TD-LTE-基本原理及关键技术--很全很好很强大PPT课件.ppt

TD LTE基本原理及关键技术 中兴通讯学院 课程内容 TD LTE概述TD LTE网络架构TD LTE协议栈TD LTE关键技术TD LTE与LTEFDD的区别 TD LTE概述 LTE简介LTE相关组织介绍 LTE背景 LTE表示3GPP长期演进 LongTermEvolution 2004年11月3GPPTSGRANworkshop启动LTE项目 移动通信技术的演进路线 多种标准共存 汇聚集中多个频段共存移动网络宽带化 IP化趋势 2G 2 5G 2 75G 3G 3 5G 3 75G 3 9G GPRS EDGE HSDPAR5 HSUPAR6 MBMS 4G MBMS CDMA20001XEV DO 802 16e 802 16m HSDPA HSPA R7 FDD TDD 4G GSM TD SCDMA WCDMAR99 802 16d CDMAIS95 CDMA20001x LTE EV DORev A EV DORev B HSUPA HSPA R7 LTE的目标 峰值数据率 目标 中兴通讯是业界唯一支持TD LTE20MHz带宽的系统厂商 移动性 E UTRAN系统应能够支持 对较低的移动速度 0 15km h 优化在更高的移动速度下 15 120km h 可实现较高的性能在120 350km h的移动速度 在某些频段甚至应该支持500km h 下要保持网络的移动性在各种移动速度下 所支持的语音和实时业务的服务质量都要达到或超过UTRAN下所支持的 中兴通讯业界首家通过LTE高速 90Km h 移动测试 吞吐量非常稳定 频谱 频谱灵活性E UTRA系统可部署在不同尺寸的频谱中 包括1 4 3 5 10 15和20MHz 支持对已使用频率资源的重复利用上行和下行支持成对或非成对的频谱共存与GERAN 3G系统在相同地区邻频与其他运营商在相同地区邻频在边境两侧重合的或相邻的频谱内与UTRAN和GERAN切换与非3GPP技术 CDMA2000 WiFi WiMAX 切换 LTE关键技术 频谱灵活支持更多的频段灵活的带宽灵活的双工方式先进的天线解决方案分集技术MIMO技术Beamforming技术新的无线接入技术OFDMASC FDMA TD LTE概述 LTE简介LTE相关组织介绍 LTE标准组织 功能需求 标准制定 技术验证 3GPP组织架构 ProjectCo ordinationGroup PCG TSGGERAN GSMEDGERadioAccessNetwork GERANWG1 RadioAspects GERANWG2ProtocolAspectsGERANWG3TerminalTesting TSGRAN RadioAccessNetworkRANWG1RadioLayer1specRANWG2RadioLayer2specRadioLayer3RRspecRANWG3lubspec lurspec luspecUTRANO MrequirementsRANWG4RadioPerformanceProtocolaspectsRANWG5MobileTerminalConformanceTesting TSGSA Service SystemsAspectsSAWG1ServicesSAWG2ArchitectureSAWG3SecuritySAWG4CodecSAWG5TelecomManagement TSGCN CoreNetwork TerminalsCTWG1MM CC SM lu CTWG3InterworkingwithexternalnetworksCTWG4MAP GTP BCH SSCTWG6SmartCardApplicationAspects 2005 2006 2007 2008 2009 LTE标准化进展 LTEstart WorkItemStart StudyItemStage1Finish WorkItemStage3Finish WorkItemStage2Finish FirstMarketApplication 3GPPR8定义了LTE的基本功能 该版本已于2009年3月冻结 3GPPR9主要完善了LTE家庭基站 管理和安全方面的性能 以及LTE微微基站和自组织管理功能 预计将于2009年年底冻结 2010 NGMN简介 NGMN时间表 NGMN愿景 1 使全球移动通信产业链聚集在统一需求之下 引导 驱动标准研究 产品研发 促进HSPA EVDO之后的移动网络健康发展2 推动IPR改革 使IPR透明和费率可预见性 1 2008年底完成LTE R8 标准2 2009年测试3 2010提供商用 1 运营商 Members 20家2 制造商 Sponsors 34家 包括设备制造商 芯片厂家和测试设备厂家3 研究机构和大学 Advisors 3家 NGMN成员 NGMN简介 1 NGMN www ngmn org 是2006年初由全球7家主流运营商发起成立的非营利性组织2 NGMN NextGenerationMobileNetworks BeyondHSPA EVDO 无线宽带创新的发动机 NGMN工作组介绍 NGMN Spectrum 频谱 IPR 知识产权 Ecosystem 生态系统 TWG 技术组 Trial 试验 寻找可统一利用的频谱与ITU 国家 地区频谱管理部门协调 沟通 推动IPR改革 使IPR透明和费率可预见 与互联网行业合作 构建 多方共赢 生态环境 对技术进行早期验证向LSTI提测试需求 从运营的角度 提出各种需求并与制造商讨论可行性驱动标准 从5个方面推动下一代移动宽带发展 LSTI组织架构 LSTI工作计划 IEEEComms LSTI各组活动里程碑 2007 2008 2009 2010 M1SIMO M2MIMO M3RRM M4Mobility M5start M6aFeatureset M6bAgreebaseline M7IODTComplete reporting LaunchPR M1M2Webcast LTEBerlin M1PR LTEAsia MWC09 LTEUSA LTELondon LTEBerlin MWC10 NGMNConf Website M8Testsdefined M9IOTComplete reporting IODTPR ProofofConcept PR Marketing IODT IOT CTIA CTIA FriendlyCustomerTrials M1 TDD M2 M3 M4 M10Testsdefined M11Setup M12aRadio M12bEndtoendtrialscomplete CurrentprojectionsforFCT LTEAsia LTEAmericas ATIS NGMNTrialGroup LSTI LTE SAETrialInitiative ProgressReports NGMN Spectrum IPR Ecosystem TWG Trial NGMNTrial不做具体测试 只向LSTI提需求 LSTI开展测试需求 制定测试计划等NGMN测试包含LTEandWiMAX LSTI只包含LTE测试 TestingRequirements NGMNTrial和LSTI的合作关系 课程内容 TD LTE概述TD LTE网络架构TD LTE协议栈TD LTE关键技术TD LTE与LTEFDD的区别 LTE网络构架 MME S GW MME S GW X2 S1 EPC E UTRAN EPS eNodeB X2 X2 eNodeB eNodeB Uu E UTRAN中只有一种网元 eNodeB演进分组核心网 EPC演进分组系统 EPS LTE全网架构 网络结构扁平化E UTRAN只有一种网元 E NodeB 全IP媒体面控制面分离与传统网络互通 E UTRAN和EPC的功能划分 3GPPTS36 300 E UTRAN和EPC的功能划分 续 eNB功能 无线资源管理IP头压缩和用户数据流加密UE附着时的MME选择用户面数据向S GW的路由寻呼消息和广播信息的调度和发送移动性测量和测量报告的配置 MME功能 分发寻呼信息给eNB安全控制空闲状态的移动性管理SAE承载控制非接入层 NSA 信令的加密及完整性保护 S GW功能 终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包支持由于UE移动性产生的用户面切换 课程内容 TD LTE概述TD LTE网络架构TD LTE协议栈TD LTE关键技术TD LTE与LTEFDD的区别 LTE物理层概述 物理层周围的无线接口协议结构 与UMTS的PS域相同 eNB PHY UE PHY MAC RLC MAC S GW PDCP PDCP RLC LTE无线接口 用户平面 LTE无线接口 控制平面 eNB MAC UE MAC RLC PDCP RLC MME PDCP NAS NAS RRC RRC PHY PHY LTE SAE的协议结构 信令流 数据流 无线帧结构 类型1 每个10ms无线帧被分为10个子帧每个子帧包含两个时隙 每时隙长0 5msTs 1 15000 2048 是基本时间单元任何一个子帧即可以作为上行 也可以作为下行 1个子帧 DwPTS GP UpPTS 1个半帧153600TS 5ms 1个子帧 DwPTS GP UpPTS 30720TS 1个时隙Tslot 15360TS 1个无线帧Tf 307200Ts 10ms 无线帧结构 类型2 每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧 每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成特殊子帧包括3个特殊时隙 DwPTS GP和UpPTS 总长度为1ms支持5ms和10ms上下行切换点子帧0 5和DwPTS总是用于下行发送 上下行配比方式 D 代表此子帧用于下行传输 U 代表此子帧用于上行传输 S 是由DwPTS GP和UpPTS组成的特殊子帧 特殊子帧中DwPTS和UpPTS的长度是可配置的 满足DwPTS GP和UpPTS总长度为1ms 系统占用带宽分析 占用带宽 子载波宽度x每RB的子载波数目xRB数目子载波宽度 15KHz每RB的子载波数目 12 资源分组 LTE上行 下行信道 BCCH PCCH CCCH DCCH DTCH MCCH MTCH PCH DL SCH MCH BCH PBCH PDSCH PMCH 逻辑信道 传输信道 物理信道 CCCH DCCH DTCH UL SCH PRACH PUSCH RACH PUCCH 下行信道 上行信道 逻辑信道 传输信道 物理信道 逻辑信道 MAC向RLC以逻辑信道的形式提供服务 逻辑信道由其承载的信息类型所定义 分为CCH和TCH 前者用于传输LTE系统所必需的控制和配置信息 后者用于传输用户数据 LTE规定的逻辑信道类型如下 BCCH信道 广播控制信道 用于传输从网络到小区中所有移动终端的系统控制信息 移动终端需要读取在BCCH上发送的系统信息 如系统带宽等 PCCH 寻呼控制信道 用于寻呼位于小区级别中的移动终端 终端的位置网络不知道 因此寻呼消息需要发到多个小区 DCCH 专用控制信道 用于传输来去于网络和移动终端之间的控制信息 该信道用于移动终端单独的配置 诸如不同的切换消息MCCH 多播控制信道 用于传输请求接收MTCH信息的控制信息 DTCH 专用业务信道 用于传输来去于网络和移动终端之间的用户数据 这是用于传输所有上行链路和非MBMS下行用户数据的逻辑信道类型 MTCH 多播业务信道 用于发送下行的MBMS业务 传输信道 对物理层而言 MAC以传输信道的形式使用物理层提供的服务 LTE中规定的传输信道类型如下 BCH 广播信道 用于传输BCCH逻辑信道上的信息 PCH 寻呼信道 用于传输在PCCH逻辑信道上的寻呼信息 DL SCH 下行共享信道 用于在LTE中传输下行数据的传输信道 它支持诸如动态速率适配 时域和频域的依赖于信道的调度 HARQ和空域复用等LTE的特性 类似于HSPA中的CPC DL SCH的TTI是1ms MCH 多播信道 用于支持MBMS UL SCH 上行共享信道 和DL SCH对应的上行信道 物理信道和信号 上行物理信道PUSCHPUCCHPRACH上行物理信号参考信号 ReferenceSignal RS 下行物理信道PDSCH PBCHPMCHPCFICHPDCCHPHICH下行物理信号同步信号 SynchronizationSignal 参考信号 ReferenceSignal 物理信道一系列资源粒子 RE 的集合 用于承载源于高层的信息物理信号一系列资源粒子 RE 的集合 这些RE不承载任何源于高层的信息 UL SCH传输的物理层模型 BCH传输的物理层模型 DL SCH传输的物理层模型 下行RS 上行RS 物理层过程 小区搜索 Step1 搜索PSCH 确定5ms定时 获得小区IDStep2 解SSCH 取得10ms定时 获得小区ID组 Step3 检测下行参考信号 获取BCH的天线配置 然后UE就可以读取PBCH的系统消息 PCH配置 RACH配置 邻区列表等 SCH结构基于1 25MHz固定带宽 UE必需的小区信息有 小区总发射带宽 小区ID 小区天线配置 CP长度配置 BCH带宽 物理层过程 随机接入 通过PRACH发送RACHpreambleUE监控PDCCH获得相应的上下行资源配置 从相应的PDSCH获取随机接入响应 包含上行授权 定时消息和分配给UE的标识UE从PUSCH发送连接请求eNB从PDSCH发送冲突检测 LTE移动性管理 课程内容 TD LTE概述TD LTE网络架构TD LTE协议栈TD LTE关键技术TD LTE与LTEFDD的区别 TD LTE关键技术 频域多址技术 OFDM SC FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术 AMC快速MAC调度技术 LTE多址技术的要求 更大的带宽和带宽灵活性随着带宽的增加 OFDMA信号仍将保持正交 而CDMA的性能会受到多径的影响 在同一个系统 使用OFDMA可以灵活处理多个系统带宽 扁平化架构当分组调度的功能位于基站时 可以利用快速调度 包括频域调度来提高小区容量 频域调度可通过OFDMA实现 而CDMA无法实现 便于上行功放的实现SC FDMA相比较OFDMA可以实现更低的峰均比 有利于终端采用更高效率的功放 简化多天线操作OFDMA相比较CDMA实现MIMO容易 OFDM基本思想 OFDM将频域划分为多个子信道 各相邻子信道相互重叠 但不同子信道相互正交 将高速的串行数据流分解成若干并行的子数据流同时传输OFDM子载波的带宽 信道 相干带宽 时 可以认为该信道是 非频率选择性信道 所经历的衰落是 平坦衰落 OFDM符号持续时间 信道 相干时间 时 信道可以等效为 线性时不变 系统 降低信道时间选择性衰落对传输系统的影响 OFDM的正交性 时域描述 OFDM的正交性 频域描述 保护间隔与循环前缀 无保护间隔 保护间隔与循环前缀 加保护间隔 保护间隔与循环前缀 无循环前缀 因多径延时的存在 空闲的保护间隔进入到FFT的积分时间内 导致积分时间内不能包含整数个波形 破坏了载波间的正交性 保护间隔与循环前缀 加循环前缀 为了避免空闲保护间隔由于多径传播造成子载波间的正交性破坏 将每个OFDM符号的后时间中的样点复制到OFDM符号的前面 形成循环前缀 cyclicprefix 只要各径的延迟不超过Tg 都能保正在FFT的积分区间内包含各径各子载波的整数个波形 OFDM调制的各个子载波信号在频域上正交 下行多址技术 OFDM系统框图 OFDMA示意图 上行多址技术 SC FDMA SC FDMA即DFT spreadOFDMA峰均比小于OFDMA 有利于提高功放效率传输信号的瞬时功率变化易于实现频域的低复杂度的高效均衡器易于对FDMA采用灵活的带宽分配 OFDMA示例 最大支持64QAM通过CP解决多径干扰兼容MIMO SC FDMA示例 最大支持64QAM单载波调制降低峰均比 PAPR FDMA可通过FFT实现 OFDMA与SC FDMA的对比 SC FDMAsignalprocessing TD LTE关键技术 频域多址技术 OFDM SC FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术 AMC快速MAC调度技术 多天线技术 MIMO 多天线技术MIMO 多入多出 MultipleInputMultipleOutput SISO 单入单出 SingleInputSingleOutput SIMO 单入多出 SingleInputMultipleOutput LTE的基本配置是DL2 2和UL1 2 最大支持4 4 MIMO概念 MIMO技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流 在指定的带宽内由多个发射天线上同时刻发射 经过无线信道后 由多个接收天线接收 并根据各个并行数据流的空间特性 SpatialSignature 利用解调技术 最终恢复出原数据流 MIMO的优点 阵列增益 可以提高发射功率和进行波束形成 系统的分集特性 可以改善信道衰落造成的干扰 系统的空间复用增益 可以构造空间正交的信道 从而成倍地增加数据率 因此 充分地利用MIMO系统的这些优秀品质能够大幅度地提高系统容量 获得相当高的频谱利用率 从而可以获得更高的数据率 更好的传输品质或更大的系统覆盖范围 MU MIMO 也称虚拟MIMO 用户端是两个UE实体 不增加每个用户的吞吐量 但是可以提供相对于SU MIMO来说相当 甚至更多的小区容量UE不需要做成高成本的多天线 但是仍然能够增加小区的容量 LTE下行MIMO模式 LTE定义了7种下行MIMO传输模式 由高层通过传输模式通知UE 提高用户峰值速率 提高小区吞吐量 增强小区覆盖 兼容单发射天线 LTE下行的SU MIMO SU MIMO 空分复用两个数据流在一个TTI中传送给UE SU MIMO 发射分集只传给UE一个数据流 LTE下行的MU MIMO MU MIMO结合SDM 给每个UE传送两个数据流 MU MIMO结合发射分集 给每个UE传送一个数据流 LTE上行中的MIMO 上行支持MU MIMO目前支持的配置是1x2或1x4 将来支持2x2或4x4 TD LTE关键技术 频域多址技术 OFDM SC FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术 AMC快速MAC调度技术 高阶调制 高阶调制可提高峰值速率 LTE支持BPSK QPSK 16QAM和64QAM TD LTE关键技术 频域多址技术 OFDM SC FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术 AMC快速MAC调度技术 混合自动重传请求 HARQ FEC 前向纠错编码 ForwardErrorCorrection ARQ 自动重传请求 AutomaticRepeatreQuest HARQ FEC ARQ FEC通信系统 劣势 可靠性较低 对信道的自适应能力较低为保证更高的可靠性需要较长的码 因此编码效率较低 复杂度和成本较高 优势 更高的系统传输效率 自动错误纠正 无需反馈及重传 低时延 ARQ通信系统 劣势 连续性和实时性较低 传输效率较低 优势 复杂性较低 可靠性较高 适应性较高 HARQ机制 HARQ实际上整合了ARQ的高可靠性和FEC的高效率 TD LTE关键技术 频域多址技术 OFDM SC FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术 AMC快速MAC调度技术 链路自适应AMC原理 QPSK 16QAM和64QAM 连续 的编码速率 0 07 0 93 TD LTE关键技术 频域多址技术 OFDM SC FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术 AMC快速MAC调度技术 MAC调度 MAC调度只在eNodeB内MAC调度不仅控制复用 优先级处理和HARQ 也控制资源分配 天线映射和MCSinPHY 调度原理DL todynamicallydeterminewhichUEsaresupposedtoreceiveDL SCHtransmissionandonwhatresourcesUL todynamicallydeterminewhichUEsaretotransmitdataonUL SCHandonwhichuplinkresources MAC调度 MAC调度算法呢 常用的分组调度算法最大C I算法轮询算法 RoundRobin RR 正比公平算法 PF 其他调度算法持续调度算法 Persistentscheduling PS 半持续调度算法 Semi persistentscheduling SPS 动态调度算法 Dynamicalscheduling DS illustrationofULscheduling Handover Hardhandover Thatis breakbeforenewradioconnectionwithotherservingbasestation Handoverto fromotherRTTs possibleformultiplemodesterminal Ashortinterruptiontimeintherangeof20ms Itishelpfulforrealtimeservices 课程内容 TD LTE概述TD LTE网络架构TD LTE协议栈TD LTE关键技术TD LTE与LTEFDD的区别 TD LTE与LTEFDD技术综合对比 双工方式对比 用时间来分离接收和发送信道 时间资源在两个方向上进行分配 基站和移动台之间须协同一致才能顺利工作 在支持对称业务时 能充分利用上下行的频谱 但在支持非对称业务时 频谱利用率将大大降低 TDD FDD TD LTE特有技术 FDD仅支持1 1上下行配比TDD可以根据不同的业务类型调整上下行时间配比 以满足上下行非对称业务需求 上下行配比可调 多子帧调度 反馈 特殊时隙的应用 为了节省网络开销 TD LTE允许利用特殊时隙DwPTS和UpPTS传输系统控制信息TDD系统