LTE-Advanced关键技术介绍PPT课件.ppt

2020 3 18 1 LTE Advanced关键技术介绍 无线接入技术部王永明 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 2 IMT Advanced介绍LTE Advanced与IMT Advanced的关系LTE Advanced关键技术载波聚合技术协作多点传输技术多天线技术中继技术异构网络技术 主要内容 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 3 2005年10月18日结束的ITU RWP8F第17次会议上 国际电信联盟ITU给了B3G技术一个正式的名称IMT Advanced InternationalMobileTelecommunications Advanced 也即我们所说的4G技术 2008年年初 ITU R新成立了WP5D WorkingParty5D 第5D工作组 下设4个常设工作组和1个特设组 4个常设工作组分别是总体工作组 WG General 频谱工作组 WG SPEC 技术工作组 WG TECH 和发展工作组 WG DEV 1个特设组是工作计划特设组 AH WPLAN 技术工作组专门负责IMT Advanced技术的征集和评估 以及对评估结果的研究 融合和决定 2008年3月WP5D第一次会议上发出了征集IMT Advanced技术的通函 标志着4G宽带移动通信技术方案征集正式打开了序幕 2009年10月ITU RWP5D第6次会议上 ITU的 最终截稿 收到了6项提案 2010年2月和6月召开两次会议后 ITU预计于2010年10月在中国举行的会议上确定4G IMT Advanced 国际标准 IMT Advanced介绍 1 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 4 IMT Advanced介绍 2 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 5 6项提案涵盖了LTE Advanced 包括TDD和FDD两种制式 和802 16m两大类技术方案 ITU确定这两类技术为4G国际标准候选技术 中国主导的具有自主知识产权的TD LTE Advanced 作为LTE A技术的TDD分支 已获得欧洲标准化组织3GPP和国际通信企业的广泛认可和支持 IMT Advanced介绍 3 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 6 SDOsIndividualmembers etc 3GPPRAN LTE CRphase 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 WS 2ndWS Workitem Studyitem LTE Advanced Technicalspecifications 2009 2010 2011 2007 2008 ITU R WP5Dmeetings Proposals Evaluation Consensus Specification WRC 07 Circularlettertoinviteproposals Studyitemapprovedin3GPP SubmissionofcandidateRIT InitialtechnologysubmissionofLTE Advanced Completesubmissionincl self evaluationofLTE Advanced 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Release10Specificationtobeapproved LTE Advanced与IMT Advanced的关系 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 7 Developinginternetprotocolspecs ITU R T DevelopingMobileapplicationspecs OrganisationalPartners Referringto3GPPspecs contributedbyindividualmembers Partnersof3GPPReferringto3GPPspecsforthelocalspecs Referringtospecs Crossreferenceofspecs DevelopingWirelessLAN MANspecs Requirements Inputspecs Japan EU Korea China NorthAmerica MRP DevelopingRecommendations TerminalCertification Terminalcertificationbasedon3GPPspecs Crossreferenceofspecs 3GPP IEEE与ITU标准化组织 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 8 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Release99 Release4 Release5 Release6 1 28McpsTDD HSDPA IMS W CDMA HSUPA MBMS IMS 2006 2007 2008 2009 Release7 HSPA MIMO HOMetc Release8 2010 2011 LTE SAE ITU RM 1457IMT 2000Recommendations Release9 LTE Advanced Release10 GSM GPRS EDGEenhancements SmallLTE SAEenhancements 3GPP规范中LTE Advanced的发展 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 9 LTE Advanced与IMT Advanced的技术需求 1 1Gbpsdataratewillbeachievedby4 by 4MIMOandtransmissionbandwidthwiderthanapproximately70MHz 100Mbpsforhighmobilityand1Gbpsforlowmobility isoneofthekeyfeaturesaswritteninCircularLetter CL 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 10 LTE Advanced与IMT Advanced的技术需求 2 1SeeTR25 912 Case1scenario 2SeeTR36 913 Case1scenario 3SeeITU RM 2135 BaseCoverageUrbanscenario x1 4 1 6 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 11 IMT Advanced介绍LTE Advanced与IMT Advanced的关系LTE Advanced关键技术载波聚合技术协作多点传输技术多天线技术中继技术异构网络技术 主要内容 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 12 载波聚合概念 1 载波聚合 CarrierAggregation CA 即通过联合调度和使用多个成员载波 ComponentCarrier CC 上的资源 使得LTE Advanced系统可以支持最大100MHz的带宽 从而能够实现更高的系统峰值速率 成员载波是指可配置的LTE系统载波 且每个成员载波的带宽都不大于LTE系统所支持的上限 20MHz 连续和非连续载波聚合 如上图所示 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 13 WiderbandwidthtransmissionusingcarrieraggregationEntiresystembandwidthupto e g 100MHz comprisesmultiplebasicfrequencyblockscalledcomponentcarriers CCs SatisfyrequirementsforpeakdatarateEachCCisbackwardcompatiblewithRel 8LTE MaintainbackwardcompatibilitywithRel 8LTECarrieraggregationsupportsbothcontiguousandnon contiguousspectrums andasymmetricbandwidthforFDD Achieveflexiblespectrumusage Frequency Systembandwidth e g 100MHz CC e g 20MHz UEcapabilities 100 MHzcase 40 MHzcase 20 MHzcase Rel 8LTE 载波聚合概念 2 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 14 Symmetric Asymmetric载波聚合 1 对称 不对称载波聚合指的是下行与上行有相同 不相同的载波数目 不对称载波聚合即可以是cell specific的 也可以是UE specific的 cell specific不对称载波是从系统的角度来看待的 而UE specific不对称载波是从UE的角度来看待的 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 15 Symmetric Asymmetric载波聚合 2 图 a 从系统的角度来看是对称载波 但是由于不同的UE有不同的业务需求 射频单元处理能力以及基带模块结构 因此从UE角度来看 可以被配置为不对称载波聚合方式 并能够通过静态或半静态配置进行切换 UE specific不对称载波聚合技术的应用 为LTE A中负载均衡 干扰协调 QoS管理以及功率控制等技术提供了更大的灵活性 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 16 ComponentCarriertypes 1 Backwardscompatiblecarrier允许LTEUEs和LTE AUEs接入 可以作为一个独立的CC或者聚合载波中的一部份 对于FDD 在下行和上行总是配对使用 Non backwardscompatiblecarrier允许LTE AUEs接入 但是LTEUEs不能被接入 可以作为一个独立的CC或者聚合载波中的一部份 Extensioncarrier不可以作为一个独立的CC 只能作为聚合载波中的一部分 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 17 ComponentCarriertypes 2 CC之间的本质区别是看它是否能够被配置为一个小区以及是否能够为UE提供业务数据传输 后向兼容和非后向兼容CC都可以有小区ID 都可以为UE提供数据传输 都可以即为stand alone或者nostand alone 唯一的区别在于是否支持LTEUE 对于扩展CC 不能是stand alone 但应该可以同时支持LTEUE和LTE AUE 但需要进行RB块分配 前2种CC是基础 对于扩展CC 则需要进一步分析和研究其是否有必要 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 18 MAC PHYinterface 方案A 载波的数据流在MAC层聚合 方案B 载波的数据流在物理层聚合 一个UE可以同时在多个CC上进行数据的发送和接收传输在没有采用空间复用情况下 一个UE在被调度的每个CC上只能有一个传输块和一个HARQ实体 且每个传输块只能被映射到一个CC上 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 19 下行层2协议结构 R8和R10区别之处 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 20 上行层2协议结构 R8和R10区别之处 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 21 基于CA的PDCCH设计 PDCCH的编码方式有独立和联合编码方式 PDCCH映射方式有分布式和集中式考虑到后向兼容性 实现复杂度以及PDCCH的链路自适应 最后LTE A确定采用basicsolution和Alternativesolution3方案 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 22 LTE A中载波聚合其它方面设计 PUCCH设计PHICH设计PRACH设计PCFICH设计上行功率控制上行CMother 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 23 CoMP技术背景 协作多点 CoMP CoordinatedMultiplePoints 传输技术是指协调的多点发射 接收技术 这里的多点是指地理上分离的多个天线接入点 CoMP技术通过移动网络中多节点 基站 用户 中继节点等 协作传输 解决现有移动蜂窝单跳网络中的单小区单站点传输对系统频谱效率的限制 更好地克服小区间干扰 提高无线频谱传输效率 提高系统的平均和边缘吞吐量 进一步扩大小区的覆盖 eNB之间的CoMP技术采用X2接口进行有线传输 eNB与Relay之间的CoMP技术采用空口进行无线传输 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 24 下行CoMP传输是指地理位置上分离的多点的动态协调传输 在3GPPRAN155bis会议上确定了CoMP传输的原则 UE只接收来自一个小区 anchorcell 的PDCCHUE能够或者不能够意识到是哪些小区 ActiveCoMPSet 在发送PDSCH CoMP研究热点 反馈机制CoMP下行传输机制 下行CoMP传输 1 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 25 CoMPtransmissionschemesindownlinkJointprocessing JP Jointtransmission JT Downlinkphysicalsharedchannel PDSCH istransmittedfrommultiplecellswithprecodingusingDM RSamongcoordinatedcellsDynamiccellselection PDSCHistransmittedfromonecell whichisdynamicallyselectedCoordinatedscheduling beamforming CS CB PDSCHistransmittedonlyfromonecellsite andscheduling beamformingiscoordinatedamongcells Coherentcombiningordynamiccellselection Coordinatedscheduling beamforming Jointtransmission dynamiccellselection 下行CoMP传输 2 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 26 CoMPreceptionschemeinuplinkPhysicaluplinksharedchannel PUSCH isreceivedatmultiplecellsSchedulingiscoordinatedamongthecells Improveespeciallycell edgeuserthroughputNotethatCoMPreceptioninuplinkisimplementationmatteranddoesnotrequireanychangetoradiointerface ReceiversignalprocessingatcentraleNB e g MRC MMSEC Multipointreception 上行CoMP接收 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 27 CoMP反馈机制 显式反馈 explicitfeedback 用户观测到信道状况后 例如 频域信道响应信息 不对该信息进行任何处理 直接反馈给基站 使基站获取完全的信道响应信息 隐式反馈 implicitfeedback 用户在观测到信道状况后 对得到的信道信息进行处理 转化成特定的量化数值反馈给基站 例如CQI PMI RI 基于SRS的反馈利用信道互易性 在eNB端通过UE发送的SRS估计上行CSI 进而获得下行CSI Huawei提出LTE A中需要重新设计SRS 以满足正交特性 否则影响SRS估计结果 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 28 CoMP下行联合传输 1 Globalprecoding 多协作小区联合优化设计一个预编码矩阵 性能优 复杂度高 其中 K为用户标识 Xk为传输给UEk的数据 Waggk为根据Haggk得到的预编码矩阵 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 29 MBSFNPrecoding 多协作小区使用相同的预编码矩阵 Wk是根据组合信道得到的预编码矩阵 CoMP下行联合传输 2 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 30 LocalPrecoding 协作小区分别使用独立的基于单小区的预编码矩阵 每个小区都有需要独立的PMI反馈 开销大 Wk是根据信道得到的预编码矩阵 CoMP下行联合传输 3 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 31 WeightedLocalPrecoding 协作小区分别使用独立的基于单小区的预编码矩阵 在此基础上使用加权因子进行修正 带来的更大的性能增益 每个小区都有需要独立的PMI和加权因子反馈 开销大 为小区特有的三角矩阵 从预定义的码本中选择 CoMP下行联合传输 4 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 32 PossibleAntennaConfigurationsinUE 1 27cm 3l 21cm 2 3l LaptoptypePCFourantennascanbeimplementedinrelativelysmalllaptopPCs B5size Moreover 8antennaconfigurationispossiblePolarizedantennaisbeneficialtosavingimplementationspaceSufficientlylowantennacorrelationisachievedwhenantennaseparationisgreaterthan0 5l 27cm 3l 21cm 2 3l Examplesof8antennaimplementation Assumingcarrierfrequencyof3 4GHz 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 33 PossibleAntennaConfigurationsinUE 2 PDAtypeUE SmartPhone InPDAtypeUEs fourantennascanbeimplementedassumingthecarrierfrequencyin e g theC band althoughelaborateantennadesignandimplementationarenecessary Exampleof4antennaimplementation Assumingcarrierfrequencyof3 4GHz 5cm 0 5l 11cm 1 2l 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 34 Extensionupto8 streamtransmissionRel 8LTEsupportsupto4 streamtransmission LTE Advancedsupportsupto8 streamtransmission Satisfytherequirementforpeakspectrumefficiency i e 30bps HzSpecifyadditionalreferencesignals RS TwoRSsarespecifiedinadditiontoRel 8commonRS CRS ChannelstateinformationRS CSI RS UE specificdemodulationRS DM RS UE specificDM RS whichisprecoded makesitpossibletoapplynon codebook basedprecodingUE specificDM RSwillenableapplicationofenhancedmulti userbeamformingsuchaszeroforcing ZF for e g 4 by 2MIMO Max 8streams EnhancedMU MIMO Higher orderMIMOupto8streams CSIfeedback EnhancedMulti antennaTechniquesinDownlink 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 35 Introductionofsingleuser SU MIMOupto4 streamtransmissionWhereasRel 8LTEdoesnotsupportSU MIMO LTE Advancedsupportsupto4 streamtransmission Satisfytherequirementforpeakspectrumefficiency i e 15bps HzSignaldetectionschemewithaffinitytoDFT SpreadOFDMforSU MIMOTurboserialinterferencecanceller SIC isassumedtobeusedforeNBreceiverstoachievehigherthroughputperformanceforDFT SpreadOFDM Improveuserthroughput whilemaintainingsingle carrierbasedsignaltransmission Max 4streams SU MIMOupto4streams EnhancedMulti antennaTechniquesinUplink 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 36 中继技术 1 系统的吞吐量随着小区数目增加呈现指数增长 但是需要考虑无线承载耗费的资源 提高中高速率数据应用的覆盖提高小区的吞吐量 尤其是边缘吞吐量不采用宏NodeB和有线承载 有效的增加容量 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 37 按照转发实现的协议层次层1中继 Repeater 最小的延时 资源统一使用 层2中继引入额外的延时 资源分割 需要额外的移动性管理机制层3中继等价于具有自动承载的eNB 按照是否被UE可见透明中继对于UE不可见 不发送广播和同步信息复杂度低 资源统一使用 非透明中继对于UE可见 发送广播和同步信息复杂度高 分布式资源 按照中继链路和接入链路的发送协调方式TDD中继FDD中继 中继技术 2 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 38 中继在LTE A中的应用 1 中继的引入LTE A系统带宽很大 功率和覆盖范围严重受限用传统的微基站方式改善各种覆盖问题成本仍然较高而普通直放站在放大信号的同时放大干扰 中继的应用场景盲点 建筑物内 阴影 建筑峡谷 小区边缘移动交通工具 如铁路 公共交通临时组网 中继的优势改善覆盖增加容量 提升系统频谱效率采用无线回程 无需挖沟布线 只需要供电支持 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 39 中继作为LTER10的一个重要特征正在3GPP进行深入的研究使用的频段Inband 接入链路和中继链路使用相同的频段Outband 接入链路和中继链路使用不同的频段中继分为两种类型 Type1中继具有独立的小区ID 发送自己的导频和同步信号实际意义上的支持无线Backhaul的小型基站用于扩展覆盖和补盲等Type2中继没有独立的小区ID 不发送自己的导频和同步支持不同的物理层协作通信方式用于增加小区吞吐量和频谱效率 中继在LTE A中的应用 2 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 40 Atleast Type1 relaynodesarepartofLTE Advanced A type1 relaynodeisaninbandrelayingnodeRelaynode RN createsaseparatecelldistinctfromthedonorcellUEreceives transmitscontrolsignalsforschedulingandHARQfrom toRNRNappearsasaRel 8LTEeNBtoRel 8LTEUEs Deploycellsintheareaswherewiredbackhaulisnotavailableorveryexpensive eNB RN UE CellID x CellID y Highernode Type1Relay 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 41 Type2Relay A type2 relaynodeisaninbandrelayingnodecharacterizedbythefollowing ItdoesnothaveaseparatePhysicalCellIDandthuswouldnotcreateanynewcells ItistransparenttoRel 8UEs aRel 8UEisnotawareofthepresenceofatype2relaynode ItcantransmitPDSCH Atleast itdoesnottransmitCRSandPDCCH 2003 11 18 NTTDoCoMo TakehiroNakamura 42 异构网络技术 异构网络 HeterogeneousNetworks HetNet InordertomeettheperformancerequirementsforLTE A acommonthemediscussedbymultiplecompanieswastheincorporationinthesystemofnewnodeswithtransmitpowerclasslowerthantheusual macro eNBs The