内容简介
《国际先进通信技术译丛·LTE/LTE-Advanced:UMTS长期演进理论与实践》作者来自移动通信系统的不同技术领域,集思广益,使本书呈现出耳目一新的多样性观点。这些作者有在3GPP这一标准制定环境下长期工作的经验,因此对LTE相关资料有透彻的理解。也正因如此,《国际先进通信技术译丛·LTE/LTE-Advanced:UMTS长期演进理论与实践》作者走到了一起。LTE的讨论开始于2004年的3GPP会议。实际上它已经不是一个特别新的主题。为了充分理解产生这一技术的思想,从发展之初来了解LTE这一主题及相关的讨论是很有必要的。此外,重要的是要了解通过共同研究和讨论把学术研究和制定标准联系起来。人们普遍认为,通过这条路线可以把不可能的梦想变成为现实。针对LTE所依托技术基础的可行性,人们已经做了大量的研究。如果试图向更广泛的受众解释LTE技术,借鉴这些研究成果很有必要。本书的作者不仅了解LTE的起源及发展,他们中的很多人也活跃在WCDMA及其前身系统的运作中,这些正是LTE发展的根源。
《国际先进通信技术译丛·LTE/LTE-Advanced:UMTS长期演进理论与实践》提供了一个全面、完整的关于LTE系统的介绍。它详细解释了我们在理论认知和实用技术方面取得的进展,这些因素将确保这一开创性的无线接入技术取得成功。这本书的特别之处还在于,它不仅使读者了解LTE怎样运作,同时也使读者了解其发展的原因。
作者简介
马修·贝克(Matthew Baker),具有剑桥大学工程、电子和信息科学学位。马修先生在飞利浦研究院从事多个先进无线通信系统和技术研究超过10年(1996~2009年间),研究领域包括传播模型、DECT、Hiperlan及UMTS等。从1999年开始,马修先生致力于3GPP的UMTSWCDMA和LTE标准化活动,活跃在第1、第2、第四和第五工作组,提交了数百篇技术提案,同时领导飞利浦RAN标准化团队。2009年,马修先生加入阿尔卡特—朗讯公司并在当年8月份被选为3GPPRAN1主席,负责UMTS和LTE无线接入网物理层规范的制定工作。马修先生发表过众多国际会议论文,并拥有众多国际发明专利。马修先生也是英国工程和技术协会特许工程师。
斯蒂芬妮娅·塞西亚(Stefania Sesia),于2005年从位于法国索菲亚安蒂波利斯的厄尔电信(Eurecom)和位于法国巴黎的国立巴黎高等电信学院(ENST-Paris)获得通信系统和编码理论博士学位。2002~2005年,斯蒂芬妮娅在巴黎摩托罗拉实验室工作,并攻读博士学位。斯蒂芬妮娅博士于2005年6月加入飞利浦/恩智浦半导体(现为ST-Ericsson无线,即意法—爱立信无线)位于法国索菲亚安蒂波利斯的研发中心,担任HSDPA算法开发的技术负责人。斯蒂芬妮娅博士参加3GPP RAN的第1和第4工作组,从2007年到2009年间从恩智浦半导体被借调到欧洲电信标准化协会(ETSI),担任3GPP TSG RAN和3GPP TSG RAN第四工作组技术官员。她现已回到ST-Ericsson作为资深研究员和开发工程师,同时作为标准代表活跃于3GPPTSGRAN第四工作组。斯蒂芬妮娅博士发表过数篇IEEE会议和期刊论文,向3GPP提交了多项技术提案,也拥有众多美国和欧洲专利。
伊萨姆·陶菲克(Issam Toufik),在两个学校获得电信工程学位(专业为移动通信系统),这两个学校分别是ENST-Bretagne(布列塔尼,法国)和Eurecom(索菲亚安蒂波利斯,法国)。2006年从法国Eurecom/ENST-Paris获得通信系统博士学位。2005年6~8月,伊萨姆博士作为LTE研究人员在韩国三星先进通信系统实验室工作。2007年1月,伊萨姆博士加入恩智浦半导体(现为ST-Ericsson无线,即意法一爱立信无线)位于法国索菲亚安蒂波利斯的研发中心,负责开发UMTS和LTE算法。2009年11月,伊萨姆博士被借调到欧洲电信标准化协会,担任3GPP TSG RAN和3GPP TSG RAN第四工作组技术官员。伊萨姆博士发表过数篇IEEE会议和期刊论文,向3GPP提交了多项技术提案,也拥有众多专利。
马霓,现为华为技术有限公司移动通信系统资深研发专家。1995年毕业于上海交通大学,获硕士学位。1998年毕业于华南理工大学无线电工程系,获博士学位。2001年获信息与通信工程学科博士后证书。2001~2008年任职于飞利浦亚洲研究院无线通信研究部,担任高级研究员及主任研究员职位。发表SCI、EI等收录论文10余篇,申请国际PCT发明专利60余项,提交3GPP、CCSA、未来移动通信论坛等标准化提案和技术报告20余篇,参与“863”和国家及地方重大科研项目数项。
夏斌,现为上海交通大学电子工程系研究员,博士生导师。1997年、2000年于中国科技大学分别获得学士、硕士学位,2004年于香港大学获博士学位,2006~2008年华为公司与电子科技大学联合工作站企业博士后。1999~2001年在UT斯达康无线软件研究中心担任部门经理,2004~2005年在上海贝尔阿尔卡特有限公司担任系统工程师,2005年至2012年在华为技术有限公司先后担任高级研究工程师、高级项目经理等职务。发表20余篇国际国内文章,截至2011年底,申请50余项中国专利(已授权22项)和国际专利17项(授权2项)。参与国内,国际第二代至第四代蜂窝移动通信系统首创性研发:作为模块研发人员参与中国第1款2G CDMA关键技术样机研发;作为物理层算法研发团队负责人开发中国第1批3G WCDMA商用测试终端;作为算法负责人负责业界第1款LTE(A)预商用/商用产品的关键技术与算法研究。参与、负责EU FP6国际项目和国家重大专项等科研项目数项。担任无线世界研究论坛(WWRF)数字工业融合工作组首任主席。IEEE高级会员,担任多个IEEE国际期刊、会议学术审稿以及程序委员会成员、组委会委员。
内页插图
目录
第1章 背景介绍
1.1 UMTS长期演进的背景
1.1.1 历史背景
1.1.2 移动无线电环境中的LTE技术
1.1.3 3GPP的标准化流程
1.2 LTE的需求和目标
1.2.1 系统性能需求
1.2.2 部署成本和互操作性
1.3 LTE关键技术
1.3.1 多载波技术
1.3.2 多天线技术
1.3.3 分组交换无线接口
1.3.4 用户设备能力
1.3.5 从第一个LTE版本到LTE-Advanced
1.4 从理论到实践
参考文献
第1部分 网络架构和协议
第2章 网络架构
2.1 引言
2.2 总体框架概述
2.2.1 核心网
2.2.2 接入网
2.2.3 漫游架构
2.3 协议架构
2.3.1 用户平面
2.3.2 控制平面
2.4 QoS和EPS承载
2.4.1 承载建立过程
2.4.2 与其他网络的互操作
2.5 E-UTRAN网络接口:S1接口
2.5.1 S1协议结构
2.5.2 S1接口初始化
2.5.3 S1接口的上下文管理
2.5.4 S1接口的承载管理
2.5.5 通过S1接口的寻呼
2.5.6 S1接口上的移动性
2.5.7 S1接口上的负荷管理
2.5.8 跟踪功能
2.5.9 预警消息传送
2.6 E-UTRAN网络接口:X2接口
2.6.1 X2接口的协议结构
2.6.2 X2接口的初始化
2.6.3 X2接口上的移动性
2.6.4 X2接口上的负载和干扰管理
2.6.5 X2接口上的UE历史信息
2.7 小结
参考文献
第3章 控制平面协议
3.1 引言
3.2 无线资源控制(RRC)协议
3.2.1 简介
3.2.2 系统信息
3.2.3 LTE内的连接控制
3.2.4 连接模式下RAT间的移动性
3.2.5 测量
3.2.6 其他RRC信令
3.3 PLMN和小区选择
3.3.1 简介
3.3.2 PLMN选择
3.3.3 小区选择
3.3.4 小区重选
3.4 寻呼
3.5 小结
参考文献
第4章 用户平面协议
4.1 引言
4.2 分组数据会聚协议(PDCP)
4.2.1 功能和结构
4.2.2 报头压缩
4.2.3 安全性
4.2.4 切换
4.2.5 数据包丢弃
4.2.6 PDCPPDU格式
4.3 无线链路控制(RLC)协议
4.3.1 RLC实体
4.3.2 RLC PDU格式
4.4 媒体接入控制(MAC)协议
4.4.1 MAC结构
4.4.2 MAC功能
4.5 小结
参考文献
第2部分 物理层下行链路
第5章 正交频分多址(0FDMA)
5.1 引言
5.2 OFDM
5.2.1 正交复用原理
5.2.2 峰均功率比和非线性灵敏度
5.2.3 对载波频偏和时变信道的灵敏度
5.2.4 定时偏移和循环前缀计算
5.3 OFDMA
5.4 参数计算
5.5 小结
参考文献
第6章 下行链路物理层设计简介
6.1 引言
6.2 传输资源结构
6.3 信号结构
6.4 下行链路操作简介
参考文献
第7章 同步和小区搜索
7.1 引言
7.2 LTE同步序列和小区搜索
7.2.1 Zadoff-Chu序列
7.2.2 主同步信号(PSS)序列
7.2.3 辅同步信号(SSS)序列
7.3 相干与非相干检测
参考文献
第8章 参考信号和信道估计
8.1 引言
8.2 LTE参考信号设计
……
第3部分 物理层上行链路
第4部分 实际部署考虑
第5部分 LTE-Advanced
前言/序言
《LTE/LTE-Advanced:UMTS长期演进理论与实践》(第二版)图书简介 引言 在通信技术飞速发展的今天,移动通信系统正经历着前所未有的变革。从最初的GSM到WCDMA,再到LTE和LTE-Advanced,每一次的演进都带来了更高的速率、更低的延迟和更丰富的应用体验。本书《LTE/LTE-Advanced:UMTS长期演进理论与实践》(第二版)正是深入探讨这一关键演进历程的权威著作。它不仅详尽阐述了LTE/LTE-Advanced的核心技术原理,更结合了实际的工程部署和发展趋势,为读者提供了一个全面而深入的理解框架。 LTE/LTE-Advanced:革命性的技术飞跃 LTE(Long Term Evolution)作为3GPP(第三代合作伙伴计划)推出的新一代移动通信技术,标志着移动通信进入了一个全新的时代。与前几代技术相比,LTE在多个维度上实现了质的飞跃: 极高的峰值速率: LTE采用OFDMA(正交频分多址)和SC-FDMA(单载波频分多址)等先进的多址技术,并配合MIMO(多输入多输出)天线技术,使得下行峰值速率可达100 Mbps,上行峰值速率可达50 Mbps。而LTE-Advanced更是将峰值速率推向了1 Gbps(下行)和500 Mbps(上行),足以满足高清视频、大文件下载、实时游戏等对带宽要求极高的应用需求。 极低的延迟: LTE将系统延迟从WCDMA的100毫秒左右大幅降低至10毫秒以下,甚至在某些场景下可达1毫秒。低延迟对于需要实时交互的应用至关重要,例如在线游戏、远程医疗、自动驾驶等,这些应用都将受益于LTE带来的响应速度提升。 更高效的频谱利用: LTE采用了更灵活的带宽配置,可以适配从1.4 MHz到20 MHz的各种频谱,并引入了载波聚合(Carrier Aggregation)技术,将多个独立的频谱块聚合起来,进一步提升频谱效率和数据传输速率。 更简化的网络架构: LTE采用了扁平化的网络架构,将原先复杂的电路域和分组域合二为一,实现了全IP化,大大降低了网络建设和维护的成本,同时也为后续向5G演进奠定了基础。 更好的用户体验: 上述技术优势共同作用,为用户带来了前所未有的移动互联网体验,包括更流畅的视频播放、更快速的文件传输、更稳定的语音通信以及更广泛的服务应用。 本书的深度与广度 《LTE/LTE-Advanced:UMTS长期演进理论与实践》(第二版)并非一本泛泛而谈的概览性书籍,而是以深入的理论剖析和丰富的实践经验为基础,为读者提供了系统性的知识体系。本书在以下几个方面展现了其独特的价值: 第一部分:LTE基础理论与关键技术 本书的第一部分将系统性地梳理LTE的核心技术原理,为读者打下坚实的理论基础。 OFDMA与SC-FDMA: 详细阐述OFDMA在LTE下行和SC-FDMA在LTE上行的原理,包括其频谱效率、抗多径能力以及如何实现灵活的带宽适配。将深入分析其调制解调方案、子载波分配、符号映射等关键环节。 MIMO技术: 深入讲解MIMO技术如何在LTE中提升数据传输速率和可靠性。将详细介绍空分多址(SDMA)、发射分集(STTD)、预编码(Precoding)等多种MIMO模式,以及其在不同信道条件下的性能表现。 信道编码与交织: 深入解析LTE采用的Turbo码和LDPC码(Low-Density Parity-Check Code)等先进信道编码技术,以及它们的译码算法。同时,将详细介绍交织(Interleaving)技术在抵抗突发错误、提高编码增益方面的重要作用。 调度机制: 详细介绍LTE调度器在资源分配、服务质量(QoS)保障方面的作用。将分析比例公平(Proportional Fair)、最大吞速率(Max Throughput)、最小延迟(Min Delay)等多种调度算法,以及它们如何适应不同的业务需求。 切换与寻呼: 深入探讨LTE网络中的切换(Handover)机制,包括软切换、硬切换的原理和流程。同时,将详细介绍寻呼(Paging)机制,以及如何高效地管理终端的功耗和网络资源。 第二部分:LTE-Advanced的演进与增强 随着移动通信需求的不断增长,LTE-Advanced应运而生,并在LTE的基础上进行了多项关键的增强。本书将详细介绍LTE-Advanced带来的技术革新。 载波聚合(Carrier Aggregation): 这是LTE-Advanced最核心的增强技术之一。本书将深入讲解载波聚合的原理,包括同频段聚合、异频段聚合,以及如何通过聚合多个载波来突破单载波的速率瓶颈。将分析其实现机制、对终端和网络的要求,以及在实际网络部署中的挑战。 MIMO的进一步增强: LTE-Advanced在MIMO技术上进行了深度挖掘,例如引入了2x2 MIMO到4x4 MIMO的升级,以及下行增强多天线(Downlink Advanced Multiple Antenna Techniques)等。本书将详细介绍这些增强技术如何进一步提升数据吞吐量和覆盖范围。 更先进的调制解调技术: LTE-Advanced引入了更高阶的调制解调方案,例如256QAM,以在良好的信道条件下进一步提高频谱效率。本书将详细分析这些调制方案的原理及其对数据速率的影响。 中继器(Relays)与异构网络(HetNets): 为了改善网络覆盖和容量,LTE-Advanced引入了中继器和异构网络的概念。本书将探讨中继器的工作原理,以及异构网络(例如宏基站与微基站的协同)如何实现更精细化的网络部署和资源管理。 网络切片(Network Slicing)的萌芽: 虽然网络切片在5G中是核心概念,但其早期的一些思想已经在LTE-Advanced的演进中有所体现,例如在QoS管理和业务区分方面。本书将提及这些相关联的演进方向。 第三部分:LTE/LTE-Advanced的网络架构与部署 理论知识的掌握离不开对实际网络架构和部署的理解。本书将深入剖析LTE/LTE-Advanced的网络组成和运行机制。 EPC(Evolved Packet Core)核心网: 详细介绍EPC的组成部分,包括MME(Mobility Management Entity)、S-GW(Serving Gateway)、P-GW(Packet Data Network Gateway)、HSS(Home Subscriber Server)等关键网元的功能和相互协作。将深入分析其信令流程、数据传输路径以及如何实现全IP化。 eNodeB(演进型NodeB): 深入讲解eNodeB作为LTE基站的关键功能,包括无线资源管理、用户数据处理、宏分集等。将探讨不同类型的eNodeB(例如宏基站、微基站、皮基站)在网络部署中的作用。 接口协议: 详细介绍LTE/LTE-Advanced网络中各个网元之间以及网元与终端之间的接口协议,例如S1-MME、S1-U、X2、S6a、Gx、Gy等。理解这些协议对于网络分析和故障排查至关重要。 网络规划与优化: 结合实际经验,本书将探讨LTE/LTE-Advanced网络的规划原则、站点布局、频率规划以及网络优化方法。将涉及覆盖优化、容量优化、干扰控制等关键技术。 互联互通与漫游: 探讨LTE/LTE-Advanced网络与其他通信网络(如2G、3G)的互联互通问题,以及国际漫游的实现机制。 第四部分:LTE/LTE-Advanced的未来展望与发展趋势 通信技术的演进永无止境。本书的最后部分将带领读者展望LTE/LTE-Advanced的未来发展方向,以及为即将到来的5G时代做好准备。 LTE Release 10-14及后续演进: 详细介绍LTE-Advanced Pro(或称LTE Release 13及后续版本)引入的新特性,例如VoLTE(Voice over LTE)的进一步完善、NB-IoT(Narrowband IoT)和eMTC(enhanced Machine Type Communication)等低功耗广域网技术在LTE平台上的集成,以及对MTC(Machine Type Communication)业务的支持。 向5G的平滑过渡: 探讨LTE/LTE-Advanced作为5G演进的重要基石,是如何为5G网络的发展奠定基础的。将分析NR(New Radio)与LTE的协同工作模式,以及SA(Standalone)和NSA(Non-Standalone)组网模式下的演进路径。 新兴应用与技术趋势: 讨论LTE/LTE-Advanced在支撑新兴应用方面的作用,例如物联网(IoT)、车联网(V2X)、增强现实(AR)/虚拟现实(VR)等。同时,也将提及人工智能(AI)和机器学习(ML)在网络优化和智能服务方面的应用前景。 本书的适用人群 《LTE/LTE-Advanced:UMTS长期演进理论与实践》(第二版)是一本面向广泛读者的专业书籍,尤其适合以下人群: 通信工程、电子工程、计算机科学等相关专业的在校学生和研究生: 为他们提供深入、系统性的LTE/LTE-Advanced学习资源。 运营商、设备制造商、集成商等通信行业的工程师和技术人员: 帮助他们掌握LTE/LTE-Advanced的核心技术,理解网络架构,提升工程实践能力。 从事通信技术研究和开发的科研人员: 为其提供前沿的技术洞察和理论支持。 对移动通信技术感兴趣的行业决策者和管理者: 帮助他们了解LTE/LTE-Advanced带来的技术变革和市场机遇。 结语 《LTE/LTE-Advanced:UMTS长期演进理论与实践》(第二版)通过其严谨的理论阐述、详实的工程实践和前瞻性的技术展望,为读者提供了一次全面而深入的学习体验。本书不仅是理解当前移动通信技术现状的宝贵参考,更是洞察未来通信发展趋势的重要窗口。掌握LTE/LTE-Advanced的技术精髓,对于在日新月异的通信领域取得成功至关重要。