【资料名称】：(Ericssion)最新最全的LTE国宝级资料！

【资料作者】：Ericssion

【资料日期】：2009

【资料语言】：英文

【资料格式】：PDF

【资料目录和简介】：

Part I: Introduction 1
1 Background of 3G evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1 History and background of 3G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Before 3G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 Early 3G discussions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.3 Research on 3G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.4 3G standardization starts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 Standardization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.1 The standardization process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.2 3GPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.3 IMT-2000 activities in ITU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3 Spectrum for 3G and systems beyond 3G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2 The motives behind the 3G evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1 Driving forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.1 Technology advancements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1.2 Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.3 Cost and performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2 3G evolution: Two Radio Access Network approaches
and an evolved core network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.1 Radio Access Network evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.2 An evolved core network: system architecture
evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
vi
Part II: Technologies for 3G Evolution 27
3 High data rates in mobile communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1 High data rates: Fundamental constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1.1 High data rates in noise-limited scenarios . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1.2 Higher data rates in interference-limited scenarios . . . . . . . 33
3.2 Higher data rates within a limited bandwidth: Higher-order . . . . . . . .
modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.1 Higher-order modulation in combination with
channel coding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.2 Variations in instantaneous transmit power . . . . . . . . . . . . . 36
3.3 Wider bandwidth including multi-carrier transmission . . . . . . . . . . 37
3.3.1 Multi-carrier transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4 OFDM transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.1 Basic principles of OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.2 OFDM demodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.3 OFDM implementation using IFFT/FFT processing . . . . . . . . . . . . 46
4.4 Cyclic-prefix insertion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.5 Frequency-domain model of OFDM transmission . . . . . . . . . . . . . . 51
4.6 Channel estimation and reference symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.7 Frequency diversity with OFDM: Importance of channel coding . . 53
4.8 Selection of basic OFDM parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.8.1 OFDM subcarrier spacing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.8.2 Number of subcarriers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.8.3 Cyclic-prefix length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.9 Variations in instantaneous transmission power . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.10 OFDM as a user-multiplexing and multiple-access scheme . . . . . . . 59
4.11 Multi-cell broadcast/multicast transmission and OFDM . . . . . . . . . 61
5 Wider-band ‘ single-carrier ’ transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.1 Equalization against radio-channel frequency selectivity . . . . . . . . . 65
5.1.1 Time-domain linear equalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.1.2 Frequency-domain equalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.1.3 Other equalizer strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.2 Uplink FDMA with flexible bandwidth assignment . . . . . . . . . . . . . 71
5.3 DFT-spread OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.3.1 Basic principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.3.2 DFTS-OFDM receiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.3.3 User multiplexing with DFTS-OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.3.4 Distributed DFTS-OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Contents
vii
6 Multi-antenna techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.1 Multi-antenna configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.2 Benefits of multi-antenna techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
6.3 Multiple receive antennas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.4 Multiple transmit antennas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.4.1 Transmit-antenna diversity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.4.2 Transmitter-side beam-forming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.5 Spatial multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.5.1 Basic principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6.5.2 Pre-coder-based spatial multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.5.3 Non-linear receiver processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7 Scheduling, link adaptation and hybrid ARQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.1 Link adaptation: Power and rate control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
7.2 Channel-dependent scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7.2.1 Downlink scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
7.2.2 Uplink scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
7.2.3 Link adaptation and channel-dependent scheduling
in the frequency domain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.2.4 Acquiring on channel-state information . . . . . . . . . . . . . . . 116
7.2.5 Traffic behavior and scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
7.3 Advanced retransmission schemes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
7.4 Hybrid ARQ with soft combining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Part III: HSPA 125
8 WCDMA evolution: HSPA and MBMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
8.1 WCDMA: Brief overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
8.1.1 Overall architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
8.1.2 Physical layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
8.1.3 Resource handling and packet-data session . . . . . . . . . . . . 137
9 High-Speed Downlink Packet Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
9.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
9.1.1 Shared-channel transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
9.1.2 Channel-dependent scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
9.1.3 Rate control and higher-order modulation . . . . . . . . . . . . . 142
9.1.4 Hybrid ARQ with soft combining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
9.1.5 Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
9.2 Details of HSDPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
Contents
viii
9.2.1 HS-DSCH: Inclusion of features in WCDMA
Release 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
9.2.2 MAC-hs and physical-layer processing . . . . . . . . . . . . . . . 147
9.2.3 Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
9.2.4 Rate control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
9.2.5 Hybrid ARQ with soft combining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
9.2.6 Data flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
9.2.7 Resource control for HS-DSCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
9.2.8 Mobility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
9.2.9 UE categories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
9.3 Finer details of HSDPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
9.3.1 Hybrid ARQ revisited: Physical-layer processing . . . . . . . 162
9.3.2 Interleaving and constellation rearrangement . . . . . . . . . . 167
9.3.3 Hybrid ARQ revisited: Protocol operation . . . . . . . . . . . . . 168
9.3.4 In-sequence delivery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
9.3.5 MAC-hs header . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
9.3.6 CQI and other means to assess the downlink quality . . . . . 174
9.3.7 Downlink control signaling: HS-SCCH . . . . . . . . . . . . . . . 177
9.3.8 Downlink control signaling: F-DPCH . . . . . . . . . . . . . . . . 180
9.3.9 Uplink control signaling: HS-DPCCH . . . . . . . . . . . . . . . . 180
10 Enhanced Uplink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
10.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
10.1.1 Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
10.1.2 Hybrid ARQ with soft combining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
10.1.3 Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
10.2 Details of Enhanced Uplink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
10.2.1 MAC-e and physical layer processing . . . . . . . . . . . . . . . . 193
10.2.2 Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
10.2.3 E-TFC selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
10.2.4 Hybrid ARQ with soft combining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
10.2.5 Physical channel allocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
10.2.6 Power control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
10.2.7 Data flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
10.2.8 Resource control for E-DCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
10.2.9 Mobility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
10.2.10 UE categories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
10.3 Finer details of Enhanced Uplink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
10.3.1 Scheduling – the small print . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
10.3.2 Further details on hybrid ARQ operation . . . . . . . . . . . . . . 223
10.3.3 Control signaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
Contents
ix
11 MBMS: Multimedia Broadcast Multicast Services . . . . . . . . . . . . . . . 239
11.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
11.1.1 Macro-diversity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
11.1.2 Application-level coding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
11.2 Details of MBMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
11.2.1 MTCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
11.2.2 MCCH and MICH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
11.2.3 MSCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
12 HSPA Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
12.1 MIMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
12.1.1 HSDPA-MIMO data transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
12.1.2 Rate control for HSDPA-MIMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
12.1.3 Hybrid-ARQ with soft combining for HSDPA-MIMO . . . 256
12.1.4 Control signaling for HSDPA-MIMO . . . . . . . . . . . . . . . . 257
12.1.5 UE capabilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
12.2 Higher-order modulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
12.3 Continuous packet connectivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
12.3.1 DTX–reducing uplink overhead . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
12.3.2 DRX–reducing UE power consumption . . . . . . . . . . . . . . 264
12.3.3 HS-SCCH-less operation: downlink overhead reduction . . 265
12.3.4 Control signaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
12.4 Enhanced CELL_FACH operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
12.5 Layer 2 protocol enhancements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
12.6 Advanced receivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
12.6.1 Advanced UE receivers specified in 3GPP . . . . . . . . . . . . 271
12.6.2 Receiver diversity (type 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
12.6.3 Chip-level equalizers and similar receivers (type 2) . . . . . 272
12.6.4 Combination with antenna diversity (type 3) . . . . . . . . . . . 273
12.6.5 Combination with antenna diversity and interference
cancellation (type 3i) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
12.7 MBSFN operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
12.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Part IV: LTE and SAE 277
13 LTE and SAE: Introduction and design targets . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
13.1 LTE design targets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
13.1.1 Capabilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
13.1.2 System performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
Contents
x
13.1.3 Deployment-related aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
13.1.4 Architecture and migration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
13.1.5 Radio resource management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
13.1.6 Complexity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
13.1.7 General aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
13.2 SAE design targets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
14 LTE radio access: An overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
14.1 LTE transmission schemes: Downlink OFDM and
uplink DFTS-OFDM/SC-FDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
14.2 Channel-dependent scheduling and rate adaptation . . . . . . . . . . . . 291
14.2.1 Downlink scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
14.2.2 Uplink scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
14.2.3 Inter-cell interference coordination . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
14.3 Hybrid ARQ with soft combining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
14.4 Multiple antenna support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
14.5 Multicast and broadcast support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
14.6 Spectrum flexibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
14.6.1 Flexibility in duplex arrangement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
14.6.2 Flexibility in frequency-band-of-operation . . . . . . . . . . . . 297
14.6.3 Bandwidth flexibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
15 LTE radio interface architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
15.1 Radio link control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
15.2 Medium access control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
15.2.1 Logical channels and transport channels . . . . . . . . . . . . . . 303
15.2.2 Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
15.2.3 Hybrid ARQ with soft combining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
15.3 Physical layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
15.4 Terminal states . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
15.5 Data flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
16 Downlink transmission scheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
16.1 Overall time-domain structure and duplex alternatives . . . . . . . . . 317
16.2 The downlink physical resource . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
16.3 Downlink reference signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
16.3.1 Cell-specific downlink reference signals . . . . . . . . . . . . . . 325
16.3.2 UE-specific reference signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
16.4 Downlink L1/L2 control signaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
16.4.1 Physical Control Format Indicator Channel . . . . . . . . . . . . 332
16.4.2 Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel . . . . . . . . . . . . . 334
16.4.3 Physical Downlink Control Channel . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
Contents
xi
16.4.4 Downlink scheduling assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
16.4.5 Uplink scheduling grants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
16.4.6 Power-control commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
16.4.7 PDCCH processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
16.4.8 Blind decoding of PDCCHs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
16.5 Downlink transport-channel processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
16.5.1 CRC insertion per transport block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
16.5.2 Code-block segmentation and per-code-block
CRC insertion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
16.5.3 Turbo coding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
16.5.4 Rate-matching and physical-layer hybrid-ARQ
functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
16.5.5 Bit-level scrambling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
16.5.6 Data modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
16.5.7 Antenna mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
16.5.8 Resource-block mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
16.6 Multi-antenna transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
16.6.1 Transmit diversity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
16.6.2 Spatial multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
16.6.3 General beam-forming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
16.7 MBSFN transmission and MCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
17 Uplink transmission scheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
17.1 The uplink physical resource . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
17.2 Uplink reference signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
17.2.1 Uplink demodulation reference signals . . . . . . . . . . . . . . . 385
17.2.2 Uplink sounding reference signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
17.3 Uplink L1/L2 control signaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
17.3.1 Uplink L1/L2 control signaling on PUCCH . . . . . . . . . . . 398
17.3.2 Uplink L1/L2 control signaling on PUSCH . . . . . . . . . . . . 411
17.4 Uplink transport-channel processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
17.5 PUSCH frequency hopping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
17.5.1 Hopping based on cell-specific hopping/mirroring
patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
17.5.2 Hopping based on explicit hopping information . . . . . . . . 418
18 LTE access procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
18.1 Acquisition and cell search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
18.1.1 Overview of LTE cell search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
18.1.2 PSS structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
18.1.3 SSS structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
Contents
xii
18.2 System information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
18.2.1 MIB and BCH transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
18.2.2 System-Information Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
18.3 Random access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
18.3.1 Step 1: Random-access preamble transmission . . . . . . . . . 434
18.3.2 Step 2: Random-access response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
18.3.3 Step 3: Terminal identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
18.3.4 Step 4: Contention resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
18.4 Paging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
19 LTE transmission procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
19.1 RLC and hybrid-ARQ protocol operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
19.1.1 Hybrid-ARQ with soft combining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448
19.1.2 Radio-link control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
19.2 Scheduling and rate adaptation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
19.2.1 Downlink scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
19.2.2 Uplink scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
19.2.3 Semi-persistent scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
19.2.4 Scheduling for half-duplex FDD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
19.2.5 Channel-status reporting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
19.3 Uplink power control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
19.3.1 Power control for PUCCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
19.3.2 Power control for PUSCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
19.3.3 Power control for SRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
19.4 Discontinuous reception (DRX) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
19.5 Uplink timing alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
19.6 UE categories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
20 Flexible bandwidth in LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
20.1 Spectrum for LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
20.1.1 Frequency bands for LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498
20.1.2 New frequency bands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
20.2 Flexible spectrum use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
20.3 Flexible channel bandwidth operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
20.4 Requirements to support flexible bandwidth . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
20.4.1 RF requirements for LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
20.4.2 Regional requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506
20.4.3 BS transmitter requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
20.4.4 BS receiver requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
20.4.5 Terminal transmitter requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
20.4.6 Terminal receiver requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515
Contents
xiii
21 System Architecture Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
21.1 Functional split between radio access network and core
network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
21.1.1 Functional split between WCDMA/HSPA radio
access network and core network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
21.1.2 Functional split between LTE RAN and core network . . . 519
21.2 HSPA/WCDMA and LTE radio access network . . . . . . . . . . . . . . . 520
21.2.1 WCDMA/HSPA radio access network . . . . . . . . . . . . . . . . 521
21.2.2 LTE radio access network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
21.3 Core network architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
21.3.1 GSM core network used for WCDMA/HSPA . . . . . . . . . . 529
21.3.2 The ‘ SAE ’ core network: The Evolved Packet Core . . . . . 533
21.3.3 WCDMA/HSPA connected to Evolved Packet Core . . . . . 536
21.3.4 Non-3GPP access connected to Evolved Packet Core . . . . 537
22 LTE-Advanced . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
22.1 IMT-2000 development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
22.2 LTE-Advanced – The 3GPP candidate for IMT-Advanced . . . . . . 540
22.2.1 Fundamental requirements for LTE-Advanced . . . . . . . . . 541
22.2.2 Extended requirements beyond ITU requirements . . . . . . . 542
22.3 Technical components of LTE-Advanced . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
22.3.1 Wider bandwidth and carrier aggregation . . . . . . . . . . . . . 543
22.3.2 Extended multi-antenna solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
22.3.3 Advanced repeaters and relaying functionality . . . . . . . . . 545
22.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546
Part V: Performance and Concluding Remarks 547
23 Performance of 3G evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
23.1 Performance assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
23.1.1 End-user perspective of performance . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
23.1.2 Operator perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
23.2 Performance in terms of peak data rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
23.3 Performance evaluation of 3G evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
23.3.1 Models and assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
23.3.2 Performance numbers for LTE with 5 MHz FDD carriers . 555
23.4 Evaluation of LTE in 3GPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
23.4.1 LTE performance requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
23.4.2 LTE performance evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559
23.4.3 Performance of LTE with 20 MHz FDD carrier . . . . . . . . . 560
23.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
Contents
xiv
24 Other wireless communications systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
24.1 UTRA TDD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
24.2 TD-SCDMA (low chip rate UTRA TDD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565
24.3 CDMA2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 566
24.3.1 CDMA2000 1x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
24.3.2 1x EV-DO Rev 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
24.3.3 1x EV-DO Rev A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
24.3.4 1x EV-DO Rev B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
24.3.5 UMB (1x EV-DO Rev C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571
24.4 GSM/EDGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573
24.4.1 Objectives for the GSM/EDGE evolution . . . . . . . . . . . . . 573
24.4.2 Dual-antenna terminals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
24.4.3 Multi-carrier EDGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
24.4.4 Reduced TTI and fast feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576
24.4.5 Improved modulation and coding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
24.4.6 Higher symbol rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
24.5 WiMAX (IEEE 802.16) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578
24.5.1 Spectrum, bandwidth options and duplexing
arrangement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580
24.5.2 Scalable OFDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
24.5.3 TDD frame structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
24.5.4 Modulation, coding and Hybrid ARQ . . . . . . . . . . . . . . . . 581
24.5.5 Quality-of-service handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582
24.5.6 Mobility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
24.5.7 Multi-antenna technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584
24.5.8 Fractional frequency reuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584
24.5.9 Advanced Air Interface (IEEE 802.16m) . . . . . . . . . . . . . . 585
24.6 Mobile Broadband Wireless Access (IEEE 802.20) . . . . . . . . . . . . 586
24.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588
25 Future evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
25.1 IMT-Advanced . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590
25.2 The research community . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
25.3 Standardization bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
25.4 Concluding remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592
References 593