TD-LTE无线原理与关键技术PPT课件

TD LTE无线原理与关键技术 TD LTE A增强技术概述 TD LTE关键技术原理 TD LTE无线网络原理 LTE技术背景和发展进程 目录 2 章节解析 3 LTE技术背景 产生原因 与FDD技术优势 系统不足 1 移动互联网业务的兴起2 WiMAX技术的挑战3 OFDM MIMO技术理论成熟 1 频谱效率高 配置灵活2 上下行转换时刻设置灵活3 利用信道对称性 提升系统性能4 设备成本相对较低 1 终端移动速度受限2 干扰问题更加复杂3 同步要求高 4 TD LTE无线网络原理 组网结构 取消RNC 大部分功能下放到eNB 少部分上升到EPC 取消CS域 纯PS域 后期语音业务也是分组数据 用户面和控制面分离 SGW和MME 移动性管理实体 接入网和核心网 多 多 连接 实现全IP路由 网络结构趋近于IP宽带网络 全IP路由的扁平化网络结构 LTE系统 EPS EPC E UTRUN EPC eNB EPC网元基本功能MME 接入控制 移劢性管理 S4SGSN 2G 3G接入控制 相当于接入2G 3G的MME 进行移动性管理和会话管理 S GW 用户面接入服务网关 相当于传统GnSGSN的用户面功能 P GW SAE网络的边界网关 提供承载控制 计费 地址分配和非3GPP接入等功能 相当于传统的GGSN HSS 用户数据管理PCRF 策略控制服务器 AF 业务策略提供点 eNB功能eNB具有现有3GPPR5 R6 R7的NB功能和大部分的RNC功能 包括物理层功能 HARQ等 MAC RRC 调度 无线接入控制 移动性管理等等 5 TD LTE无线网络原理 TD LTE帧结构 LTE帧结构分为3层结构 符号 1个子帧包含14个符号 用于区分数据信道和控制信道 如控制信道占下行子帧的前1 3个 子帧 1ms 1个无线帧包含10个子帧 用于区分不同用户 并区分单播 unicast 信道和广播业务 MBSFN 信道 在TD LTE还用于区分上 下行 每5ms包含1个 特殊子帧 无线帧 10ms 用于各种物理过程的周期性操作 如测量 寻呼 无线帧按转换周期的不同分为5ms和10ms两种无线帧 其中5ms转换帧在一个无线帧中有两个转换点 HARQ反馈及时 利于对时延要求较高的场景 10ms转换帧对时延的保证略差 但损失的容量较小 TD LTE目前采用5ms周期帧结构 分为4 1 3 2 2 3三种下行 上行配比 包括特殊子帧 特梳子帧只能用于传输下行数据 常用的有 3 2配比 上下行基本对称 4 1配比 下行最大化 和TD SCDMA4 2配比可邻频共存 如F频段 另 转换点是特殊子帧结构 用于和各种TD SCDMA邻频共存 6 TD LTE无线网络原理 TD LTE帧结构 FDDLTE帧结构 TD LTE帧结构 7 TD LTE无线网络原理 TD LTE特殊子帧结构 TD LTE特殊子帧继承了TD SCDMA的特殊子帧设计思路 由DwPTS GP和UpPTS组成 用于和各种TD SCDMA邻频共存 TD LTE特殊子帧可有多种配置 用以改变DwPTS GP和UpPTS的长度 但无论如何改变 DwPTS GP UpPTS等于1ms TD LTE的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制约关系 可以相对独立的进行配置 目前厂家支持10 2 2 以提高下行吞吐量为目的 和3 9 2 以避免远距离同频干扰或某些TD S配置引起的干扰为目的 DwPTS主同步信号PSS在DwPTS上进行传输 DwPTS上最多能传两个PDCCHOFDM符号 正常时隙能传最多3个 只要DwPTS的符号数大于等于9 就能传输数据 R11新引入了6 6 2配置 UpPTS可以发送短RACH 做随机接入用 和SRS Sounding参考信号 因为资源有限 最多仅占两个OFDM符号 UpPTS不能传输上行信令或数据 8 TD LTE无线网络原理 物理资源 物理资源 基本时间 OFDM符号 时隙slot 子帧 无线帧 天线端口 PRB PhysicalResourceBlock 物理资源块 是LTE系统中调度用户的最小单位 PRB的大小和下行数据的最小载荷相匹配一个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 常规CP 时隙大小0 5ms每子帧包含的PRB资源数由系统带宽决定 20M带宽的系统 每子帧包含100个PRB对 资源单元组 REG 控制区域中的RE集合 用于映射下行控制信道每个REG中包含4个数据RE 左图蓝色框内浅色RE块个数 控制信道单元 CCE 由9个REG 36个RE组成 9 TD LTE关键技术 OFDM技术 把一个传输带宽通过FFT划分为许多小的载波 子载波 数学上精确正交 相对于传统的FDM 子载波不需要保护带宽 甚至重叠 可有效提高频谱利用率 子载波越多 在相同带宽情况下节省的频宽越接近于50 10 TD LTE关键技术 OFDM技术 正交频分复用技术宽频信道分成正交子信道高速数据信号转换成并行的低速子数据流每个子信道上传输低速子数据流 OFDM技术带来挑战1 较高的峰均比 PAPR 对RF功率放大器要求高2 受频率偏差的影响 子载波间干扰 ICI 3 受时间偏差的影响 ISI 符号间干扰 ICI从理论上思考 精确正交无干扰 但由于电子工艺 复杂无线环境还是不可避免地有各种类型干扰 子载波为4时 四个独立的载波形和叠加后的信号 11 TD LTE关键技术 OFDMA SC FDMA 将传输带宽划分成多个正交的子载波资源 将不同的子载波分配给不同的用户实现多址 因为子载波相互正交 理论上小区内用户之间没有干扰 在LTE系统中 由于OFDM有较大的峰均比 UE的RF发射功率受到限制 因此影响到上下行采用的多址方式了 上行采用SC FDMA 单载波频分多址接入 下行采用OFDMA 都是OFDMA只是调度方式不同 在这个调度周期中 用户A是分布式 用户B是集中式 在任一调度周期中 一个用户分得的子载波必须是连续的 R8 9 集中式 连续RB分给一个用户优点 调度开销小 适合无线环境好的场景 高速下载 分布式 分配给用户的RB不连续优点 频选调度增益较大 适合小区边缘或低信噪比的场景 下行多址OFDMA时频池图 上行多址SC FDMA时频池图 和下行OFDMA相同 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 注意不同的是 任一终端使用的子载波必须连续 R8 9 DFT S OFDM SC FDMA 具有单载波的特性 因而其发送信号峰均比较低 在上行功放要求相同的情况下 可以提高上行的功率效率 降低系统对终端的功耗要求 在TD LTE系统中 上行DFT SOFDM不支持分布式 Distributed 的传输模式 而采用帧内 时隙间 或帧间的跳频来获得频率分集的增益 12 TD LTE关键技术 MIM0 广义定义 MIMO Multiple InputMultiple Output 多进多出 即俗称的 多天线技术 多个输入和多个输出既可以来自于多个数据流 也可以来自于一个数据流的多个版本 按照这个定义 各种多天线技术都可以算作MIMO技术狭义定义 多流MIMO 多个信号流在空中并行传输 按照这个定义 只有空间复用和空分多址可以算作MIMO特例 SIMO 单进多出 和MISO 多进单出 从MIMO的效果分类 传输分集 TransmitDiversity 或称空间分集利用较大距离的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性 发射或接收一个数据流 避免单个信道衰落对整个链路的影响 作用 提高链路质量 增强覆盖 间接提高频谱效率 波束赋形 Beamforming 利用较小间距的天线阵元之间的相关性 通过阵元发射的波之间形成干涉 集中能量于某个 或某些 特定方向上 形成波束 从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果 作用 提高链路质量 增强覆盖 间接提高频谱效率 空间复用 SpatialMultiplexing 利用较大距离的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性 向一个终端 基站并行发射多个数据流 以提高链路容量 峰值速率 作用 提高用户数据率 直接提高频谱效率 空分多址 SDMA 利用较大距离的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性 向多个终端并行发射数据流 或从多个终端并行接收数据流 以提高用户容量 与空间多址的区别在于单用户和多用户 作用 提高用户容量 直接提高频谱效率从是否在发射端有 信道先验信息 分类闭环 Close loop MIMO 通过反馈或通道互异性得到信道先验信息 开环 Open loop MIMO 没有信道先验信息 13 TD LTE关键技术 MIMO 14 TD LTE关键技术 MIMO 传输模式是针对单个终端的 同小区不同终端可以有不同传输模式 eNB自行决定某一时刻对某一终端采用什么传输模式 并通过RRC信令通知终端 15 TD LTE关键技术 MIMO MIMO模式自适应MIMO实现小区中不同UE根据自身所处位置的信道质量分配最优的传输模式 提升TD LTE小区容量 波束赋形传输模式提供赋形增益 提升小区边缘用户性能 模式3和模式8中均含有单流发射 当信道质量快速恶化时 eNB可以快速切换到模式内发射分集或单流波束赋形模式 由于模式间自适应需要基于RRC层信令 不可能频繁实施 只能半静态转换 因此LTE在除TM1 2之外的其他MIMO模式中均增加了开环发送分集子模式 相当于TM2 开环发送分集作为适用性最广的MIMO技术 可以对每种模式中的主要MIMO技术提供补充 相对与TM2进行模式间转换 模式内的转换可以在MAC层内直接完成 可以实现ms 毫秒 级别的快速转换 更加灵活高效 每种模式中的开环发送分集子模式 也可以作为向其他模式转换之前的 预备状态 16 TD LTE关键技术 小区干扰抑制和协调 LTE系统是 窄带传输 窄带干扰 干扰主要有 符号间干扰 ISI ICI 载波间干扰 相邻小区在小区边界实质也是此类干扰 在无协调的情况下 两个小区占用的子载波是随机的 两个小区资源块碰撞 产生干扰 3GPP提出了多种解决干扰的方案 包括干扰随机化 干扰消除和干扰协调技术 其中 干扰随机化利用干扰的统计特性对干扰进行抑制 误差较大 干扰消除技术可以明显改善小区边缘的系统性能 获得较高的频谱效率 但是它对带宽较小的业务不太适用 系统实现比较复杂 干扰协调技术最为简单 能很好的抑制干扰 可以应用于各种带宽的业务 17 TD LTE A增强技术 载波聚合和无线中继 LTE A通过载波聚合 能够充分利用频谱资源 提高系统性能 以R8最大系统带宽20MHz为基础 支持最多5载波聚合 系统带宽100MHz 最大峰值速率 DL 3Gbps UL 1 5Gbps 支持频带内连续 非连续载波聚合和跨频段载波聚合 充分利用运营商频谱 Rel 10中成员