LTE_TDD技术介绍

1、LTE TDD 技术介绍技术介绍2目录目录v LTE的历史背景v LTE的主要技术指标v LTE的关键技术v LTE的传输方案v LTE的网络架构v 总结3目录目录v LTE的历史背景v LTE的主要技术指标v LTE的关键技术v LTE的传输方案v LTE的网络架构v 总结4LTELTE的历史背景的历史背景v GSM的巨大成功。人们体验到移动通信的便利 “得陇望蜀”。v 3G 的无线性能得到了较大的提高，但在知识产权的制肘、应对市场挑战（WiMax）和满足用户需求等领域，还是有很多局限。 v 用户的需求、市场的挑战和IPR的制肘共同推动了3GPP组织在4G出现之前加速制定新的空中接口和无线接

2、入网络标准。 LTE (3.9G)应运而生。5目前世界主要运营商目前世界主要运营商Vodafone、NTT、AT&T、Verizon都已经决定采用都已经决定采用LTE技术；技术；WiMAX正逐步扩大影响；正逐步扩大影响；CDMA2000/UME的阵营进一步缩小。的阵营进一步缩小。商用商用LTELTE标准化进展标准化进展 测试测试Work ItemStudy ItemLTE2008年年2月中国月中国移动宣布测试移动宣布测试LTE3GPP LTE项目启动项目启动3GPP LTE第一版本完第一版本完成成2007年年10月月WiMAX加入加入3G2007年年12月月3GPP LTE TDD两种

3、模式合并两种模式合并2006年年NGMN组组织成立织成立WiMAX论论坛成立坛成立200320042005200620092010 2007 2008201120146目录目录v LTE的历史背景v LTE的主要技术指标v LTE的关键技术v LTE的传输方案v LTE的网络架构v 总结7 LTE LTE的主要技术指标的主要技术指标 (1)(1)v 支持1.25MHz-20MHz带宽v 峰值速率：下行100Mbps，上行50Mbps。频谱效率达到3GPP R6的2-4倍v 提高小区边缘的传输速率v 移动性 015km/h(最佳性能) 0120km/h(较好性能) 120km/h350km/h(

4、保持连接，确保不掉线)v 覆盖范围 05km(较高频谱利用率) 530km(稍差的频谱利用率)8LTELTE的主要技术指标的主要技术指标 (2)(2)v 用户面延迟（单向）小于5ms，控制面延迟小于100ms v 支持增强型的广播多播业务v 支持增强的IMS（IP多媒体子系统）和核心网v 取消CS（电路交换）域，CS域业务在PS（包交换）域实现，如采用VoIP v 支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作 9目录目录v LTE的历史背景v LTE的主要技术指标v LTE的关键技术v LTE的传输方案v LTE的网络架构v 总结10LTELTE的关键技术的关键技术v物理层关键技术 多载波技术

5、(OFDM) 多天线技术 (MIMO) SC-FDMA (相对OFDM多了DFT预编码部分)v系统级关键技术 干扰抑制技术11多载波技术多载波技术 OFDM OFDMv 高的传输速率要求较大的带宽，面临无线信道的频率选择性问题。v 传统解决方案：GSM中的均衡技术，CDMA系统中的RAKE接收。随着带宽增大以上方案的复杂度将变得难以接受。v OFDM将高速的符号流分解为多路并行的低速符号流，在多个子载波上并行传输。支持大带宽，带宽配置灵活，实现简单，频域均衡算法简单。12多天线技术多天线技术-MIMO-MIMOv MIMO: 在发送和接收端同时使用多天线。v MIMO系统可利用丰富的散射径，在

6、不增加系统带宽的前提下，大幅度改善系统性能（提高速率或可靠性）。v MIMO系统信道容量的增长与天线数目大致成线性关系。13MIMO+OFDMMIMO+OFDMv MIMO技术能提高传输的可靠性或提高系统容量。v OFDM技术实现简单，频谱利用率高，均衡简单。v MIMO-OFDM技术，可利用资源丰富：空域，频域，时域，功率。实现相对简单 (可对每个载波分别频域均衡，简化了频率选择性MIMO的均衡算法)14OFDMOFDM信号的生成信号的生成 OFDM符号通带信号可以表示为OFDM信号的基带形式为 可用IFFT实现基带的多载波调制。现阶段的IC技术可轻松的应对此复杂度，系统实现简单。12220

7、.5( )Reexp2NNciNiis tdjftT1222( )exp2NNiNiix tdjtT15 OFDMOFDM信号的时域特点信号的时域特点v 子载波数目 时，承载的数据为 ，四个载波独立的波形和迭加后的信号 4N (1,1,1,1)d00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-4-3-2-10123416OFDMOFDM信号的频谱结构信号的频谱结构17OFDMOFDM的关键问题的关键问题v 峰均比（PAPR） 原因：OFDM信号在时域是多个子载波信号的时域叠加 LTE上行采用 SC-FDMA传输方案v 符号间干扰（ISI） 原因1：无线信道多径 原因2：符号同步偏差

8、v 子载波间干扰（ICI） 原因1：无线信道的时变性（多普勒频移） 原因2：载波频率偏差 原因3：采样频率偏差18 SC-FDMA (DFTS-OFDM)SC-FDMA (DFTS-OFDM)的的PAPRPAPR16QAM,占用512子载波中间的300个子载波345678910111210-410-310-210-1100PAPR (dB)CCDF OFDMDFTS-OFDM19 ISI ISI的克星的克星 CP (1) CP (1)v GP（空等的方式）用于OFDM系统的效果 消除了OFDM的符号间干扰 导致了每OFDM符号内部的子载波间干扰！保护时间FFT积分时间子载波1延迟的子载波2OF

9、DM符号周期子载波2对子载波1的干扰部分20ISIISI的克星的克星 CP (2) CP (2) OFDM符号的循环前缀结构 保护时间FFT积分时间子载波1OFDM符号周期子载波2子载波321 ISI ISI的克星的克星 CP (3) CP (3)保护时间FFT积分时间OFDM符号周期相位跳变第一条到达径信号第二条到达径信号多径时延CP的引入解决了GP的缺陷两径信道中OFDM符号的传输22OFDMOFDM中的同步技术中的同步技术 v时间同步（影响ISI） OFDM符号同步 固定的载波相位偏差对性能无丝毫影响 固定采样定时偏差的影响可归入OFDM符号同步偏差的影响OFDM系统对符号定时偏差不敏感

10、。系统对符号定时偏差不敏感。v频率同步 (影响ICI) LTE规定 eNB:0.05ppm, UE:0.1ppm 载波频率同步 采样频率同步 OFDM系统对频率偏差非常敏感！系统对频率偏差非常敏感！23符号同步偏差的影响符号同步偏差的影响24载波频率偏差的影响载波频率偏差的影响v 整数倍频偏（相对于子载波间隔）：无ICI，但检测出的符号“张冠李戴”导致严重的误码率。根据LTE对晶振稳定度的规定，此情况不会发生。v 小数倍频偏：本子载波的信号能量减小，同时引入了相邻子载波的干扰。( )A fnf1nf1nff(a)( )A fnfff(b)25采样频率偏差的影响采样频率偏差的影响导致ICI，且随

11、时间的累积时间会多出或漏掉样值26MIMOMIMOv空间分集（提高传输可靠性） 空时块码（STBC） 空频块码（SFBC） 对应LTE的发送分集 空时格码（STTC） 基于MIMO-OFDM的CDDv空间复用（提高传输速率） V-BLAST 对应LTE中的分层后预编码矩阵为单位阵27 在这种编码方案中，每组m比特信息首先调制为M=2m进制符号。然后编码器选取连续的两个符号，根据下述变换将其映射为发送信号矩阵。 天线1发送信号矩阵的第一行，而天线2发送信号矩阵的第二行。*12*21xxxxXAlamouti STBC编码 STBC编码最先是由Alamouti引入的，采用两个发射天线。这种STBC

12、编码最大的优势在于，检测简单，并可获得满分集的增益。Tarokh进将2天线STBC编码推广到多天线形式，提出了通用的正交设计准则。STBCSTBC鼻祖鼻祖AlamoutiAlamouti方案方案 (1)(1)28信道估计信号合并最大似然译码器Tx1Tx21*2xx2*1xx1h2hRx12nn1h2h1h2h1x 2x 1 x2 x衰落信道衰落信道11 1221*21 22 12rhxh xnrhxh xn最大似然检测最大似然检测AlamoutiAlamouti方案方案 (2)(2)22*11 12 2121112222*22 11 21221221()()xh rh rhhxh nh nxh

13、 rh rhhxh nh n1222221121112222212222arg min(1)(,)arg min(1)(,)xSxSxhhxdxxxhhxdxx29空间复用技术空间复用技术 V-BLASTV-BLASTv STBC编码最大的优势在于，采用简单的最大似然译码准则，可以获得满分集增益，但是不能提供编码增益v 分层空时码能极大的提高系统的频谱效率30V-BLASTV-BLAST的检测的检测MMSEMMSE算法算法 常用的V-BLAST检测算法是MMSE算法，即最小均方误差算法。该算法的目标函数是最小化发送信号向量xt与接收信号向量线性组合wHrt之间的均方误差，即： 其中w是nRnT

14、的线性组合系数矩阵,由于上述目标函数是凸函数，因此可以求其梯度得到最优解。 令 ,得MMSE检测的系数矩阵为：20HttEWxW r2argminHttEWxW r 222222THHHHttttttHHHttttHHHnEEEE WWxW rxW rxW rr W rr xH HIWH12THHHnWH HIH31多小区干扰抑制多小区干扰抑制v干扰随机化 随机化邻小区干扰，改善译码器性能v干扰协调 协调邻小区资源，降低被干扰概率v干扰消除 改进物理层算法，消除邻小区干扰32目录目录v LTE的历史背景v LTE的主要技术指标v LTE的关键技术v LTE的传输方案v LTE的网络架构v 总结

15、33LTELTE传输方案传输方案v基本传输方案v物理信道定义及过程vLTE物理层过程34基本传输方案基本传输方案TD-SCDMA3GPP LTE802.16e基本传输技术与多址技术CDMA下行OFDMA，上行SC-FDMAOFDMA双工方式TDDFDD和TDD尽可能融合，FDD半双工FDD、TDD和FDD半双工帧结构10ms无线帧分为2个5ms子帧，帧长10ms，分为10个子帧，20个时隙。 规定了5ms，10ms和20ms等多种不同的帧结构子帧结构每个子帧分为7个正常时隙和DwPTS、GP、UpPTS三个特殊时隙; 每个正常时隙长0.675ms下行7或6个OFDM符号上行7或6个OFDM符号

16、每个帧分为下行子帧和上行子帧，两者之间用适当的保护时隙分隔。调制方式QPSK,16QAMQPSK，16QAM和64QAM；BPSK、QPSK、16QAM、64QAM。编码方式卷积编码和Turbo码以Turbo码为主，正在考虑LDPC码。有卷积码、卷积Turbo码和低密度奇偶校验码多天线技术智能天线基本MIMO模型：下行22，上行12个天线，考虑最多44配置。支持 MIMO（多入多出）和AAS（自适应天线阵）两种不同的多天线实现方式。HARQChase合并与增量冗余HARQ,Chase合并与增量冗余HARQ,正在考虑异步HARQ和自适应HARQ采用最为简单的停-等（SAW）机制，HARQ的控制开

17、销最小并且对发射和接收的缓存要求最小。35下行传输方案参数下行传输方案参数36LTE TDD无线帧结构无线帧结构 (1)每个时隙0.5ms,上行包含7个或6个SC-FDMA符号。最小时频分配单位 RB：时间方向0.5ms的时隙长度，频率方向12个子载波。物理层以子帧(1ms)为单位接收，是偶数个RB的。v5ms转换周期37LTE TDD无线帧结构无线帧结构 (2)radio frame 10ms; half-frame 5ms; subframe 1ms;slot 0.5ms; SC-FDMA 1/15k(=66.67e-6) s. v10ms转换周期38时隙的时间方向参数时隙的时间方向参数3

18、9资源块定义资源块定义资源块资源块40LTE TDD上、下行子帧分配方式上、下行子帧分配方式可根据上下行业务需求灵活进行时隙配置41上行共享信道导频图案上行共享信道导频图案42下行导频图案下行导频图案不同的天线分配不同的时频资不同的天线分配不同的时频资源放置导频符号源放置导频符号43LTE传输方案传输方案v基本传输方案v物理信道的定义及过程vLTE物理层过程44上行物理信道分类上行物理信道分类v物理层上行共享信道（PUSCH）v物理层上行控制信道（PUCCH)v物理层随机接入信道（PRACH）45下行物理信道分类下行物理信道分类v物理层下行共享信道（PDSCH）v物理层广播信道（PBCH）v物

19、理层多播信道（PMCH）v物理层控制格式指示信道（PCFICH）v物理层下行控制信道（PDCCH）v物理层HARQ指示信道（PHICH）46传输信道到物理信道的映射传输信道到物理信道的映射47信道编码信道编码TrCH编码方案码速率UL-SCHTurbo Coding1/3DL-SCHPCHMCHBCHTailing biting CC1/3控制信息编码方案码速率DCITailing biting CC1/3CFIBlock code1/16HIRepetition1/3UCIBlock code可变Tailing biting CC1/3卷积编码器卷积编码器Turbo编码器编码器结构与结构与T

20、D-SCDMA相同相同仅仅内交织器与仅仅内交织器与TD-SCDMA不同不同( )212, 0,1,.,(1)( )()modiicciKififiK 48卷积码的速率匹配卷积码的速率匹配49Turbo的速率匹配的速率匹配 50上行传输信道处理上行传输信道处理UL-SCHUCI51下行传输信道处理下行传输信道处理BCH；DCIDL-SCH; PCH; MCH52物理层上行共享信道过程物理层上行共享信道过程2mod)()()(icibibQPSK16QAM64QAMDFTIFFT)(hopif53物理层下行共享信道过程物理层下行共享信道过程与加扰序列异或QPSK16QAM64QAMIFFT分集(S

21、FBC)()()()()()() 1()0() 1()0(ixixiWkDiyiyiP)()()()()()() 1()0() 1()0(ixixUiDiWiyiyP)(Im)(Im)(Re)(Re00101001000121) 12() 12()2()2() 1 ()0() 1 ()0() 1 ()0() 1 ()0(ixixixixjjjjiyiyiyiy复用(SM)小延迟小延迟CDDCDD大延迟大延迟CDDCDD54LTE传输方案传输方案v基本传输方案v物理信道的定义及过程vLTE的物理层过程 小区搜索过程 随机接入过程55小区搜索过程小区搜索过程56随机接入过程随机接入过程上行同步符号

22、位置上行同步符号位置时域位置时域位置频域位置频域位置符号构成符号构成57目录目录v LTE的历史背景v LTE的主要技术指标v LTE的关键技术v LTE的传输方案v LTE的网络架构v 总结58E-UTRAN网络拓扑结构网络拓扑结构在E-UTRAN中，eNB之间采用IP传输，在逻辑上通过X2接口互连Mesh型网络。支持UE在整个网络内的移动性，保证用户的无缝切换E-UTRAN舍弃了UTRAN的RNC-NodeB结构，完全由eNodeB组成每个每个eNBeNB通过通过S1S1接接口，和接入网关口，和接入网关Access GatewayAccess Gateway（aGWaGW）连接）连接EPC分为控制面实体分为控制面实体MME和用和用户面实体户面实体SAE Gateway 59网络架构网络架构红色部分为e-UTRAN新增部分 1.充分考虑空中接口演进引入的全网架构改革，包括接入网和核心网功能重新分配，提供更低时延的全网控制信令，支持