內容簡介
《國際先進通信技術譯叢·LTE/LTE-Advanced:UMTS長期演進理論與實踐》作者來自移動通信係統的不同技術領域,集思廣益,使本書呈現齣耳目一新的多樣性觀點。這些作者有在3GPP這一標準製定環境下長期工作的經驗,因此對LTE相關資料有透徹的理解。也正因如此,《國際先進通信技術譯叢·LTE/LTE-Advanced:UMTS長期演進理論與實踐》作者走到瞭一起。LTE的討論開始於2004年的3GPP會議。實際上它已經不是一個特彆新的主題。為瞭充分理解産生這一技術的思想,從發展之初來瞭解LTE這一主題及相關的討論是很有必要的。此外,重要的是要瞭解通過共同研究和討論把學術研究和製定標準聯係起來。人們普遍認為,通過這條路綫可以把不可能的夢想變成為現實。針對LTE所依托技術基礎的可行性,人們已經做瞭大量的研究。如果試圖嚮更廣泛的受眾解釋LTE技術,藉鑒這些研究成果很有必要。本書的作者不僅瞭解LTE的起源及發展,他們中的很多人也活躍在WCDMA及其前身係統的運作中,這些正是LTE發展的根源。
《國際先進通信技術譯叢·LTE/LTE-Advanced:UMTS長期演進理論與實踐》提供瞭一個全麵、完整的關於LTE係統的介紹。它詳細解釋瞭我們在理論認知和實用技術方麵取得的進展,這些因素將確保這一開創性的無綫接入技術取得成功。這本書的特彆之處還在於,它不僅使讀者瞭解LTE怎樣運作,同時也使讀者瞭解其發展的原因。
作者簡介
馬修·貝剋(Matthew Baker),具有劍橋大學工程、電子和信息科學學位。馬修先生在飛利浦研究院從事多個先進無綫通信係統和技術研究超過10年(1996~2009年間),研究領域包括傳播模型、DECT、Hiperlan及UMTS等。從1999年開始,馬修先生緻力於3GPP的UMTSWCDMA和LTE標準化活動,活躍在第1、第2、第四和第五工作組,提交瞭數百篇技術提案,同時領導飛利浦RAN標準化團隊。2009年,馬修先生加入阿爾卡特—朗訊公司並在當年8月份被選為3GPPRAN1主席,負責UMTS和LTE無綫接入網物理層規範的製定工作。馬修先生發錶過眾多國際會議論文,並擁有眾多國際發明專利。馬修先生也是英國工程和技術協會特許工程師。
斯蒂芬妮婭·塞西亞(Stefania Sesia),於2005年從位於法國索菲亞安蒂波利斯的厄爾電信(Eurecom)和位於法國巴黎的國立巴黎高等電信學院(ENST-Paris)獲得通信係統和編碼理論博士學位。2002~2005年,斯蒂芬妮婭在巴黎摩托羅拉實驗室工作,並攻讀博士學位。斯蒂芬妮婭博士於2005年6月加入飛利浦/恩智浦半導體(現為ST-Ericsson無綫,即意法—愛立信無綫)位於法國索菲亞安蒂波利斯的研發中心,擔任HSDPA算法開發的技術負責人。斯蒂芬妮婭博士參加3GPP RAN的第1和第4工作組,從2007年到2009年間從恩智浦半導體被藉調到歐洲電信標準化協會(ETSI),擔任3GPP TSG RAN和3GPP TSG RAN第四工作組技術官員。她現已迴到ST-Ericsson作為資深研究員和開發工程師,同時作為標準代錶活躍於3GPPTSGRAN第四工作組。斯蒂芬妮婭博士發錶過數篇IEEE會議和期刊論文,嚮3GPP提交瞭多項技術提案,也擁有眾多美國和歐洲專利。
伊薩姆·陶菲剋(Issam Toufik),在兩個學校獲得電信工程學位(專業為移動通信係統),這兩個學校分彆是ENST-Bretagne(布列塔尼,法國)和Eurecom(索菲亞安蒂波利斯,法國)。2006年從法國Eurecom/ENST-Paris獲得通信係統博士學位。2005年6~8月,伊薩姆博士作為LTE研究人員在韓國三星先進通信係統實驗室工作。2007年1月,伊薩姆博士加入恩智浦半導體(現為ST-Ericsson無綫,即意法一愛立信無綫)位於法國索菲亞安蒂波利斯的研發中心,負責開發UMTS和LTE算法。2009年11月,伊薩姆博士被藉調到歐洲電信標準化協會,擔任3GPP TSG RAN和3GPP TSG RAN第四工作組技術官員。伊薩姆博士發錶過數篇IEEE會議和期刊論文,嚮3GPP提交瞭多項技術提案,也擁有眾多專利。
馬霓,現為華為技術有限公司移動通信係統資深研發專傢。1995年畢業於上海交通大學,獲碩士學位。1998年畢業於華南理工大學無綫電工程係,獲博士學位。2001年獲信息與通信工程學科博士後證書。2001~2008年任職於飛利浦亞洲研究院無綫通信研究部,擔任高級研究員及主任研究員職位。發錶SCI、EI等收錄論文10餘篇,申請國際PCT發明專利60餘項,提交3GPP、CCSA、未來移動通信論壇等標準化提案和技術報告20餘篇,參與“863”和國傢及地方重大科研項目數項。
夏斌,現為上海交通大學電子工程係研究員,博士生導師。1997年、2000年於中國科技大學分彆獲得學士、碩士學位,2004年於香港大學獲博士學位,2006~2008年華為公司與電子科技大學聯閤工作站企業博士後。1999~2001年在UT斯達康無綫軟件研究中心擔任部門經理,2004~2005年在上海貝爾阿爾卡特有限公司擔任係統工程師,2005年至2012年在華為技術有限公司先後擔任高級研究工程師、高級項目經理等職務。發錶20餘篇國際國內文章,截至2011年底,申請50餘項中國專利(已授權22項)和國際專利17項(授權2項)。參與國內,國際第二代至第四代蜂窩移動通信係統首創性研發:作為模塊研發人員參與中國第1款2G CDMA關鍵技術樣機研發;作為物理層算法研發團隊負責人開發中國第1批3G WCDMA商用測試終端;作為算法負責人負責業界第1款LTE(A)預商用/商用産品的關鍵技術與算法研究。參與、負責EU FP6國際項目和國傢重大專項等科研項目數項。擔任無綫世界研究論壇(WWRF)數字工業融閤工作組首任主席。IEEE高級會員,擔任多個IEEE國際期刊、會議學術審稿以及程序委員會成員、組委會委員。
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目錄
第1章 背景介紹
1.1 UMTS長期演進的背景
1.1.1 曆史背景
1.1.2 移動無綫電環境中的LTE技術
1.1.3 3GPP的標準化流程
1.2 LTE的需求和目標
1.2.1 係統性能需求
1.2.2 部署成本和互操作性
1.3 LTE關鍵技術
1.3.1 多載波技術
1.3.2 多天綫技術
1.3.3 分組交換無綫接口
1.3.4 用戶設備能力
1.3.5 從第一個LTE版本到LTE-Advanced
1.4 從理論到實踐
參考文獻
第1部分 網絡架構和協議
第2章 網絡架構
2.1 引言
2.2 總體框架概述
2.2.1 核心網
2.2.2 接入網
2.2.3 漫遊架構
2.3 協議架構
2.3.1 用戶平麵
2.3.2 控製平麵
2.4 QoS和EPS承載
2.4.1 承載建立過程
2.4.2 與其他網絡的互操作
2.5 E-UTRAN網絡接口:S1接口
2.5.1 S1協議結構
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接口的承載管理
2.5.5 通過S1接口的尋呼
2.5.6 S1接口上的移動性
2.5.7 S1接口上的負荷管理
2.5.8 跟蹤功能
2.5.9 預警消息傳送
2.6 E-UTRAN網絡接口:X2接口
2.6.1 X2接口的協議結構
2.6.2 X2接口的初始化
2.6.3 X2接口上的移動性
2.6.4 X2接口上的負載和乾擾管理
2.6.5 X2接口上的UE曆史信息
2.7 小結
參考文獻
第3章 控製平麵協議
3.1 引言
3.2 無綫資源控製(RRC)協議
3.2.1 簡介
3.2.2 係統信息
3.2.3 LTE內的連接控製
3.2.4 連接模式下RAT間的移動性
3.2.5 測量
3.2.6 其他RRC信令
3.3 PLMN和小區選擇
3.3.1 簡介
3.3.2 PLMN選擇
3.3.3 小區選擇
3.3.4 小區重選
3.4 尋呼
3.5 小結
參考文獻
第4章 用戶平麵協議
4.1 引言
4.2 分組數據會聚協議(PDCP)
4.2.1 功能和結構
4.2.2 報頭壓縮
4.2.3 安全性
4.2.4 切換
4.2.5 數據包丟棄
4.2.6 PDCPPDU格式
4.3 無綫鏈路控製(RLC)協議
4.3.1 RLC實體
4.3.2 RLC PDU格式
4.4 媒體接入控製(MAC)協議
4.4.1 MAC結構
4.4.2 MAC功能
4.5 小結
參考文獻
第2部分 物理層下行鏈路
第5章 正交頻分多址(0FDMA)
5.1 引言
5.2 OFDM
5.2.1 正交復用原理
5.2.2 峰均功率比和非綫性靈敏度
5.2.3 對載波頻偏和時變信道的靈敏度
5.2.4 定時偏移和循環前綴計算
5.3 OFDMA
5.4 參數計算
5.5 小結
參考文獻
第6章 下行鏈路物理層設計簡介
6.1 引言
6.2 傳輸資源結構
6.3 信號結構
6.4 下行鏈路操作簡介
參考文獻
第7章 同步和小區搜索
7.1 引言
7.2 LTE同步序列和小區搜索
7.2.1 Zadoff-Chu序列
7.2.2 主同步信號(PSS)序列
7.2.3 輔同步信號(SSS)序列
7.3 相乾與非相乾檢測
參考文獻
第8章 參考信號和信道估計
8.1 引言
8.2 LTE參考信號設計
……
第3部分 物理層上行鏈路
第4部分 實際部署考慮
第5部分 LTE-Advanced
前言/序言
《LTE/LTE-Advanced:UMTS長期演進理論與實踐》(第二版)圖書簡介 引言 在通信技術飛速發展的今天,移動通信係統正經曆著前所未有的變革。從最初的GSM到WCDMA,再到LTE和LTE-Advanced,每一次的演進都帶來瞭更高的速率、更低的延遲和更豐富的應用體驗。本書《LTE/LTE-Advanced:UMTS長期演進理論與實踐》(第二版)正是深入探討這一關鍵演進曆程的權威著作。它不僅詳盡闡述瞭LTE/LTE-Advanced的核心技術原理,更結閤瞭實際的工程部署和發展趨勢,為讀者提供瞭一個全麵而深入的理解框架。 LTE/LTE-Advanced:革命性的技術飛躍 LTE(Long Term Evolution)作為3GPP(第三代閤作夥伴計劃)推齣的新一代移動通信技術,標誌著移動通信進入瞭一個全新的時代。與前幾代技術相比,LTE在多個維度上實現瞭質的飛躍: 極高的峰值速率: LTE采用OFDMA(正交頻分多址)和SC-FDMA(單載波頻分多址)等先進的多址技術,並配閤MIMO(多輸入多輸齣)天綫技術,使得下行峰值速率可達100 Mbps,上行峰值速率可達50 Mbps。而LTE-Advanced更是將峰值速率推嚮瞭1 Gbps(下行)和500 Mbps(上行),足以滿足高清視頻、大文件下載、實時遊戲等對帶寬要求極高的應用需求。 極低的延遲: LTE將係統延遲從WCDMA的100毫秒左右大幅降低至10毫秒以下,甚至在某些場景下可達1毫秒。低延遲對於需要實時交互的應用至關重要,例如在綫遊戲、遠程醫療、自動駕駛等,這些應用都將受益於LTE帶來的響應速度提升。 更高效的頻譜利用: LTE采用瞭更靈活的帶寬配置,可以適配從1.4 MHz到20 MHz的各種頻譜,並引入瞭載波聚閤(Carrier Aggregation)技術,將多個獨立的頻譜塊聚閤起來,進一步提升頻譜效率和數據傳輸速率。 更簡化的網絡架構: LTE采用瞭扁平化的網絡架構,將原先復雜的電路域和分組域閤二為一,實現瞭全IP化,大大降低瞭網絡建設和維護的成本,同時也為後續嚮5G演進奠定瞭基礎。 更好的用戶體驗: 上述技術優勢共同作用,為用戶帶來瞭前所未有的移動互聯網體驗,包括更流暢的視頻播放、更快速的文件傳輸、更穩定的語音通信以及更廣泛的服務應用。 本書的深度與廣度 《LTE/LTE-Advanced:UMTS長期演進理論與實踐》(第二版)並非一本泛泛而談的概覽性書籍,而是以深入的理論剖析和豐富的實踐經驗為基礎,為讀者提供瞭係統性的知識體係。本書在以下幾個方麵展現瞭其獨特的價值: 第一部分:LTE基礎理論與關鍵技術 本書的第一部分將係統性地梳理LTE的核心技術原理,為讀者打下堅實的理論基礎。 OFDMA與SC-FDMA: 詳細闡述OFDMA在LTE下行和SC-FDMA在LTE上行的原理,包括其頻譜效率、抗多徑能力以及如何實現靈活的帶寬適配。將深入分析其調製解調方案、子載波分配、符號映射等關鍵環節。 MIMO技術: 深入講解MIMO技術如何在LTE中提升數據傳輸速率和可靠性。將詳細介紹空分多址(SDMA)、發射分集(STTD)、預編碼(Precoding)等多種MIMO模式,以及其在不同信道條件下的性能錶現。 信道編碼與交織: 深入解析LTE采用的Turbo碼和LDPC碼(Low-Density Parity-Check Code)等先進信道編碼技術,以及它們的譯碼算法。同時,將詳細介紹交織(Interleaving)技術在抵抗突發錯誤、提高編碼增益方麵的重要作用。 調度機製: 詳細介紹LTE調度器在資源分配、服務質量(QoS)保障方麵的作用。將分析比例公平(Proportional Fair)、最大吞速率(Max Throughput)、最小延遲(Min Delay)等多種調度算法,以及它們如何適應不同的業務需求。 切換與尋呼: 深入探討LTE網絡中的切換(Handover)機製,包括軟切換、硬切換的原理和流程。同時,將詳細介紹尋呼(Paging)機製,以及如何高效地管理終端的功耗和網絡資源。 第二部分:LTE-Advanced的演進與增強 隨著移動通信需求的不斷增長,LTE-Advanced應運而生,並在LTE的基礎上進行瞭多項關鍵的增強。本書將詳細介紹LTE-Advanced帶來的技術革新。 載波聚閤(Carrier Aggregation): 這是LTE-Advanced最核心的增強技術之一。本書將深入講解載波聚閤的原理,包括同頻段聚閤、異頻段聚閤,以及如何通過聚閤多個載波來突破單載波的速率瓶頸。將分析其實現機製、對終端和網絡的要求,以及在實際網絡部署中的挑戰。 MIMO的進一步增強: LTE-Advanced在MIMO技術上進行瞭深度挖掘,例如引入瞭2x2 MIMO到4x4 MIMO的升級,以及下行增強多天綫(Downlink Advanced Multiple Antenna Techniques)等。本書將詳細介紹這些增強技術如何進一步提升數據吞吐量和覆蓋範圍。 更先進的調製解調技術: LTE-Advanced引入瞭更高階的調製解調方案,例如256QAM,以在良好的信道條件下進一步提高頻譜效率。本書將詳細分析這些調製方案的原理及其對數據速率的影響。 中繼器(Relays)與異構網絡(HetNets): 為瞭改善網絡覆蓋和容量,LTE-Advanced引入瞭中繼器和異構網絡的概念。本書將探討中繼器的工作原理,以及異構網絡(例如宏基站與微基站的協同)如何實現更精細化的網絡部署和資源管理。 網絡切片(Network Slicing)的萌芽: 雖然網絡切片在5G中是核心概念,但其早期的一些思想已經在LTE-Advanced的演進中有所體現,例如在QoS管理和業務區分方麵。本書將提及這些相關聯的演進方嚮。 第三部分:LTE/LTE-Advanced的網絡架構與部署 理論知識的掌握離不開對實際網絡架構和部署的理解。本書將深入剖析LTE/LTE-Advanced的網絡組成和運行機製。 EPC(Evolved Packet Core)核心網: 詳細介紹EPC的組成部分,包括MME(Mobility Management Entity)、S-GW(Serving Gateway)、P-GW(Packet Data Network Gateway)、HSS(Home Subscriber Server)等關鍵網元的功能和相互協作。將深入分析其信令流程、數據傳輸路徑以及如何實現全IP化。 eNodeB(演進型NodeB): 深入講解eNodeB作為LTE基站的關鍵功能,包括無綫資源管理、用戶數據處理、宏分集等。將探討不同類型的eNodeB(例如宏基站、微基站、皮基站)在網絡部署中的作用。 接口協議: 詳細介紹LTE/LTE-Advanced網絡中各個網元之間以及網元與終端之間的接口協議,例如S1-MME、S1-U、X2、S6a、Gx、Gy等。理解這些協議對於網絡分析和故障排查至關重要。 網絡規劃與優化: 結閤實際經驗,本書將探討LTE/LTE-Advanced網絡的規劃原則、站點布局、頻率規劃以及網絡優化方法。將涉及覆蓋優化、容量優化、乾擾控製等關鍵技術。 互聯互通與漫遊: 探討LTE/LTE-Advanced網絡與其他通信網絡(如2G、3G)的互聯互通問題,以及國際漫遊的實現機製。 第四部分:LTE/LTE-Advanced的未來展望與發展趨勢 通信技術的演進永無止境。本書的最後部分將帶領讀者展望LTE/LTE-Advanced的未來發展方嚮,以及為即將到來的5G時代做好準備。 LTE Release 10-14及後續演進: 詳細介紹LTE-Advanced Pro(或稱LTE Release 13及後續版本)引入的新特性,例如VoLTE(Voice over LTE)的進一步完善、NB-IoT(Narrowband IoT)和eMTC(enhanced Machine Type Communication)等低功耗廣域網技術在LTE平颱上的集成,以及對MTC(Machine Type Communication)業務的支持。 嚮5G的平滑過渡: 探討LTE/LTE-Advanced作為5G演進的重要基石,是如何為5G網絡的發展奠定基礎的。將分析NR(New Radio)與LTE的協同工作模式,以及SA(Standalone)和NSA(Non-Standalone)組網模式下的演進路徑。 新興應用與技術趨勢: 討論LTE/LTE-Advanced在支撐新興應用方麵的作用,例如物聯網(IoT)、車聯網(V2X)、增強現實(AR)/虛擬現實(VR)等。同時,也將提及人工智能(AI)和機器學習(ML)在網絡優化和智能服務方麵的應用前景。 本書的適用人群 《LTE/LTE-Advanced:UMTS長期演進理論與實踐》(第二版)是一本麵嚮廣泛讀者的專業書籍,尤其適閤以下人群: 通信工程、電子工程、計算機科學等相關專業的在校學生和研究生: 為他們提供深入、係統性的LTE/LTE-Advanced學習資源。 運營商、設備製造商、集成商等通信行業的工程師和技術人員: 幫助他們掌握LTE/LTE-Advanced的核心技術,理解網絡架構,提升工程實踐能力。 從事通信技術研究和開發的科研人員: 為其提供前沿的技術洞察和理論支持。 對移動通信技術感興趣的行業決策者和管理者: 幫助他們瞭解LTE/LTE-Advanced帶來的技術變革和市場機遇。 結語 《LTE/LTE-Advanced:UMTS長期演進理論與實踐》(第二版)通過其嚴謹的理論闡述、詳實的工程實踐和前瞻性的技術展望,為讀者提供瞭一次全麵而深入的學習體驗。本書不僅是理解當前移動通信技術現狀的寶貴參考,更是洞察未來通信發展趨勢的重要窗口。掌握LTE/LTE-Advanced的技術精髓,對於在日新月異的通信領域取得成功至關重要。