1-TD-LTE系统无线原理与技术 -datang

1、1 TD-LTETD-LTE系统无线原理与技术系统无线原理与技术 2012012 2年年7 7月月 2 二、LTE系统OFDM技术 三、 LTE系统MIMO技术 一、一、 LTE系统与网络概述系统与网络概述 目目 录录 四、 LTE无线原理与技术 3 LTE FDD UMB 802.16m LTE+ UMB+ 802.16e (OFDM/MIMO) IMT-Advanced HSPA+HSPAWCDMA DO Rev B DO Rev 0 cdma20001X GSM GPRS/EDGE IS-95 cdmaOne 200kbps300kbps-10Mbps10kbps50Mbps50M-1G

2、bps DO Rev A 数据速率数据速率 TD-LTETD LTE+HSPA+HSPATD-SCDMA FDD TDD 3GPP2 3GPP IEEE 802.16 LTE：下一代宽带移动通信系统 4 TD-LTE是是LTE中的中的TDD模式，是模式，是TD-SCDMA标准的长期演进标准的长期演进 LTE是是3GPP为了保证未来为了保证未来10年年 3GPP系列技术的生命力，抵御系列技术的生命力，抵御 来自非来自非3GPP阵营技术的竞争而阵营技术的竞争而 启动的最大规模的标准项目。启动的最大规模的标准项目。 下行下行: 5bit/s/Hz， 上行上行: 2.5bit/s/Hz 控制面控制面:

3、 100ms 用户面用户面: 10ms 下行下行: 100Mbps 上行上行: 50Mbps 1.4、3.0MHz， 5、10、15、20MHz LTE系统需求 5 LTE网络架构 p 扁平的网络架构，减少设备投入扁平的网络架构，减少设备投入 p 减少接口数量，减少接口数量，IP的网络接口的网络接口 p 增强的端到端增强的端到端QoS 6 网络扁平化网络扁平化, ,全全IPIP化化 核心网趋同化核心网趋同化, ,交换功能路由化交换功能路由化业务平面与控制平面完全分离化业务平面与控制平面完全分离化 网元数目最小化网元数目最小化, ,协议层次最优化协议层次最优化 LTE网元与网络结构特点 S- G

4、ateway P- Gateway MME HSS eNodeB UE IMS 接入部分接入部分接入控制部分接入控制部分网络控制部分网络控制部分终端部分终端部分 7 3G网络架构与LTE/SAE网络架构的区别 网络扁平化使得系统延时减少，改善用户体验网络扁平化使得系统延时减少，改善用户体验 8 GMSCGMGW HLR MGW MSC-S （VLR ） GGSN SGSN RNC Node BNode B Mc D Mc Nc C Nb Gs Gn Gr Gi Iu-CSIu-PS IubIub HSS MME S6a SGW PGW S5 S11 ENBENB X2 S1-MME S1-MM

5、E S1-US1-U SGi 消失消失 3 3G G系统系统LTELTE系统系统 演演 进进 3G到4G的网络架构演进 9 TD-LTE接入网eNB 高高 吞吐量吞吐量 提供高质量全提供高质量全 IPIP无线宽带业无线宽带业 务务 频谱效率频谱效率 最高最高 良好兼容良好兼容 性性 简约的天线简约的天线 系统系统 高数据接入效高数据接入效 率率 最短切换时最短切换时 间间 支持支持 Always -ON 增强小区边增强小区边 缘性能缘性能 10 MME： NAS信令，NAS信令安全； 认证；漫游跟踪区列表管理； 3GPP接入网络之间核心网节点之间移动性信令； 空闲模式UE的可达性； 选择PDN

6、 GW 和 Serving GW； MME改变时的MME选择功能； 2G、3G切换时选择SGSN； 承载管理功能（包括专用承载的建立）； SGW： eNodeB之间切换时本地移动性锚点和3GPP之间移动性锚点； 在网络触发建立初始承载过程中，缓存下行数据包； 数据包的路由SGW可以连接多个PDN和转发； 切换过程中，进行数据的前转； 上下行传输层数据包的分类标示； 在漫游时，实现基于UE，PDN和QCI粒度的上下行计费； 合法性监听 ； PDN GW： 基于单个用户的数据包过滤； UE IP地址分配； 上下行传输层数据包的分类标示； 上下行服务级的计费（基于SDF，或者基于本地策略）； 上下行

7、服务级的门控； 上下行服务级增强，对每个SDF进行策略和整形； 基于AMBR的下行速率整形基于MBR的下行速率整上下行承载的绑 定；合法性监听； PCRF： 基于服务数据流的策略控制（服务数据流模板、QoS 控制） 基于服务数据流的计费规则控制。 TD-LTE核心网架构与功能 11 提升TD-LTE与多网协同能力 TD-LTETD-LTE 3G/TD-S3G/TD-S网络网络 2G2G网络网络 高级数据用户高级数据用户 数据用户数据用户 语音用户语音用户 WLAN WLAN WLAN WLAN 升级升级 升级升级 语音语音+ +低速数据业务低速数据业务 视频语音视频语音+ +中高速数据业务中高

8、速数据业务 WLANWLAN网络网络 高速数据业务高速数据业务 ) 高速数据业务高速数据业务 p 2G/3G/LTE/WLAN2G/3G/LTE/WLAN四网将长期共存四网将长期共存 p 2G2G网络将以承载语音网络将以承载语音+ +低速数据业务为主，低速数据业务为主，3G/TD-S3G/TD-S网络将以承载视频语音网络将以承载视频语音+ + 中高速数据业务为主，中高速数据业务为主，TD-LTETD-LTE网络将以承载高速数据业务为主，网络将以承载高速数据业务为主，WLANWLAN网络网络 将作为将作为3G3G和和LTELTE高速数据业务的近距高速数据业务的近距/ /热点覆盖补充热点覆盖补充

9、12 信道纠错信道纠错 （HARQ） 信号调制解调信号调制解调 自适应技术自适应技术信道编解码信道编解码 关键无线技术关键无线技术 多天线技术多天线技术 MIMO 多址技术多址技术 OFDMA LTE无线技术需求分析 13 二、二、LTE系统系统OFDM技术技术 三、 LTE系统MIMO技术 一、 LTE系统与网络概述 目目 录录 四、 LTE无线原理与技术 14 时间时间 功率功率 频率频率 LTE关键技术OFDM Frequency Time Power density (CDMA codes) 1.6 MHz 0 : 15 TS0 2. Carrier (optional) 3. Car

10、rier (optional) TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 DL DL DL DL UL UL UL 5 ms DwPTS UpPTS GP DL TD-LTE资源分割方式：OFDM TD-SCDMA资源分割方式：CDMA 15 OFDM子载波频域图 16 OFDM技术原理-低速并行传输 时域方波信号时域方波信号传统频分复用传统频分复用正交频分复用正交频分复用 17 OFDM技术的基本原理 18 OFDM 数据传输 time 传输数据传输数据 保护数据保护数据 0 1 0 0 1 产生频率差异，以提高抗衰落的能力。产生频率差异，以提高抗衰落的能力。 Frequency Ti

11、me 19 信道传输函数信道传输函数 频率频率 . 1 H 2 H 信道传输函数信道传输函数 k H OFDM技术优势-抗衰落与均衡 20 t h(t) 多径时延扩展现象 OFDM时域信号 循环扩展 保护间隔 OFDM信号的循环扩展保护间隔 引入循环前缀CP（Cyclic Prefix）； CP保护间隔长于信道时延扩展； OFDM技术原理-抗多径时延ISI OFDMOFDM用于地面移动通信系统，用于地面移动通信系统， 必须解决多径时延扩展问题；必须解决多径时延扩展问题； 21 CP的来源-DFT的周期性 22 CP与保护时间 23 同频同频 干扰大干扰大 OFDM PAPR高高 时频时频同步同

12、步 要求高要求高 OFDM 技术缺点 24 二、LTE系统OFDM技术 三、三、 LTE系统系统MIMO技术技术 一、 LTE系统与网络概述 目目 录录 四、 LTE无线原理与技术 25 LTE关键技术MIMO天线 p MIMO（Multiple Input Multiple Output） 在多个天线上分别发送多个数据流； 利用多径衰落，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，提高信道容量 及频谱利用率，或提高数据的传输质量。 26 LTE多天线技术应用 p在多个独立的信道上传输不同数据流 p提高数据传输的峰值速率提高数据传输的峰值速率 p应用于小间距天线阵列的 多天线传输技术 p提高系统容量或

13、覆盖范围提高系统容量或覆盖范围 p传输信号不同的副本获 得增益 p提高信号传输的可靠性提高信号传输的可靠性 27 LTE系统多天线传输模式 28 MIMO天线自适应控制 层次层次1 p下行支持多种传输模式，下行支持多种传输模式，RRC层决策，半静态变化层决策，半静态变化 单端口传输单端口传输 （AP0） 传输分集传输分集 开环空间复用开环空间复用 闭环空间复用闭环空间复用 多用户多用户MIMO Rank1预编码预编码 单端口传输（单端口传输（AP5）波束赋形波束赋形 双端口传输（双端口传输（AP7/8） 波束赋形波束赋形 层次层次2 p MAC层进行每种传输模式内部多种层进行每种传输模式内部多

14、种MIMO方式的动方式的动 态调度，比如态调度，比如Rank自适应，传输分集与空间复用的切自适应，传输分集与空间复用的切 换等。换等。 p 通过通过DCI指示，动态变化指示，动态变化 p 每种传输模式内部均包括传输分集，便于模式切换每种传输模式内部均包括传输分集，便于模式切换 29 MIMO天线收发分集：提高通信质量 开环模式中的STTD分集 30 MIMO天线空间复用：提高系统容量 MU-MIMO 基站将占用相同时频资源的多个数据流发送给不同用户 下行同时支持SU-MIMO和MU-MIMO SU-MIMO(SDM)MU-MIMO(SDMA) 31 MIMO天线波束赋形：增强抗干扰能力 传统波

15、束赋形 小间距的天线阵列，使用较多天线 单元 提高峰值速率，小区覆盖，降低小 区间干扰 32 中国移动LTE创新技术：双流波束赋形 波束赋形（波束赋形（BF） MIMO p 降低干扰 p 提升覆盖半径 p 提升吞吐量 双流波束赋形技术双流波束赋形技术 p 提升吞吐量 p 提升覆盖半径 p 降低小区间干扰 双流波束赋形技术是TD-LTE的多天线增强型技术，是TD-LTE建网的主流技术， 结合了智能天线波束赋形技术与MIMO空间复用技术，是中国移动与厂商共同创 新的成果，也是中国通信产业技术能力的体现。 33 1.04km 0.48km TD-LTE 2天线天线 TD-LTE 8天线天线 TD-S

16、CDMA 8天线天线 0.5km 8天线天线 500Kbps 2天线天线 64Kbps 0.5km 8天线天线 500Kbps 2天线天线 500Kbps 0.28km p TD-LTE覆盖理论分析覆盖理论分析 TD-LTE 2天线的覆盖能力受限于上天线的覆盖能力受限于上 行业务信道行业务信道 TD-LTE 8天线的覆盖半径约为天线的覆盖半径约为2天天 线的两倍，与线的两倍，与TD-SCDMA覆盖半径覆盖半径 相当相当 p在在TD-SCDMA现网实际小区半径现网实际小区半径500米条件下，米条件下，TD-LTE 8天线的边缘速率远远大于天线的边缘速率远远大于2天线天线 8天线双流波束赋形在保证

17、与天线双流波束赋形在保证与TD-SCDMA共覆盖前提下体现共覆盖前提下体现TD-LTE高速率特点高速率特点 以上行业务以上行业务64Kbps 边缘速率进行分析边缘速率进行分析 双流波束赋形是平滑引入TD-LTE的关键 34 二、LTE系统OFDM技术 三、 LTE系统MIMO技术 一、 LTE系统与网络概述 目目 录录 四、四、 LTE无线原理与技术无线原理与技术 35 p 支持的信道带宽（支持的信道带宽（Channel Bandwidth） n 1.4MHz，3.0MHz，5MHz，10MHz，15MHz以及20MHz pLTE系统上下行的信道带宽可以不同系统上下行的信道带宽可以不同 n 下

18、行信道带宽大小通过主广播信息（MIB）进行广播 n 上行信道带宽大小通过系统信息（SIB）进行广播 信道带宽与传输带宽配置有如下对应关系： 信道带宽 1. 4 3 5 1 0 1 5 20 传输带宽配置 （RB数目） 615 2 5 5 0 7 5 10 0 信道带宽 36 TD-LTE帧结构 无线帧无线帧 无线子帧无线子帧无线子帧无线子帧 TS0TS1TS6TS5TS4TS3TS2 DwPTS GP UpPTS 5ms5ms 10ms TD-SCDMA帧结构 37 LTE时隙结构 常规CP symbol symbol扩展CP 0.5ms 0.5ms 1ms DwPTS GP UpPTS 38

19、 物理资源概念（1） 无线帧无线帧 OFDM符号符号 天线端口天线端口 基本时间基本时间 单位单位 时隙时隙-slot 子帧子帧 物理资源物理资源 接收机用来区分资源在 空间上的差别，包括三 类天线端口： CRS： 天线端口03 MBSFN：天线端口4 DRS： 天线端口5 秒2048150001 s T 39 p 资源单元资源单元 (RE) n对于每一个天线端口，一个OFDM或者 SC-FDMA符号上的一个子载波对应的一个 单元叫做资源单元； p资源块资源块 (RB) n 一个时隙中，频域上连续的宽度为 180kHz的物理资源称为一个资源块； 物理资源概念（2） 40 下行物理信道 PBCH

20、：物理广播信道：物理广播信道 调制方式：QPSK PDSCH：物理下行共享信道：物理下行共享信道 调制方式：QPSK, 16QAM, 64QAM PCFICH：物理控制格式指示信道：物理控制格式指示信道 调制方式：QPSK PMCH：物理多播信道：物理多播信道 调制方式：QPSK, 16QAM, 64QAM PDCCH：物理下行控制信道：物理下行控制信道 调制方式：QPSK 下行物 理信道 PHICH：物理：物理HARQ指示信道指示信道 调制方式：BPSK 41 p 下行物理信道一般处理流程下行物理信道一般处理流程 下行物理信道处理流程 加扰加扰 调制调制层映射层映射预编码预编码RE映射映射

21、OFDM信信 号产生号产生 42 p PBCH传送的系统广播信息包括下行系统带宽（4bit）、SFN子帧号 （8bit） 、PHICH （3bit） 指示信息等 p PBCH的RE映射 常规CP 扩展CP PBCH介绍 43 确定唯一的物理小区确定唯一的物理小区id 下行信道质量测量下行信道质量测量 下行信道估计，用于下行信道估计，用于UE端的相干检测和解调端的相干检测和解调 小区搜索小区搜索 同步信号同步信号 参考信号参考信号 主同步信号主同步信号 辅同步信号辅同步信号 小区专用参考信号小区专用参考信号 MBSFN参考信号参考信号 终端专用的参考信号终端专用的参考信号 下行物理信号（1） 44 p 同步信号同步信号 FS1，常规CPFS2，常规CP