TD-LTE的关键技术课件

TD-LTE关键技术

TD-LTE关键技术简介LTE调制技术与HARQ2

OFDM技术3

MIMO技术与传输模式41LTE关键技术频谱灵活支持更多的频段灵活的带宽灵活的双工方式先进的天线解决方案分集技术MIMO技术Beamforming技术新的无线接入技术OFDMASC-FDMATD-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MIMOABATD-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λ/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”）的相控阵雷达防务技术中的波束赋形

TD-LTE关键技术简介LTE调制技术与HARQ2

OFDM技术3

MIMO技术与传输模式41LTE的调制方式LTE

关键技术_高阶调制对吞吐量的改善

PA3Channel(64QAMvs16QAM)小区边缘:0%增益。小区中心:0%~10%增益。靠近基站:30%~50%增益。高阶调制增益受信道条件影响较大

PB3Channel(64QAMvs16QAM)小区边缘:0%增益。小区中心:0%增益。靠近基站:10%~20%增益。自适应调制和编码（AMC）信道质量的信息反馈，即ChannelQualityIndicator（CQI）UE测量信道质量，并报告（每1ms或者是更长的周期）给eNodeBeNodeB基于CQI来选择调制方式，数据块的大小和数据速率较差的信道环境→较多的信道编码冗余NodeBNodeB较好的信道环境较差的信道环境较好的信道环境→

较少的信道编码冗余→较低阶的调制→

较高阶的调制CQI索引CQIindexmodulationcoderatex1024efficiency0outofrange1QPSK780.15232QPSK1200.23443QPSK1930.37704QPSK3080.60165QPSK4490.87706QPSK6021.1758716QAM3781.4766816QAM4901.9141916QAM6162.40631064QAM4662.73051164QAM5673.32231264QAM6663.90231364QAM7724.52341464QAM8735.11521564QAM9485.5547LTE关键技术

-HARQ传统的ARQ接收端接收数据块，并解编码根据CRC解校验，得到误块率如果数据块误块率高丢弃错误的数据块接收端要求发送端重发完整的错误的数据块混合HARQ接收端接收数据块，并解编码根据CRC解校验，得到误块率如果误块率较高暂时保存错误的数据块接收端要求发送端重发接收端将暂存的数据块和重发的数据混合后再解编码HARQwithSoftCombiningeNodeBUEPacket1?NPacket1Packet1Packet1Packet1?+APacket2TransmitterReceivereNodeB中物理层的H-ARQ操作

LTE物理层中会有一个HARQ发送、速率匹配和AMC相结合的操作过程图中的操作会做两次速率匹配H-ARQ不同类型LTE中HARQ技术主要是系统端对编码数据比特的选择重传以及终端对物理层重传数据合并。通过RV参数来选择虚拟缓存中不同编码比特的传送。不同RV参数配置支持：CC（ChaseCombining）（重复发送相同的数据）FIR（FullIncrementalRedundancy）（优先发送校验比特）不同次重传，尽可能采用不同的r参数，使得打孔图样尽可能错开，保证不同编码比特传送更为平均。HybridAutomaticRepeatreQuest(HARQ)ChaseCombining(CC)重传方式举例HybridAutomaticRepeatreQuest(HARQ)IncrementalRedundancy(IR)重传方式举例多进程“停-等”HARQ

“停-等”（Stop-and-Wait，SaW）HARQ对于某个HARQ进程，在等到ACK/NACK反馈之前，此进程暂时中止，待接收到ACK/NACK后，在根据是ACK还是NACK决定发送新的数据还是进行旧数据的重传。同步和异步HARQ

-按重传的时序安排分类同步HARQ：每个HARQ进程的时域位置被限制在预定义好的位置，这样可以根据HARQ进程所在的子帧编号得到该HARQ进程的编号。同步HARQ不需要额外的信令指示HARQ进程号。异步HARQ：不限制HARQ进程的时域位置，一个HARQ进程可以在任何子帧。异步HARQ可以灵活的分配HARQ资源，但需要额外的信令指示每个HARQ进程所在的子帧。自适应和非自适应HARQ

-按传输配置分类自适应HARQ：可以根据无线信道条件，自适应的调整每次重传采用的资源块（RB）、调制方式、传输块大小、重传周期等参数。可看作HARQ和自适应调度、自适应调制和编码的结合，可以提高系统在时变信道中的频谱效率，但会大大提高HARQ流程的复杂度，并需要在每次重传时都发送传输格式信令，大大增加了信令开销。非自适应HARQ：对各次重传均用预定义好的传输格式，收发两端都预先知道各次重传的资源数量、位置、调制方式等资源，避免了额外的信令开销下行异步自适应HARQ流程UE通过PUCCH向eNodeB反馈上次传输的ACK/NACK信息。经过一定的延迟到达eNodeB。eNodeB对PUCCH的ACK/NACK信息进行解调和处理，并根据ACK/NACK信息和下行资源分配情况对重传数据进行调度。PDSCH按照下行调度的时域位置发送重传数据，并经过一定的下行传输延迟到达UE端。UE经过一定的处理延迟对下行重传完成处理，并通过PUCCH再次反馈ACK/NACK信息。结束一个下行HARQRTT流程下行HARQ传输时序上行同步非自适应HARQ流程eNodeB通过PHICH(物理HARQ指示信道)向UE反馈上次传输的ACK/NACK信息，经过一定的延迟到达UEUE对PHICH的ACK/NACK信息进行解调和处理，并根据ACK/NACK信息在预定义的时域位置通过PUSCH发送重传数据，并经过一定的上行传输延迟到达eNodeB端eNodeB经过一定的处理延迟对上行重传完成处理，并通过PHICH再次反馈针对此次的重传信息结束一个上行HARQRTT传输。上行HARQ传输时序HARQ进程数量对于停等HARQ，一次传输发出后，要等待RTT时间才能决定下一次传输是新数据还是旧数据的重传。并发HARQ进程可以不浪费RTT等待时间。RTT越大，需要越多的并行HARQ进程数量以填满RTTHARQ进程数量约等于RTT/TTIHARQ进程数量估算UE处理延迟约为2ms：eNodeB处理延迟约为3ms：传输延迟取决于eNodeB和UE之间的距离。传输速度约为6.7us/km.对于较小的小区，传输延迟基本可以忽略，对于大小区，则不能忽略。一般对于半径15km以下小区，支持7个HARQ进程就足够。更大的小区需要支持8个HARQ进程,最大能支持100km的小区LTE上行只支持8个HARQ进程，下行支持7个或8个HARQ进程。这样可以有效支持大小区覆盖，也可对小区进行优化。HARQ－性能橙色线：传统ARQ兰色线：接收方分集合并的HARQ红色线：增加FEC冗余方式的HARQHARQ显著提升低信噪比下的性能，对改善小区边缘覆盖概率是有好处的TD-LTE关键技术简介LTE调制技术与HARQ2

OFDM技术3

MIMO技术与传输模式41OFDM发展历史2000s1990s1970s1960sOFDM在高速调制器中的应用开始研究OFDM应用在高频军事系统OFDM应用于宽带数据通信和广播等OFDM应用于802.11a,802.16,LTEOFDM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。概念频域波形f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。

FDMOFDMOFDM: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。考虑到系统设计的复杂程度及成本，OFDM更适用于宽带移动通信

OFDMTD-SCDMA抗多径干扰能力可不采用或采用简单时域均衡器将高速数据流分解为多条低速数据流并使用循环前缀(CP)作为保护，大大减少甚至消除符号间干扰。对均衡器的要求较高高速数据流的符号宽度较短，易产生符号间干扰。接收机均衡器的复杂度随着带宽的增大而急剧增加与MIMO结合系统复杂度随天线数量呈线性增加每个子载波可看作平坦衰落信道，天线增加对系统复杂度影响有限系统复杂度随天线数量增加呈幂次变化需在接收端选择可将MIMO接收和信道均衡混合处理的技术，大大增加接收机复杂度。带宽扩展性带宽扩展性强，LTE支持多种载波带宽在实现上，通过调整IFFT尺寸即可改变载波带宽，系统复杂度增加不明显。带宽扩展性差需要通过提高码片速率或多载波CDMA来支持更大带宽，接收机复杂度大幅提升。频域调度频域调度灵活频域调度颗粒度小（180kHz）。随时为用户选择较优的时频资源进行传输，从而获得频选调度增益。频域调度粗放只能进行载波级调度（1.6MHz)，调度的灵活性较差。OFDM优势-对比CDMAOFDM不足OFDM输出信号是多个子载波时域相加的结果，子载波数量从几十个到上千个，如果多个子载波同相位，相加后会出现很大幅值，造成调制信号的动态范围很大。因此对RF功率放大器提出很高的要求较高的峰均比（PARP）受频率偏差的影响高速移动引起的Doppler频移系统设计时已通过增大导频密度（大致为每0.25ms发送一次导频(C-RS)，时域密度大于TD-S）来减弱此问题带来的影响 子载波间干扰(ICI）折射、反射较多时，多径时延大于CP(CyclicPrefix，循环前缀)，将会引起ISI及ICI系统设计时已考虑此因素，设计的CP能满足绝大多数传播模型下的多径时延要求（4.68us)，从而维持符号间无干扰受时间偏差的影响ISI(符号间干扰）&ICICP长度＝144Ts＝144×32.5ns=4.68us(1.4km）LTE多址方式-下行将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的子载波资源分配给不同的用户实现多址。因为子载波相互正交，所以小区内用户之间没有干扰。时域波形tpower峰均比示意图下行多址方式—OFDMA下行多址方式特点同相位的子载波的波形在时域上直接叠加。因子载波数量多，造成峰均比(PAPR)较高，调制信号的动态范围大，提高了对功放的要求。分布式：分配给用户的RB不连续集中式：连续RB分给一个用户优点：调度开销小优点：频选调度增益较大频率时间用户A用户B用户C子载波在这个调度周期中，用户A是分布式，用户B是集中式LTE多址方式-上行和OFDMA相同，将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的子载波资源分配给不同的用户实现多址。注意不同的是：任一终端使用的子载波必须连续上行多址方式—SC-FDMA上行多址方式特点考虑到多载波带来的高PAPR会影响终端的射频成本和电池寿命，LTE上行采用SingleCarrier-FDMA（即SC-FDMA）以改善峰均比。SC-FDMA的特点是，在采用IFFT将子载波转换为时域信号之前，先对信号进行了FFT转换，从而引入部分单载波特性，降低了峰均比。频率时间用户A用户B用户C子载波在任一调度周期中，一个用户分得的子载波必须是连续的TD-LTE关键技术简介LTE调制技术与HARQ2

OFDM技术3

MIMO技术与传输模式41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最大比合并最小均方误差或串行干扰删除波束赋形（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天线模式相关概念“码字”与“流”的概念相同，LTE目前有单流或双流；信道条件好时，可使用双流---空间复用信道条件不好时，可切换成分集模式或波束赋形层与秩（rank）的概念相同，秩为1，2，3，4，表示任一时刻终端和基站间的独立传播信道的个数公共导频的逻辑天线端口有1、2、4三种情况也就是说，即便最多可使用4个逻辑天线进行空间复用传输，仍然只传输两个信息流码子、层、天线端口的概念1）对于来自上层的数据，进行信道编码，形成码字；2）对不同的码字进行调制，产生调制符号；3）对于不同码字的调制信号组合一起进行层映射；4）对于层映射之后的数据进行预编码，映射到天线端口上发送。码字用于区分空间复用的流；层用于重排码字数据；天线端口决定预编码天线映射。1、码字：码字是指来自上层的业务流进行信道编码之后的数据。不同的码字q区分不同的数据流，其目的是通过MIMO发送多路数据，实现空间复用。由于LTE系统接收端最多支持2天线，所以发送的数据流数量最多为2。这决定了不管发送端天线数为1、2或者4，码字q的数量最多只为2。当发送端天线只有一根时，实际能够支持的码流数量也只能为1，所以码字数量最多也只能为1。如果接收端有两根接收天线，但是两根天线高度相关。如果发送端仍然发送两组数据流（两个码字），则接收端无法解码。因此，在收端信道高度相关的情况下，码字数量也只能为1。综上，码字q的数量决定于信道矩阵的秩。

码子、层、天线端口的概念2、层由于码字数量和发送天线数量不一致，需要将码字流映射到不同的发送天线上，因此需要使用层与预编码。层映射与预编码实际上是“映射码字到发送天线”过程的两个的子过程。层映射首先按照一定的规则将码字流重新映射到多个层（新的数据流），注：层的数量小于物理信道传输所使用的天线端口数量P）。预编码再将数据映射到不同的天线端口上。在各个天线端口上进行资源映射，生成OFDM符号并发射3、天线端口天线端口指用于传输的逻辑端口，与物理天线不存在定义上的一一对应关系。天线端口由用于该天线的参考信号来定义。等于说，使用的参考信号是某一类逻辑端口的名字。具体的说：p=0，p={0,1}，p={0,1,2,3}指基于cell-specific参考信号的端口；p=4指基于MBSFN参考信号的端口；p=5为基于UE-specific参考信号的端口。从层到物理天线端口传输是通过预编码来完成的，无论层数是多少，只要其小于用于物理传输的端口数，即可通过预编码矩阵W(i)将其映射到物理的传输天线上。对于p=4、5的情况，再P69第4行有介绍。P={0,4,5}都指单天线端口预编码，即使用的发送天线为1。由于层数量必须小于天线端口的数量，所以此时层数为1，适用表3-23第一种情况，层映射前后的码字是相同的。p=4、5时，发送端可以使用发送分集。理论上这是可行的，但是在LTE的规范中，p=4、5仅适用于单天线端口的预编码。由P69的预编码中的1、2、3小点分别介绍单端口、空间复用、传输分集的三种预编码方式。P=4、5不属于传输分集。

典型传输模式中对应的基本概念传输模式流秩逻辑天线端口数物理天线数CRSDRS发射分集112N/A2\8空间复用112

222\82222\8348448波束赋型

1121812228

波束赋型中的业务信道与控制信道使用的参考信号不同：业务信道使用Port5专用参考信号（单流波束赋形）或Port7,8(双流波束赋形）控制信道使用2天线端口发射分集模式这意味着，TD-LTE中的波束赋形仅仅是业务信道的（解调用参考信号在port5和业务信道一起发送），控制信道仍然采用全向方式发送给终端LTE传输模式-概述Mode传输模式技术描述应用场景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闭环空间复用需要终端反馈信道信息，发射端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LTE传输模式-发射分集（Mode2）（频率偏移发射分集）(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---SFBC（空频块编码）四天线端口---SFBC+FSTDLTE传输模式-编码FSTD（FrequencySwitchTransmitDiversity，频率切换发送分集）可使用在LTE中PBCH和PDCCH上。一种多天线发射分集技术。不同的天线支路使用不同的子载波集合进行发送，减少了子载波之间的相关性，使等效信道产生了频率选择性，因而可以利用纠错编码提高差错概率性能。

TSTD(TimeSwitchedTransmitDiversity)

时间切换发射分集（TSTD）是根据时隙号的奇、偶，在两个天线上交替发送基本同步码和辅助同步码。例如奇时隙时用第1个天线发送，偶时隙则用第2个天线发送。无法提高速率。SpaceFrequencyBlockCode（SFBC）

TDDLTE系统中的一种抗干扰技术。

其基本原理与Wimax中基于Alamuti编码的STBC类似。

LTE标准中采用SFBC作为两天线端口的发射分集方案，基本思想是：待发送的信息比特经过星座映射之后以两个符号为单位进入空频编码器。例如，对于两发射天线的SFBC系统，假设输入SFBC编码器的符号流为C1，C2，…,则天线1和天线2的第1个子载波上分别传输C1和C2，而天线1和天线2的第2个子载波上分别传输-C2*和-C1*。其中（）*表示复数的共轭。

在无线移动通信系统中，分集技术通常用于对抗衰落、提高链路可靠性。分集的基本思想是，如果能够传输多个独立衰落的信号，从统计意义来说，合成的信号衰落比每一路信号衰落要降低很多，这是因为在独立衰落的假设下，当一些信号发生深衰落时，可能另一些信号的衰落较轻，各路信号同时发生深衰落的概率是很低的，从而合成信号发生深衰落的概率也被大大降低