浅谈4G ─ 4G LTE网速到底有差不多快?LTE学习笔记(一)——背景知识。

 


每每说4G网速能及100MHz,实际感受远远没有如此快。今天和大家齐算算帐,算算4G LTE网速到底有差不多快。

原稿链接:http://drunkevil.com/2015/05/22/learning-lte-part-1/
作者:drunkevil

 基本概念1:资源粒子


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一如既往、标准化组织

无线通信技术的朝三暮四离不起来有法组织。

1单资源粒子就是用1单子载波传送1只OFDM符号。 

1、ITU(International Telecommunication Union)

国际电信联盟,主要任务是制订规范,分配无线频谱资源,组织各个国家里面的国际长途互连方案,成立被1865年5月17日,是社会风气上最好漫长的国际组织。

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1只子载波的带富是15kHz。

2、3GPP(3rd Generation Partnership Project)

老三代合作伙伴计划,成立被1998年12月,目标是在ITU的IMT-2000计划范围外制定与实现全球性的老三替代移动电话系统标准。它从为GSM到WCDMA的演化,虽然GSM到WCDMA空间接口差别甚非常,但是那个核心网采用了GPRS的框架,因此仍然保持一定的可持续性。3GPP中坚每一样年出台一个版(Release),目前行的版本是Release
13。欧洲ETSI、美国ATIS、日本TTC和ARIB、韩国TTA以及本国CCSA是3GPP的6个团伙伴。

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1单OFDM符号可以容纳2/4/6只数据位。

3、3GPP2(3rd Generation Partnership Project 2)

其三替代合作伙伴计划2,与3GPP几同时成立,由美国TIA、日本之ARIB、日本底TTC、韩国底TTA四单标准组织倡导,中国无线通信标准研究组(CWTS)于1999年6月于韩国正式签署加入3GPP2。其根本从事为从2G的IS-95到3G的CDMA2000正经体系形成,得到有多桩CDMA关键技术专利的高通公司之可比多支持。

3GPP和3GPP2两者实际上在一定竞争关系,3GPP2致力为以IS-95(在北美与韩国采用广泛的CDMA标准)向3G过渡,和赛通公司涉进一步严密。与之对应的3GPP致力为从GSM向WCDMA过渡,因此片个部门是必然竞争。

 结论1:1只资源粒子最多传送6独数据位。

4、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)

电气电子工程师学会,作为IT领域学术界的大,在无线通信标准方面要制订了名的WiFi协议以及WiMAX协议,并力推WiMAX作为3G正式。

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逐一组织的关联可概括为

当ITU协调下,满足一定需求的移动通信技术统称为“IMT家族”(International
Mobile Telecommunications
Family),ITU为这些技术分配相应的频谱资源。从技术同规范的角度看,后面三只团负责专业制定,来满足IMT的需,不断地指向无线通信系统开展宏观。如下图所示。

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即便中国吧,图备受3GPP的变异路线包括了挪和联通由2G、3G到4G之演进历程,而3GPP2尽管意味了电信的多变历程。

以3GPP标准的演进历程被,2G一时之GSM/GPRS/EDGE主要基于时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)接入技术;3G秋主要是码分多址接入(CDMA)技术;最后,LTE采用了正交频分复用多址接入(OFDMA)技术。目前,OFDM在无线通信标准的演进中既从及主导作用。

 

亚、LTE基本需求

LTE标准化流水线始为2004年11月以多伦多做的一致赖研讨会及,当时介入移动通信业务支付之洋洋商行,都阐述了他们关于3GPP所推动的技艺专业未来形成的考虑,主要包括核心需要以及满足要求的宜技术。

现实要求而连为:

  • 减少时延,包括连接起与传导两单方面;
  • 增长用户数据传输速率;
  • 呢保险工作的一致性,提高小区边缘用户之比特率;
  • 退每于单独成本,提高频谱效率;
  • 增长频谱使用的八面玲珑;
  • 简化网络布局;
  • 无缝移动性,包括不同的无线联网技术之间;
  • 落实移动终端的合理性功耗。

为了满足这些需求,LTE系统规划带有了无线接口及无线网络架构简单独面。

每当LTE的第一只版本也不怕是Release
8遭,对这些需求进行了定性的描述,比如下行峰值速率100
Mbit/s,上行峰值速率50 Mbit/s,下行峰值频谱效率5
bit/s/Hz,上行峰值频谱效率5 bit/s/Hz等。具体的特性表现下表:

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欲验证的凡,峰值速率也许并无是一个主要的元素,只是一个辩护及之价,实际中只是是运营商宣传的噱头。

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辩论及,峰值速率定义也:把所有带富都分配受一个用户,并运用高阶调制和编码方案以及最多天线数目前提下每个用户所能达的最好要命吞吐量。在Release
8中对天线数的基本假设是极限有两绝望接收天线和同等彻底发射天线。所有这些规则对一个用户来说几乎不可能同时满足,峰值速率为就算不曾最好可怜之实际意义了。

基本概念2:资源块

老三、LTE关键技术

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OFDM

OFDM之被LTE就如是CDMA之为三死3G标准,是LTE系统的根基和主导。除了技术形成的需求外,LTE之所以会选择OFDM的其他一个原因在于3GPP纪念逃避高通公司高昂的CDMA专利费用,且已发出IEEE的WiMAX作为OFDM的领航者。

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OFDM系统参数设定对全体系的性会发决定性的影响,其中载波间隔又是OFDM系统的极端基本参数,经过理论分析和虚假比较最终确定为15kHz。循环前缀(CP)的尺寸控制了OFDM系统的对抗多径能力和遮住能力。长CP利于克服多径干扰,支持特别范围覆盖,但系统出为会相应增多,导致数据传能力下滑。为了达到小区半径100Km的掩盖要求,LTE系统利用长两效仿循环前缀方案,根据具体状况进行抉择:短CP方案为骨干选项,长CP方案用于支持LTE大范围小区覆盖和多小区广播业务。

1独资源块就以用12个子载波传送1个时隙(0.5ms)。

MIMO

动多天线技术,可以管空间域作为任何一个初资源。在追更胜似的频谱效率的渴求下,多天线技术早已变成极端基本的缓解方案有。

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多天线技术好拉动来下图所显示之老三栽基本增益:

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  • (a)
    分集增益:利用多天线带来的半空中分集来改善多径衰落情况下传的健壮性。
  • (b) 阵列增益:通过预编码或者波束成形使能量集中在一个要么基本上个趋势。
  • (c)
    空间复用增益:在可用天线组合所树立的泛滥成灾空间叠及,将大半个信号流传输给单个用户。

LTE已规定MIMO天线个数的中心配备是下行2×2、上行1×2,但为在设想4×4之高阶天线配置。另外,LTE也用小区干扰压制技术来改进小区边缘的数据速率和网容量。下行趋势MIMO方案相对较多,根据2006年3月雅典会报告,LTE-MIMO下行方案只是分为两十分接近:发射分集和空间复用两万分接近。目前,考虑以的发射分集方案包括块状编码传送分集(STBC,SFBC),时间(频率)转换发射分集(TSTD,FSTD),包括循环延迟分集(CDD)在内的延迟分集(作为广播信道的骨干方案),基于预编码向量选择的预编码技术。其中预编码技术就被确定为多用户MIMO场景的传递方案。

1组(12只)子载波共占用180kHz的拉动富。

季、LTE演进历程

LTE的率先只本子(Release
8)在2007年12月形成,第一独商用网络给2009年以北欧配备。目前为止,3GPP共发表了6单本子,分别吗Release
8到Release 13,

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1独时隙(0.5ms)内,1个子载波可以传递6要7单资源粒子,12单子载波可以传递72或者84只资源粒子。

Release 8 – LTE 初出茅庐

LTE最初也3GPP R8,R8主要定义了以下内容:

1)高峰值数据速率:下行100 Mbps,上行50 Mbps;
2)高频谱效率;
3)灵活带富:1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz and 20 MHz;
4)IP数据包在优质无线条件下时延为5毫秒;
5)简化网络架构;
6)OFDMA下行和SC-FDMA上行;
7)全IP网络;
8)MIMO多天线方案;
9)成对(FDD)和非成对频谱(TDD)。

 结论2:1只资源块最多传送84独资源粒子,最多而传送504个数据位。

Release 9 – 增强型LTE

R9是初的LTE增强版,只是针对R8做了一部分加,以及基于R8做了一些小改进。主要内容包括:

1)PWS(Public Warning System,公共预警系统):
在自然灾害或另危急情况下,公众应该会马上收到确切之警报。加上R8引入的EWTS(地震海啸预警系统),R9引入了CMAS(商用手机预警系统),以便在灾后电视、广播信号和电力等中断的气象,该预警系统仍会为短信的法门立即向居民通报情况。

2)Femto Cell: Femto
Cell基本上用于办公要家庭,并由此固话宽带连接连接到运营商网络。3G Femto
Cell受布置于世界各地,为了吃LTE用户为会为此上Femto Cell,R9引入了Femto
Cell。

3)MIMO波束赋型:在eNB估算位置,直接拿波束指向UE,波束赋形可以升官小区边缘吞吐率,在R8,LTE只支持单层波束赋形,R9将的扩大至多重合波束赋形。

4)自组织网(SON):
为了削减人工财力,SON的意是,网络自安装、自优化、自修复。SON的概念在R8就引入,不过,当时关键是针对性eNB自配置,到了R9,根据需要增加了自优化部分。

5)EMBMS:有了多媒体广播多播业务(MBMS),运营商可以经LTE网络提供广播服务。虽然当时同想法并无流行,广播服务一度使于人情网络,但LTE中之MBMS信道是从数据速率和容量的角度发展使来。R8完成了于物理层对MBMS的定义,R9完成了再高层的概念。

6)LTE定位:
R9定义了三栽LTE定位法,即A-GPS(辅助GPS)、OTDOA(到达时间差定位法)和E-CID(增强型小区ID)。主要目的是以以紧急情况下,且用户无法确定自己职务的事态下,提升用户位置信息的准确性。

!!! 资源块是4G LTE 数据传的核心单位。

Release 10 – LTE Advanced

R10属于LTE-A标准。由于ITU
IMT-Advanced提出了R8无法实现之复高速率要求,为者,R10提出了累累要之法力与升级换代。

ITU IMT-Advanced提出的要需求包括:

  • 1 Gbps DL / 500 Mbps UL 吞吐率
  • 高频谱效率
  • 普天之下巡礼

R10主要新增内容包括:

1)增强型上行链路多址(Enhanced Uplink multiple access):
R10引入了分簇单载波频分多址(clustered
SC-FDMA)。R8的SC-FDMA只同意频谱连续块,而R10允许频率选择性调度。

2)MIMO增强: LTE_A允许下行高臻8×8 MIMO,在UE侧,它同意上行4X4MIMO。

3)中继节点(Relay Nodes): 在死亡覆盖环境下,Relay
Nodes或低功率enb扩展了主eNB的覆盖范围,Relay Nodes通过Un接口连接至Donor
eNB (DeNB)。

4)增强型小区中间干扰协调(eICIC):eICIC主要应付异构网络(HetNet)下之烦扰问题,
eICIC使用功率、频率或时域来削弱多少HetNet下之效率干扰。

5)载波聚合(CA):对于运营商来说,载波聚合是低于资本的方去动他们时的碎频谱资源来提升终端用户速率。通过联5单20MHz载波,LTE-A支持最高100MHz载波聚合。

6)支持异构网络(HetNet): 宏蜂窝小区及small cell结合而做异构网络。

7)增强型SON: 针对网络由修复流程,R10提出了增强型SON。

 

Release 11 – 增强型 LTE Advanced

R11主要内容连:

1)增强型载波聚合:

  • 差不多日子提前量(TAS)用于上行链路载波聚合
  • 无连续的牵动内满波聚合
  • 否支撑TDD LTE载波聚合,物理层的变

2)协作多碰传输(COMP):是依地理位置上分别之大都只传输点,协同参与为一个极的多寡(PDSCH)传输或者联合接受一个巅峰发送的数量(PUSCH)。

3)ePDCCH:
为了提升控制信道容量,R11引入了ePDCCH。ePDCCH使用PDSCH资源传送控制信息,而不像R8的PDCCH只能以子帧的控制区。

4)基于网络的固化:
这是相同栽上行定位技术,其原理是基于eNB测量的参照信号的岁月不一来兑现。

5)最小化路测(MDT):
路测费用是昂贵的。为了减少对路测的负,R11生产了新的化解方案,它是独立于SON,MDT基本上依靠让UE提供的音信。

6)机对机通信的Ran过载控制(Ran overload control for Machine type
communication):当了多配备属网络时,网络好禁止部分装备为网络发送连接要。

7)In Device Co
Existence:移动终端设备通常有差不多个射频通路,比如LTE,3G,蓝牙,WLAN等,
为了减轻多总长并存带来的搅和,R11提出了如下解决方案:

  • 依据DRX时域解决方案
  • 频域解决方案
  • UE自主否认

8)智能手机电池节能技术:
UE可以通网络是否用上省电模式或者普通模式,根据UE的求,网络好改DRX参数。

题材1:1组子载波1秒钟能够传递多少数量位?

Release 12 – 更强之增强型 LTE Advanced

1)增强型small cell: 主要内容囊括密集区域布局small cell,宏小区和small
cell之间的载波聚合等。

2)增强型载波聚合: R12兴TDD和FDD之间载波聚合,还允许3充满波聚合。

3)机器对机械通信(MTC):未来几乎年内,机器对机械通信可能会见爆发性增长,很可能会见惹网络信令、容量不足之题目。为了应景这种情况,新的UE
category被定义,作为对MTC的愈发优化。

4)WiFi和LTE融合:
LTE和WiFi之间融合,运营商可以又好管理WiFi。在R12受到,提出了LTE和WIFI之间的流量转移和网选择机制。

5)LTE未授权频谱(LTE-U):
丰富的无授权频谱资源,可以加运营商网络容量和属性。

解答:根据资源块的概念可知,传送1单资源块耗时0.5ms,1秒钟可以传递2000只资源块,最多可传送1,008,000(504 *
2000)个数据位/秒。

Release 13 – 满足不断增长之流量需要

1)增强型载波聚合: R13之目标是支撑32 CC 载波聚合,而在R10中,仅支持5
CC。

2)增强型机对机通信(MTC): 更小之UE
category,进一步回落物联网设备使用带来富、能耗,延长设备电池用时。

3)增强型LTE-U:
为了面向高增长的流量需要,R13底靶子是,主小区使用授权频谱,从小区使用无授权频谱。

4)室内定位:
R13用行为提升现有的室内定位技术,也探索新的定势法,提高室内定位的准确性

5)增强的几近用户传输技术: R13拿利用叠加编码来提升下行多用户传输技术。

6)增强型MIMO: R13用致力为多上64上线端口的更高阶MIMO系统。

 

题目2:4G
LTE 传输的最小带富和数量速率是微?

解答:4G LTE要求至少6组子载波同时传输,占用带富也1080kHz,但业内上称占用1.4MHz带富,最多而传送6,048,000(1,008,000 * 6)个数据位/秒。

今公终于掌握了,你的4G手机与基站之间的最低传输速率是6,048,000bps。也堪略记作6Mbps。

 

问题3:4G
LTE 传输的最特别带富和数目速率是稍稍?

解答:4G LTE允许最多110组子载波同时传输,占用带富为198,000kHz,但正式上叫占用20MHz带富,最多可传送110,880,000(1,008,000 * 110)个数据位/秒。也堪略记作110Mbps。

今日而毕竟理解了,你的4G手机与基站之间的参天传输速率是110Mbps。

 

题材4:为什么咱们的手机很少上110Mbps的峰值传输速率?

1个基站通常发生3单传输单元(CELL),理论及,每个传输单元管理120度扇形范围外的极限(手机),若立即3个CELL分别占不同频段,每个CELL的传输速率可达到110Mbps。

若果1独CELL辖区内正就来1个顶(手机),手机的无限特别传输速率就是110Mbps,我们的上网体验就见面超爽。

倘若1单CELL辖区内发出2单顶(手机),2只顶都当为此迅雷下充斥高清视频,它们将分享CELL的110Mbps传输速率,于是单个终端的平分传输速率就是55Mbps。

 

问题5:如果1独CELL辖区内生n个顶(手机),我们手机的上网体验会如何?

此问题留下读者自己思考吧。

 

题目6:4G技能及3G技术发生什么关联吧?

4G
LTE和3G技术没有丝毫提到。4G LTE基于OFDM与MIMO技术,3G艺基于CDMA技术。

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