一、概述

目前ITU确定的第四代移动通信系统标准为LTE技术。LTE技术是当前国际上最为先进的移动通信技术，它集成了移动通信系统最新的研究成果。

在3GPP的规范中，LTE技术根据时分复用（TDD）方式和频分复用（FDD）方式，又分为两种模式，即TD-LTE和LTE-FDD。其中，TD-LTE是由第三代移动通信TD-SCDMA演进而来，是由我们国家为主导提出的一个国际标准。目前，该系统已经由中国移动在国内建设10多个城市的规模试验网络。LTE-FDD是由第三代移动通信WCDMA演进而来，在国外有一些试验网络。TD-LTE和LTE-FDD只在空中接口的物理层和MAC调度层有略微的区别，在其他协议以及网络结构上是完全一致的。

LTE采用了与3G不同的空中接口技术，采用基于OFDM，MIMO等技术的空中接口设计，极大的提高了无线频谱利用率。在系统中采用了基于分组交换的设计思想，即使用共享信道，物理层不再提供专用信道。同时，对传统3G的网络架构进行了优化，采用扁平化的IP网络结构，接入网仅包含Node B，不再有RNC。

整个TD-LTE系统由核心网（EPC）、基站（eNodeB）和用户设备（UE）3部分组成。其中，EPC（Evolved Packet Core）负责核心网部分，EPC信令处理部分称MME，数据处理部分称为SAE Gateway (S-GW)；eNodeB负责接入网部分，也称E-UTRAN；UE指用户终端设备。

如上图，eNodeB与EPC通过S1接口连接；eNodeB之间通过X2接口连接；eNodeB与UE 通过Uu接口连接。和UMTS相比，由于NodeB 和 RNC 融合为网元eNodeB ,所以TD-LTE少了Iub接口。X2接口类似于Iur接口，S1接口类似于Iu接口，但有较大简化。

eNB的功能包括：RRM功能；IP头压缩及用户数据流加密；UE附着时的MME选择；寻呼信息的调度传输；广播信息的调度传输；以及设置和提供eNB的测量等。

MME的功能包括：寻呼消息发送；安全控制；Idle态的移动性管理；SAE承载管理；以及NAS信令的加密及完整性保护等。

S-GW的功能包括：数据的路由和传输，以及用户面数据的加密。

基本协议构成如下：

二、4G基站系统特点与指标

4G（TD-LTE）移动基站系统产品是遵循目前最新、最成熟的3GPP R9规范实现。为了更好的体现出LTE技术的工作原理，对TD-LTE系统网元进行了优化部署，并可以在此基础上进行定制化的应用开发。

通过该系统，可以理解TD-LTE系统的运行原理，理解移动业务开展的原理，并提供系统原型的参数配置，提供用户参与TD-LTE的无线网络配置和优化过程，积累相关的经验。提供一个移动通信系统的验证平台，可以基于此系统，开发并测试相应的终端模块。

整个TD-LTE系统在完整教学系统中的位置如下描述：

   其中，商用的TD-LTE终端（手机或者数据卡，物联网专用终端等）可以通过标准的TD-LTE空中接口接入到TD-LTE基站系统中。该TD-LTE基站系统实现了完整的TD-LTE空中接口协议，实现了简单的核心网EPC协议功能。使得在在该系统中接入的终端之间可以进行正常的通信（语音和数据业务），在该基站系统中，同时实现了与外部软交换网络的协议转换功能。使得在该网络中的TD-LTE终端可以与外部NGN服务器进行通信，进行软交换的各种业务。

TD-LTE基站系统采用高集成度的硬件平台，该平台为目前业界商用基站主流技术：该系统的基本架构是基于千兆以太网交换、高速串行数据总线、交换高速、差分同步总线和高速Ir光口的分布式架构。基于该架构，可以灵活地对系统处理能力进行扩充。在该系统方案中，基带板处理单元采用大容量FPGA、高性能多核DSP处理器、多核通信处理器等高端芯片，以及分布式构架。该平台处理能极其强大。能够完成单个20MHz小区满容量的业务需求。该基站系统的软件架构如下描述：

   其中，整个TD-LTE基站系统软件由TD-LTE空口协议栈软件（主要由物理层软件、链路层软件，网络层软件），网关软件以及PC机调试软件组成。其主要实现的功能如下：

1）物理层软件：物理层要求支持物理信道PUSCH、PRACH、PUCCH、PDSCH、PBCH、PCFICH、PHICH、PDCCH等相关的物理信道。

2）链路层软件：链路层主要由MAC层、RLC层、PDCP层组成。MAC层主要实现MAC实体等功能；RLC层主要实现PDU传输的TM、UM、AM等功能；PDCP层主要实现用户数据的传输和头压缩等功能。

3）网络层软件：网络层主要实现基本的通信和测试流程，由RRC层、MM层、PMM层、CC层、SM层、TC层组成。主要包括系统消息广播，UE注册过程(包括身份识别过程、鉴权过程等)，UE的PS附着过程，高速业务建立和释放（包括网络发起和UE发起），RMC流程的建立和释放，物理信道重配置(信道切换)等。

4）PC机调试软件：PC机调试软件主要实现对底层协议栈软件调试和功能的验证。主要实现协议栈软件的LOG消息的显示，对协议栈相关流程的控制和参数的配置（触发L3相关流程，配置L3消息中的相关参数，配置系统模拟器相关参数），显示系统模拟器底层测量的相关参数和用户数据的相关处理等。

5）外部网关功能软件：与外部NGN系统对接的网关功能软件。

系统性能指标：

基站设备硬件指标：

TD-LTE基站系统采用先进、成熟的分布式基站架构，整个基站分为数字单元和射频单元构成。

Ø  数字协议处理单元采用了高性能、可扩展的硬件平台，集成了基站、核心网的软件功能，将复杂的第四代移动通信系统可以简单部署，方便维护。

Ø  射频单元采用的宽频设计，可以选择满足不同放射功率和频段要求。

1）数字单元模块指标：

2）射频单元设备指标：   

射频单元可以支持小功率模块，也可以采用商用RRU，以下按照小功率模块进行技术描述：

四、实验内容：

1、小区建立实验

可以建立TD-LTE单频点小区，小区主要参数可以由用户灵活配置（比如MNC,LAC,CELL ID,频点，扰码，小区主要信道的功率值等等）；

   用户可以通过工程手机看到所配参数生效情况。  

2、手机入网实验

商用的TD-LTE终端（包括数据卡），能够正常驻留到建立的小区中。（完成RRC建立和释放流程，完成位置更新过程，完成5元组双向鉴权过程，完成信令完整性保护过程）

    系统提供整个驻留的空口信令流程展示，用户可以对信令流程的每个字段进行分析。

3、用户数据管理实验

用户的SIM数据管理功能： 用户可以定制SIM卡，对于其中的数据（MSISDN等）进行统一管理，可以管理该用户允许驻留本小区，允许用户进行业务等；

4、手机通话实验一

驻留在该小区的用户（TD-LTE终端），可以进行MOC通话，可以正常进行呼叫的流程，系统提供彩铃回放，用户可以再拨通后听到该彩铃。

   系统提供整个呼叫的空口信令流程展示，用户可以对信令流程的每个字段进行分析。

5、手机通话实验二

驻留在该小区的2个用户（TD-LTE终端），可以进行MMC通话，可以正常进行呼叫的流程，系统提供彩铃回放，用户可以再拨通后听到该彩铃。

   系统提供整个呼叫的空口信令流程展示，用户可以对信令流程的每个字段进行分析。

6、手机短信实验

驻留在该小区的用户（TD-LTE终端），可以给系统发短信。系统可以在操作台看到该短信。

  系统可以通过PC给驻留在该小区的用户（TD-LTE终端）发短信。短信可以正常接收。

  驻留在该小区的2个用户（TD-LTE终端）可以互相发送短信。用户可以正常发送和接收。系统可以监听到短信内容。

    系统提供整个短信发送和接收的空口信令流程展示，用户可以对信令流程的每个字段进行分析。

 7、手机视频通话实验

驻留在该小区的两个用户（TD-LTE终端）可以进行可视电话。用户可以进行清晰的可视电话业务体验。

    系统提供整个可视电话呼叫的空口信令流程展示，用户可以对信令流程的每个字段进行分析。

 8、空中接口分析实验一

驻留在该小区的用户（TD-LTE终端）语音通信。

  系统提供整个附着的空口信令流程展示，用户可以对信令流程的每个字段进行分析。

 9、空中接口分析实验二

驻留在该小区的用户（TD-LTE终端）数据通信与无线接入。

   系统提供整个数据通信的信令流程展示，用户可以对信令流程的每个字段进行分析。

---系统可以提供以上过程的正常信令流程分析，当失败时，可以通过信令的分析找出失败的原因。

 10、系统资源管理分析实验

系统提供现有空口资源占用情况的实时分析。

 11、功率控制实验

系统可以提供功控的操作。

六、仪器配置