TD-LTE系统理论知识培训材料

TD-LTE系统理论知识培训材料01TD-LTE概述02TD-LTE网络架构03TD-LTE协议栈04TD-LTE关键技术05TD-LTE物理层过程TD-LTE理论知识一、TD-LTE概述——移动通信技术的演进路线多种标准共存、汇聚集中多个频段共存移动网络宽带化、IP化趋势2G2.5G2.75G3G3.5G3.75G3.9GGPRSEDGEHSDPAR5HSUPAR6MBMS4GMBMSCDMA20001XEV-DO802.16e802.16mHSDPAHSPA+R7

FDD/TDD4GGSMTD-SCDMAWCDMAR99802.16dCDMAIS95CDMA20001xLTEEV-DORev.AEV-DORev.BHSUPAHSPA+R7LTE表示3GPP长期演进(LongTermEvolution)2004年11月3GPPTSGRANworkshop启动LTE项目一、TD-LTE概述——LTE技术的演进路线20052006200720082009LTEstartWorkItemStartStudyItemStage1FinishWorkItemStage3FinishWorkItemStage2FinishFirstMarketApplication3GPPR8定义了LTE的基本功能，该版本已于2009年3月冻结，3GPPR9主要完善了LTE家庭基站、管理和安全方面的性能，以及LTE微微基站和自组织管理功能，在2009年12月冻结3GPPR10定义了LTE-A的关键技术如relay，载波聚合，8*8MIMO，已在2011年3月冻结20102011LTE-A

start一、TD-LTE概述——LTE设计目标更高的数据速率设计峰值速率:DL>100Mbps/UL>50Mbps（20MHz带宽）高频谱效率在20MHz带宽内实现100Mbit/s的下行峰值速率(频谱效率5bit/s/Hz)在20MHz带宽内实现50Mbit/s的上行峰值速率(频谱效率2.5bit/s/Hz)时延低用户平面时延<5ms控制平面时延<100ms灵活的频谱配置多种带宽组网方式：包括1.4、3、5、10、15和20MHz,支持对已使用频率资源的重复利用可支持FDD和TDD：上行和下行支持成对或非成对的频谱高速移动在120-350km/h的移动速度(在某些频段甚至应该支持500km/h)下要保持网络的移动性系统结构简单化，智能化，低成本建网即插即用，自规划，自配置，自优化一、TD-LTE概述——LTE频段换分目录01TD-LTE概述02TD-LTE网络架构03TD-LTE协议栈04TD-LTE关键技术05TD-LTE物理层过程二、TD-LTE网络架构MME/S-GWMME/S-GWX2S1移动性管理服务网关MME/SGW与eNodeB的接口EPCE-UTRANeNodeB间的接口NodeBRNC+=eNodeBEPSeNodeBX2X2eNodeBeNodeBUuE-UTRAN中只有一种网元——eNodeB演进分组核心网——EPC演进分组系统——EPSLTE的接入网E-UTRAN由e-NodeB组成，提供用户面和控制面。LTE的核心网EPC由MME，S-GW和P-GW组成。

SGi

S4

S3

S1-MME

PCRFS7

S6a

HSSS10

UEGERAN

UTRAN

SGSN

LTE-Uu

”

E-UTRAN

MMES11

S5

ServingGateway

PDN

Gateway

S1-U

Operator'sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)Rx+

二、TD-LTE网络架构整个TD-LTE系统由3部分组成：核心网 （EPC）接入网 （eNodeB）用户设备 （UE）EPC分为三部分：MME：

负责信令处理部分）S-GW：负责本地网络用户数据处理部分P-GW：负责用户数据包与其他网络的处理网络接口S1接口：eNodeB与EPCX2接口：eNodeB之间 Uu接口：eNodeB与UEe-NodeB的主要功能包括：无线资源管理功能，即实现无线承载控制、无线许可控制和连接移动性控制（active态），在上下行链路上完成UE上的动态资源分配（调度）；用户数据流的IP报头压缩和加密；UE附着状态时MME的选择；实现S-GW用户面数据的路由选择；执行由MME发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输；完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告。MME（MobileManagementEntity）的主要功能包括：NAS(Non-AccessStratum)非接入层信令的加密和完整性保护；AS(AccessStratum)接入层安全性控制、空闲状态移动性控制；EPS(EvolvedPacketSystem)承载控制；支持寻呼，切换，漫游，鉴权。S-GW的主要功能包括：分组数据路由及转发；移动性及切换支持；合法监听；计费。P-GW的主要功能包括：分组数据过滤；UE的IP地址分配；上下行计费及限速。二、TD-LTE网络架构——网元功能目录01TD-LTE概述02TD-LTE网络架构03TD-LTE协议栈及帧结构04TD-LTE关键技术05TD-LTE物理层过程信令流数据流三、TD-LTE协议栈及帧结构——协议栈三、TD-LTE协议栈及帧结构——TD-LTE帧结构子帧:1ms时隙0.5ms#0DwPTS特殊子帧:1ms#2#3#4半帧:5ms半帧:5ms帧:10msGPUpPTSTD-LTE帧结构特点：10ms无线帧分为两个5ms的半帧，和FDDLTE的帧长一样。一个5ms的半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成，无论是正常子帧还是特殊子帧，长度均为1ms。FDD子帧长度也是1ms。特殊子帧DwPTS+GP+UpPTS=1ms支持5ms和10ms上下行切换点子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送DL-ULConfigurationSwitch-pointperiodicitySubframenumber012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUDTD-LTE上下行配比表转换周期为5ms表示每5ms有一个特殊时隙。转换周期为10ms表示每10ms有一个特殊时隙。特殊子帧TD-LTE特殊子帧继承了TD-SCDMA的特殊子帧设计思路，由DwPTS，GP和UpPTS组成。TD-LTE的特殊子帧可以有多种配置，用以改变DwPTS，GP和UpPTS的长度。但无论如何改变，DwPTS+GP+UpPTS永远等于1ms特殊子帧配置NormalCPDwPTSGPUpPTS0310119412103131121412115392693271022811121msGPDwPTSUpPTS1msGPDwPTSUpPTSTD-LTE的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制约关系，可以相对独立的进行配置目前厂家支持10:2:2（以提高下行吞吐量为目的）和3:9:2（以避免远距离同频干扰或某些TD-S配置引起的干扰为目的），随着产品的成熟，更多的特殊子帧配置会得到支持三、TD-LTE协议栈及帧结构——TD-LTE帧结构DwPTS主同步信号PSS在DwPTS上进行传输DwPTS上最多能传两个PDCCHOFDM符号（正常时隙能传最多3个）只要DwPTS的符号数大于等于6，就能传输数据（参照上页特殊子帧配置）TD-SCDMA的DwPTS承载下行同步信道DwPCH，采用规定功率覆盖整个小区，UE从DwPTS上获得与小区的同步TD-SCDMA的DwPTS无法传输数据，所以TD-LTE在这方面是有提高的。如果小区覆盖距离和远距离同频干扰不构成限制因素（在这种情况下应该采用较大的GP配置），推荐将DwPTS配置为能够传输数据三、TD-LTE协议栈及帧结构——TD-LTE帧结构UpPTSUpPTS可以发送短RACH（做随机接入用）和SRS根据系统配置，是否发送短RACH或者SRS都可以用独立的开关控制因为资源有限（最多仅占两个OFDM符号），UpPTS不能传输上行信令或数据TD-SCDMA的UpPTS承载Uppch，用来进行随机接入三、TD-LTE协议栈及帧结构——TD-LTE帧结构三、TD-LTE协议栈及帧结构——物理资源RE(ResourceElement)最小的资源单位，时域上为1个符号，频域上为1个子载波用(k,l)标记RB(ResourceBlock)业务信道的资源单位，时域上为1个时隙，频域上为12个子载波三、TD-LTE协议栈及帧结构——物理资源LTE物理资源分配——REG/CCE/RBGREGRBGREG（ResourceElementGroup）为控制区域中RE集合，用于映射下行控制信道，每个REG中包含4个数据RERBG（ResourceBlockGroup）为业务信道资源分配的资源单位，由一组RB组成，分组大小与系统带宽有关CCE（ChannelControlElement）为PDCCH资源分配的资源单位，由9个REG组成。SystemBandwidth（RB）RBGSize

(P)≤10111–26227–63364–1104CCE上行物理信道PUSCHPUCCHPRACH上行物理信号参考信号（ReferenceSignal：RS）下行物理信道PDSCH:PBCHPMCHPCFICHPDCCHPHICH下行物理信号同步信号（SynchronizationSignal）参考信号（ReferenceSignal）物理信道一系列资源粒子（RE）的集合，用于承载源于高层的信息物理信号一系列资源粒子（RE）的集合，这些RE不承载任何源于高层的信息三、TD-LTE协议栈及帧结构——信道和信号BCCHPCCHCCCHDCCHDTCHMCCHMTCHPCHDL-SCHMCHBCHPBCHPDSCHPMCH逻辑信道传输信道物理信道CCCHDCCHDTCHUL-SCHRACH下行信道映射关系上行信道映射关系逻辑信道传输信道物理信道下行信道：PhysicalBroadcastChannel(PBCH)：物理广播信道，传递UE接入系统所必需的系统信息，如带宽，天线数目等PhysicalDownlinkControlChannel(PDCCH)：物理下行控制信道，承载寻呼和用户数据的资源分配信息，以及与用户数据相关的HARQ信息。PhysicalDownlinkSharedChannel(PDSCH)：物理下行共享信道，承载下行用户数据。PhysicalControlFormatIndicatorChannel(PCFICH)：物理控制格式指示信道，承载控制信道所在OFDM符号的位置信息。PhysicalHybridARQIndicatorChannel(PHICH)：物理HARQ指示信道，承载HARQ的ACK/NACK信息。PhysicalMulticastChannel(PMCH)：物理多播信道，承载多播信息。上行信道：PhysicalRandomAccessChannel(PRACH)：物理随机接入信道，承载随机接入前导。

PhysicalUplinkSharedChannel(PUSCH)：物理上行共享信道，承载上行用户数据。PhysicalUplinkControlChannel(PUCCH)：物理上行控制信道，承载HARQ的ACK/NACK，调度请求(SchedulingRequest)，信道质量指示(ChannelQualityIndicator)等信息逻辑信道定义传送信息的类型，这些数据流是包括所有用户的数据。传输信道是在对逻辑信道信息进行特定处理后再加上传输格式等指示信息后的数据流。

物理信道是将属于不同用户、不同功用的传输信道数据流分别按照相应的规则确定其载频、扰码、扩频码、开始结束时间等进行相关的操作，并在最终调制为模拟射频信号发射出去；不同物理信道上的数据流分别属于不同的用户或者是不同的功用。三、TD-LTE协议栈及帧结构——信道下行RS三、TD-LTE协议栈及帧结构——信号同步信号（仅下行）同步信号用来确保小区内UE获得下行同步。同时，同步信号也用来表示小区物理ID（PCI），区分不同的小区

PSS(主同步信号）：UE可根据P-SCH获得符号同步，小区组内ID，取值0-2

SSS(辅同步信号）：UE根据S-SCH最终获得帧同步，小区组ID，取值0-167时域结构频域结构PSS位于DwPTS的第三个符号SSS位于5ms第一个子帧的最后一个符号SCH(P/S-SCH)占用的72子载波位于系统带宽中心位置PCI=PSS+3*SSS取值0-503，共504个三、TD-LTE协议栈及帧结构——信号上行参考信号DMRS（解调参考信号）ForPUSCH

每个slot(0.5ms)一个RS，第四个OFDMsymbolForPUCCH－ACK

每个slot中间三个OFDMsymbol为RSForPUCCH－CQI

每个slot两个参考信号SRS（探测参考信号）

Sounding作用上行信道估计，选择MCS和上行频率选择性调度TDD系统中，估计上行信道矩阵H，用于下行波束赋形Sounding周期由高层通过RRC信令触发UE发送SRS，包括一次性的SRS和周期性SRS两种方式周期性SRS支持2ms,5ms,10ms,20ms,40ms,80ms,160ms,320ms八种周期TDD系统中，5ms最多发两次SlotstructureforACK/NAKanditsRSDMRS1slotDMRSDMRSSlotstructureforPUSCHanditsRS1slotDMRSSlotstructureforCQIanditsRS1slotDMRSDMRS三、TD-LTE协议栈及帧结构——信号用于EnodeB对上行信号进行解调，获取手机的调制方式用于上行信道质量测量2端口子帧0子帧1子帧2

子帧5时隙0时隙1时隙2时隙3时隙4时隙5

时隙10时隙11RB

53~99

RB52

RB51

RB48

RB47

RB

0~46

三、TD-LTE协议栈及帧结构——TD-LTE信道图目录01TD-LTE概述02TD-LTE网络架构03TD-LTE协议栈及帧结构04TD-LTE关键技术05TD-LTE物理层过程频域多址技术—OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术—AMC快速MAC调度技术小区干扰消除四、TD-LTE关键技术多址方式概述LTE采用OFDMA（正交频分多址：OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess）作为下行多址方式LTE采用DFT-S-OFDM（离散傅立叶变换扩展OFDM：DiscreteFourierTransformSpreadOFDM）、或者称为SC-FDMA（单载波FDMA：SingleCarrierFDMA）作为上行多址方式四、TD-LTE关键技术——多址技术子载波间隔15kHz，用于单播（unicast）和多播（MBSFN）传输

7.5kHz，仅仅可以应用于独立载波的MBSFN传输子载波数目循环前缀长度一个时隙中不同OFDM

符号的循环前缀长度不同OFDM——OFDMA主要参数信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目721803006009001200四、TD-LTE关键技术——多址技术MIMO技术（多天线技术）上行多天线技术上行传输天线选择(TSTD)MU-MIMO下行多天线技术传输分集：SFBC,SFBC+FSTD，闭环Rank1预编码

空间复用：开环空间复用，闭环空间复用以及MU-MIMO

波束赋形多天线技术分类MIMOSISOSIMOMISO四、TD-LTE关键技术——MIMOMIMO技术（多天线技术）四、TD-LTE关键技术——MIMOMIMO技术（多天线技术）四、TD-LTE关键技术——MIMOMIMO技术（多天线技术）SU-MIMO:空分复用两个数据流在一个TTI中传送给UESU-MIMO:发射分集只传给UE一个数据流MU-MIMO结合SDM.给每个UE传送两个数据流.MU-MIMO结合发射分集.给每个UE传送一个数据流.上行支持MU-MIMO目前支持的配置是1x2或1x4将来支持2x2或4x4四、TD-LTE关键技术——MIMOLTE下行MIMO模式LTE现网8种下行MIMO传输模式（由高层通过传输模式通知UE）

提高用户峰值速率提高小区吞吐量增强小区覆盖兼容单发射天线1单天线端口，端口0

2发射分集

3开环空分复用457闭环空分复用多用户MIMO波束赋形，端口5

6闭环Rank=1预编码

8双流波束赋形，端口7，8提高下行信号信噪比四、TD-LTE关键技术——MIMO目录01TD-LTE概述02TD-LTE网络架构03TD-LTE协议栈及帧结构04TD-LTE关键技术05TD-LTE物理层过程五、TD-LTE物理层过程搜索PSCH，确定5ms定时、获得小区ID解调SSCH，取得10ms定时，获得小区ID组检测下行参考信号，获取BCH的天线配置UE就可以读取PBCH的MIB系统消息（包括系统带宽、系统帧号SFN、PHICH配置信息等）SIB信息通常在下行共享信道中，最终承载在PDSCH信道中，没有单独信道5ms定时，获得10ms定时，获得计算得到读取MIB读取SIB物理层过程——小区搜索小区搜索是UE接入网络，为用户提供各种业务的基础五、TD-LTE物理层过程物理层过程——随机接入通过PRACH发送RACHpreambleUE监控PDCCH获得相应的上下行资源配置；从相应的PDSCH获取随机接入响应，包含上行授权、定时消息和分配给UE的标识UE从PUSCH发送连接请求eNB从PDSCH发送冲突检测2UEeNBMsg1:preambleonPRACHMsg2:RAresponseonPDCCHandPDSCHmindelay2ms1Msg3:connectionrequirement,ect3Delayabout5msMsg4:contentionresolution4DelayBasedoneNB五、TD-LTE物理层过程CellreselectionCellupdateLTEintra-systemmobilityIntra-frequencyhandoverInter-frequencyhandover(sameband)Inter-frequencyhandover(diffband)LTE<->UTRANinter-workingReselectionLTE<->UTRANPShandoverLTE->UTRANPShandoverUTRAN->LTELTE<->GERANinter-workingReselectionLTE<->GERANeNACCLTE->GERANPShandoverGERAN->LTELTEGERANLTE－>GERANGERAN－>LTELTEUTRANLTE－>UTRANUTRAN－>LTEeNodeBLTEIntra-systemHOeNodeBLTE移动性管理五、TD-LTE物理层过程LTE移动性管理前几代移动通信技术1G2G3G4G第一代移动通信系统第1代移动通信系统（1G）是模拟式通信系统，模拟式是代表在无线传输采用模拟式的FM调制，将介于300Hz到3400Hz的语音转换到高频的载波频率MHz上。第四代移动通信系统4G包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式，是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像.4G能够以100Mbps以上的速度下载，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求第二代移动通信系统从1G跨入2G的分水岭则是从模拟调制进入到数字调制，第二代移动通信具备高度的保密性，系统的容量也在增加，同时能够提高多种业务服务。但那个时代GSM的网速仅有9.6KB/s第三代移动通信系统国际电信联盟（ITU）发布了官方第3代移动通信（3G）标准IMT-2000（国际移动通信2000标准）。3G存在四种标准式，分别是CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。1G->4G：以业务能力或某典型技术来区分。5G：业务驱动数据-量、密度、大数据。连接-量、密度、物联网。体验-随时随地、快速、可靠、低成本移动通信跨代演进中国策略：3G形成突破、4G国际同步、5G引领全球未来触手可及融合演进创新无所不在的服务多领域跨界融合多系统融合多层次/多连接融合多模多业务对于终端的影响先进天线技术更智能化的的网络管理和无线资源管理新的频谱使用新的空口传输技术新的网络架构5G总体愿景5G国际影响5G国际影响5G指标需求/5G之花2G-4G-5G网络架构2G4G5G组网方式NSA优势：•上市时间早，标准更成熟•投资少：4G核心网升级即可•覆盖优势：利用4G网络扩大5G覆盖范围SA优势：•组网简单：只需要NGC和5G基站，无需EPC•5G业务体验更好：高可靠低时延性能方面比NSA好非独立组网NSA/独立组网SA方案A方案B

这种“4G核心网+4G/5G基站”的方案,属于典型的"3系"组网方式。"3系"组网方式，包括选项3、选项3a、选项3x。在"3系"组网方式中，参考的是LTE双连接架构。什么是双连接架构？在LTE双连接构架中，UE（用户终端）在连接态下可同时使用至少两个不同基站的无线资源(分为主站和从站)。5G基站是无法直接连在4G核心网上面的，所以，它会通过4G基站接到4G核心网。因为传统4G基站的处理能力有限，所以无法承载5G基站这个“拖油瓶”，所以，需要进行硬件改造，变成增强型4G基站。非独立组网NSA/独立组网SA5G基站的用户面直接通4G核心网，控制面继续锚定于4G基站。"选项3""选项3a""选项3x"用户面数据分为两部分，会对4G基站造成瓶颈的那部分，迁移到5G基站。剩下的部分，继续走4G基站它会通过4G基站接到4G核心网,因为传统4G基站的处理能力有限，所以无法承载5G基站这个“拖油瓶”，所以，需要进行硬件改造，变成增强型4G基站优势：1、利旧了4G基站，省钱。2、部署起来很快很方便，有利于迅速推入市场，抢占用户。非独立组网NSA/独立组网SA把"3系"组网方式里面的4G核心网替换成5G核心网，这就是"7系"组网方式。在"4系"组网里，4G基站和5G基站共用5G核心网，5G基站为主站，4G基站为从站。唯一不同的，选项4的用户面从5G基站走，选项4a的用户面直接连5G核心网。如下图所示：非独立组网NSA/独立组网SA非独立组网NSA/独立组网SA5G空口关键技术演进单击添标题5G空口关键技术频率NRoperatingbandDuplexModeUplink(UL)operatingbandBSreceive/UEtransmit

FUL_low–FUL_highDownlink(DL)operatingbandBStransmit/UEreceive

FDL_low–FDL_highΔFRaster

[kHz]Uplink

RangeofNREF

(First–<Stepsize>–Last)Downlink

RangeofNREF

(First–<Stepsize>–Last)n1FDD1920MHz–1980MHz2110MHz–2170MHz100kHz384000–<20>–396000422000–<20>–434000n2FDD1850MHz–1910MHz1930MHz–1990MHz100kHz370000–<20>–382000386000–<20>–398000n3FDD1710MHz–1785MHz1805MHz–1880MHz100kHz342000–<20>–357000361000–<20>–376000n5FDD824MHz–849MHz869MHz–894MHz100kHz164800–<20>–169800173800–<20>–178800n7FDD2500MHz–2570MHz2620MHz–2690MHz15kHz500001–<3>–513999524001–<3>–537999n8FDD880MHz–915MHz925MHz–960MHz100kHz176000–<20>–78300185000–<20>–192000n20FDD832MHz–862MHz791MHz–821MHz100kHz166400–<20>–172400158200–<20>–164200n28FDD703MHz–748MHz758MHz–803MHz100kHz140600–<20>–149600151600–<20>–160600n38TDD2570MHz–2620MHz2570MHz–2620MHz15kHz514002–<3>–523998514002–<3>–523998n41TDD2496MHz–2690MHz2496MHz–2690MHz15kHz499200–<3>–537999499200–<3>–537999n50TDD1432MHz–1517MHz1432MHz–1517MHz100kHz286400–<20>–303400286400–<20>–303400n51TDD1427MHz–1432MHz1427MHz–1432MHz100kHz285400–<20>–286400285400–<20>–286400n66FDD1710MHz–1780MHz2110MHz–2200MHz100kHz342000–<20>–356000422000–<20>–440000n70FDD1695MHz–1710MHz1995MHz–2020MHz100kHz339000–<20>–342000399000–<20>–404000n71FDD663MHz–698MHz617MHz–652MHz100kHz132600–<20>–139600123400–<20>–130400n74FDD1427MHz–1470MHz1475MHz–1518MHz100kHz285400–<20>–294000295000–<20>–303600n75SDLN/A1432MHz–1517MHz100kHzN/A286400–<