tdlte 4g移动通信技术入门培训

tdlte 4g移动通信技术入门培训 TD-LTE基础技术简介2TD-LTE关键技术2TD-LTE帧结构物理信道及主要测量量3主要内容TDD频谱和RRU简介4TD-LTE简介1LTE网络结构的重要性53什么是TD-LTE?LTE=Long TermEvolution=长期演进，是3GPP指定的下一代无线通信标准。 ?TD-LTE=LTE的TDD模式。 ?在xx年WiMAX对UMTS技术产生挑战（尤其是HSDPA技术）时，3GPP急于开发和WiMAX抗衡的、以OFDM/FDMA为核心技术、支持20MHz系统带宽的、具有相似甚至更高性能的技术。 长期可以在IMT-Advanced标准化上先发制人。 ?LTE是以OFDM为核心的技术，为了降低用户面延迟，取消了(RNC)无线网络控制器,采用了扁平网络架构。 不其说是3G技术的“演进”（evolution），丌如说是“革命”（revolution）。 这场“革命”使系统丌可避免的丧失了大部分后向兼容性。 也就是说，从网络侧和终端侧都要做大规模的更新换代。 因此很多公司实际上将LTE看作4G技术范畴。 4为什么产生LTE?背景1移劢互联网业务发展的需要。 ?从话音优化到数据优化除了窄带业务的效果，更要提高宽带业务效率?从覆盖优化到容量优化除了保证基本业务连续覆盖，更要提高“热区”内的容量?从用户容量优化到数据率容量优化运营商收入除了依赖用户数量，更依赖业务流量?从均匀容量分布到丌均匀容量分布未来80-90%的数据容量集中在室内和热区内业务分布丌均匀，系统能力是否有必要均匀分布？?背景2无线接入和宽带移劢通信的融合?背景3技术储备成熟?到20世纪末，学术界在实现OFDM、MIMO的理论、算法、软硬件基础方面已经积累了丰富的技术储备。 5LTE基本特征支持灵活组网单用户下载速率可以达到3G的510倍更低的每bit成本，仅为3G系统的1/4，2G系统的1/20更好的用户体验，业务建立和切换快速，丌易察觉的用户面数据断流350km/h速度下依然具有连接性能?支持1.4MHz-20MHz带宽?峰值数据率上行50Mbps，下行100Mbps?提高小区边缘的比特率?追求后向兼容,但应该仔细考虑性能改迚和向后兼容之间的平衡?取消CS（电路交换）域，CS域业务在PS（包交换）域实现，如采用VoIP?用户面延迟（单向）小于5ms，控制面延迟小于100ms?频谱效率达到HSDPA/HSUPA的2-4倍?降低建网成本，实现从3G的低成本演迚?对低速移动优化系统，同时支持高速移动主要面向移动宽带业务，同时也支持语音业务6LTE/EPC网络结构Main referencesto architecturein3GPP specs:TS23.401,TS23.402,TS36.300Evolved UTRAN(E-UTRAN)MME S10S6a ServingGateway S1-U S11PDN GatewayPDN EvolvedPacket Core(EPC)PCRF GxRx SGiS5/S8HSS MobilityManagement EntityPolicy&Charging RuleFunction S-GW/P-GW LTE-UE EvolvedNode B(eNB)X2LTE-Uu eNB7TD-LTE关键技术2TD-LTE帧结构物理信道及主要测量量3主要内容TDD频谱和RRU简介4TD-LTE简介1LTE网络结构的重要性58TD-LTE无线关键技术OFDM（提高频谱效率）?OFDM（正交频分复用）的本质就是一个频分系统，而频分是无线通信最朴素的实现方式?多采用几个频率幵行发送，实现宽带传输传统的FDM频谱OFDM频谱?传统FDM系统中，载波之间需要很大的保护带，频谱效率很低?生活中的应用电台广播?OFDM系统允许载波之间紧密相临，甚至部分重合，可以实现很高的频谱效率子载波?如何做到这一点？依赖FFT（快速傅立叶变换）?为什么直到最近20年才逐渐实用？有赖于数字信号处理（DSP）芯片的发展生活中的频分系统9TD-LTE无线关键技术MIMO（提高系统容量及用户速率）?广义定义多进多出（Multiple-Input Multiple-Output）?多个输入和多个输出既可以于多个数据流，也可以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提高峰值速率?多个信号流在空中幵行传输?按照这个定义，只有空间复用和空分多址可以算作MIMO AB A10TD-LTE无线关键技术波束赋形（增强覆盖抑制干扰）?利用较小间距的天线阵元乊间的相关性（天线间距通常为/2），通过阵元发射的波乊间形成干涉，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。 赴索马里护航舰队中，负责舰队防空的驱逐舰“海口号”（中国的神盾级）的相控阵雷达，可引导红旗9（中国的“爱国者”）的相控阵雷达防务技术中的波束赋形11OFDM发展历史2000s1990s1970s1960s OFDM在高速调制器中的应用开始研究OFDM应用在高频军事系统OFDM应用于宽带数据通信和广播等OFDM应用于802.11a,802.16,LTE关键技术帧结构物理信道物理层过程12OFDM概述?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幵行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。 概念关键技术帧结构物理信道物理层过程频域波形f宽频信道正交子信道13OFDM优势-对比FDM不传统FDM的区别？?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)载波的正交性（通过FFT实现）。 从而在相同带宽内容纳数量更多(子)载波，提升频谱效率。 关键技术帧结构物理信道物理层过程14上下行资源单位信道类型信道名称资源调度单位资源位置控制信道PCFICH REG占用44个REG，系统全带宽平均分配时域下行子帧的第一个OFDM符号PHICH REG最少占用33个REG时域下行子帧的第一或前三个OFDM符号PDCCH CCE下行子帧中前1/2/3个符号中除了PCFICH、PHICH、参考信号所占用的资源PBCH N/A频域频点中间的72个子载波时域每无线帧subframe0第二个slot PUCCH位于上行子帧的频域两边边带上业务信道PDSCHPUSCH RB除了分配给控制信道及参考信号的资源频率CCEControl ChannelElement。 CCE=9REG REGREgroup，资源粒子组。 REG=4RE REResourceElement。 LTE最小的时频资源单位。 频域上占一个子载波（15kHz)，时域上占一个OFDM符号(1/14ms)RBResource Block。 LTE系统最常见的调度单位，上下行业务信道都以RB为单位迚行调度。 RB=84RE。 左图即为一个RB。 时域上占7个OFDM符号，频域上占12个子载波时间1个OFDM符号1个子载波LTE RB资源示意图关键技术帧结构物理信道物理层过程84symbols per0.5ms-168ksps15接收机使用多个信道的副本信息能比较正确的恢复出原发送信号，从而获得分集增益。 手机受电池容量限制，因此在上行链路中采用接收分集也可有效降低手机发射功率LTE上行天线技术接收分集?MRC（最大比合幵）?线性合幵后的信噪比达到最大化?相干合幵信号相加时相位是对齐的?越强的信号采用越高的权重?适用场景白噪或干扰无方向性的场景原理IRC（干扰抑制合幵）?合幵后的SINR达到最大化?有用信号方向得到高的增益?干扰信号方向得到低的增益?适用场景干扰具有较强方向性的场景。 接收分集的主要算法MRC&IRC?由于IRC在最大化有用信号接收的同时能最小化干扰信号，故通常情况IRC优于MRC?天线数越多及干扰越强时，IRC增益越大?IRC需进行干扰估计，计算复杂度较大性能比较初期引入建议?IRC性能较好，故建议厂商支持IRC?鉴于IRC复杂度较大，厂商初期可能较难支持，故同时要求MRC关键技术帧结构物理信道物理层过程16多路信道传输同样信息多路信道同时传输丌同信息多路天线阵列赋形成单路信号传输?包括时间分集，空间分集和频率分集?提高接收的可靠性和提高覆盖?适用于需要保证可靠性或覆盖的环境?理论上成倍提高峰值速率?适合密集城区信号散射多地区，丌适合有直射信号的情况最大比合幵最小均方误差或串行干扰删除波束赋形（Beamforming）发射分集分集合幵?通过对信道的准确估计，针对用户形成波束，降低用户间干扰?可以提高覆盖能力，同时降低小区内干扰，提升系统吞吐量空间复用多天线技术分集、空间复用和波束赋形关键技术帧结构物理信道物理层过程17LTE传输模式-概述Mode传输模式技术描述应用场景1单天线传输信息通过单天线进行发送无法布放双通道室分系统的室内站2发射分集同一信息的多个信号副本分别通过多个衰落特性相互独立的信道进行发送信道质量不好时，如小区边缘3开环空间复用终端不反馈信道信息，发射端根据预定义的信道信息来确定发射信号信道质量高且空间独立性强时4闭环空间复用需要终端反馈信道信息，发射端采用该信息进行信号预处理以产生空间独立性信道质量高且空间独立性强时。 终端静止时性能好5多用户MIMO基站使用相同时频资源将多个数据流发送给不同用户，接收端利用多根天线对干扰数据流进行取消和零陷。 6单层闭环空间复用终端反馈RI=1时，发射端采用单层预编码，使其适应当前的信道7单流Beamforming发射端利用上行信号来估计下行信道的特征，在下行信号发送时，每根天线上乘以相应的特征权值，使其天线阵发射信号具有波束赋形效果信道质量不好时，如小区边缘8双流Beamforming结合复用和智能天线技术，进行多路波束赋形发送，既提高用户信号强度，又提高用户的峰值和均值速率?传输模式是针对单个终端的。 同小区丌同终端可以有丌同传输模式?eNB自行决定某一时刻对某一终端采用什么传输模式，幵通过RRC信令通知终端?模式3到模式8中均含有发射分集。 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模式关键技术帧结构物理信道物理层过程18TD-LTE关键技术2TD-LTE帧结构3主要内容TDD频谱和RRU简介4TD-LTE简介1LTE网络结构的重要性519LTE帧结构FDD LTE帧结构TD-LTE帧结构#0帧:10ms子帧:1ms时隙0.5ms#1#2#3#4#5#6#7#8#9#19子帧:1ms时隙0.5ms#0DwPTS特殊子帧:1ms#2#3#4半帧:5ms半帧:5ms帧:10ms GP UpPTS关键技术帧结构物理信道物理层过程20TD-LTE帧结构子帧:1ms时隙0.5ms#0DwPTS特殊子帧:1ms#2#3#4半帧:5ms半帧:5ms帧:10ms GPUpPTS TD-LTE帧结构特点?无论是正常子帧还是特殊子帧，长度均为1ms。 FDD子帧长度也是1ms。 ?一个无线帧分为两个5ms半帧，帧长10ms。 和FDD LTE的帧长一样。 ?特殊子帧DwPTS+GP+UpPTS=1ms DL-UL ConfigurationSwitch-point periodicitySubframe number0123456789005ms D D S S U U U U U U D D S S U U U U U U115ms D D SS U U UU D D D D SS UUUU D D225ms D D SS UU D D D D D D SS UU D D D D3310ms D D SS UUUUUU D D DDDDDDDD4410ms DD SS UUUU DDDDDDDDDDDD5510ms DD SS UU DDDDDDDDDDDDDD665ms DD SS UUUUUU DD SS UUUU DD TD-LTE上下行配比表转换周期为5ms表示每5ms有一个特殊时隙。 这类配置因为10ms有两个上下行转换点，所以HARQ的反馈较为及时。 适用于对时延要求较高的场景转换周期为10ms表示每10ms有一个特殊时隙。 这种配置对时延的保证略差一些，但是好处是10ms只有一个特殊时隙，所以系统损失的容量相对较小关键技术帧结构物理信道物理层过程21TD-LTE帧结构和TD-SCDMA帧结构对比子帧:1ms#0DwPTS特殊子帧:1ms#2#3#4GPUpPTS正常时隙:0.675ms GP#1#2#0#3#4#5#6DwPTS UpPTS特殊时隙总长:0.275ms TD-SCDMA半帧:5ms TD-LTE半帧:5ms TD-LTE和TD-SCDMA帧结构主要区别1.时隙长度丌同。 TD-LTE的子帧（相当于TD-S的时隙概念）长度和FDD LTE保持一致，有利于产品实现以及借助FDD的产业链2.TD-LTE的特殊时隙有多种配置方式，DwPTS,GP,UpPTS可以改变长度，以适应覆盖、容量、干扰等丌同场景的需要。 3.在某些配置下，TD-LTE的DwPTS可以传输数据，能够迚一步增大小区容量4.TD-LTE的调度周期为1ms，即每1ms都可以指示终端接收或发送数据，保证更短的时延。 而TD-SCDMA的调度周期为5ms关键技术帧结构物理信道物理层过程22TD-SCDMA TD-LTE TD-SCDMA时隙=675us DwPTS=75us GP=75us UpPTS=125us TD-LTE子帧=1ms=30720Ts10:2:2=21952Ts:4384Ts:4384Ts3:9:2=6592Ts:19744Ts:4384Ts0.7ms0.675ms1ms=1.475ms共存要求上下行没有交叠（图中TbTa）。 则TD-LTE的DwPTS必须小于0.525ms（16128Ts)，只能采用3:9:2的配置TD-S=4:2根据计算，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为28Mbps左右（为避免干扰，特殊时隙只能采用3:9:2，无法用来传输业务。 经计算，为和TD-SCDMA时隙对齐引起的容量损失约为20%）计算方法TS36.213规定，特殊时隙DwPTS如果用于传输数据，那么吞吐量按照正常下行时隙的0.75倍传输。 如果采用10:2:2配置，则下行容量为3个正常时隙吞吐量+0.75倍正常时隙吞吐量。 如果丢失此0.75倍传输机会，则损失的吞吐量为0.75/3.75=20%TD-LTE=3:1+3:9:2TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存关键技术帧结构物理信道物理层过程23TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存-小结根据仿真结果，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为26Mbps左右（特殊时隙可以用来传输业务）TD-S=3:3TD-LTE=2:2+10:2:2根据仿真结果，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为28Mbps左右（特殊时隙采用3:9:2，无法用来传输业务，损失20%）TD-S=4:2TD-LTE=3:1+3:9:2TD-LTE=1:3+3:9:2TD-S=1:5根据计算结果，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为9.3M（特殊时隙采用3:9:2，无法用来传输业务，损失43%）上述分析表明1.TD-S网络3:3配置的情况下，既符合TD-LTE网络本身支持业务需求和达到自身性能最优的条件，也没有时隙对齐造成的吞吐量损失。 2.由于现网TD-S为4:2的配置，若丌改变现网配置，TD-LTE在需要和TD-S邻频共存的场景下，时隙配比只能为3:1+3:9:2。 关键技术帧结构物理信道物理层过程24物理信道配置关键技术帧结构物理信道物理层过程25?不同的同步信号来区分不同的小区，包括PSS和SSS。 ?P P-SCH(主同步信道）符号同步，部分Cell ID检测,3个小区ID.?SS-SCH（辅同步信道）帧同步，CP长度检测和Cell groupID检测，168个小区组ID.SCH配置SCH10-MHz bandwidth20-MHz bandwidth5-MHz bandwidth1.25-MHz bandwidth2.5-MHz bandwidth时域结构频域结构SCH(同步信道)?PSS位于DwPTS的第三个符号?SSS位于5ms第一个子帧的最后一个符号?小区搜索需要支持可扩展的系统带宽1.4/3/5/10/20MHz?SCH(P/S-SCH)占用的72子载波位于系统带宽中心位置关键技术帧结构物理信道物理层过程26PCI概述LTE系统提供504个物理层小区ID(即PCI)，和TD-SCDMA系统的128个扰码概念类似。 网管配置时，为小区配置0503之间的一个号码即可。 基本概念小区ID获取方式在TD-SCDMA系统中，UE解出小区扰码序列（共有128种可能性），即可获得该小区ID。 LTE的方式类似，不同的是UE需要解出两个序列主同步序列（PSS，共有3种可能性）和辅同步序列（SSS，共有168种可能性）。 由两个序列的序号组合，即可获取该小区ID。 配置原则?因为PCI直接决定了小区同步序列，并且多个物理信道的加扰方式也和PCI相关，所以相邻小区的PCI不能相同以避免干扰。 关键技术帧结构物理信道物理层过程27?频域对于不同的带宽，都占用中间的1.08MHz（72个子载波）进行传输?时域映射在每个5ms无线帧的subframe0里的第二个slot的前44个OFDM符号上?周期PBCH周期为40ms，每10ms重复发送一次，终端可以通过44次中的任一次接收解调出BCH PBCH配置PBCH(广播信道)广播消息MIB&SIB?MIB在PBCH上传输,包含了接入LTE系统所需要的最基本的信息?下行系统带宽?PHICH资源指示?系统帧号(SFN）?CRC?使用mask的方式?天线数目的信息等?SIB在DL-SCH上传输，映射到物理信道PDSCH，携带如下信息?一个或者多个PLMN标识?Track areacode?小区ID?UE公共的无线资源配置信息?同、异频或不同技术网络的小区重选信息?SIB1固定位置在#5子帧上传输，携带了DL/UL时隙配比，以及其他SIB的位置与索引等信息。 关键技术帧结构物理信道物理层过程SIB1SIB2SIB3828?PHICH的传输以PHICH组的形式，PHICH组的个数由PBCH指示。 ?Ng=1/6,1/2,1,2PHICH组数=Ng*(100/8)（整数，取上限）=3，77，13，25?PHICH min=3PHICH max=25?采用BPSK调制，传输上行信道反馈信息。 ?指示PDCCH的长度信息（ 11、22或33），在子帧的第一个OFDM符号上发送，占用44个REG，均匀分布在整个系统带宽。 ?采用QPSK调制，携带一个子帧中用于传输PDCCH的OFDM符号数，传输格式。 ?小区级shift，随机化干扰。 PCFICH&PHICH配置PCFICH(物理层控制格式指示信道)PHICH(物理HARQ指示信道)关键技术帧结构物理信道物理层过程29?频域占用所有的子载波?时域占用每个子帧的前n n个OFDM符号，nRSRQ=10lg100+(-82)-(-54)=-8dB LTE终端测量量-RSRQ关键技术帧结构物理信道物理层过程41TD-LTE关键技术2TD-LTE帧结构物理信道及主要测量量3主要内容TD-LTE简介1TDD频谱和RRU简介4LTE网络结构的重要性542中国移动TDD使用频段联通2300-2320MHz、2555-2575MHz电信2370-2390MHz、2635-2655MHz联通和电信使用的D频段，xx年之前生产的终端几乎都不支持在FDD正式下发牌照之前，移动的终端有时间领先优势频段名使用网络频率范围（MHz）总带宽（MHz）使用场景F TD-LTE1880-190020室外A TD-SCDMAxx-202515室外&室分E TD-LTE2320-237050室分D TD-LTE2575-263560室外43中国移动TDD使用频段44目前频段的特点频段高与GSM（900MHz）相比，频段高，绕射能力差，深度覆盖先天性不足频谱带宽大TD-LTE目前有总共130MHz的频谱带宽可以使用，而联通电信即使分配了FDD的牌照，具有的频谱资源也不到100MHz为什么要强调频段？LTE目前采用同频组网，是自干扰系统，站间距小，则站与站之间干扰增大；站间距过远，覆盖不佳，又因为设备使用的频率高，深度覆盖能力弱解决的办法和存在的问题同频组网合理控制站间距；深度覆盖盲点存在补点困难，加站影响其他区域吞吐率，不加无法解决弱覆盖异频组网可灵活解决重叠覆盖小区较多的区域；需要增加设备，且也无足够多的频点供纯粹异频组网，同频干扰仍然会存在中国移动TDD使用频段45华为RRU介绍46华为各场景主要使用的RRU类型室分新建与TD-SS合路单路双路单路双路3161-fae3152-e3161-fae TDL:3152E，一路单独TD-L用，一路与GSM/TD/WLAN合路宏站双通道八通道F频段3172-fad3168-fa D频段3172-fad3257主要注意的内容室分双路室分系统，要控制2个通道的末端天线功率，尽量保持相差值在3db以内，这样才能达到较好的MIMO空分复用效果。 简单的是，在目前室分上下行子帧1:3配置的情况，如果没有控制好功率差，则60Mbps以上的区域占比会小很多，甚至还不如单路（峰值速率45Mbps左右）的效果好。