基于网络的总体设计目标是具有高数据率、低时延和基于全分组的移动通信系统，具体目标主要可以概述为：全分组的移动通信系统，具体目标主要可以概述为：灵活的频谱带宽配置灵活的频谱带宽配置更快的小区边缘传输速率更快的小区边缘传输速率在在20MHz20MHz频谱宽带下实现上行频谱宽带下实现上行50Mb/s50Mb/s和下行和下行100Mb/s100Mb/s的峰值速率的峰值速率更低的时延，用户面时延低于更低的时延，用户面时延低于5ms5ms，控制面时延低于，控制面时延低于100ms100ms增强对多媒体广播和多播业务的支持增强对多媒体广播和多播业务的支持采用基
10、于全分组的包交换，提高频谱利用率采用基于全分组的包交换，提高频谱利用率实现与其他通信系统的共存实现与其他通信系统的共存8.1 8.1 4G4G概述概述 LTE-Advanced LTE-Advanced，正式名称为，正式名称为Further Advancements Further Advancements for E-UTRAfor E-UTRA，是，是LTELTE系统的继续演进。系统的继续演进。LTE-AdvancedLTE-Advanced是一是一个向后兼容的技术，完全兼容个向后兼容的技术，完全兼容LTELTE，是演进而不是革命，是演进而不是革命，相当于相当于HSPAHSPA和和WCDM
11、AWCDMA这样的关系。这样的关系。LTE-AdvancedLTE-Advanced的相关特的相关特性有：宽带性有：宽带100MHz100MHz；峰值速率上行；峰值速率上行1Gbps1Gbps，上行，上行500Mbps500Mbps；峰值频谱效率下行峰值频谱效率下行30bps/Hz30bps/Hz，上行，上行15bps/Hz15bps/Hz；针对室内环；针对室内环境进行优化；有效支持新频段和大宽带应用；峰值速率大境进行优化；有效支持新频段和大宽带应用；峰值速率大幅提高，频谱效率有效改进。幅提高，频谱效率有效改进。8.1.1 4G8.1.1 4G的两种制式的两种制式严格的讲，严格的讲，LTELT
12、E作为作为3.9G3.9G移动互联网技术，那么移动互联网技术，那么LTE-LTE-AdvancedAdvanced作为作为4G4G标准更加确切一些。标准更加确切一些。LTE-AdvancedLTE-Advanced的入围，的入围，包含包含TDDTDD和和FDDFDD两种制式。两种制式。TD-LTETD-LTE（Time Division Long Term EvolutionTime Division Long Term Evolution）是）是LTELTE技术中的技术中的TDD(Time Division Duplexing)TDD(Time Division Duplexing)时分双工
13、模式。时分双工模式。该技术由上海贝尔、诺基亚西门子通信、大唐电信、华该技术由上海贝尔、诺基亚西门子通信、大唐电信、华为技术、中兴通讯、中国移动、高通、为技术、中兴通讯、中国移动、高通、ST-EricssonST-Ericsson等业等业者共同开发。者共同开发。TD-LTETD-LTE上行理论速率为上行理论速率为50Mb/s50Mb/s，下行理论，下行理论速率为速率为100Mb/s100Mb/s。在这里指出的是。在这里指出的是TD-LTETD-LTE只是一个品牌，只是一个品牌，它的实质是它的实质是LTE-TDDLTE-TDD。FDD-LTE(Frequency Division Duplexin
14、g Long Term FDD-LTE(Frequency Division Duplexing Long Term Evolution)Evolution)是是LTELTE技术中的技术中的FDD(Frequency Division FDD(Frequency Division DuplexingDuplexing）频分双工模式。）频分双工模式。FDD-LTEFDD-LTE上行理论速率为上行理论速率为40Mb/s40Mb/s，下行理论速率为，下行理论速率为150Mb/s150Mb/s。由于无线技术的差异、。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，使用频段的不同以及各个厂家
15、的利益等因素，FDD-LTEFDD-LTE的的标准化与产业发展都领先于标准化与产业发展都领先于TD-LTETD-LTE。FDD-LTEFDD-LTE已成为当前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一种4G4G标准。标准。20192019全球共有全球共有285285个运营商在超过个运营商在超过9393个国家个国家部署部署FDDFDD制式的制式的4G4G网络。到网络。到20192019年年1212月份为止，采用月份为止，采用TDDTDD制式的制式的4G4G网络大概网络大概2020个国家，其中完全采用个国家，其中完全采用TDDT
16、DD制式的制式的4G4G网络有网络有1313张，还有张，还有1212个混合网；采用个混合网；采用FDDFDD制式的大概有制式的大概有9292个国家，有个国家，有244244张网，整体情况是张网，整体情况是FDD-LTEFDD-LTE网络占网络占95%95%，TD-LTETD-LTE网络占网络占5%5%。将将TD-LTETD-LTE与与FDD-LTEFDD-LTE对比可以知：对比可以知：TD-LTETD-LTE省资源而省资源而FDD-LTEFDD-LTE的速度快。正因如此，的速度快。正因如此，TD-LTE TD-LTE 适合热点区域覆盖，适合热点区域覆盖，FDD-FDD-LTELTE适合广域覆盖
17、。适合广域覆盖。两种制式为何会不同呢？接下来将做具体介绍。两种制式为何会不同呢？接下来将做具体介绍。1.TDD1.TDD与与FDDFDD设计中的不同设计中的不同 由于由于TDDTDD以时间区分上下行，以时间区分上下行，FDDFDD以频率区分上下行。因此以频率区分上下行。因此二者的差异首先体现在帧结构上。二者的差异首先体现在帧结构上。FDDFDD的无线帧由的无线帧由1010个长度为个长度为1 1 msms的子帧组成，每个子帧包含两个长度为的子帧组成，每个子帧包含两个长度为0.5 ms0.5 ms的时隙。的时隙。TDDTDD无线帧分为普通子帧和特殊子帧，其中普通子帧包含两个无线帧分为普通子帧和特殊
18、子帧，其中普通子帧包含两个0.5 0.5 msms的时隙。特殊子帧包含的时隙。特殊子帧包含3 3个时隙，即下行导频时隙个时隙，即下行导频时隙（Downlink pilot timeslotDownlink pilot timeslot，DwFISDwFIS）、保护间隔（）、保护间隔（Guard Guard periodperiod，GPGP）和上行导频时隙（）和上行导频时隙（Uplink pilot time slotUplink pilot time slot，UpPTSUpPTS）。另外，）。另外，TDDTDD的子帧上下行比例可依据网络上下行业务的子帧上下行比例可依据网络上下行业务的实际需
19、求进行灵活配置。的实际需求进行灵活配置。TDDTDD与与FDDFDD在帧结构上的不同是导致在帧结构上的不同是导致两者其他差异存在的根源，使得两者其他差异存在的根源，使得TDDTDD和和FDDFDD在同步信号、参考信在同步信号、参考信号和信道设计方面需分别考虑，主要包括如下几点。号和信道设计方面需分别考虑，主要包括如下几点。8.1.1 4G8.1.1 4G的两种制式的两种制式 （1 1）同步信号设计同步信号设计 同步信号用于同步信号用于UEUE对小区进行搜索时获取时间、频对小区进行搜索时获取时间、频率同步和小区标识，分为率同步和小区标识，分为PSS(primary PSS(primary syn
20、chronization signalsynchronization signal，主同步信号，主同步信号)和和SSSSS S(secondary synchronization signal(secondary synchronization signal，辅同步信，辅同步信号号)。TDDTDD和和FDDFDD的主、辅同步信号在无线帧中的绝对的主、辅同步信号在无线帧中的绝对位置和相对位置都不同。这种差异使得终端在接入网位置和相对位置都不同。这种差异使得终端在接入网络的初始阶段就能识别出系统是络的初始阶段就能识别出系统是TDDTDD还是还是FDDFDD制式。制式。（2 2）参考信号设计参考信号
21、设计 上行链路中上行链路中SRS(sounding reference siSRS(sounding reference sig gnalnal，探测参，探测参考信号考信号)用于用于eNodeBeNodeB对上行信道质量进行估计，下行链路中对上行信道质量进行估计，下行链路中URS(UE-specific reference signalURS(UE-specific reference signal，UEUE特定参考信号特定参考信号)可可用于下行波束赋形。用于下行波束赋形。FDDFDD系统使用普通数据子帧传输系统使用普通数据子帧传输SRSSRS。而而TDDTDD系统中，系统中，SRSSRS还可
22、在还可在UpPTSUpPTS时隙发送，而且时隙发送，而且TDDTDD终端在终端在UpPTSUpPTS时隙发送时隙发送SRSSRS应为首选。另外，相比应为首选。另外，相比FDDFDD系统而言由系统而言由于于T TDDDD系统的上下行链路对称特性参考信号对系统的上下行链路对称特性参考信号对TDDTDD系统具系统具有更加重要的作用。有更加重要的作用。（3 3）信道设计信道设计 在进行控制信道和数据信道的设计时，也需要考虑在进行控制信道和数据信道的设计时，也需要考虑T TDDDD和和FDFDD D的不同特性。以的不同特性。以P PDCCH(physical downlinkDCCH(physical
23、downlink control control channelchannel，物理下行控制信道，物理下行控制信道)为例，为例，PDCCHPDCCH主要用于上下行主要用于上下行资源的分配调度信息和上行功率控制消息的传输，在每个资源的分配调度信息和上行功率控制消息的传输，在每个子帧的开始部分发送，当下行资源块数量大于子帧的开始部分发送，当下行资源块数量大于1010时，其长时，其长度可为度可为1 1、2 2或者或者3 3个个OFDMOFDM符号，当下行资源块数量小于符号，当下行资源块数量小于1010时时，用于用于PDCCHPDCCH的的OFDMOFDM符号数为符号数为2 2、3 3或或4 4个。但
24、对于个。但对于 TDDTDD而言，而言，如果如果PDCCHPDCCH信道位于信道位于DwPTSDwPTS时隙。时隙。则这两种情况下的则这两种情况下的PDCCHPDCCH的的长度分别只能为长度分别只能为l l、2 2个个OFDMOFDM符号和固定为符号和固定为2 2个个OFDMOFDM符号。符号。2.TDD和和FDD的关键过程差异的关键过程差异 由于由于LTELTE的的TDDTDD与与FDDFDD两种制式在设计上的差别，两种制式在设计上的差别，导致了其在某些关键过程的设计上也必须采用不同的导致了其在某些关键过程的设计上也必须采用不同的策略，下面对此进行详细分析。策略，下面对此进行详细分析。（1
25、1）HARQHARQ过程过程 混合式自动重传请求（混合式自动重传请求（Hybrid Automatic Hybrid Automatic Repeat-requestRepeat-request，HARQHARQ）是一种降低传输错误概率的）是一种降低传输错误概率的机制。机制。TDDTDD与与FDDFDD在在HARQHARQ的的ACKACKNACKNACK传输及其与原始传输及其与原始发送数据的定时关系、最大并发进程数、往返时间发送数据的定时关系、最大并发进程数、往返时间（Round Trip TimeRound Trip Time，RTTRTT）等方面存在差异。）等方面存在差异。HARQHARQ
26、过程的定时关系过程的定时关系 从图从图8.8.l l中可看出，中可看出，子帧子帧i i收到的收到的ACKACK/NACKNACK信息总信息总是对应于在子帧是对应于在子帧i i-4-4发送的数据。另外，对于下行异发送的数据。另外，对于下行异步步HARQHARQ，收到收到ACKACK/NACKNACK后数据的重传或新数据的发送后数据的重传或新数据的发送与与之前的数据发送没有确定的对应关系之前的数据发送没有确定的对应关系；而对于上行而对于上行同步同步HARQHARQ，重传数据或新数据总是在，重传数据或新数据总是在i i+4+4时刻发送。时刻发送。LTE TDD LTE TDD系统中，系统中，由于上下
27、行子帧资源不连续，由于上下行子帧资源不连续，且配置方式有多种且配置方式有多种，造成上下行的子帧数目不相等造成上下行的子帧数目不相等，无法建立一一对应的反馈关系。无法建立一一对应的反馈关系。图图8.8.2 2以以TDDTDD的上下行配置的上下行配置2 2为例，给出了为例，给出了LTE LTE TDDTDD上行上行HARQHARQ的定时关系。从图的定时关系。从图8.8.2 2中可以看出，中可以看出，其其RTTRTT为为10 ms10 ms。TDD LTETDD LTE系统中，当存在上行子帧多于下行子帧时需使用系统中，当存在上行子帧多于下行子帧时需使用一个下行子帧调度多个上行子帧，当下行子帧多于上行
28、子帧时一个下行子帧调度多个上行子帧，当下行子帧多于上行子帧时需使用一个上行子帧反馈多个下行子帧。对此需使用一个上行子帧反馈多个下行子帧。对此,协议中提供了协议中提供了以下两种解决方法。以下两种解决方法。ACKACK/NACKNACK绑定：对前面多个下行子帧数据的绑定：对前面多个下行子帧数据的ACKACK/NACKNACK进行进行“与与”运算，使用一个运算，使用一个ACKACK/NACKNACK完成前面多个下行子完成前面多个下行子帧帧PDSCHPDSCH数据的反馈。这是协议中默认的数据的反馈。这是协议中默认的LTE TDDLTE TDD系统系统ACKACK/NACKNACK反馈机制。反馈机制。A
29、CKACK/NACKNACK复用：在一个上行子帧的复用：在一个上行子帧的PUCCHPUCCH资源上使用资源上使用2 2 bitbit同时反馈多个传输数据的各自同时反馈多个传输数据的各自ACKACK/NACKNACK。上述两种解决方法中，上述两种解决方法中，ACKACK/NACKNACK绑定的缺点是出现绑定的缺点是出现NACKNACK时，时，接收端无法确定具体是哪个子帧传输错误，即使只有一个接收端无法确定具体是哪个子帧传输错误，即使只有一个子帧错误，也需要重传所有被绑定的子帧。但带来的好处是减子帧错误，也需要重传所有被绑定的子帧。但带来的好处是减小了控制开销。小了控制开销。HARQ ACK/NA
30、CKHARQ ACK/NACK的传输的传输 HARQHARQ的最大并发进程数的最大并发进程数 由于由于LTELTE中中HARQHARQ采用采用“停停等等”机制机制，即一个即一个HARQHARQ处理进处理进程中，程中，需等待一定时间收到需等待一定时间收到ACKACK/NACKNACK反馈后才能决定下一次进反馈后才能决定下一次进行新数据发送或是重传，因此行新数据发送或是重传，因此LIELIE采用并发多个进程的方式来提采用并发多个进程的方式来提高资源的利用率。高资源的利用率。DRXDRX状态下的状态下的HARQHARQ DRDRX X（discontinuous receptiondiscontin
31、uous reception，非连续接收非连续接收）的目的是的目的是为了减少为了减少UEUE的功率消耗。在的功率消耗。在DRXDRX状态下，状态下，UEUE会为每一个下行会为每一个下行HARQHARQ进程开启一个进程开启一个HARQ RHARQ RTTTT定时器定时器，这个定时器长度为这个定时器长度为UEUE期待收到期待收到重传数据需等待的最小子帧数。当重传数据需等待的最小子帧数。当HARQ RHARQ RTTTT定时器未过期时，定时器未过期时，UEUE不可进入睡眠状态，以避免遗漏接收重传数据。不可进入睡眠状态，以避免遗漏接收重传数据。（2 2）半持续调度过程）半持续调度过程LTELTE中存在
32、动态调度和中存在动态调度和SPSSPS（semisemi-persistent schedulingpersistent scheduling，半持续调度）半持续调度）两种分组调度方式。两种分组调度方式。SPSPS S方式下，无线资源的分方式下，无线资源的分配在一段较长的时间内半静态地分配给配在一段较长的时间内半静态地分配给UEUE，适合于如，适合于如VoIPVoIP等等数据分组小，数据分组小，时延要求高且数据传送具有一定周期性的业务。时延要求高且数据传送具有一定周期性的业务。LTE TDDLTE TDD的的SPSSPS比比FDDFDD复杂。首先，复杂。首先，SPSPS S周期必须是上下行周期
33、必须是上下行时隙配置周期的整数倍，以避免上下行冲突。另外时隙配置周期的整数倍，以避免上下行冲突。另外，HARQHARQ重重传与传与SPSSPS之间可能产生冲突，例如上行之间可能产生冲突，例如上行S SP PS S调度周期为调度周期为20 ms20 ms，HARQHARQ RTT RTT为为1010msms，当发生数据重传时，则第一个数据的重传，当发生数据重传时，则第一个数据的重传可能与第二个数据的首次传输发生冲突。针对此问题，协议可能与第二个数据的首次传输发生冲突。针对此问题，协议中专门为中专门为TDDTDD设计了双间隔设计了双间隔SPSPS S机制。双间隔机制。双间隔SPSSPS指在半持续调
34、指在半持续调度中使用两个不同的调度周期度中使用两个不同的调度周期T T1 1和和T T2 2。其中其中：T T1 1=SPS=SPS调度周期调度周期+子帧偏置（子帧偏置（offsetoffset）；T T2 2=SPS=SPS调度周期调度周期-子帧偏置子帧偏置（offsetoffset）；不过，双间隔不过，双间隔SPSSPS虽然可以减少冲突的可能性，但并虽然可以减少冲突的可能性，但并不能杜绝冲突的发生。当依然可能出现冲突时，则需要不能杜绝冲突的发生。当依然可能出现冲突时，则需要使用动态调度来真正避免冲突。在使用动态调度来真正避免冲突。在SPSPS S配置下配置下，UEUE仍会监仍会监听在听在P
35、DCCHPDCCH信道上的动态调度信息。如果数据重传和初始信道上的动态调度信息。如果数据重传和初始传输发生冲突，则可通过动态调度，首先传输重传数据，传输发生冲突，则可通过动态调度，首先传输重传数据，然后在接下来的空闲子帧中传输初始数据。然后在接下来的空闲子帧中传输初始数据。如图如图8.3所示，在数据所示，在数据l的重传与数据的重传与数据2的初始传输可能发的初始传输可能发生冲突时，先进行数据生冲突时，先进行数据1的重传，然后在一个偏置时间后，的重传，然后在一个偏置时间后，再开始数据再开始数据2的初始传输。的初始传输。(3)(3)随机接入过程随机接入过程 在与网络建立连接之前。在与网络建立连接之前
36、。UEUE需要通过需要通过PRACHPRACH（physicalrandom access channelphysicalrandom access channel，物理随机接入信道），物理随机接入信道）发起随机接入过程以获得网络的接入许可。发起随机接入过程以获得网络的接入许可。PRACHPRACH在频域上在频域上占用占用7272个子载波在时域上由循环前缀和接入前导序列两部个子载波在时域上由循环前缀和接入前导序列两部分组成，长度分别为分组成，长度分别为T TCPCP和和T TSEQSEQ。根据这两个长度的不同取值，。根据这两个长度的不同取值，可将可将PRACHPRACH分为分为5 5种不同的格
37、式，如表种不同的格式，如表8.18.1所示。所示。其中，前其中，前4 4种格式种格式TDDTDD和和FDDFDD相同，分别适用于相同，分别适用于不同的应用场景。如格式不同的应用场景。如格式0 0随机接入时隙在随机接入时隙在1 1个子帧个子帧中传送，支持中小覆盖范围的小区；格式中传送，支持中小覆盖范围的小区；格式1 1和和3 3由于由于CPCP较长，适于大的小区半径；格式较长，适于大的小区半径；格式2 2和和3 3采用重复的采用重复的前导序列，前导序列，可以增加可以增加PRACHPRACH的链路预算。格式的链路预算。格式4 4则为则为TDDTDD特有，特有，其前导序列和其前导序列和CPCP的持续
38、时间较短，专门的持续时间较短，专门用于在用于在UpPTSUpPTS中发起随机接入，中发起随机接入，叫做短叫做短RACHRACH，且只，且只适用于适用于UpPTSUpPTS长度为长度为2 2个个OFDMOFDM符号的情况。符号的情况。(4)(4)寻呼过程寻呼过程 LTE LTE中没有专门用于寻呼的物理信道，而是在中没有专门用于寻呼的物理信道，而是在PDSCHPDSCH中传送需要的寻呼消息。中传送需要的寻呼消息。LTE TDDLTE TDD和和FDDFDD的寻呼过程是相同的寻呼过程是相同的。但由于的。但由于TDDTDD中寻呼消息必须选择下行子帧才能发送。因中寻呼消息必须选择下行子帧才能发送。因此其
39、可用于寻呼的子帧不同于此其可用于寻呼的子帧不同于FDDFDD。对于。对于FDDFDD，子帧，子帧0 0、4 4、5 5和和9 9可用于寻呼；对可用于寻呼；对TDDTDD，子帧，子帧0 0、1 1、5 5和和6 6可用于寻呼。设可用于寻呼。设计更易于实现。计更易于实现。经上述分析经上述分析，TDD与与FDD之间因帧结构设计不同而使得其之间因帧结构设计不同而使得其在信号、信道设计等方面存在差异，并导致其在关键过程实现在信号、信道设计等方面存在差异，并导致其在关键过程实现上存在区别。从协议层面而言，这些差异主要集中在物理层上存在区别。从协议层面而言，这些差异主要集中在物理层，两者的两者的RLC（ra
40、dio link control，无线链路控制），无线链路控制）层、层、PDCP（packet data convergence protocol，分组数据汇聚协议），分组数据汇聚协议）层、层、NAS（non-access stratum。非接入）。非接入）层并无差异。层并无差异。从以上分析还可得出从以上分析还可得出，TDDTDD的上下行子帧配置多样，更的上下行子帧配置多样，更适合非对称业务，适合非对称业务，且且TDDTDD具有上下行信道互惠性等具有上下行信道互惠性等FDDFDD不具不具备的优势，备的优势，适用于更真实的场景，资源利用率更高。但是，适用于更真实的场景，资源利用率更高。但是，多种
41、不同的上下行时隙配置也造成了多种不同的上下行时隙配置也造成了HARQHARQ、SPSSPS等过程复杂，等过程复杂，实现更困难，同时造成了业务时延增加，使得实现更困难，同时造成了业务时延增加，使得TDDTDD在传输时在传输时延敏感业务时不具备优势。另外，延敏感业务时不具备优势。另外，从上述比较还可看出从上述比较还可看出，相比于相比于UMTSUMTS时代的时代的TDDTDD和和FDDFDD两种制式，两种制式，LTELTE时代的时代的TDDTDD与与FDDFDD在协议实现上已逐渐融合在协议实现上已逐渐融合。8.1.8.1.2 2 4G 4G的优势的优势 通信速度快、质量高。从移动通信系统数据传输速通
42、信速度快、质量高。从移动通信系统数据传输速率作比较，第一代模拟式通信系统仅提供语音服务；第二率作比较，第一代模拟式通信系统仅提供语音服务；第二代数字式移动通信系统传输速率也只有代数字式移动通信系统传输速率也只有9.6kbps9.6kbps，最高达到，最高达到32kbps32kbps；第三代移动通信系统理论数据传输速率可达到；第三代移动通信系统理论数据传输速率可达到2Mbps2Mbps，实际最高数据传输速率最高只有，实际最高数据传输速率最高只有386kbps386kbps；第四代；第四代移动通信系统则可达到最高移动通信系统则可达到最高100Mbps100Mbps的数据传输速率。的数据传输速率。网
43、络频谱宽、频率使用效率高。网络频谱宽、频率使用效率高。4G4G通信系统在通信系统在3G3G通通信系统的基础上进行大幅度的改造和研究，使信系统的基础上进行大幅度的改造和研究，使4G4G网络在通网络在通信宽带上比信宽带上比3G3G网络的蜂窝系统的宽带高出许多。网络的蜂窝系统的宽带高出许多。4G4G信道占信道占有有100MHz100MHz的频谱，相当于的频谱，相当于W-CDMA 3GW-CDMA 3G网络的网络的2020倍。倍。提供各种增值服务。提供各种增值服务。4G4G通信并不是从通信并不是从3G3G通信的基础上通信的基础上经过简单的升级而演变过来的，它们的核心技术根本就是不经过简单的升级而演变过
44、来的，它们的核心技术根本就是不同的，同的，3G3G移动通信系统主要是以移动通信系统主要是以CDMACDMA为核心技术，而为核心技术，而4G4G移动移动通信系统技术则以正交频分复用（通信系统技术则以正交频分复用（OFDMOFDM）最受瞩目，利用这）最受瞩目，利用这种技术人们可以实现例如无线区域环路（种技术人们可以实现例如无线区域环路（WLLWLL）、数字音讯广）、数字音讯广播（播（DABDAB）等方面的无线通信增值服务。）等方面的无线通信增值服务。通信费用更加便宜。由于通信费用更加便宜。由于4G4G通信不仅解决了与通信不仅解决了与3G3G通信通信的兼容性问题，让更多的现有通信用户能轻易地升级到的
45、兼容性问题，让更多的现有通信用户能轻易地升级到4G4G通通信，而且信，而且4G4G通信引入了许多尖端的通信技术，这些技术保证通信引入了许多尖端的通信技术，这些技术保证了了4G4G通信能提供一种灵活性非常高的系统操作方式，因此相通信能提供一种灵活性非常高的系统操作方式，因此相对其他技术来说，对其他技术来说，4G4G通信部署起来就容易迅速的多；同时在通信部署起来就容易迅速的多；同时在建设建设4G4G通信网络系统时，通信运营商们直接在通信网络系统时，通信运营商们直接在3G3G通信网络的通信网络的基础设施之上，采用逐步引入的方法，这样就能够有效地降基础设施之上，采用逐步引入的方法，这样就能够有效地降低
46、费用。低费用。4G的网络架构的网络架构8.2 与之前的移动通信系统架构组成类似，与之前的移动通信系统架构组成类似，4G4G的的网络架构可分成三部分：用户部分、无线接入网网络架构可分成三部分：用户部分、无线接入网和核心网部分。和核心网部分。3GPP3GPP对于对于4G4G采用的网络系统定义采用的网络系统定义为演进分组系统（为演进分组系统（Evolved Packet SystemEvolved Packet System，EPSEPS），目标是在简单的公共平台上综合所有业务，），目标是在简单的公共平台上综合所有业务，主要分为两部分：一是演进后的分组核心网主要分为两部分：一是演进后的分组核心网（E
47、volved Packet CoreEvolved Packet Core，EPCEPC），采用全），采用全IPIP结构，结构，旨在帮助运营商通过采用无线接入技术来提供先旨在帮助运营商通过采用无线接入技术来提供先进的移动宽带服务；二是演进的进的移动宽带服务；二是演进的UMTS UMTS 陆地无线接陆地无线接入网络（入网络（Evolved Universal Terrestrial Radio Evolved Universal Terrestrial Radio Access NetworkAccess Network，E-UTRANE-UTRAN）。）。8.2 8.2 4G 4G的网络架构的
48、网络架构4G4G网络架构的特点可以归纳为以下几点：网络架构的特点可以归纳为以下几点：核心网全核心网全IPIP化，并且取消了电路域（化，并且取消了电路域（CSCS），），灵活支持更多基于灵活支持更多基于IMSIMS的多媒体业务。的多媒体业务。网络结构扁平化，无线接入网取消网络结构扁平化，无线接入网取消RNCRNC，降，降低时延，提升用户使用体验。低时延，提升用户使用体验。实现控制与承载的分离，在核心网侧，控制实现控制与承载的分离，在核心网侧，控制面完全由面完全由MMEMME负责，用户面的相关内容则由负责，用户面的相关内容则由SGW/PGWSGW/PGW完成。完成。图8.4 4G网络架构图 用户设
49、备（用户设备（User EquipmentUser Equipment，UEUE）是）是4G4G网络网络的接入终端设备，它跟的接入终端设备，它跟3G3G网络的组成类似，由移网络的组成类似，由移动设备（动设备（MEME）和通用集成电路卡（）和通用集成电路卡（Universal Universal Integrated Circuit CardIntegrated Circuit Card，UICCUICC）构成。移动设）构成。移动设备（备（MEME）不仅仅指用户使用的移动手机，更泛指）不仅仅指用户使用的移动手机，更泛指利用利用LTELTE上网的所有机械设备。上网的所有机械设备。UICCUICC卡
50、是一种可移卡是一种可移动的智能卡，在动的智能卡，在4G4G网络中通用集成电路卡（网络中通用集成电路卡（UICCUICC）是一个应用的概念，它包括多种逻辑应用模块，是一个应用的概念，它包括多种逻辑应用模块，例如例如SIMSIM、USIMUSIM和其他应用模块。和其他应用模块。SIMSIM卡，众所周卡，众所周知，它是知，它是2G2G时代用来存储信息的，包括身份识别时代用来存储信息的，包括身份识别信息以及用户信息等。信息以及用户信息等。USIMUSIM卡则会提供不同于卡则会提供不同于SIMSIM卡的一组参数，用于卡的一组参数，用于WCDMAWCDMA和和4G4G网络中，这也是为网络中，这也是为什么什
