LTE基本原理.ppt

TD-LTE介绍,1,Page2,前言,LTE技术由3Gpp定义，作为第四代移动通信的技术LTE正式名称：EPS，即演进型的分组系统，有两部分组成LTE（Long-TermEvolution，长期演进）SAE（SystemArchitectureEvolution，系统架构演进）,Page3,LTE主要设计目标：三高、两低,三高高峰值速率：下行峰值100Mbps，上行峰值50Mbps高频谱效率：频谱效率是3G的25倍高移动性：支持350km/h（在某些频段甚至支持500km/h）两低低时延：控制面IDLE-ACTIVE:100ms，用户面传输:10ms低成本：设备成本、运维成本,TD-LTE与TD-SCDMA系统性能比较,Page4,LTE在用户体验和网络效率上都有很大的提升,LTE系统结构的特点：扁平化,Page5,SGSN/GGSN,MGW,IP/ATM回传网,NodeB,NodeB,NodeB,UE,UE,UE,RNC,Iu接口,Iub接口,IP承载网,SGW/PGW,MME,IMS,eNodeB,eNodeB,eNodeB,扁平化的网络结构，提升了业务传送的效率,LTE无线侧的主要接口,Page6,Page7,频谱效率提升关键技术：OFDM,单载波,OFDM：正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)多采用几个频率并行发送，以实现宽带的传输,frequency,传统多载波,OFDM,OFDM各个子载波相互交叠、正交，从而提高了频谱利用率,正交频分复用OFDM,时域,频域,时域,频域,子载波1,子载波2,子载波3,子载波4,OFDM在LTE系统的应用,频率,时间,PRB（PhysicalResourceBlock，即“物理资源块”），是LTE系统中调度用户的最小单位；一个PRB由频域上连续12个子载波（子载波宽度15kHz），时域上连续7个OFDM符号构成,12个子载波,180kHz,7个符号0.5ms,RE(ResourceElement)，频域上占一个子载波，时域上占一个OFDM符号,PRB,LTE多址方式-下行,将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的子载波资源分配给不同的用户实现多址。因为子载波相互正交，所以小区内用户之间没有干扰。,在这个调度周期中，用户A是分布式，用户B是集中式,下行多址方式OFDMA,OFDM系统中各个子载波相互交叠，互相正交，从而极大的提高了频谱利用率,OFDM优点频谱利用率高，配置灵活,Page11,工信部电信研究院-TD-LTE无线关键技.,OFDM频谱,传统FDM频谱,如果某频点衰落较大，可以将用户调度到其它子载波上,OFDM优点对抗频率选择性衰落,Page12,空口速率提升技术高阶调制,调制的作用：把需要发送的信息通过调制符号进行表示高阶调制的优点：每符号能表示更多的信息,Page13,TD-LTE采用64QAM调制方式，效率是QPSK的3倍，也比16QAM峰值速率提升50，,为什么要“AMC”(自适应调制和编码方式),高阶调制的缺点：越是高性能（速率高）的调制方式，其对信道质量的要求也越高AMC:基于信道质量，选择最合适的调制方式，编码方式：好的信道条件-减少冗余，高阶调制坏的信道条件-增加冗余，低阶调制,Page14,FastScheduling快速调度算法,快速调度：快速的信道重分配调度资源的基本原则兼顾效率，公平性及业务QoS可选择的调度原则轮询算法RoundRobin(RR)：“大锅饭”最大信噪比算法(MaxC/I)：“强者恒强”部分公平算法ProportionalFair(PF)：“和谐社会”,Page15,LTE采用1ms子帧作为调度周期，更加快速灵活的适配各种场景快速调度是各种关键技术的前提,MIMO：多天线技术,Page16,双声道立体声,身临其境的感觉真好两只喇叭+两只耳朵,双发双收MIMO，让上网速率翻番两副接收天线+两副发射天线,MIMO的工作模式,复用模式不同天线发射不同的数据，可以直接增加容量：22MIMO方式容量提高1倍分集模式不同天线发射相同的数据，在弱信号条件下提高用户的速率,Page17,MIMO可以在复用模式和分集模式之间自适应动态转变,多天线之BeamForming,没有智能天线的情况下，小区间用户干扰严重,使用智能天线的情况下，小区间用户干扰得到极大改善,Page18,Beamforming和MIMO结合使用，既改善覆盖，又提升容量,LTE天线传输模式,LTE采用了多天线MIMO技术，可以有不同的传输模式,模式1单天线,无法获得多天线的好处，可以作为各种传输模式的性能对比参考,模式2传输分集,SFBC具有一定的分集增益，FSTD带来频率选择增益，这有助于降低其所需的解调门限，从而提高覆盖性能,模式3开环空间复用,对信噪比要求较高，会使其要求的解调门限升高，降低覆盖性能,模式4闭环空间复用,对信道估计要求较高，且对时延敏感，这导致其解调门限要求较高，覆盖性能反而下降,模式5MU-MIMO,对于单用户而言，其传输的数据仍然是单层单码字数据流，覆盖性能相比mode1应该不会有太大的提升,模式6rank=1的闭环预编码,解调性能应比mode4在多层多码字传输时要好，相对mode1的覆盖性能应该仍然会有所下降,模式7波束赋形,该模式应该具有较好的覆盖性能,模式8双流波束赋形,双流波束赋形可支持模式内流间自适应，可用于小区边缘也可以应用于其他场景。,TD-LTE帧结构,帧长度：10ms，包含10个子帧TDD帧结构引入了特殊子帧的概念。特殊子帧中包括DwPTS（下行导频时隙）、GP（保护周期）和UpPTS（上行导频时隙）。特殊子帧各部分的长度可以配置，但总时长固定为1ms,Page20,TD-LTE无线帧的配置,Page21,根据场景和话务量，选择子帧的配比，推荐配置2，即3:1,ICIC：小区间干扰协调,Page22,ICIC技术的优点：降低邻区干扰；提升小区边缘数据吞吐量，改善小区边缘用户体验,ICIC改善小区边缘用户吞吐率达40%以上,ICIC的实现,Page23,配置工具,ICIC配置,传统ICIC（静态）,OSS,ICIC配置,测量,自适应ICIC,静态ICIC：每个模式固定1/3边缘用户频带，每个小区的边缘频带模式由用户手工配置确定,自适应ICIC：不需要人工配置和操作，OSS自动配置各小区的边缘频带模式，场景实用性强,频段情况,我公司现有TDD频段规划，未来可根据TD-LTE发展进程即时调整,A频段（TD主频段）,F频段,E频段,D频段,TD-SCDMA,2010-2015MHz,2015-2025MHz,室内,室外,1880-1920MHz,2320-2370MHz,TD-LTE,2575-2615MHz,注：F频段后20M（19001920MHz）目前被PHS占用，将逐步完成清频,A频段仅15M带宽（10M室外，5M室内），考虑到在一定时间内TD-SCDMA与TD-LTE长期共存，A频段目前用于TD主频点LTE主要使用D/E/F频段,共用,TD-LTE原理介绍,2014年01月,27,LTE网络结构,扁平化网络架构,28,核心网,BSC,核心网,eNodeB,BTS,eNodeB,由2G/3G二级转发变为一级转发,NodeB,RNC,2G/3G网络,LTE网络,TD-LTE网络架构,29,负责无线资源管理,负责移动性管理功能,负责用户面接入功能,提供承载控制、计费、地址分配和非3GPP接入等功能,根据用户特点和业务需求提供数据业务资源管控,提供鉴权和签约等功能,用户设备(UE),接入网(E-UTRAN),核心网(EPC),整个TD-LTE系统由3部分组成,30,网元功能,接入网：扁平化，IP化，去掉RNC的物理实体，功能实体分解到基站和核心网元大部分功能放在了E-NodeB，以减少时延和增强调度能力少部分功能放在了核心网，加强移动性管理核心网：用户面和控制面分离原有SGSN实体分解为MME(控制面实体)和Gateway（用户面实体）,e-NodeB的主要功能包括：无线资源管理功能，即实现无线承载控制、无线许可控制和连接移动性控制，在上下行链路上完成UE上的动态资源分配（调度）用户数据流的IP报头压缩和加密UE附着状态时MME的选择实现S-GW用户面数据的路由选择执行由MME发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告,MME的主要功能包括：NAS(Non-AccessStratum)非接入层信令的加密和完整性保护；AS(AccessStratum)接入层安全性控制、空闲状态移动性控制；EPS(EvolvedPacketSystem)承载控制；支持寻呼，切换，漫游，鉴权。,S-GW的主要功能包括：分组数据路由及转发；移动性及切换支持；合法监听；计费。,P-GW的主要功能包括：分组数据过滤；UE的IP地址分配；上下行计费及限速。,31,LTE的接入网架构,LTE的主要网元E-UTRAN(接入网)：e-NodeB组成EPC(核心网)：MME，S-GW，P-GWLTE的网络接口X2接口：e-NodeB之间的接口，支持数据和信令的直接传输S1接口：连接e-NodeB与核心网EPC的接口S1-MME是e-NodeB连接MME的控制面接口S1-U是e-NodeB连接S-GW的用户面接口,与传统3G网络比较，LTE的网络结更加简单扁平，降低组网成本，增加组网灵活性，并能大大减少用户数据和控制信令的时延。,提纲,32,LTE特点与关键技术,LTE的特点,33,LTE的关键技术,LTE的多址方式下行:OFDMA上行:SC-FDMA先进的天线解决方案发射分集MIMO波束赋形灵活的带宽配置6种可用带宽可选的双工方式TDD&FDD,34,OFDM技术,正交频分复用技术，多载波调制的一种。将一个宽频信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。,宽频信道,正交子信道,频域调度颗粒度小（180kHz）,子载波颗粒度小（15kHz）,OFDM优势-对比FDM,传统FDM:为避免载波间干扰，需要在相邻的载波间保留一定保护间隔，大大降低了频谱效率。,FDM,OFDM,OFDM:各子载波重叠排列，同时保持子载波的正交特性。从而在相同带宽内容纳数量更多子载波，提升频谱效率。,2019/12/12,37,可编辑,高阶调制,38,调制方式,39,多天线技术,40,多天线技术的优势,41,阵列增益（Arraygain）分集增益（Diversitygain）空间复用增益（Spatialmultiplexinggain）干扰抑制增益（co-channelinterferencereduction）,改善系统覆盖改善系统容量提高峰值速率,提高频谱利用率,多天线技术,42,传输模式,43,传输模式,44,1.TM1，单天线端口传输：主要应用于单天线传输的场合。为普通单天线传输模式。2.TM2，发送分集(Diversity)：适合于小区边缘信道情况比较复杂，干扰较大的情况，有时候也用于高速的情况，分集能够提供分集增益.用来提高信号传输的可靠性，主要是针对小区边缘用户。3.TM3，开环空间分集(MIMO)：合适于终端（UE）高速移动的情况。4.TM4，闭环空间分集：适合于信道条件较好的场合，用于提供高的数据率传输。5.TM5，MU-MIMO传输模式：主要用来提高小区的容量。6.TM6，Rank1的传输：主要适合于小区边缘的情况。FDD7.TM7，Port5的单流Beamforming模式：主要也是小区边缘，能够有效对抗干扰。TDD8.TM8，双流Beamforming模式：可以用于小区边缘也可以应用于其他场景。9.TM9,传输模式9是LTE-A中新增加的一种模式，可以支持最大到8层的传输，主要为了提升数据传输速率。,UE能力,45,现网UE为类型3.上下行差别大的原因主要是上行没有MIMO。2,3,4基本一致，主要差异是手机缓存，也是影响速率的主要原因。,46,自优化,SON可以实现自配置、自优化、自愈合功能。,提纲,47,LTE帧结构,LTE帧结构,FDDLTE帧结构,TD-LTE帧结构,LTE的两种无线帧结构,sss,pss,TD-LTE帧结构,两种帧结构的异同点,LTE帧结构,50,LTE特殊子帧,51,GP要求大于2倍的上下行传输时延之和小区覆盖范围=(GP/2)*光速,LTE特殊子帧,52,RB,53,RE,54,RB,55,TD-LTE整体协议栈结构,56,没有RNC，空中接口的控制平面（RRC）功能由eNodeB进行管理和控制,控制面协议栈,用户面和控制面协议栈均包含PHY,MAC,RLC和PDCP层，控制面向上还包含RRC层和NAS层没有了RNC，空中接口的用户平面（MAC/RLC）功能由eNodeB进行管理和控制,用户面协议栈,TD-LTE整体协议栈结构,57,LTE支持频段,58,中国移动TDD频段,目前中国移动TDD频率资源情况,中国移动TDD频段,60,LTE频率与频点转换,61,FDL=FDL_low+0.1(NDLNOffs-DL)FUL=FUL_low+0.1(NULNOffs-UL)省略了FDD部分（FDD同TDD)：使用频率=Flow+0.1(使用频点NOffs-DL),提纲,62,LTE物理层介绍,物理信道,63,LTE信道,64,LTE的信道分为逻辑信道，传输信道与物理信道三种：逻辑信道MAC通过逻辑