03-TDD LTE 关键特性及终端测量量介绍

1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Security Level: 2021-6-5 TDD LTE TDD LTE 关键特性及关键特性及 终端测量量介绍终端测量量介绍 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 2 第第2 2节节 OFDMOFDM技术技术 第第3 3节节 MIMOMIMO技术技术 第第4 4节节 小区干扰控制小区干扰控制 第第5 5节节 同步技术同步技术 第第6 6节终端测量量节终端测量量 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

2、Huawei Confidential Page 3 LTE空口关键技术 Sub-carriers Sub-fram e Frequency Tim e Time frequency resource for User 1 Time frequency resource for User 2 Time frequency resource for User 3 System Bandwidth MIMO OFDMA LTE SC-FDMA 64QAM HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 4 第第1 1节节 空口技术全景空口

3、技术全景 第第4 4节节 小区干扰控制小区干扰控制 第第5 5节节 同步技术同步技术 第第6 6节终端测量量节终端测量量 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 5 Transmitter RF R/N b/s D(t) f0 f1 fN-1 dN-1(t) QAMfilter R/N b/s QAMfilter R/N b/s QAMfilter (t)d0 (t)d1 Receiver f0 fN-1 f1 N-1 RF filter QAM QAM QAM filter f1 f0 filter fN-1 Bandlim

4、ited signals f0f1f2 传统多载波 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 6 l 传统多载波的缺陷 Requires filter bank Spectrally inefficient l OFDM 通过子载波交叠的方式提升频谱效率 l 正交性通过以下方式实现： u on T N ffnff , f f0f1f2f3f4 Df OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM基本概念 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huaw

5、ei Confidential Page 7 QAM modulator QAM modulator QAM modulator . . . . . . s ( t ) Symbol rate = 1/ T u s symbols/sec t j N e 1 t j n e t j e 0 1, 0, 2 1 Nnf nn s KHzf Tu7 .66 15 11 frequency a ( mN + 0) a ( mN + 1) a ( mN + 2) . . . a ( mN + N -1) time IFFT s m (0), s m (1), s m (2), , s m ( N -1

6、) mT u ( m +1) T u s m mT u ( m +1) T u time OFDM符号的调制 OFDM调制利用调制利用IFFT/FFT代替传统多载波的逐个载波调制解调代替传统多载波的逐个载波调制解调 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 8 l 保护间隔(Guard Interval)用于消除OFDM符号间的ISI (Inter-Symbol Interference) l 保护间隔要大于信道的时延扩展 l 一般在保护间隔时间内填充Cyclic Prefix（CP，循环前缀），以保证子载波间的 正交性 Use

7、ful O FDM symbol duration OFDM symbolsm Prefix length copy OFDM保护间隔 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential OFDM系统的主要优点 n频谱利用率高频谱利用率高 l传统FDM是用滤波器把整个频带分割成互不重叠的子载波，子载波之间的保护频带很宽，OFDM允许子载 波频谱交叠，从而提高频谱利用效率。 n可利用可利用FFT实现调制解调实现调制解调 lOFDM用IFFT和FFT实现信号的调制与解调，目前FFT易于用DSP或FPGA实现，比之用传统的滤波器实现容 易，体积小。 n减

8、小减小ISI lOFDM把高速串行数据变成低速并行数据传输，增加每个符号的周期长度，从而有效对抗无线信道的时延 扩展，减小ISI。 n受频率选择性衰落影响小受频率选择性衰落影响小 l单个子载波信道是平坦的，而整个系统带宽是呈现频率选择性 l由于无线信道的频率选择性衰落，不可能所有的子载波都处于比较深的衰落中，因此可以通过动态比特分 配和动态子信道分配，充分利用信噪比高的子信道，提高系统性能。 n抵抗窄带干扰抵抗窄带干扰 lOFDM通过把高速串行数据映射到并行的多个子载波上，窄带干扰只能影响一部分子载波，接收端可以通 过纠错译码恢复干扰引起的错误 。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO

9、., LTD.Huawei Confidential Page10 OFDM系统的主要缺点 n对频率偏差敏感对频率偏差敏感 l OFDM的子载波互相交叠，只有保证接收端精确的频率取样才能避免子载波间干 扰。无线终端移动引起的Doppler频移也会使接收端发生频率偏移，接收端本地振 荡器与发射端的频率偏差也是一种频率偏移。频率偏移会引起子载波间干扰 （ICI），对频率偏移敏感是OFDM的缺点之一。 n较高的峰均比（较高的峰均比（PAPR） lOFDM发送端输出信号是多个子载波相加的结果，目前应用的子载波数量从几十个 到几千个，如果各个子载波同相位，相加后就会出现很大的幅值，即调制信号的动 态范围

10、很大，这对后级RF功率放大器提出了很高的要求。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 11 l概述概述 pOFDM OFDM （Orthogonal Frequency Division Orthogonal Frequency Division MultiplexingMultiplexing）属于调制复用技术，它把系统带宽分成 多个的相互正交的子载波，在多个子载波上并行数据 传输。 p各个子载波的正交性是由基带IFFT实现的。由于子载波 带宽较小（15kHz），多径时延将导致符号间干扰ISI， 破坏子载波之间的正交性。为

11、此，在OFDM符号间插 入保护间隔，通常采用循环前缀CP来实现。 lOFDM的意义的意义 pOFDM具有很多能满足E-UTRAN需求的优点， 是B3G和4G的核心技术之一。因此在3GPP 制定LTE标准的过程中，OFDM技术被采纳并 写入标准中。 pOFDM是一种调制复用技术，相应的多址接 入技术为OFDMAOFDMA，用于LTE的下行。 OFDMA其实是TDMA和FDMA的结合。 p相对应，LTE的上行采用SC-FDMASC-FDMA多址接入 技术，其调制复用是通过DFT-Spread- OFDM实现的。 OFDM概述 OFDM与与OFDMA的比较的比较 HUAWEI TECHNOLOGIE

12、S CO., LTD.Huawei Confidential Page 12 lOFDMA的优点的优点 p频谱分配方式灵活，能适应1.4MHz20MHz的带 宽范围配置。由于OFDM子载波间正交复用，不需 要保护带，频谱利用率高； p合理配置循环前缀CP，能有效克服无线环境中多 径干扰引起的ISI，保证小区内用户间的相互正交， 改善小区边缘的覆盖； p支持频率维度的链路自适应和调度，对抗信道的频 率选择性衰落，获得多用户分集增益，提高系统性 能； p子载波带宽在10KHz的数量级，每个子载波经历的 是频谱的平坦衰落，使得接收机的均衡容易实现； pOFDM容易和MIMO技术相结合。 下行多址接入

13、技术OFDMA CDMA多载波频谱不重叠， 需要留有保护带 OFDMA子载波频谱重叠， 频谱利用率高 在时频域上的多用户分布（下行）在时频域上的多用户分布（下行） lOFDMA的缺点的缺点 p对时域和频域的同步要求高。子载波间隔小，系统 对频率偏移敏感，收发两端晶振的不一致也会引起 ICI，频偏估计不精确会导致信号检测性能下降； p移动场景中多普勒频移引起的频偏同样会导致ICI， 需要设置合理的频率同步参数； pOFDM的峰均功率比PAPR高，对功放的线性度和动 态范围要求很高。 Freq Freq F1F2F3F4F5F6F7 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 HUAWEI TECH

14、NOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 13 lSC-FDMA的特点的特点 p受终端电池容量和成本的限制，上行需要采用PAPR比较 低的调制技术，提高功放的效率。 pLTE的上行采用SC-FDMA（Single Carrier Frequency Division Multiple Accessing），能够灵活实现动态频 带分配，其调制是通过DFT-S-OFDMDFT-S-OFDM（Discrete Fourier Transform Spread OFDM）技术实现的。 pDFT-S-OFDM类似于OFDM，每个用户占用系统带宽中 的某一部分，

15、占用带宽大小取决于用户的需求和系统调 度结果。 p与传统单载波技术相比，DFT-S-OFDM中不同用户占用 相互正交的子载波，用户之间不需要保护带，具有更高 的频率利用效率。 上行多址接入技术SC-FDMA 在时频域上的多用户分布（上行）在时频域上的多用户分布（上行） DFT-S-OFDM调制过程调制过程 两种子载波映射方式两种子载波映射方式 集中式（集中式（Localized）分布式（分布式（Distributed） 集中式：集中式：将若干连续子载波分配给一个用户，这种方式下系统通 过频域调度，选择较优的子载波组进行传输，获得多用户分集增 益。 分布式：分布式：系统将分配给一个用户的子载波分

16、散到整个带宽，获得 频率分集增益。但这种方式信道估计较复杂，也无法进行频域调 度。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 14 第第1 1节节 空口技术全景空口技术全景 第第2 2节节 OFDMOFDM技术技术 第第4 4节节 小区干扰控制小区干扰控制 第第5 5节节 同步技术同步技术 第第6 6节终端测量量节终端测量量 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential MIMOMIMO技术原理技术原理 Page 15 lMIMO:就是在通信系统的发送端和接收端分别安置多个天线

17、，就构成 了多天线系统（Multiple Input Multiple Output） 可见，每个发射天线的信号经过信道后在每个接收天线上都可以收到，因此在接收端如何把发射信号 分离出来是关键。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential MIMOMIMO技术的分类技术的分类 lMIMOMIMO技术能够利用如下所示的几个增益来提升系统的容量或覆盖从而提升频谱利用率技术能够利用如下所示的几个增益来提升系统的容量或覆盖从而提升频谱利用率。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential 阵列增益

18、阵列增益 l阵列增益阵列增益 发射总功率相同的前提下通过提升处理后平均信噪比带来的性能增益。 阵列增益可以通过使用多天线接收或者发射来获得，已知信道的全部或者部分信息 是获得阵列增益的前提。 LTE中典型的阵列增益获取的例子有：TM6对应的闭环RANK1 Precoding， TM7/TM8对应的BF等。 lPrecoding的原理是在发射端利用信道状态信息对发送符号进行预处理以达到消除 流间干扰，提高系统容量目的的信号处理技术。由用户根据下行信道信息进行计算 后反馈，分为codebook 和Non-codebook. lBF的基本原理是发射端对数据先加权再发送，以产生具有方向性的波束，波束对

19、准 目标用户，同时多天线的发射信号在目标UE相干叠加，从而提高用户的解调信噪比， 改善小区边缘用户体验。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential 分集技术分集技术 l分集分集 分集的基本原理就是通过多个途径（时间、频率或者空间）接收到承载相同信息的 多个副本。由于这多个信道的传输特性不同，多个副本信号的衰落也不相同，接收 机使用这多个包含相同信息的副本可以比较正确地恢复出原始发送的信号。如果不 采用分集技术，在噪声受限条件下，发射机必须要提高信号的发射功率，才能在信 道情况较差的情况下保证通信链路的正常连接。 Page 18 分集的核心

20、思想是： 一个信号的副本走多条路，多条路同时处于差状况的概率就会小很多。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential 分集技术分集技术 l根据基站发射分集是否利用移动台反馈的信道信息，发射分集可以分为闭环发射分集和 开环发射分集。在闭环发射分集中，基站需要通过移动台的反馈获得信道信息，用来自 适应的调整天线间的权重，使移动台的接收功率最大化。在开环发射分集中，基站发送 信息不需要知道信道的状态信息，移动台通过线性处理或者最大似然估计获得发送的信 息。 l开环发射分集主要有空时发射分集、时间转换发射分集、延迟分集等几种典型技术。 l闭环发送分

21、集主要包括选择发射分集和发送自适应阵列等几种技术。 Page 19 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential 分集技术分集技术 lCDD lCyclic delay diversity (CDD) 技术 通过对相同信息的不同流采用 不同的延迟量来减少OFDM 系 统子信道之间衰落的相关性， 从而获得频率分集的增益。 Page 20 * 1 * 2 21 xx xx X lLTE用到的分集技术用到的分集技术 l空频分组码（SFBC） 天线 频 率 lFSTD 频率切换发射分集 * 12 * 21 * 34 * 43 00 00 00 00

22、xx xx X xx xx SFBC在相邻的频率上使用2个 天线发射x1和x2的不同副本， 最终获得2个天线到接收机天 线的全分集增益。 在时间上改变发射天线，从而 获得天线间的分集增益。避免 一直用相同的发射天线。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 21 复用技术复用技术 l作用：提高频谱效率，表现为吞吐量提升。 l原理：不同的天线在相同的资源上发射不同的信息 复用的程度从这里看， 复用的层越多，需要 信道的秩（rank）越大 注：SFBC也是该图，同样需要分层，但预编 码的形式不同 HUAWEI TECHNOLOGI

23、ES CO., LTD.Huawei Confidential 波束赋形技术（波束赋形技术（Beam formingBeam forming） lBF的主要功能是：利用TDD系统上下行信道互易性，利用上行信道计算下行BF权值。 lBF技术可以提升小区边缘用户吞吐量，提升小区容量； lBF技术可以降低用户间干扰，提升覆盖能力。 Page 22 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential 波束赋形技术（波束赋形技术（Beam formingBeam forming） Page 23 调制之后的信号经过各路的权值处理，可以使得每个发射天线到达UE

24、的相位保持相同，从而提高UE的接 收信号强度。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential LTELTE传输模式介绍传输模式介绍 ModeMode传输模式传输模式技术描述技术描述应用场景应用场景 1 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 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 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 4闭环空间复用 需要终端反馈信道信息，发射端

25、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 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 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 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 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

26、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 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential LTELTE传输模式传输模式- -发射分集（发射分集（Mode 2Mode 2） （频率偏移发射分集）（频率偏移发射分集） (空频块编码）空频块编码） 天线端口0传原始调制符号 天线端口1传原始符号的变换符号 天线端口0与2(1与3）为一

27、个天线端口对，二者之间为SFBC； 天线端口0与1在频域上交替传送原始信号，二者之间为FSTD; 2与3传送相应的交换信号,亦为FSTD。 发射分集利用了天线间的弱相关性，在天线对上传送原始信号及其变换符号（一般为原 始符号的共轭），提高信号传输的可靠性。 既可用于业务信道，又可用于控制信道。 两天线端口两天线端口-SFBC四天线端口四天线端口-SFBC+FSTD HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential 普通的空间复用，接收端和发送端无信息交互 u基于非码本的预编码： u基于终端提供的SRS(探测参考信号)或DMRS(解调参考 信号)获

28、得的CSI，基站自行计算出预编码矩阵 u基于码本的预编码： u基于终端直接反馈的PMI(预编码矩阵索引号)从码本中 选择预编码矩阵 空间复用利用了天线间空间信道的弱相关性，在相互独立的信道上传送不同的数据流， 提高数据传输的峰值速率 只应用于下行业务信道（为了确保传输，控制信道普遍采用发送分集） 开环空间复用开环空间复用 闭环空间复用闭环空间复用 LTELTE传输模式传输模式- -空间复用（空间复用（Mode 3,4,6Mode 3,4,6） HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential 波束赋型只应用于业务信道 控制信道仍使用发射分集保证全

29、小区覆盖（类比于TD-SCDMA中PCCPCH也是广播发射） 可以不需要终端反馈信道信息 平均路损和来波方向可通过基站测量终端发射的SRS（Sounding Reference Signal，探测参考信号，类比于TD- SCDMA里的midamble码） 两个波束传递相同信息， 获得分集增益+赋型增益 两个波束传递不同信息， 获得复用增益+赋型增益 产生定向波束， 获得赋型增益 定义定义 波束赋型是发射端对数据先加权再发送，形成窄的发射波束，将能量对准目标用户，提高 目标用户的信噪比，从而提高用户的接收性能。 特点特点 单流单流beamforming 双流双流beamforming LTELT

30、E传输模式传输模式- -波束赋形（波束赋形（Mode 7Mode 7，8 8） HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 28 第第1 1节节 空口技术全景空口技术全景 第第2 2节节 OFDMOFDM技术技术 第第3 3节节 MIMOMIMO技术技术 第第5 5节节 同步技术同步技术 第第6 6节终端测量量节终端测量量 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 29 l小区干扰的原因小区干扰的原因 pLTE系统中，系统中各小区采用相同的频率进行发送和接收。与CD

31、MA系统不同的是，LTE系统 并不能通过合并不同小区的信号来降低邻小区信号的影响。因此必将在小区间产生干扰，小区 边缘干扰尤为严重。 l小区干扰控制的方法小区干扰控制的方法 为了改善小区边缘的性能，系统上下行都需要采用一定的方法进行小区干扰控制。目前正在研究方 法有： p干扰随机化：干扰随机化：被动的干扰控制方法。目的是使系统在时频域受到的干扰尽可能平均，可通过加 扰，交织，跳频等方法实现； p干扰对消：干扰对消：终端解调邻小区信息，对消邻小区信息后再解调本小区信息；或利用交织多址IDMA 进行多小区信息联合解调； p干扰抑制：干扰抑制：通过终端多个天线对空间有色干扰特性进行估计和抑制，可以分

32、为空间维度和频率 维度进行抑制。系统复杂度较大，可通过上下行的干扰抑制合并IRC实现； p干扰协调：干扰协调：主动的干扰控制技术。对小区边缘可用的时频资源做一定的限制。这是一种比较常 见的小区干扰抑制方法。 小区干扰控制 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 30 l小区间干扰协调小区间干扰协调ICIC（Inter-Cell Interference Coordination） p小区间干扰协调是小区干扰控制的一种方式，本质上是一种调度策略。LTE系统可以采用频率软 复用SFR（Soft Frequency Reuse）和部

33、分频率复用FFR（Fractional Frequency Reuse）等干 扰协调机制来控制小区边缘的干扰。主要目的是提高小区边缘的频率复用因子，改善小区边缘的 性能。 lSFR方案方案 pSFR是一种有效控制邻区干扰的方法。系统频率划分为主频和副频，不同的区域使用不同的频率 及发射功率。 LTE关键技术小区干扰控制 主频通常分配给小区边缘区域的主频通常分配给小区边缘区域的 用户，用户，eNB在主频上可高功率发射在主频上可高功率发射 副频副频副频副频 Cell 2,4,6主频主频 Cell 1主频主频 副频副频 副频副频 Cell 3,5,7主频主频 系统全部带宽系统全部带宽 全部带宽可以分

34、配给小区中间全部带宽可以分配给小区中间 的用户，的用户，eNB在副频上降功率发在副频上降功率发 射，避免干扰相邻小区的主频射，避免干扰相邻小区的主频 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 31 第第1 1节节 空口技术全景空口技术全景 第第2 2节节 OFDMOFDM技术技术 第第3 3节节 MIMOMIMO技术技术 第第4 4节节 小区干扰控制小区干扰控制 第第6 6节终端测量量节终端测量量 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential l下行同步下行同步 UE通过检测P

35、-SCH（主同步信道）以及S-SCH（辅同步信道）进行小区搜索和定时同步 。UE的小区搜索确定小区的ID，定时同步确定P-SCH以及S-SCH的位置，进而利用P- SCH进行粗频偏估计，利用S-SCH进行精频偏估计。 l上行同步上行同步 eNodeB 接收UE发送的PRACH，估计UE上行发送的定时调整量TA（Time Alignment）， 并下发给UE，UE根据TA调整上行发送时间，进行上行同步。 同步同步 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential 下行同步下行同步 - - 小区小区IDID的计算的计算 lLTE系统共有504个的小区ID，分成168组，每组包含3个小区ID。小区 ID的计算方法如下： cell(1)(2) IDIDID (1) ID (2) ID N= 3N+N where: N=0,1,2,167 N=0,1,2 由S-SCH携带 由P-SCH携带 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential 下行同步下行同步 - P-SCH - P-SCH 序列（一）序列（一