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LTE原理技术

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LTE技术原理,终端,核心网,无线侧,信道码资源

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2012/12/11 Security Level: Internal Open LTE 基本原理  C&Wi售前网络规划部 www.huawei.com www.huawei.com HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential 了解LTE产生的背景及网络架构 掌握LTE物理层和层2的基本原理 了解LTE空口关键技术 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 2 Charter 1 LTE背景介绍 Charter 2 LTE网络架构及协议栈介绍 Charter 3 LTE物理层结构介绍 Charter 4 LTE层2结构介绍 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 3 Charter 1 LTE背景介绍 1.1 LTE的概念和设计目标 1.2 LTE的标准化进程 1.3 SAE简介 1.4 SON简介 1.5 3GPP简介 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 4 LTE背景介绍  什么是LTE?  长期演进LTE (Long Term Evolution)是 3GPP主导的无线通信技术的演进。  接入网将演进为E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network)。连同 核心网的系统架构将演进为SAE (System Architecture Evolution)。  LTE的设计目标  带宽灵活配置:支持1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10Mhz, 15Mhz, 20MHz  峰值速率(20MHz带宽):下行100Mbps,上行50Mbps  控制面延时小于100ms,用户面延时小于5ms  能为速度>350km/h的用户提供100kbps的接入服务  支持增强型MBMS(E-MBMS)  取消CS域,CS域业务在PS域实现,如VOIP 3GPP的目标是打造新一代无线通信系统, 超越现有无线接入能力,全面支撑高性能数 据业务的,“确保在未来10年内领先”。  系统结构简单化,低成本建网 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 5 LTE背景介绍  LTE的标准化进程  2004年12月3GPP正式成立了LTE的研究项目。  原定2006年6月完成的研究项目SI(Study Item)推迟到2006年9月。完成可行性研究,并输出技术报告。  2006年9月正式开始工作项目WI(Work Item)/标准制定阶段,原定为2007年9月完成第一个标准版本,现已延期。  目前LTE处于Stage3 (Protocol)研究阶段,正在各个子组会议上热烈的讨论。  预计2008年年底会推出首个商用协议版本。LTE主要涉及36.xxx系列协议。  目前协议仍在不断完善中。 LTE SI stage LTE SI LTE WI stage Delayed LTE WI LTE Rel8 (Approval) LTE Rel8 (Spec finished) LTE enhancement and improvement 2005 2006 2006 2006 Dec Mar Jun Sep 2006 Dec 2007 Mar 2007 2007 2007 Jun Sep Dec 2008 2008 Mar Jun 2008 2008 2009 Sep Dec Mar HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 6 LTE背景介绍  SAE简介  系统架构演进SAE(System Architecture Evolution),是为了实现LTE提出的目标而从整个系统架 构上考虑的演进,主要包括:  功能平扁化,去掉RNC的物理实体,把部分功能放在了E-NodeB,以减少时延和增强调度能力 (如,单站内部干扰协调,负荷均衡等,调度性能可以得到很大提高)  把部分功能放在了核心网,加强移动交换管理,采用全IP技术,实行用户面和控制面分离。同时 也考虑了对其它无线接入技术的兼容性。 GERAN UTRAN SGSN HSS S1-MME S3 MME “LTE-Uu” UE EUTRAN S11 S10 S1-U S6a S4 Serving SAE Gateway PCRF S7 Rx+ S5 PDN SGi SAE Operator’s IP Services (e.g. IMS, PSS etc.) Gateway HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 7 LTE背景介绍  SON简介  自组织网络SON(Self Organization Network)是由下一代移动网NGMN(Next Generation Mobile Network) 运营商发起的要求LTE实现的功能。  运营商站在自己利益和感受的角度出发,鉴于早期通信系统在O&M兼容性和经济性比较差,而对LTE提出新的 要求,主要集中于FCAPSI的管理(Fault, Configuration, Alarm, Performance, Security, Inventory):  自规划(Self-planning)  自配置(Self-deployment)  自优化(Self-optimization)  自维护(Self-maintenance)  SON的优势  运营商可以减少规划、优化、维护的成 本,降低OPEX。  设备商可以促进性能特性、工具等的销 售,降低交付后网络优化的成本;低附 加值和低技术含量的工作收益将减少。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 8 LTE背景介绍  3GPP简介  3GPP (3rd Generation Partnership Project )成立于1998年12月,是一个无线通信技术的标准组织,由一系 列的标准联盟作为成员(Organizational Partners)。目前有ARIB(日本), CCSA(中国), ETSI(欧洲), ATIS (美洲), TTA(韩国), and TTC(日本) 等。  3GPP分为标准工作组TSG和管理运维组两个部分。TSG主要负责各标准的制作修订工作,管理运维组主要负责整 理市场需求,并对TSG和整个项目的运作提供支持。  TSG(Technical Specification Groups )  TSG GERAN: GERAN无线侧相关(2G);  TSG RAN: 无线侧相关(3G and LTE);  TSG SA (Service and System Aspects):负 责整体的网络架构和业务能力;  TSG CT (Core Network and Terminals):负 责定义终端接口以及整个网络的核心网相 关部分。 http://www.3gpp.org HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 9 Charter 1 LTE背景介绍 Charter 2 LTE网络架构及协议栈介绍 Charter 3 LTE物理层结构介绍 Charter 4 LTE层2结构介绍 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 10 Charter 2 LTE网络架构及协议栈介绍 2.1 LTE的网络架构 2.2 LTE的网元功能 2.3 LTE的协议栈介绍 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 11 LTE的网络架构  LTE的主要网元  LTE的接入网E-UTRAN由e-NodeB组成,提供用户面和控制面。  LTE的核心网EPC由MME,S-GW和P-GW组成。  LTE的网络接口  e-NodeB间通过X2接口相互连接,支持数据和信令的直接传输。 与传统3G网络比较,LTE的网络 结更加简单扁平,降低组网成本, 增加组网灵活性,并能大大减少 用户数据和控制信令的时延。  S1接口连接e-NodeB与核心网EPC。其中,S1-MME是e-NodeB连接MME的控制面接口,S1-U是e-NodeB S1 连接S-GW 的用户面接口。 MME / S-GW MME / S-GW S1 eNB Inter Cell RRM RB Control Connection Mobility Cont. Radio Admission Control eNB Measurement Configuration & Provision Dynamic Resource Allocation (Scheduler) RRC MME NAS Security Idle State Mobility Handling EPS Bearer Control RRC: Radio Resource Control PDCP: Packet Data Convergence Protocol RLC: Radio Link Control MAC: Medium Access Control PHY: Physical layer EPC: Evolved Packet Core MME: Mobility Management Entity S-GW: Serving Gateway P-GW: PDN Gateway S1 S1 eNB X2 X2 eNB X2 eNB E-UTRAN PDCP RLC MAC PHY S-GW P-GW Mobility Anchoring UE IP address allocation S1 Packet Filtering internet E-UTRAN EPC HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 12 LTE的网元功能  e-NodeB的主要功能包括:  无线资源管理功能,即实现无线承载控制、无 线许可控制和连接移动性控制,在上下行链路 上完成UE上的动态资源分配(调度);  用户数据流的IP报头压缩和加密;  UE附着状态时MME的选择;  实现S-GW用户面数据的路由选择;  执行由MME发起的寻呼信息和广播信息的调度 和传输;  完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告。  MME的主要功能包括:  NAS (Non-Access Stratum)非接入层信令的加 密和完整性保护;  AS (Access Stratum)接入层安全性控制、空闲 状态移动性控制;  EPS (Evolved Packet System)承载控制;  支持寻呼,切换,漫游,鉴权。  S-GW的主要功能包括:  分组数据路由及转发;移动性及切换支持;合 法监听;计费。  P-GW的主要功能包括:  分组数据过滤;UE的IP地址分配;上下行计费 及限速。 eNB Inter Cell RRM RB Control Connection Mobility Cont. Radio Admission Control eNB Measurement Configuration & Provision Dynamic Resource Allocation (Scheduler) RRC PDCP RLC MAC PHY E-UTRAN MME NAS Security Idle State Mobility Handling EPS Bearer Control S-GW P-GW Mobility Anchoring UE IP address allocation S1 Packet Filtering internet EPC HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 13 LTE的协议栈介绍  LTE协议栈的两个面:  用户面协议栈:负责用户数目传输  控制面协议栈:负责系统信令传输  用户面的主要功能:  头压缩  加密  调度  ARQ/HARQ 用户面协议栈 UE eNB PDCP PDCP RLC RLC MAC MAC PHY PHY  控制面的主要功能:  RLC和MAC层功能与用户面中的功能一致  PDCP层完成加密和完整性保护  RRC层完成广播,寻呼,RRC连接管理,资 源控制,移动性管理,UE测量报告控制  NAS层完成核心网承载管理,鉴权及安全控制 UE NAS RRC PDCP RLC MAC PHY 控制面协议栈 eNB RRC PDCP RLC MAC PHY MME NAS HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 14 Charter 1 LTE背景介绍 Charter 2 LTE网络架构及协议栈介绍 Charter 3 LTE物理层结构介绍 Charter 4 LTE层2结构介绍 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 15 Charter 3 LTE物理层结构介绍 3.1 LTE支持频段 3.2 无线帧结构 3.3 物理信道 3.4 物理信号 3.5 物理层过程 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 16 LTE支持频段  根据2008年底冻结的LTE R8协议:  支持两种双工模式:FDD和TDD  支持多种频段,从700MHz到2.6GHz  支持多种带宽配置,协议规定以下带宽配置: 1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz  协议还在更新中,部分频段的支持情况可能会有所变动 TDD模式支持频段 FDD模式支持频段 E-UTRA Band Uplink (UL) FUL_low – FUL_high Downlink (DL) FDL_low – FDL_high 1 1920 MHz – 1980 MHz 2110 MHz – 2170 MHz 2 1850 MHz – 1910 MHz 1930 MHz – 1990 MHz 3 1710 MHz – 1785 MHz 1805 MHz – 1880 MHz E-UTRA Band 33 Uplink (UL) FUL_low – FUL_high Downlink (DL) FDL_low – FDL_high Duplex Mode 1900 MHz – 1920 MHz 1900 MHz – 1920 MHz TDD 4 1710 MHz – 1755 MHz 2110 MHz – 2155 MHz 5 824 MHz – 849 MHz 869 MHz – 894MHz 6 830 MHz – 840 MHz 875 MHz – 885 MHz 7 2500 MHz – 2570 MHz 2620 MHz – 2690 MHz 2010 MHz – 2025 MHz 2010 MHz – 2025 MHz TDD 34 1850 MHz – 1910 MHz 1850 MHz – 1910 MHz TDD 35 1930 MHz – 1990 MHz 1930 MHz – 1990 MHz TDD 36 1910 MHz – 1930 MHz 1910 MHz – 1930 MHz TDD 37 2570 MHz – 2620 MHz 2570 MHz – 2620 MHz TDD 38 8 880 MHz – 915 MHz 925 MHz – 960 MHz 9 1749.9 MHz – – 1784.9 MHz 1844.9 MHz 1879.9 MHz 10 1710 MHz – 1770 MHz 2110 MHz – 2170 MHz 1427.9 – 1452.9 MHz 1475.9 MHz – 1500.9 MHz 11 MHz 12 698 MHz – 716 MHz 728 MHz – 746 MHz 13 777 MHz – 787 MHz 746 MHz – 756 MHz 14 788 MHz – 798 MHz 758 MHz – 768 MHz 1880 MHz – 1920 MHz 1880 MHz – 1920 MHz TDD 39 2300 MHz – 2400 MHz 2300 MHz – 2400 MHz TDD 40 … … … 17 704 MHz – 716 MHz 734 MHz – 746 MHz ... … … HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 17 Duplex Mode FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD … FDD … 无线帧结构(1)  LTE共支持两种无线帧结构:  类型1,适用于频分双工FDD  类型2,适用于时分双工TDD  FDD类型无线帧结构:  LTE 采用OFDM技术,子载波间隔为f=15kHz,2048阶IFFT,则帧结构的时间单位为 Ts=1/(2048* 15000)秒  FDD类型无线帧长10ms,如下图所示。每帧含有20个时隙,每时隙为0.5ms。普通CP配 置下,一个时隙包含7个连续的OFDM符号(Symbol) One radio frame, Tf = 307200Ts = 10 ms One slot, Tslot = 15360Ts = 0.5 ms #0 #1 #2 #3 #18 #19 One subframe FDD类型无线帧结构  资源块的概念:  LTE具有时域和频域的资源,资源分配的最小单位是资源块RB(Resource Block),RB由 RE(Resource Element)组成,如右图示  RE是二维结构,由时域符号(Symbol)和频域子载波(Subcarrier)组成  1个时隙和12个连续子载波组成一个RB HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 18 无线帧结构(2)  TDD类型无线帧结构:  同样采用OFDM技术,子载波间隔和时间单位 Uplink- 均与FDD相同。 downlink configuratio  帧结构与FDD类似,每个10ms帧由10个1ms的 n 子帧组成;子帧包含2个0.5ms时隙。 0 1  10ms帧中各个子帧的上下行分配策略可以设置。 2 如右边表格所示。 3 4 One radio frame, Tf = 307200Ts = 10 ms 5 One half-frame, 153600Ts = 5 ms 6 One slot, Tslot=15360Ts 30720Ts DL/UL子帧分配 Downlink-toUplink Switch-point periodicity 5 ms 5 ms 5 ms 10 ms 10 ms 10 ms 5 ms Subframe number 0 123456789 D SUUUDSUUU D SUUDDSUUD D SUDDDSUDD D SUUUDDDDD D SUUDDDDDD D SUDDDDDDD D SUUUDSUUD D: Downlink subframe U: Uplink subframe S: Special subframe Subframe #0 One subframe, 30720Ts DwPTS GP Subframe #2 UpPTS Subframe #3 Subframe #4 Subframe #5 TDD类型无线帧结构 DwPTS GP Subframe #7 Subframe #8 Subframe #9 UpPTS DwPTS: Downlink Pilot Time Slot GP: Guard Period UpPTS: Uplink Pilot Time Slot HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 19 无线帧结构(3) 上下行CP长度配置  CP长度配置:  为克服OFDM系统所特有的符号间干扰ISI, LTE引入了循环前缀CP(Cyclic Prefix)。  CP的长度与覆盖半径有关,一般情况下下 配置普通CP(Normal CP)即可满足要求; 广覆盖等小区半径较大的场景下可配置扩展 CP(Extended CP)。  CP长度配置越大,系统开销越大。 Configuration DL OFDM CP Length Normal CP 160 for slot #0 f=15kHz 144 for slot #1~#6 Extende d CP f=15kHz f=7.5kHz 512 for slot #0~#5 1024 for slot #0~#2 UL SC-FDMA CP Length 160 for slot #0 144 for slot #1~#6 512 for slot #0~#5 Subcarrier of each RB 12 Symbol of each slot 7 6 NULL 24 (DL only) 3 (DL only) 上下行普通CP配置下时隙结构 (△f=15kHz) 上下行扩展CP配置下时隙结构 (△f=15kHz) 下行扩展CP配置下时隙结构 (△f=7.5kHz) HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 20 LTE资源块基本概念  RE (Resource Element)  物理层资源的最小粒度  时域:1个OFDM符号,频域:1个子载波  RB(Resource Block)  物理层数据传输的资源分配频域最小单位  时域:1个slot,频域:12个连续子载波(Subcarrier)  TTI  物理层数据传输调度的时域基本单位  1 TTI = 1 subframe = 2 slots  1 TTI = 14个OFDM符号 (Normal CP)  1 TTI = 12个OFDM符号 (Extended CP)  CCE  Control Channel Element  控制信道的资源单位  1 CCE = 36 REs  1 CCE = 9 REGs (1 REG = 4 REs) 载波带宽 [MHz] RE数目 (每个OFDM符号) RB数目 (每个slot) 1.4 3 5 10 72 180 300 600 6 15 25 50 15 20 900 1200 75 100 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 21 1567249156304729864013602485300246TTsTss TDD-LTE 特殊子帧介绍  TD-LTE特殊子帧继承了TD-SCDMA的特殊子帧设计思路,由DwPTS,GP和UpPTS组成。  TD-LTE的特殊子帧可以有多种配置,用以改变 DwPTS,GP和UpPTS的长度。但无论如何改变, DwPTS + GP + UpPTS永远等于1ms 特殊子 帧配置 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Normal CP DwPTS GP UpPTS 3 10 1 9 4 1 10 3 1 11 2 1 12 1 1 3 9 2 9 3 2 10 2 2 11 1 2 Extended CP DwPTS GP UpPTS 3 8 1 8 3 1 9 2 1 10 1 1 3 7 2 8 2 2 9 1 2 - - - - - - TD-LTE的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制约关系 可以相对独立的进行配置 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential DwPTS 主同步信号PSS在DwPTS上进行传输 DwPTS上最多能传两个PDCCH OFDM符号(正常时隙能传最多3个) 只要DwPTS的符号数大于等于9,就能传输数据(参照上页特殊子帧配置) TD-SCDMA的DwPTS承载下行同步信道DwPCH,采用规定功率覆盖整个小区,UE从DwPTS上获得与  小区的同步 TD-SCDMA的DwPTS无法传输数据,所以TD-LTE在这方面是有提高的。如果小区覆盖距离和远距离同 频干扰不构成限制因素(在这种情况下应该采用较大的GP配置),推荐将DwPTS配置为能够传输数据 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential UpPTS  UpPTS可以发送短RACH(做随机接入用)和SRS(Sounding参考信号,详细介绍见后)  根据系统配置,是否发送短RACH或者SRS都可以用独立的开关控制  因为资源有限(最多仅占两个OFDM符号),UpPTS不能传输上行信令或数据  TD-SCDMA的UpPTS承载Uppch,用来进行随机接入 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential TD-LTE帧结构和TD-SCDMA帧结构对比 TD-LTE和TD-SCDMA帧结构主要区别:  时隙长度不同。TD-LTE的子帧(相当于 TD-S的时隙概念)长度和FDD LTE保持 一致,有利于产品实现以及借助FDD的 产业链;  TD-LTE的特殊时隙有多种配置方式, DwPTS,GP,UpPTS可以改变长度,以适 应覆盖、容量、干扰等不同场景的需要;  在某些配置下,TD-LTE的DwPTS可以传 输数据,能够进一步增大小区容量;  TD-LTE的调度周期为1ms,即每1ms都 可以指示终端接收或发送数据,保证更 短的时延。而TD-SCDMA的调度周期 为5ms; HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存(1) TD-S = 3:3 TD-LTE = 2:2 + 10:2:2 采用10:2:2,特殊时隙可以用来传输业务 1.025ms 特殊时隙 特殊时隙 TD-LTE : 子帧= 1ms = 30720Ts 10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts 3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. = 2.15ms 0.675ms TD-SCDMA 1ms TD-LTE 共存要求:上下行没有交叠(图中Tb > Ta)。则TD-LTE的 DwPTS必须小于0.85ms(26112Ts)。可以采用10:2:2的配置 TD-SCDMA: 时隙 = 675us DwPTS = 75us GP = 75us UpPTS = 125us Huawei Confidential TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存(2) TD-S = 4:2 TD-LTE = 3:1 + 3:9:2 根据计算,此时TD-LTE下行扇区吞吐量为28Mbps左右(为避免干扰,特殊时隙只能采用3:9:2,无法用来传输业务。经 计算,为和TD-SCDMA时隙对齐引起的容量损失约为20% ) 计算方法:TS36.213规定,特殊时隙DwPTS如果用于传输数据,那么吞吐量按照正常下行时隙的0.75倍传输。如果采用 10:2:2配置,则下行容量为3个正常时隙吞吐量+0.75倍正常时隙吞吐量。如果丢失此0.75倍传输机会,则损失的吞吐量 为0.75/3.75 = 20% = 1.475ms 0.7ms 0.675ms 1ms TD-SCDMA TD-LTE 共存要求:上下行没有交叠(图中Tb > Ta) 。 则TD-LTE的DwPTS必须小于0.525ms(16128Ts),只 能采用3:9:2的配置 TD-LTE: 子帧= 1ms = 30720Ts 10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts 3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts TD-SCDMA :时隙 = 675us DwPTS = 75us GP = 75us UpPTS = 125us HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential 物理信道—概述 下 行 物 理 信 道 上 行 物 理 信 道 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 28 信道映射关系 BCH MCH PCH DL-SCH Downlink Transport channels MAC Layer Physical Layer PBCH PMCH PDSCH PDCCH 下行传输信道和物理信道的映射关系 Downlink Physical channels UL-SCH RACH Uplink Transport channels MAC Layer Physical Layer PUSCH PRACH PUCCH Uplink Physical channels 上行传输信道和物理信道的映射关系 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential 各个物理信道的使用  小区搜索涉及的物理信道  SCH -> PBCH -> PCFICH -> PDCCH -> PDSCH (获取DBCH)  随机接入涉及的物理信道  PRACH -> PCFICH -> PDCCH -> PDSCH -> PUSCH  下行数据传输涉及的物理信道  PCFICH -> PDCCH -> PDSCH -> PUCCH  上行数据传输涉及的物理信道  PCFICH -> PDCCH -> PUSCH -> PHICH HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 30 物理信道—下行  下行信道处理过程  加扰:物理层传输的码字都需要经过加扰;  调制:对加扰后的码字进行调制,生成复数值的调制符号;  层影射:将复数调制符号影射到一个或多个发射层中;  预编码:对每个发射层中的复数调制符号进行预编码,并影射到相应的天线端口;  RE影射:将每个天线端口的复数调制符号影射到相应的RE上;  OFDM信号生成:每个天线端口信号生成OFDM信号。 code words layers Scrambling Scrambling Modulation mapper Modulation mapper Layer mapper Precoding Resource element mapper Resource element mapper antenna ports OFDM signal generation OFDM signal generation  下行信道的调制方式  如右表所示 物理信道 调制方式 物理信道 调制方式 PBCH QPSK PCFICH QPSK PDCCH QPSK PHICH BPSK PDSCH HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. QPSK, 16QAM, 64QAM PMCH Huawei Confidential QPSK, 16QAM, 64QAM Page 31 下行参考信号  下行参考信号RS (Reference Signal):  类似CDMA/UMTS的导频信号,用于下行物理信道解调及信道质量测量  协议指定有三种参考信号  小区特定参考信号(Cell-Specific Reference Signal)为必选 – CQI测量总基于CRS  另外两种参考信号(MBSFN Specific RS & UE-Specific RS)为可选  LTE下行参考信号特点:  RS本质上是终端已知的伪随机序列  对于每个天线端口,RS的频域间隔为6个子载波  被参考信号占用的RE,在其它天线端口相同RE上必须留空  天线端口增加时,系统的导频总开销也增加,可用的数据RE减少  LTE的参考信号是离散分布的,而CDMA/UMTS的导频信号是连续的  RS分布越密集,则信道估计越精确,但开销越大,影响系统容量 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 32 下行公共参考信号示意图 One antenna port Two antenna ports 单 天 线 R0 端 口 R0 l0 双 天 线 R0 端 口 R0 l0 R0 R0 R0 R0 l6 l0 R0 R0 l6 R0 R0 R0 R0 l6 l0 R0 R0 l6 小区特定参考信号在 时频域的位置示意图 R1 R1 l0 R1 R1 R1 R1 l6 l0 R1 R1 l6 天线配置 单个符号每 RB每天线 导频数目 单个符号每RB 所有天线的导频 总数 单个符号全带宽 所有天线导频总 数 1 2 2 2* RB总数 2 RE Resource element (k,l) 4 该天线口不传输RS Not used for transmission on this antenna port  R该efer天ence线sym口bols的on tRhisSan符tenn号a port  2 4 4*RB总数 2 4 4*RB总数 当系统为4天线时,第3、第4根天线的导频是在不 同于1、2两根天线的OFDM符号上传输 UE可识别的天线数目和基站配置的物理天线数目 是两个概念 四 R0 R0 天 线 R0 R0 端 R0 R0 口 R0 R0 l0 l6 l0 l6 even-numbered slots odd-numbered slots 天线端口0 Antenna port 0 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 l0 l6 l0 l6 even-numbered slots odd-numbered slots 天线端口1 Antenna port 1 R2 R2 R2 R2 l0 l6 l0 l6 even-numbered slots odd-numbered slots 天线端口2 Antenna port 2 R3 R3 R3 R3 l0 l6 l0 l6 even-numbered slots odd-numbered slots 天线端口3 Antenna port 3 R1:第一个天线口传输的RS R2:第二个天线口传输的RS R3:第三个天线口传输的RS R4:第四个天线口传输的RS MBSFN: Multicast/Broadcast over a Single Frequency Network HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 33 Page 33 Four antenna ports 小区间的CRS频域移位  LTE系统中,PCI决定RS信号在频域的位置  理论与实践证明:相邻小区的导频位置错开在网络负载较轻时可获得更好性能 vshift  N cell ID mod 6 基站2发:不同PCI对应的参考信号模板: HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 34 UE-specific 参考信号 UE-specific RS用于下行Beamforming RS mapping to REs (normal CP) RS mapping to REs (extended CP) R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 l0 l6 l0 l6 even-numbered slots odd-numbered slots Antenna port 5 l 0 R5 l  5l  0 R5 l 5 even-numbered slots odd-numbered slots Antenna port 5 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 35 物理信号 — SCH  同步信号(Synchronization Signal):  同步信号用于小区搜索过程中UE和E-UTRAN的时频同步。  同步信号包含两个部分:  主同步信号(Primary Synchronization Signal):用于符号timing对准,频率同步,以及部分的小区ID侦测  次同步信号(Secondary Synchronization Signal):用于帧timing对准,CP长度侦测,以及小区组ID侦测  同步信号特点:  无论系统带宽是多少,同步信号只位于系统带宽的中部,占用72个子载波。  同步信号只在每个10ms帧的第1个和第11个时隙中传送。  主同步信号位于传送时隙的最后一个符号,次同步信号位于传送时隙的倒数第二个符号。 时域结构 PSS位于DwPTS的第三个符号 SSS位于5ms第一个子帧的最后一个符号 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. 频域结构 20-MHz bandwidth SCH 10-MHz bandwidth 5-MHz bandwidth 2.5-MHz bandwidth 1.25-MHz bandwidth SCH (P/S-SCH)占用的72子载波位于系统带宽中心位置 Huawei Confidential Page 36 PBCH配置 PBCH(广播信道)  频域:对于不同的带宽,都占用中间的1.08MHz (72个子 BCCH SIBs 载波)进行传输;  时域:映射在每个5ms 无线帧的subframe0里的第二个slot MIB 的前4个OFDM符号上;  周期:PBCH周期为40ms,每10ms重复发送一次,终端可 BCH DL-SCH 以通过4次中的任一次接收解调出BCH; PBCH PDSCH 广播消息:MIB&SIB SIB在DL-SCH上传输,映射到物理信道PDSCH , 逻辑信道 传输信道 物理信道 MIB在PBCH上传输, 包含了接入LTE系统所 需要的最基本的信息: • 下行系统带宽 • PHICH资源指示 • 系统帧号(SFN) • CRC • 使用mask的方式 • 天线数目的信息等 携带如下信息: •一个或者多个PLMN标识 •Track area code SIB 1 •小区ID •UE公共的无线资源配置信息 SIB 2 •同、异频或不同技术网络的小区重选信息 SIB 3~8 • SIB1固定位置在#5子帧上传输,携带了DL/UL时隙配比,以及 其他SIB的位置与索引等信息。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential PCFICH & PHICH配置 PCFICH(物理层控制格式指示信道) 指示PDCCH的长度信息(1、2或3),在子帧的第一个OFDM符号上发送,占用4个REG,均匀分布 在整个系统带宽。 采用QPSK调制,携带一个子帧中用于传输PDCCH的OFDM符号数,传输格式。 小区级shift,随机化干扰 PHICH(物理HARQ指示信道) • PHICH的传输以PHICH组的形式,PHICH组的个数由 PBCH指示。 • Ng={1/6,1/2,1,2}  PHICH组数=Ng*(100/8)(整数,取上限)={3,7, 13,25}PHICH min=3 PHICH max=25 • 采用BPSK调制,传输上行信道反馈信息。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential PDCCH  PDCCH控制信令的主要类型  “上行数据传输”的调度与授权信息  “下行数据传输”的调度信息  “寻呼消息传输”的调度信息  “随机接入响应上行传输”的调度信息  上行功控信令 接收各类PDCCH控制信令使用的RNTI •P-RNTI (寻呼) •SI-RNTI (系统消息) •RA-RNTI (随机接入响应) •C-RNTI (UE上下行数据传输) •…  PDCCH主要特点  PDCCH信道可能占用每个子帧的前1,2或者3个OFDM符号  具体符号数由PCFICH指示  不同UE的控制信令是独立发送的,可以针对不同UE的信道情况进行自适应传输  自适应包括:CCE聚合级别自适应和发射功率自适应  PDCCH通过盲检测来进行解调 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 39 PDCCH格式和内容 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential PDSCH资源分配方式  资源分配方式包括  集中式 (Localized):有利于频率选择性调度  分布式 (Distributed):有利于抵抗窄带深衰落,获得频率分集增益  PDSCH的资源分配类型定义  Resource allocation type 0  以RBG为单位进行资源分配,以bitmap的方式指示  Resource allocation type 1  先分成RBG subset,subset内以bitmap的方式指示使用的RBG  不能跨subset分配资源  Resource allocation type 2  使用Virtual RB映射到Physical RB的方式  Virtual RB分为Localized VRB和Distributed VRB  用RB的起始位置以及占用的RB数目来指示分配的具体RB资源 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 41 下行资源分配类型-Type 0 与Type 1 Type 0关键词:RBG Type 1关键词:RBG Subset HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 42 下行资源分配类型-Type2 DVRB vs. LVRB 2 LVRB pair 2 DVRB pair 0 0 PRB 0 0 PRB 0 1 PRB 0 1 PRB 1 1 PRB 1 0 PRB 1 1 PRB 1 0 PRB subframe subframe DVRB会采用slot间跳频的技术以获得更好的频率分集增益 Type 0与Type 1以RBG为资源分配的基本单位,而Type 2以RB为单位。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 43 物理信道—上行  上行信道处理过程  加扰  调制:对加扰后的码字进行调制,生成复数值的调制符号;  转换预编码:生成复数值的符号;  RE影射:将复数符号影射到相应的RE上;  SC-FDMA信号生成:每个天线端口信号生成SC-FDMA信号。 Scrambling Modulation mapper Transform precoder Resource element mapper SC-FDMA signal gen.  上行信道的调制方式  如右表所示 物理信道 PUCCH PUSCH PRACH 调制方式 BPSK, QPSK QPSK, 16QAM, 64QAM Zadoff-Chu序列 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 44 物理信号—上行  上行参考信号RS(Reference Signal): Freq  上行的导频信号,用于E-UTRAN与UE的同步和上行信道估计。  上行参考信号有两种:  解调参考信号DM RS (Demodulation Reference Signal), PUSCH和PUCCH传输时的导频信号  Sounding参考信号SRS (Sounding Reference Signal), 无PUSCH和PUCCH传输时的导频信号 Freq 某用户分配到的上行带宽 Time 伴随PUSCH传输的DM RS位置图 DM RS占用每个时隙的第4个符号  上行参考信号特点:  由于上行采用SC-FDMA,每个UE只占用系统带宽的一部分, DM RS只在相应的PUSCH和PUCCH分配带宽中传输。  DM RS在时隙中的位置根据伴随的PUSCH和PUCCH的不同 Time 格式而有所差异。 Freq  Sounding RS的带宽比单个UE分配到的带宽要大,目的是为 e-NodeB作全带宽的上行信道估计提供参考。  Sounding RS在每个子帧的最后一个符号发送,周期/带宽可 以配置。Sounding RS可以通过系统调度由多个UE发送。 Time PUCCH在系统带宽的两 端,并在两个时隙间跳频 伴随PUCCH传输的DM RS位置图 (PUCCH传输UL ACK信令) DM RS占用每个时隙的3个符号 伴随PUCCH传输的DM RS位置图 (PUCCH传输CQI信令) DM RS占用每个时隙的2个符号 系统带宽 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 45 PRACH配置 长度配置 初期引入建议:考虑初期应用场景为城区, Format 0和4即可满足覆盖要求,故初期仅要 求格式0和4 格式 时间长度 覆盖范围 0 1ms 15km 1 2ms 77km 2 2ms 80km 3 3ms 100km 4 0.157ms 1.4km PRACH(物理随机接入信道) 频域:1.08MHz带宽(72个子载波),与PUCCH相邻 时域:位于UpPTS(format 4)及普通上行子帧中 (format 0~3)。每10ms无线帧接入0.5~6次,每个子 帧采用频分方式可传输多个随机接入资源。 接入类型建议 LTE中有两种接入类型(竞争和非竞争),两种类型共 享接入资源(前导码,共64个),需要提前设置; 初期建议:竞争/非竞争两种接入类型均要求,配置保 证在切换场景下使用非竞争接入; 大小区半径方案:Preamble重复和更长的CP HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. 应用场景 IDLE态初始接入 无线链路失败后初始接入 连接态上行失步后发送上行数据 小区切换 连接态上行失步后接收下行数据 Huawei Confidential 接入类型 竞争 竞争 竞争 竞争/非竞争 竞争/非竞争 PUCCH配置 PUCCH(上行物理控制信道) UE发送带宽 传输上行用户的控制信息,包括CQI, ACK/NAK反馈,调度请求 等。一个控制信道由1个RB pair组成,位于上行子帧的两边边带 假设系统为20MHz带宽(100RB),且1ms上行帧配置4对PUCCH。 NRB = 99 NRB = 98 PUCCH(0) PUCCH(3) PUCCH(1) PUCCH(2) 上在子帧的两个slot上下边带跳频,获得频率分集增益PUCCH重 复编码,获得接收分集增益,增加解调成功率 通过码分复用,可将多个用户的控制信息在同一个PDCCH资源 上发送。 PUSCH PUSCH 上行容量与吞吐量是PUCCH个数与PUSCH个数的折中 PUCCH格式 1 1a 1b 2 2a 2b 承载信息 内容 SRI 1bit ACK 2bit ACK CQI CQI+1比特ACK CQI+2比特ACK UE是否有调度请求 传输HARQ信息 PMI+RI+CQI 混合传输CQI及HARQ 信息 承载用户数 NRB = 1 NRB = 0 18 12 PUCCH(2) PUCCH(1) PUCCH(3) PUCCH(0) 0.5 ms 时隙 0.5 ms 时隙 控制信道示意图 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential 物理层过程—小区搜索  小区搜索(Cell Search)基本原理:  初始化小区搜索(Initial Cell Search):  小区搜索是UE实现与E-UTRAN下行时频同步并获取服务 小区ID的过程。  小区搜索分两个步骤:  第一步:UE解调主同步信号实现符号同步,并获取 小区组内ID;  第二步:UE解调次同步信号实现帧同步,并获取CP 长度和小区组ID。  UE上电后开始进行初始化小区搜索,搜寻网络。一般而言, UE第一次开机时并不知道网络的带宽和频点。  UE会重复基本的小区搜索过程,历遍整个频谱的各个频点 尝试解调同步信号。这个过程耗时,但一般对此的时间要求 并不严格。可以通过一些方法缩短以后的UE初始化时间, 如UE储存以前的可用网络信息,开机后优先搜索这些网络。  一旦UE搜寻到可用网络并与网络实现时频同步,获得服务 小区ID,即完成小区搜索后,UE将解调下行广播信道PBCH, 获取系统带宽、发射天线数等系统信息。  关于Cell ID:  LTE协议规定物理层Cell ID分为两个部分:小区组ID(Cell Group ID)和组内ID(ID within Cell Group)。目前最新 协议规定物理层小区组有168个,每个小区组由3个ID组成, 因此共有168*3=504个独立的Cell ID  完成上述过程后,UE解调下行控制信道PDCCH,获取网络 指配给这个UE的寻呼周期。然后在固定的寻呼周期中从 IDLE态醒来解调PDCCH,监听寻呼。如果有属于该UE的寻 呼,则解调指定的下行共享信道PDSCH资源,接收寻呼。 N cell ID  3NI(D1)  N I(D2 )  其中 N (1) ID 代表小区组ID,取值范围0~167; N (2) ID 代表组内ID,取值范围0~2 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 48 物理层过程—随机接入  随机接入(Random Access)基本原理:  随机接入是UE与E-UTRAN实现上行时频同步的过程。  随机接入前,物理层应该从高层接收到下面的信息:  随机接入信道PRACH参数:PRACH配置,频域 位置,前导(preamble)格式等;  小区使用preamble根序列及其循环位移参数,以 解调随机接入preamble。  物理层的随机接入过程包含两个步骤:  UE发送随机接入preamble;  E-UTRAN对随机接入的响应。  随机接入的具体过程:  高层请求发送随机接入preamble,继而触发物理层随机 接入过程;  高层在请求中指示preamble index, preamble目标接收 功率,相关的RA-RNTI,以及随机接入信道的资源情况 等信息;  UE决定随机接入信道的发射功率为preamble的目标接收 功率+路径损耗。发射功率不超过UE最大发射功率,路 径损耗为UE通过下行链路估计的值;  通过preamble index选择preamble序列;  UE以计算出的发射功率,用所选的preamble序列,在指 定的随机接入信道资源中发射单个preamble ;  在高层设置的时间窗内,UE尝试侦测以其RA-RNTI标识 的下行控制信道PDCCH。如果侦测到,则相应的下行共 享信道PDSCH则传往高层,高层从共享信道中解析出20 位的响应信息。 RA-RNTI: Random Access Radio Network Temporary Identifier HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 49 物理层过程—功率控制  功率控制(Power Control)基本原理:  下行功控决定了每个RE(Resource Element)上的 能量EPRE(Energy per Resource Element);  上行功控决定了每个DFT-S-OFDM(上行SC-FDMA 的复用调制方式)符号上的能量。  下行功控:  下行RS一般以恒定功率发射,下行共享信道PDSCH的发 射功率是与RS发射功率成一定比例的。  下行功控根据UE上报的CQI与目标CQI的对比,调整下 行发射功率。  上行功控: UE上报CQI  上行功控的方式有开环功控和闭环功控两种。 下行发射功率  可以通过X2接口交换各小区的过载指示OI(Overload Indicator) 实现小区间的集中式功控,使得功控有可能提升整个系统的性能。  上行功控可以分别控制PUSCH,PUCCH,PRACH和Sounding RS。各种信道/信号的功控大同小异,以PUSCH功控为例: PPUSCH(i)  min {PMAX ,10log10 (M PUSCH(i))  PO_PUSCH(j)  α(j)  PL  ΔTF(i)  f(i)}  PUSCH功控为慢速功控,补偿路径损耗和阴影衰落,以及控制小 区间干扰。功控的原理如上式。影响PUSCH的发射功率PPUSCH的 因素有UE最大发射功率PMAX,UE分配的资源MPUSCH,初始发射 功率PO_PUSCH,估计路径损耗PL,调制编码因子△TF,系统调整 因子f(开环功控时f不起作用) X2 上行发射功率 系统调整参数 EPRE: Energy per Resource Element DFT-SOFDM: Discrete Fourier Transform Spread OFDM HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 50 Charter 1 LTE背景介绍 Charter 2 LTE网络架构及协议栈介绍 Charter 3 LTE物理层结构介绍 Charter 4 LTE层2结构介绍 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 51 Charter 4 LTE层2结构介绍 4.1 LTE层2概述 4.2 MAC层介绍 4.3 RLC层介绍 4.4 PDCP层介绍 4.5 层1层2数据流小结 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 52 LTE层2概述  LTE层2分为以下几个子层:  MAC层(Medium Access Control)  RLC层(Radio Link Control)  PDCP层(Packet Data Convergence Protocol) 下行层2结构 PDCP ROHC Security ROHC Security Radio Bearers ROHC Security ROHC Security  层2的主要功能  头压缩,加密  分段/串接,ARQ  调度,优先级处理,复用/解复用,HARQ PDCP 上行层2结构 ROHC Security ROHC Security Radio Bearers RLC MAC Segm. ARQ etc ... Segm. ARQ etc Segm. ARQ etc ... Segm. ARQ etc Logical Channels Scheduling / Priority Handling BCCH PCCH Multiplexing UE1 HARQ Multiplexing UEn Transport Channels HARQ HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential RLC MAC Segm. ARQ etc ... Segm. ARQ etc Scheduling / Priority Handling Logical Channels Multiplexing HARQ Transport Channels Page 53 MAC层介绍  MAC层的主要功能  MAC层的逻辑信道  逻辑信道(Logical Channel)与传输信道(Transport Channel)间的映射  将RLC层的协议数据单元PDU(Protocol Data Unit) 复用到传输块TB(Transport Block)中,然后通过传 输信道传送到物理层。相反的过程即是解复用的过程  业务量测量报告 Radio Bearers  通过HARQ纠错ROHC ROHC  对单P个DCPUE的逻Se辑cur信ity 道优先Sec级urity处理  多个UE间的优先级处理(动态调度) 传输格式选择  RLC Segm. ARQ etc ... Segm. ARQ etc  填充 Logical Channels Scheduling / Priority Handling  控制信道(Control Channel):传输控制面信息  业务信道(Traffic Channel):传输用户面信息 控制信道 业务信道 CCCH DCCH DTCH Uplink Logical channels MAC层上行 信道映射 RACH UL-SCH Uplink Transport channels PCCH BCCH CCCH DCCH DTCH MCCH MTCH Downlink Logical channels MAC Multiplexing HARQ MAC层结构 Transport Channels PCH BCH DL-SCH MAC层下行 信道映射 Downlink Transport channels MCH HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 54 RLC层介绍  RLC层的主要功能  RLC PDU结构  上层协议数据单元PDU的传输支持确认模式AM 和非确认模式UM  数据传输支持透传模式TM  通过ARQ纠错(无需CRC校验,由物理层提供 CRC校验)  对传输块TB进行分段(Segmentation)处理: 仅当RLC SDU不完全符合TB大小时,将SDU分 段到可变大小的RLC PDU中,而不用进行填充  RLC header承载的PDU序列号与SDU序列号无关  根据调度机制,RLC PDU的大小动态可变。RLC 根据PDU的大小对SDU进行分段和串接,一个 PDU的数据可能来自一个或多个SDU RLC SDU ... 分段 n 串接 n+1 n+2 n+3 ...  对重传的PDU进行重分段(Re-segmentation ) 处理:仅当需要重传的PDU不完全符合用于重 传的新TB大小时,对RLC PDU进行重分段处理  多个SDU的串接(Concatenation)  顺序传递上层PDU (除切换外) PDCP  协议流程错误侦测和恢复 ROHC Security ROHC Security  副本侦测  SDU丢弃 RLC Segm. ARQ etc ... Segm. ARQ etc  复位 Radio BeaRreLrCs header RLC层结构 Logical Channels RLC PDU RLC PDU结构 RLC header AM: Acknowledge Mode UM: Un-acknowledge Mode TM: Transparent Mode TB: Transport Block SDU: Service Data Unit PDU: Protocol Data Unit HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. MAC Scheduling / Priority Handling Huawei Confidential Multiplexing Page 55 PDCP层介绍  PDCP层的主要功能为:  PDCP PDU结构:  用户面的功能:  PDCP PDU和PDCP header均为8位格式  头压缩/解压缩:ROHC  PDCP header长度为1或2字节  用户数据传输:接收来自上层NAS层的PDCP SDU, 然后传递到RLC层。反之亦然  RLC确认模式AM下,在切换时将上层PDU顺序传递  RLC确认模式AM下,在切换时下层SDU的副本侦测  RLC确认模式AM下,在切换时将PDCP SDU重传 PDCP header PDCP SDU PDCP PDU  加密  基于计时器的上行SDU丢弃 PDCP PDU结构  控制面的功能: Radio Bearers  加密及完整性保护  控制数据传输:接收来自上层RRC层的PDCP SDU, 然后传递到RLC层。反之亦然 PDCP ROHC Security ROHC Security PDCP层结构 RLC Segm. ARQ etc ... Segm. ARQ etc ROHC: Robust Header Compression Logical Channels HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential MAC Scheduling / Priority Handling Page 56 Multiplexing 层1层2数据流小结  层1和层2的数据传递  来自上层的数据包加头封装后传递到下层。反之,来自下层的数据包被拆封去头后传递到上层。  调度器在RLC,MAC和物理层均起作用。多个用户的数据包在MAC层实现复用。  物理层实现CRC校验。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 57 Thank You www.huawei.com

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