TD-LTE 4G移动通信技术入门培训.ppt

TD-LTE基础技术简介,TD-LTE关键技术,2,TD-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,4,TD-LTE简介,1,LTE网络结构的重要性,5,什么是TD-LTE,LTE=LongTermEvolution=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2004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。与其说是3G技术的“演进”（evolution），不如说是“革命”（revolution）。,这场“革命”使系统不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。,为什么产生LTE,背景1：移动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不均匀容量分布未来80-90%的数据容量集中在室内和热区内业务分布不均匀，系统能力是否有必要均匀分布？背景2：无线接入和宽带移动通信的融合背景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。,LTE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，不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进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的低成本演进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,LTE/EPC网络结构,Mainreferencestoarchitecturein3GPPspecs:TS23.401,TS23.402,TS36.300,EvolvedUTRAN(E-UTRAN),TD-LTE关键技术,2,TD-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,4,TD-LTE简介,1,LTE网络结构的重要性,5,TD-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并行发送，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,TD-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-InputMultiple-Output）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提高峰值速率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,TD-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之间的相关性（天线间距通常为/2），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。,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,OFDM发展历史,OFDM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并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。,概念,宽频信道,正交子信道,OFDM优势-对比FDM,与传统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。,上下行资源单位,频率,CCE：ControlChannelElement。CCE=9REG,REG：REgroup，资源粒子组。REG=4RE,RE：ResourceElement。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),RB：ResourceBlock。LTE系统最常见的调度单位，上下行业务信道都以RB为单位进行调度。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,LTERB资源示意图,84symbolsper0.5ms-168ksps,接收机使用来自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（最大比合并）线性合并后的信噪比达到最大化相干合并：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（干扰抑制合并）合并后的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,多路信道传输同样信息,多路信道同时传输不同信息,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，不适合有直射信号的情况,波束赋形（Beamforming）,发射分集,分集合并,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,LTE传输模式-概述,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,TD-LTE关键技术,2,TD-LTE帧结构,3,主要内容,TDD频谱和RRU简介,4,TD-LTE简介,1,LTE网络结构的重要性,5,LTE帧结构,FDDLTE帧结构,TD-LTE帧结构,TD-LTE帧结构,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FDDLTE的帧长一样。特殊子帧DwPTS+GP+UpPTS=1ms,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,TD-LTE帧结构和TD-SCDMA帧结构对比,子帧:1ms,#0,特殊子帧:1ms,#2,#3,#4,GP,UpPTS,TD-LTE半帧:5ms,TD-LTE和TD-SCDMA帧结构主要区别：时隙长度不同。TD-LTE的子帧（相当于TD-S的时隙概念）长度和FDDLTE保持一致，有利于产品实现以及借助FDD的产业链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、干扰等不同场景的需要。在某些配置下，TD-LTE的DwPTS可以传输数据，能够进一步增大小区容量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,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+3:9:2,TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存,TD-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）,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%）,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：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。由于现网TD-S为4:2的配置，若不改变现网配置，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。,物理信道配置,不同的同步信号来区分不同的小区，包括PSS和SSS。P-SCH(主同步信道）：符号同步，部分CellID检测,3个小区ID.S-SCH（辅同步信道）：帧同步，CP长度检测和CellgroupID检测，168个小区组ID.,SCH配置,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：1.4/3/5/10/20MHzSCH(P/S-SCH)占用的72子载波位于系统带宽中心位置,PCI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。,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4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4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Trackareacode小区IDUE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。,SIB1,SIB2,SIB38,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）=3，7，13，25PHICHmin=3PHICHmax=25采用BPSK调制，传输上行信道反馈信息。,指示PDCCH的长度信息（1、2或3），在子帧的第一个OFDM符号上发送，占用4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),频域：占用所有的子载波时域：占用每个子帧的前n个OFDM符号，nRSRQ=10lg100+(-82)-(-54)=-8dB,LTE终端测量量-RSRQ,RS-CINR真正的RS信号质量,因为RS在所有RE资源中均匀分布，所以RS-CINR一定程度上可以表征PDSCH（业务信道）信号质量因为RS-SINR没有在3GPP进行标准化，所以目前仅在外场测试中要求厂家提供RS-CINR，且不同厂家在实现中可能会有一定偏差,RS-CINR,TD-LTE关键技术,2,TD-LTE帧结构物理信道及主要测量量,3,主要内容,TD-LTE简介,1,TDD频谱和RRU简介,4,LTE网络结构的重要性,5,中国移动TDD使用频段,联通和电信使用的D频段，2013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,中国移动TDD使用频段,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,华为RRU介绍,华为各场景主要使用的RRU类型,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