LTE技术基础知识培训ppt课件

1、LTE技术根底知识培训主讲人：练成栋中国挪动通讯集团上海方案部研发中心2021年5月About us中国挪动通讯集团 上海公司 方案开展部 研讨开展中心 3主要内容TD-LTE系统性能仿真和评价2TD-LTE物理层关键技术4TD-LTE在上海世博会中的运用1TD-LTE概述挪动技术开展趋势2001-2006年 2007年 TD-HSPA+ DL:25.2MbpsUL:19.2Mbps DL:100MbpsUL:50MbpsHSPA+DL40MBps; UL10Mbps 2021年 2021年 2021年 Mobile WiMAX Wave115MbpsEV-DO Rel. 0DL: 2.4Mb

2、psUL:153.6kbpscdma2000 1x 153.6kbpsD0 Rel. ADL: 3.1MbpsUL: 1.8MbpsDo Rev B 多载波 DODL：46.5MbpsUL: 27MbpsUMB DL: 100MbpsUL: 50MbpsGREAN600kbpsMobile WiMAX Wave230MbpsTD-HSDPA2.88.4MbpsTD-HSUPA2.26.6MbpsWCDMA384KbpsHSDPA1.8/3.6MbpsHSDPA7.2MbpsHSUPA1.45.8MbpsGPRS/EDGE 200kbpsLTE-TDDDL:100MbpsUL:50MbpsLTE

3、TDD+16m100Mbps1GbpsITUIMT-Advanced(4G)UMB 100Mbps-1Gbps100Mbps1GbpsLTE+B3GLTEFDDLTE概述是3GPP 在R8中提出的一种新的宽带无线空中接口技术，可分为FDD和TDD两种方式TD-LTE是我国具有自主知识产权的第三代挪动通讯技术TD-SCDMA规范的后续演进技术LTE可以支持大于100公里半径的小区覆盖，在20MHz频谱带宽下提供DL 100Mbps / UL 50Mbps 的峰值速率，并明显改善小区边缘用户性能LTE (Long Term Evolution) 长期演进技术 LTE背景和开展2004年12月，研讨

4、工程(SI)立项，3GPP需求开发一套系统与WiMAX抗衡2021年1月至今，R8的完善和进一步优化R92006年69月，SI阶段终了，进入任务工程WI阶段2021年12月，规范化曾经进入尾声，规范根本冻结LTE Long Term Evolution2021年4月至今，LTE-A的Study ItemLTE帧构造用于FDD用于TDD在TDD中，5ms半帧由有4个普通的子帧和1个特殊子帧组成特殊子帧包括3个特殊时隙：UpPTS、GP和DwPTS空口上支持FDD和TDD两种帧构造，无线帧长度均为10msLTE系统架构在LTE系统架构中，RAN将演进成E-UTRAN且只需一个结点：eNodeBMM

5、E/S-GWMME/S-GWeNodeBeNodeBeNodeBS1EPCE-UTRANX2X2X2EPSLTE系统需求 1.25MHz-20MHz 可变带宽带宽需求 降低传输时延 用户面延迟单 向小于5ms 控制面延迟小于 100ms 5km内的小区半径优化 5km到30km：可接受的 性能下降 支持100km范围的小区传输时延数据速率基站A基站B覆盖范围建网本钱更高的带宽，更大的容量更高的数据传输速率更低的传输时延更低的运营本钱 对0到15km/h的低 速环境优化 对15到120km/h保 持高性能 对120到350甚至 500km/h坚持衔接挪动性支持 上行峰值速率50Mbps 下行峰值

6、速率100Mbps 频谱效率到达3GPP R6 的2-4倍 提高小区边缘用户的数据 传输速率TD-LTE3G/TD-LTE关键技术比较汇总CDMA/TDMA更高的频谱利用率更加简单的接纳机OFDMA/SC-FDMASIMO/智能天线提高传输速率 MIMO16QAM更高的调制，更精细的AMC64QAM单载波1.6MHz 实践组网5MHz更大的传输带宽更高的峰值速率支持20MHz电路域更加高效的资源利用基于分组域，全IP垂直网络构造，有RNC更小的传输时延优化网络构造扁平的网络构造，无RNC硬切换简化切换过程软切换多小区干扰抑制OFDM系统小区内不存在干扰多用户检测3G优化简化FDD/TDD独立帧

7、构造保证共存，提高效率简化FDD/TDD双模设备实现优化的帧构造3主要内容TD-LTE系统性能仿真和评价2TD-LTE物理层关键技术4TD-LTE在上海世博会中的运用1TD-LTE概述 OFDM MIMO 其它为什么OFDM？CDMA自干扰系统，但多用户检测可以消除部分小区内干扰更好的抗多普勒频移效果支持更高带宽时检测和平衡复杂度高MIMO CDMA的检测复杂度高OFDMA/SC-FDMA小区内正交频选调度/AMC多用户频域分集MIMO OFDM的检测简单、灵敏OFDM技术的开展历史2000s1990s1980s1960sOFDM在高速调制器中的运用开场研讨OFDM 运用在高频军事系统OFDM

8、运用于宽带数据通讯和广播等OFDM运用于 802.11a, WiMAX, LTEOFDM技术原理OFDM的频谱OFDM调制的效率很高不同子载波的频谱相互交叠但不同子载波之间正交OFDM系统中的维护间隔OFDM 符号2维护时间FFT积分周期OFDM 符号1 无维护间隔时，多径会呵斥ISI和ICI 有维护间隔，但维护间隔不传输任何信号 可以消除多径的ISI，但依然存在ICI为了完全消除 ISI, 每个OFDM符号需求引入一个循环前缀作为维护时间.维护时间间隔的应尽能够地小，但需求大于信道的时延扩展通常可以采用循环前缀的方式来实现每个OFDM符号的维护时间间隔，同时可以防止ICI 维护间隔的选择为了

9、完全消除 ISI和ICI, 引入CP作为维护.但是CP的引入会降低传输的效率： CP应尽能够地小， 但需求大于信道的时延扩展. 通常可以采用循环前缀的方式来实现每个OFDM符号 维护时间间隔，同时可以防止ICI 宽带信道的频域信道冲击呼应OFDM中的自顺应调制32QAM, 5 bit/s/Hz16QAM, 4 bit/s/Hz8QAM, 3 bit/s/HzQPSK, 2 bit/s/HzBPSK, 1 bit/s/HzThreshold LevelsSNR dB BPSK8QAM16QAMQPSKtimeExcess SNR功率控制向速率控制的转变！频域多用户调度和分集增益基于OFDM 的灵

10、敏多址方式 码字/时间/频率域的3维多址方式：OFDMA/CDMA/TDMATimeFrequencyOFDM-TDMATimeFrequencyUser 1User 2MC-CDMA/OFCDMTimeFrequencyOFDM-FDMAUser 1User 2Not usedTimeFrequencyOFDMA/TDMA广义称为OFDMAWiFiMobile Wimax, WiBro, FLASH-OFDMOFDM的优势与缺乏可以有效的抗多径时延扩展频率选择性衰落更大的符号周期：M个子载波并行传输，符号周期扩展M倍；添加维护间隔CP：有效地抗多径效应高频谱效率子载波频谱相互重叠；多用户频域

11、调度；容易实现，在基带可以全数字FFT实现 优 点 对频偏的敏感。频偏会导致 期望符号的幅度的降低，引 入ICI. 由于每个符号的时间周期扩 大，OFDM受时间选择性衰 落的影响多普勒扩展和频 移较大. 峰均比PAPR/CM较大,其 对功放的非线性特性比较敏 感，会降低功率的利用效率， 且提高终端的功放本钱缺 点LTE系统上行和下行多址方案下行运用OFDMA高PAPR，功放本钱高性能方面有优势，2dB左右载波分配非常灵敏，可以顺应 非延续的频带分配上行运用SC-FDMA低PAPR，对功放要求低由于载波间正交性被破坏有一定的性能损失载波分配不够灵敏时域产生信号，M点DFT变换到频域多址技术:上行

12、SC-FDMASC-FDMA发射机构造Low PAPRLow PAPRHigh PAPR每个子载波上的信号为M个符号的迭加OFDMA与SC-FDMA性能比较3 dB lossSC-FDMAOFDMA假设:指数衰减信道性能: 在到达目的PER时(0.1或0.01)，OFDMA比 SC-FDMA好3dB缘由: 频选衰落，使SC-FDMA的正交性被破坏结论: OFDMA有更好的链路性能假设：IFFT的尺寸为512，研讨占用的子载波数/DFT的大小。OFDMA:不同的调制方式以及sub-carriers的分配对PAPR/CM的影响很小,随着sub-carriers的添加PAPR趋近于同一个值;SC-O

13、FDM:SC-FDMA的PAPR要比OFDMA低1.52dB。OFDMA与SC-FDMA的PAPR比较OFDM根本特征总结时域循环前缀，抑制多径引起的ISI频域分成多个子载波，与信道编码结合对抗多径衰落子载波相互正交，提高频谱利用率时-频二维调度，提高系统性能可扩展OFDMA，使系统在挪动环境中灵敏顺应信道带宽变化 含CP的OFDMA符号时域构造 含CP的OFDMA符号频域子载波构造3主要内容TD-LTE系统性能仿真和评价2TD-LTE物理层关键技术4TD-LTE在上海世博会中的运用1TD-LTE概述 OFDM MIMO 其它信道容量分析1/2容量公式：系统带宽信噪比SNR信道数系统容量的提高

14、？?信道容量分析2/2容量公式：添加带宽提高信噪比添加信道数系统容量的提高？?MIMO技术的开展历史Marconi利用多天线来抑制信道衰落，从而实现无线电波大容量的传输19081996贝尔实验室的Foschini提出分层空时构造 BLAST，完成MIMO信道容量的实际分析1998S. M. Alamouti提出了一种简单的发送分集技术STBC。利用有限的频谱资源，在空间上开发，提高频谱利用率MIMO系统收发端构造MIMOMultiple-Input Multiple-Output 实现多路数据流并行发送，获得空间复用增益，提高传输的有效性 实现多个子信道信号的有效合并，获得空间分集增益，提高传

15、输的可靠性利用信道空间特性MIMO信道容量分析不同天线数目下，Shannon容量与SNR曲线M：发射天线数N：接纳天线数信息论曾经证明：当不同的接纳天线和不同的发射天线之间互不相关时MIMO系统可以很好的提高系统的抗衰落和抗噪声性能，从而获得宏大的容量MIMO的实际容量上限：CSIT vs.CSIRCSIT: Channel State Information known at the Transmitter;CSIR: Channel State Information known at the Receiver;MIMO技术的分类MIMO阵列增益 智能天线-Beamforming 扩展系统

16、的覆盖区域 提高频谱利用率 提高接纳信噪比 利用天线阵间的相关性复用增益 开环MIMO-SM 闭环MIMO-SM 提高数据传输速率 提高系统有效性 要求天线间相关性小分集增益 STBC、STTC、CDD 提高数据的可靠性 要求天线间相关性小LTE系统支持的MIMO方式基于码本和公共导频波束赋型Beamforming复用Precoding主要用于中低速的业务信道分集SFBC基于空时编码用于控制信道和高速业务信道基于非码本和DRS主要用于中低速的业务信道TDD的特有技术，利用互易性得到信道信息，准确的波束赋型LTE系统中的MIMO方案开环空间复用MIMO-Spatial Multiplexing普

17、通的空间复用，接纳端和发送端无信息交互利用多天线间的独立信道衰落，添加系统容量闭环空间复用线性预编码Precoding系统接纳端根据信道估计得到信道信息；按照某种准那么从码本中选取最优的预编码码字；然后将该码字的序号反响给发射端；发射端根据反响的序号从码本中选取相应的预编码码字进展预编码操作空间分集的MIMO系统1/2 分集技术空间分集：利用多根天线在不同的位置上发送和接纳一样的信息，在空间域内提供信号的副本。为了保证多个发送或多个接纳信号副本所阅历的衰落独立，要求各根天线之间的间隔足够大。频率分集：经过在不同的载波频率上发送一样信息，在频率域内提供多个信号的副本。时间分集：即在多个不同的时隙

18、上传输一样的信息，在时间域内提供多个信号的副本。 STBC空间分集开环MIMO-STC系统SFBC或STBC，经过编码获得空间分集增益多个天线进展发送，提高传输的可靠性Beamforming1/2智能天线-Beamforming利用数字信号处置技术和信号传输的空间特性经过调整各天线阵元上发送信号的权值，产生空间定向波束，使无线信号的波束具有方向性LTE热点覆盖LTE中度覆盖LTE全覆盖Beamforming2/2智能天线:主波束自顺应地跟踪用户主信号到达方向旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向智能天线在未来挪动通讯系统的运用：扩展系统的覆盖区域； 提高系统容量； 提高频谱利用效率； 降低基站发射功率

19、，节省系统 本钱，减少信号间干扰与电磁环境污染 充分高效利用挪动用户信号并删除或抑制干扰信号LTE系统上行虚拟MIMO复用方案上行：Virtual MIMO (V-MIMO)UE侧天线数量受限，多个UE组成虚拟MIMO，实现多用户的复用12天线时，传统做法是接纳分集V-MIMO方案，使两个挪动台可以在一样频率、一样时间发射信号，提高上行链路容量eNB和UE侧多天线，分集、复用、VMIMO 混合eNB侧2天线，UE侧2天线，传统MIMOeNB侧2天线，UE侧1天线，两个用户组成V-MIMO，实现复用3主要内容TD-LTE系统性能仿真和评价2TD-LTE物理层关键技术4TD-LTE在上海世博会中的

20、运用1TD-LTE概述 OFDM MIMO 其它LTE帧构造用于FDD用于TDD在TDD中，5ms半帧由有4个普通的子帧和1个特殊子帧组成特殊子帧包括3个特殊时隙：UpPTS、GP和DwPTS空口上支持FDD和TDD两种帧构造，无线帧长度均为10msTD-LTE帧构造的优化UpPTS进一步优化设计，从分利用TDD的信道的互易性短 RACH，降低开销Sounding RS获得TDD信道互易性，支持Beamforming灵敏的GP 设置，可以最小化GP的开销，同时支持不同的覆盖半径110个 OFDM符号大小的GP， s最大可以支持100Km的覆盖半径灵敏的上下行时隙配比，可以支持非对称业务和其它业

21、务运用等 7 个DL/UL配置比例: 3/1, 2/2, 1/3, 6/3, 7/2, 8/1, 4/5更有利于TDD/FDD双模终端的实现 LTE链路自顺应(LA)技术HARQAMC(自顺应调制编码)-OLLA (Outer Loop LA)ATB(自顺应传输带宽):可以灵敏分配不同个数的PRB来传输数据LA Link Adaptation其他。 PC(功率控制)HARQ为充分利用信道，eNode B可以在未收到UE的ACK/NACK之前发送新的数据块运用N通道SAW协议可运用CC、FIR、PIR等软合并方式HARQCCHARQIRAMC-OLLAAMC：LTE中UE经过丈量下行导频质量，可

22、以上报15种MCS的一种 CQI report ，而数据传输时，eNB可以选择运用29种MCS的恣意一种；OLLA：发送端根据接纳端反响的ACK/NAK信息，在预测的SINR的根底上加上一定的余量正负均可，然后根据修正后的SINR来决议数据传输的MCS，使第一次传输的误块率坚持在合理的程度。当收到NAK时，预测的SINR加上一个负的余量；当收到ACK时，预测的SINR加上一个正的余量。干扰协调技术软频率复用LTE支持同频组网小区中心用户，同频组网小区边缘用户，采用3频组网，防止同频干扰经过频率的规划，实现用户间、小区间的干扰协调实现频率复用因子近似为13主要内容TD-LTE系统性能仿真和评价2

23、TD-LTE物理层关键技术4TD-LTE在上海世博会中的运用1TD-LTE概述Bps/Hz比较LTE相对于HSPA，频谱效率提升23倍；基于TDD优化，TD-LTE的性能可以进一步提高30。基于R9的进一步优化和SDMA，TD-LTE的性能可进一步提升70。TD-LTE的不同演进版本与3G的性能比较LTE vs.WiMAX vs. UMB预编码与波束赋形的对比属性预编码技术波束赋形技术上下行信道互易性不依赖依赖天线校准不需要需要码本量化损失有码本量化损失无量化损失干扰水平干扰水平较高能够较好抑制干扰天线间距一般采用大天线间距一般采用小天线间距信号反馈机制PMI&RankSoundingTDD/

24、FDD同时适用FDD/TDD更适用于TDD调度周期5ms1ms天线数2448 适用于FDD方式 适用于TDD方式TD-LTE的性能频谱效率Case频谱效率Case11.305Case21.415Case31.616Case41.698Case51.852Case61.727Case71.977仿真结果解析：1、随着天线数的添加，系统性能逐渐上升2、Case4Case3阐明：在一样天线数4条件下，单流波束赋形的性 能好于单双流自顺应的预编码技术。3、Case5Case6阐明：由于双极化天线的极化损失，使得波束赋形 单流的性能略有下降。4、Case7Case5阐明：波束赋形的方式也可以实现双流，并

25、且性能 在所比较的Case中最好。预编码技术波束赋形技术多入多出天线技术单流流自顺应流自顺应TD-LTE的性能边缘频谱效率Case频谱效率Case10.047Case20.044Case30.054Case40.074Case50.096Case60.071Case70.059仿真结果解析：1、伴随天线数的添加，小区边缘的性能也逐渐提高。2、Case45Case23阐明，单流波束赋形可以明显提高扇区覆盖能 力，提高小区边缘的用户速率。3、Case6Case5阐明，采用双极化天线后，边缘性能会有下降。4、Case7Case6阐明，采用动态的单双流自顺应波束赋形，由于单双流 自顺应算法的不准确性，

26、边缘性能会有下降。预编码技术波束赋形技术多入多出天线技术Beamforming的覆盖增益Beamforming has much gain on cell edge coverage Data channelSounding时延对BF性能的影响 下行信道信息经过上行SRS获得，天线切换可用于获得完全的信道形状信息.每5ms 2 个OFDM符号可以支持256个用户的5MHz带宽的Sounding周期为20ms3kmh的环境中， 50 ms SRS 周期也可获得较好的性能SRS symbolsUL AntsUser Number5MHz Period10MHz Period116410ms20ms

27、2125620ms40ms226410ms20ms2212820ms40ms4225620ms40msSRS periodCell Throughput Loss10ms SRS0%20ms SRS2.6%50ms SRS10%3主要内容TD-LTE系统性能仿真和评价2TD-LTE物理层关键技术4TD-LTE在上海世博会中的运用1TD-LTE概述2021世博会全面展现TD-LTE技术挪动高清视频TD-LTE世博会示范网络得到了全球产业最广泛的支持Altair系统芯片数据卡和CPETD-LTE技术在2021年上海世博会首航世博园区概述规划场址：卢浦大桥中山南二路南浦大桥浦东南路规划面积5.28平

28、方公里，其中围栏区域收取门票范围约为3.28平方公里园区内共规划220个各类场馆，包括“一轴四馆、91个国家馆、17个企业馆等园区共规划8个人行出入口，其中浦西3个、浦东5个园区与周边共有5条轨道交通线，24处公交枢纽站与停车场，6个轮渡渡口世博期间总观赏人数将达7000万人次，平均日观赏人数为40万，顶峰日为60-80万。主要分布在园区出入口、抢手场馆、餐饮文娱设备、主题活动广场和公交运输等热点区域世博园功能片区划分A片区B片区C片区D片区E片区世博村TD-LTE网络规模室外宏站LTE室外站规模为13+1+3 13个世博2/3G/LTE共建站1个藏南，为现网站3个补盲用街道站街道站宏站浦东水

29、门世博轴浦西水门现网站藏南TD-LTE网络规模室内覆盖LTE室内覆盖9处浦东7个场馆浦西2个场馆信息通讯馆非洲馆美国馆主题馆中国馆世博中心行政中心二期文化中心企业结合馆LTE演示网中心网建立中心网部署机房：金桥66幢二干二机房设备厂商：共5家国际主流厂商室外覆盖建立：华为室内覆盖建立：摩托、上海贝尔、中兴、大唐、华为中心网建立周期：2021.92021.12LTE演示网中心网建立室外宏站网络构造MMESAE GWHSS室外NTP-ServerCGMSTPeNodeBCE1-1防火墙1-1CE1-2防火墙1-2WDMCMNET1626+1850防火墙世博园区网世博信息专网传送网2网管系统业务平台

30、4507CM-IMS华为ODF架金桥二干二机房二干二机房监控室LTE演示网中心网建立室内覆盖网络构造室内MSTPMMESAE GWHSSNTP-ServerCGCE1-1CE1-2网管系统摩托MMESAE GWHSSNTP-ServerCGCE1-1CE1-2网管系统上海贝尔MMESAE GWHSSNTP-ServerCGCE1-1CE1-2网管系统中兴MMESAE GWHSSNTP-ServerCGCE1-1CE1-2网管系统大唐eNodeB摩托eNodeB上海贝尔eNodeB中兴eNodeB大唐ODF架MSTP传输设备出两个GE接口光至中心网机房ODF架，ODF架出8个GE光LTE演示网中

31、心网建立室内公用防火墙1公用防火墙2WDMCMNET1626+18504507CM-IMSMMESAE GWHSSNTP-ServerCGCE1-1CE1-2网管系统摩托MMESAE GWHSSNTP-ServerCGCE1-1CE1-2网管系统上海贝尔MMESAE GWHSSNTP-ServerCGCE1-1CE1-2网管系统中兴MMESAE GWHSSNTP-ServerCGCE1-1CE1-2网管系统大唐ODF架WDM传输设备出两个GE接口光至中心网机房ODF架，ODF架出2个GE光到2个公用防火墙TD-LTE演示业务业务类型业务描述移动高清视频监控向世博局以及参观者提供世博园区内陆上和

32、水上移动状态下高清及D1的监控视频流移动高清会议使用高清屏幕，为参观者提供无线环境下1080P高清制式的视频对话演示车综合业务提供LTE移动视频监控的观看，高清远程呈现、高清视频点播和高速上传/下载等综合业务移动高清实况转播演示无线环境下720P高清制式的重要场馆及地区LTE视频监控流移动高清视频点播在移动情况下提供高清视频点播业务，TD-LTE网络高带宽保证了图像的高清晰度和流畅性。高清实景导航通过安放于渡轮的高清信息屏，为乘客提供1080P高清分辨率格式的实景导航体验，展望LTE终端成熟后的手机高清实景导航新生活，呼应“城市，让生活更美好”的主题。乘客能在显示屏上观看到与船外类似的景观，但

33、视角更为开阔，并且包含更丰富的信息，包括场馆介绍、经纬度、风向、水深等。便携视传采用单人携带方式携带视频监控设备和小型LTE CPE，提供移动状态下的D1格式（2Mbps）监控视频流。高速上网卡在世博主要场馆内为世博支撑人员、新闻媒体记者和友好用户等提供高速上网体验。即摄即传向媒体记者提供即摄即传服务，拍摄内容能通过TD-LTE网络实时传送到电视台以及新闻媒体天线海宝基于海宝造型的机器人载体，通过TD-LTE无线承载提供双向视频等与参观者互动业务展示，体现TD-LTE强大承载能力业务引见1挪动高清视频监控业务视频采集点基站定点4个点固定：拍摄重要场馆出入口金桥机房内部1个点固定公交车内部4个点

34、挪动轮渡内部1个点挪动 测试车外部1个点挪动 单人便携设备2个点便携 演示观看点世博局指挥中心监控室2辆TD-LTE演示车轮渡内部屏幕上前端采集LTE-SAE回传业务展现挪动性、实时性单人手持轮渡视频监控平台LTE/SAE世博监控中心监控前端 LTE UELTE演示车公交车渡船基站定点测试车金桥机房挪动高清视频监控业务分类固定前端采集的视频挪动前端采集的视频单人手持便携前端采集的视频便携视传演示对象世博局政府指点、媒体、专家等VIP公众业务引见2挪动高清会议业务业务简介无线环境下720P单屏上下行各4Mbps高清制式的远程视频会议效力，体验LTE带来的高带宽、实时交互性。演示对象政府官员、通讯专家、主流媒体演示地点1号演示车无线2号测试车无线主题馆VIP室有线长寿5楼挪动指挥中心有线演示车网真系统主题馆/长寿大楼网真系统网真平台误码、丢包、延时、带宽不稳定、瞬断业务引见3高清实景导航业务业务简介高清实景导航业务结合了海量360度三维全景图像采集、定位、处置、传输、播放等技术，将真实世界进展实景复原。该业务经过安放于渡轮的3块挪动信息屏，为观赏者提供1080P高清分辨率格式的实景导航业务。观赏者能在显示屏上观看到与船外类似的景观，但视角更为开阔，并且