TD-LTE基本原理与关键技术

TD-LTE基本原理与关键技术目录TD-LTE导入TD-LTE系统架构介绍TD-LTE基本原理介绍TD-LTE关键技术介绍

第三代移动通信技术：WCDMACDMA2000TD-SCDMAWiMAX(IEEE802.16d-802.16n)移动通信的发展AMPSTACSNMT其它模拟技术GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC需求驱动数字技术语音业务UMTSWCDMACDMA2000需求驱动宽带业务TD-SCDMA第一代80年代模拟第二代90年代数字第三代IMT-2000移动通信发展的最终目标是实现任何人(whoever)可以在任何时候(whenever)、任何地方(wherever)与其它任何人(whomever)以任何方式(whatever)进行通信！

演进之路——无线技术演进路径LTE成为移动通信技术演进的主流方向，多种技术体制将长期并存，并最终演进到单一网络

为什么要LTELTE

LongTermEvolution4G渐行渐近，什么样的技术能获得ITU的青睐而成为4G标准？GSM—>WCDMA\TD-SCDMA—>?IEEE输出了强劲对手，怎么在于WiMAX市场竞争中取胜？WiMAX吞吐量>>WCDMA\TD-SCDMA!数据业务需求快速增加，如何保证3GPP在更长时间内的竞争力？UL50Mbps\DL100Mbps?

什么是LTELTE分FDD和TDD两种模式采用OFDM和MIMO技术，用户峰值速率DL100MbpsUL50Mbps扁平、全IP网络架构减少系统时延CP：驻留—激活小于100ms，休眠—激活小于50msUP：最小可达到5ms控制面处理能力：单小区5M带宽内不少于200用户频谱利用率：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz频谱利用率相对于3G提高2-3倍

LTE频谱（TDD）E-UTRABand

Uplink/downlink[MHz]

DuplexMode

331900-1920TDD342010-2025TDD351850-1910TDD361930-1990TDD371910-1930TDD382570-2620TDD391880-1920TDD402300-2400TDD412496-2690TDD423400-3600TDD433600-3800TDD公网市场比较主流的TD-LTE频段是2.3G及2.6G频段专网市场比较主流的TD-LTE频段是1.4G（1447M-1467M）和1.8G（1785M-1805M）频段全球市场

中国TDD频段分析和使用频段A2010-2025MHz频段F1880-1920MHz频段E2320-2370MHz中国移动TDD频谱室外TD-LTE20M(1880-1900MHz）

室外TDS10M(1900-1910MHz）频段D2575-2635MHz室外TD-LTE20M->35M15M50M60M室内+室外：TDS15M室内TDS/TD-LTE50M室内TD5M(2010-2015MHz)室外TD10M(2015-2025MHz)室内TD10M(1880-1890MHz)室外TD10M(1890-1900MHz)室内TD10M(2320-2330MHz)频段E2300-2320MHz室内TD-LTE20M中国联通TDD频谱频段D2555-2575MHz20M室外TD-LTE频段E2370-2390MHz室内TD-LTE20M中国电信TDD频谱频段D2635-2655MHz20M室外TD-LTE预留1.4G、3.5G、3.6G频段尚未分配LTE产业链系统厂家终端厂家芯片厂家测试设备厂家

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TD-LTE整网网络架构无线网络用户无线侧接入承载网络提供无线基站传输IP规划提供无线基站指向核心网和网管中心路由EPC核心网核心网层功能接入用户数据存储和鉴权业务平台提供多样化业务2\3GRNC\BSCOMCB通道2\3G核心网视频监控多媒体会议PGM业务MRS服务器PORTAL无线网NodeB+eNodeBPTN网络CE1CE2MMES-GWHSS/HLRDNSCGFWFW计费中心CMNETIP承载网GPRS其他EPCEPC核心网eNodeBeNodeB+BTS单\双\多模网管业务平台

LTE网络结构——无线侧网络结构扁平化与传统网络互通E-UTRAN只有一种节点网元—E-NodeB全IP媒体面控制面分离RNC+NodeB=eNodeB网络扁平化使得系统延时减少，从而改善用户体验，可开展更多业务网元数目减少，使得网络部署更为简单，网络的维护更加容易取消了RNC的集中控制，避免单点故障，有利于提高网络稳定性

eNodeB基本功能eNodeB负责LTE无线接入，具有3GPP3G网络中NodeB全部和RNC大部分功能，包括：物理层功能MAC、RLC、PDCP功能RRC功能资源调度无线资源管理无线接入控制移动性管理

UP: 用户平面接口位于E-NodeB和S-GW之间，传输网络层建立在IP传输之上，UDP/IP之上的GTP-U用来携带用户平面的PDU

CP： S1控制平面接口位于E-NodeB和MME之间，传输网络层是利用IP传输，这点类似于用户平面；为了可靠的传输信令消息，在IP曾之上添加了SCTP；应用层的信令协议为S1-AP控制面LTES1接口协议用户面

UP:

X2用户平面接口是E-NodeB之间的接口，用户平面协议伐如下图所示，E-UTRAN的传输网络层是基于IP传输的，UDP/IP之上是利用GTP-U来传送用户平面PDUCP： X2控制平面接口是E-NodeB之间的接口，控制平面协议伐如下图所示。传输网络层是利用IP和SCTP协议，而应用层信令协议为X2接口应用协议X2-AP用户面控制面LTEX2接口协议UP：完成业务数据流在空中接口的收发处理，协议栈包括PDCP、RLC、MAC和PHY四个协议子层LTEX1接口介绍（Uu）业务面控制面CP：E-UTRAN控制面主要包括NAS、RRC、PDCP、RLC、MAC和PHY，网络侧的协议终止点除NAS在MME中外，其他的协议层都终止于eNodeBLTE网络结构——核心网侧SGSNHSSMMESGWPGWBSCRNCBTSNodeBeNodeBOperator'sServicesPCRFControlplanetrafficUserplanetrafficEPCS6dS6aS3S4S10S11S1-MMES1-US5(GTP)RxGxSGiSAE-GW:SGW+PGWePDGS2bS2a/cNon3GPPAccessNetworkS10xS10x3GPPCSCoreMobilitybasedon

MIPHandoverOptimization扁平化,多接入,控制与承载分离，全IP

MMEServingGWPDNGWNAS信令处理NAS信令的安全保护3GPP内不同节点之间的移动性管理空闲移动终端的跟踪和可达TAList管理PDNGW和ServingGW选择MME和SGSN的选择合法监听漫游控制安全认证承载管理eNodeB之间的切换的本地锚点E-UTRAN空闲模式下数据缓存以及触发网络侧ServiceRequest流程合法监听数据包路由和转发上下行传输层数据包标记基于用户和QCI力度的统计（用于运营商间计费）基于用户、PDN和QCI力度的上行和下行的计费基于用户的包过滤合法监听IP地址分配上下行传输层数据包标记PCCnon-GBR的基于AMBR的下行速率控制GBR的基于MBR的下行速率控制DHCPv4和DHCPv6（client、server）上行和下行的承载绑定上行承载绑定校验EPC网元的主要功能类似SGSN的用户面功能类似GGSN的功能类似SGSN的控制面功能HSSPCRFEPCHSS（EvolvedPacketCoreHomeSub-scriberServer，演进的分组核心网归属用户服务器）EPCHSS是储存用户数据和业务的数据库。它是一个综合的数据库，储存LTE用户的签约信息，包括基本标识、路由信息和业务信息PolicyandChargingRulesFunction，策略和计费规则功能根据用户的签约信息、AF（ApplicationFunction，应用功能）的会话信息及承载会话信息进行用户承载及业务的QoS（QualityofService，服务质量）策略及计费规则决策下发规则给PCEF（PolicyandChargingEnforcementFunction，计费和策略控制实施功能）执行相应的策略控制及计费控制

EPC网络接口介绍接口协议协议号相关实体接口功能S11GTPv229.274MME–S-GW采用GTP协议，在MME和GW设备间建立隧道，传送信令S3GTPv229.274MME–SGSN采用GTP协议，在MME和SGSN设备间建立隧道，传送信令S4GTPv229.274S-GW–SGSN采用GTP协议，在S-GW和SGSN设备间建立隧道，传送数据和信令S6aDiameter29.272MME-HSS完成用户位置信息的交换和用户签约信息的管理S10GTPv229.274MME-MME采用GTP协议，在MME设备间建立隧道，传送信令S12GTPv129.060S-GW–UTRAN在UTRAN与GW之间建立隧道，传送数据S2aPMIPv6/MIPv4RFC5213P-GW–TrustedNon-3GPPIPAccesse用于传送非3GPP接入的业务接入信息S5/S8GTPv229.274S-GW–P-GW采用GTP协议，在GW设备间建立隧道，传送数据包

LTE整体协议栈架构信令流数据流

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TD-LTE基本原理介绍TD-LTE物理资源分配TD-LTE物理信道与信号TD-LTE物理层过程子目录

LTE使用天线端口来区分空间上的资源。天线端口的定义是从接收机的角度来定义的，即如果接收机需要区分资源在空间上的差别，就需要定义多个天线端口。目前LTE下行定义了六类天线端口：小区专用参考信号天线端口：0；0,1；0,1,2,3MBSFN参考信号天线端口：4PDSCH终端专用参考信号天线端口：5；7；8；7,8,9,10,11,12,13,14ePDCCH解调用参考信号天线端口：107,108,109,110定位用参考信号天线端口：6CSI参考信号天线端口：15；15,16；15,16,17,18；15,16,17,18,19,20,21,22天线端口与实际的物理天线端口没有一一对应的关系空域资源——天线端口ANTPort1ANTPort2

频域资源——子载波LTE使用正交的子载波来区分频域上的资源，子载波间隔为15KHz或7.5KHz。信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目常规载波721803006009001200多播载波144360600120018002400LTE系统中，利用NFFT=2048的采样周期，定义基本时间单元：Ts=1/Fs=1/(15000x2048)秒=32.55208ns，

所有时域资源均通过时间单元Ts表示

时域资源——LTE无线帧

LTE支持两种无线帧结构：Type1，适用于FDD；Type2，适用于TDD帧结构Type1——FDD

Type1帧结构每个10ms无线帧，分为20个时隙，10个子帧每个子帧1ms，包含2个时隙，每个时隙0.5ms上行和下行传输在不同频率上进行

时域资源——LTE无线帧帧结构Type2——TDD时域上，每个1ms子帧，分为若干个符号（Symbols），

符号之间有保护间隔CP，每个子帧中符号个数根据符号之间的保护间隔CP决定：常规CP时1ms有14个符号，扩展CP时1ms有12个符号。

（做时域资源估算时，通常忽略CP，按一个符号长度为2192Ts计算）Type2帧结构每个10ms无线帧，分为2个长度为5ms的半帧每个半帧由8个长度为0.5ms的时隙和3个特殊区域DwPTS,GP,UpPTS组成(“8+3方案”)DwPTS,GP和UpPTS的总长度等于1ms，其中DwPTS和UpPTS的长度可配置

IndexDL-to-ULSwitch-pointperiodicitySubframenumber012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUD“D”代表此子帧用于下行传输，“U”代表此子帧用于上行传输，“S”是由DwPTS、GP和UpPTS组成的特殊子帧。特殊子帧中DwPTS\GP\UpPTS的长度可配置，DwPTS+GP+UpPTS总长度=1ms=30720Ts。时域资源——TDD无线帧配比IndexNormalcyclicprefixinDLExtendedcyclicprefixinDLDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS03(6592Ts)10(21936Ts)1OFDMSymbols2192Ts\2560Ts3(7680Ts)8(20848Ts)1OFDMSymbols2192Ts\2560Ts19(19760Ts)4(8768Ts)8(20480Ts)3(8048Ts)210(21952Ts)3(6576Ts)9(23040Ts)2(5488Ts)311(24144Ts)2(4384Ts)10(25600Ts)1(2928Ts)412(26336Ts)1(2192Ts)3(7680Ts)7(18656Ts)2OFDMSymbols4384Ts\5120Ts53(6592Ts)9(19744Ts)2OFDMSymbols4384Ts\5120Ts8(20480Ts)2(5856Ts)69(19760Ts)3(6576Ts)9(23040Ts)1(3296Ts)710(21952Ts)2(4384Ts)5(12800Ts)5(13536Ts)811(24144Ts)1(2192Ts)---96(13168Ts)6(13168Ts)---

LTE物理资源分配——RELTEOFDM系统里，时域信号是K路子载波信号的叠加，每路子载波都是一个调制波形，体现为一个I/Q数据（symbol），并且子载波之间是相互正交的。那么这个时域信号就叫OFDMsymbol。将一个OFDMsymbol定义为一个RE（ResourceElement），为LTE里最小的资源单位，对于每一个天线端口，时域上为一个OFDMsymbol（下行）或者SC-FDMAsymbol（上行），频域上为一个子载波。一个RE在BPSK调制下可以承载一个bit的数据量。

资源块概念:一个物理资源块（PRB）由时域上连续的个符号，频域上连续的个子载波组成。其中和由CP类型和子载波间隔决定。LTE物理资源分配——RB子载波间隔CP长度子载波数目符号个数RE个数15KHz常规CP12784扩展CP126727.5KHz常规CP24372

REGRBGLTE物理资源分配——REG/CCE/RBGSystemBandwidth（RB）RBGSize(P)≤10111–26227–63364–1104CCERBG（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REG（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RECCE（ChannelControlElement）为PDCCH资源分配的资源单位，由9个REG组成

下行Unicast/MBSFN子帧控制区域OFDM符号数目帧结构类型2中的子帧1和子帧61,2存在MBSFN传输的子帧1,2不存在MBSFN传输的子帧1,2,3,4常规子帧：常规子帧由两个时隙组成，包括下行Unicast/MBSFN子帧、下行MBSFN专用载波子帧和上行常规子帧特殊子帧：特殊子帧由三个特殊域组成，分别为DwPTS、GP和UpPTS。LTE物理资源分配——控制区域与数据区域1、下行Unicast/MBSFN子帧：控制区域与数据区域进行时分，控制区域OFDM符号数目可配置2、下行MBSFN专用载波子帧中不存在控制区域3、上行子帧控制区域与数据区域进行频分

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信道类型功能PRACH(随机接入信道\PhysicalRandomAccessChannel)随机接入时发送preamble信息PUCCH(上行物理控制信道\PhysicalUplinkControlChannel)传输上行用户的控制信息，包括CQI，ACK/NAK反馈，调度请求等PUSCH(上行物理共享信道\PhysicalUplinkSharedChannel)承载上行业务数据\用户控制信息CQI\PMI\RI反馈LTE物理信道信道类型功能PBCH(物理广播信道\PhysicalBroadcastChannel)MIB(主信息块)PDCCH(下行物理控制信道\PhysicalDownlinkControlChannel)EPDCCH(增强型PDCCH\Enhanced-PDCCH)——R11传输上下行数据调度信令\上行功控命令\寻呼消息调度授权信\RACH响应调度授权信令PDSCH(下行物理共享信道\PhysicalDownlinkSharedChannel)承载下行业务数据\RRC相关信令\SIB\paging消息PCFICH(控制格式指示信道\PhysicalCFIChannel)指示同一子帧中PDCCH占用的符号数信息PHICH(HARQ指示信道\PhysicalHybridARQIndicatorChannel)传输控制信息HI（ACK/NACK)PMCH(物理多播信道\PhysicalMulticastChannel)在支持MBMS业务时，承载多小区的广播信息下行物理信道上行物理信道

传输信道的信道编码传输信道编码方案编码速率UL-SCH/DL-SCHTurbocoding1/3PCH/MCHBCHTailbitingconvolutionalcoding1/3RACHN/AN/A控制信息编码方案编码速率DCITailbitingconvolutionalcoding1/3CFIBlockcode1/16HIRepetitioncode1/3UCIBlockcodevariableTailbitingconvolutionalcoding1/3LTE物理信道——编码调制方式控制信息的信道编码上下行物理信道调制方式下行物理信道PDSCHQPSK,16QAM,64QAMPMCHQPSK,16QAM,64QAMPDCCHQPSKPBCHQPSKPCFICHQPSKPHICHBPSK上行物理信道PUSCHQPSK,16QAM,64QAMPUCCHBPSK，QPSKPRACHN/A上下行物理信道调制方式

LTE物理信号下行物理信号包括参考信号（Referencesignal）和同步信号（Synchronizationsignal）下行参考信号包括下面6种：小区专用参考信号：Cell-specificreferencesignals(CRS)MBSFN参考信号：MBSFNreferencesignalsUE专用参考信号：UE-specificreferencesignals(DM-RS)，associatedwithPDSCH解调用参考信号：Demodulationreferencesignals(DM-RS)，associatedwithEPDCCH定位用参考信号：Positioningreferencesignals(PRS)信道状态信息参考信号：CSIreferencesignals(CSI-RS)下行同步信号包括下面2种：主同步信号：Primarysynchronizationsignal(PSS)辅同步信号：Secondarysynchronizationsignal

(SSS)上行物理信号仅有参考信号（Referencesignal）上行参考信号包括下面2种：解调用参考信号：Demodulationreferencesignal(DM-RS)，

associatedwithtransmissionofPUSCHorPUCCH探测用参考信号：Soundingreferencesignal

(SRS),notassociatedwithtransmissionofPUSCHorPUCCH

根据系统参数确定资源总量，先映射固定信息，再映射待分配信息：参考信号的物理资源映射同步信号的物理资源映射PBCH符号的物理资源映射PCFICH的物理资源映射PHICH的物理资源映射PDCCH的物理资源映射PDSCH或PMCH的物理资源映射LTE物理资源的总体映射

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物理信道的基本处理过程（以下行为例）物理信道调制方法PDSCH/PMCHQPSK,16QAM,64QAMPBCH/PCFICH/PDCCHQPSKPHICHN/A1、加扰对将在一个物理信道上传输的每一个码字中的编码比特进行加扰加扰前后的比特数不变2、调制对加扰后的比特进行调制，产生复值调制符号编码效率根据不同的调制方法而不同。

QPSK:L=2；16QAM:L=4；64QAM:L=6

3、层映射将复值调制符号映射到一个或者多个传输层码字数为q，层数为v，天线端口数为P，每层的符号数，层映射的输入为 ，输出，。A、单天线的层映射(v=1)B、传输分集的层映射(q=1，v=P)C、空间复用的层映射(q=1,2，v≤P)39物理信道的基本处理过程（以下行为例）

4、预编码将每层上的复值调制符号进行预编码，用于天线端口上的传输层映射的输出作为输入，每个天线端口p上的输出表示为，。在单天线上传输的预编码(p=1)

，，空间复用的预编码(p=2,4)物理信道的基本处理过程（以下行为例）（CDD较小或等于0）（CDD较大）传输分集的预编码（P=2）（P=4）

5、映射到资源元素将每一个天线端口上的复值调制符号映射到资源单元上每个天线端口处，复值符号从开始，映射到指定的虚拟传输块上先k后l，然后按照时隙和子帧依次映射物理信道的基本处理过程（以下行为例）

6、生成信号对于上行，为每个天线端口生成复值时域的SC-FDMA符号对于下行，为每个天线端口生成复值时域的OFDMA符号上行物理信道基本处理过程与下行基本一致

E-RABUE到SGW之间的业务承载统一称为E-RABUu接口的业务传输承载称为无线承载RadioBearerS1BearerS1接口的业务传输承载称为S1承载LTE系统与终端状态UE和MME间没有NAS信令连接存在MME保存UE的TAList级别位置信息UE和MME间的上下文不同步UE与MME间存在信令连接，包括RRC连接和S1-MME连接MME保存UE的小区ID的级别位置信息UE和MME间的上下文信息互相同步

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。

小区搜索步骤：搜索PSS，确定5ms定时、获得PCI组内ID解调SSS，取得10ms定时，获得PCI组ID计算得出小区物理层小区标识检测小区下行参考信号，获取BCH的天线配置读取PBCH上的MIB消息（下行链路系统带宽、PHICH配置信息、系统帧号）读取DL-SCH上的SIBs消息（小区接入相关信息、小区选择信息、SIB调度信息、TDD参数配置等等

2UEeNBMsg1:preambleonPRACHMsg2:RAresponseonPDCCHandPDSCHmindelay2ms1Msg3:connectionrequirement,ect，PUSCH3Delayabout5msMsg4:contentionresolutionPDCCH4DelayBasedoneNB随机接入应用场景接入类型IDLE态初始接入竞争无线链路失败后初始接入竞争连接态上行失步后发送上行数据竞争小区切换竞争/非竞争连接态上行失步后接收下行数据竞争/非竞争随机接入的目的：UE通过接入过程获得时间同步,保证数据发送在系统接收窗口内;并获取UE标识系统进行接纳控制随机接入过程：通过PRACH发送rachpreambleUE监控PDCCH获得相应的上下行资源配置，并从相应的PDSCH获取随机接入响应，包含上行授权、定时消息和C-RNTIUE从PUSCH发送连接请求eNB从PDCCH发送冲突检测

寻呼Paging消息由网络向空闲态或连接态的UE发起，在UE注册TA范围内的所有小区发送：在S1AP接口消息中，MME对eNB发paging消息，每个paging消息携带一个被寻呼UE信息；eNB读取Paging消息中的TA列表，并在其下属于该列表内的小区进行空口寻呼，如有相同寻呼时机的UE寻呼内容，则汇总在一条寻呼消息里EPC触发：通知UE接收寻呼请求（被叫\数据推送）eNB触发：通知SI更新\通知UE接收ETWS等信息LTE默认DRX寻呼周期由eNB通过广播通知UE；也可由UE将终端特定DRX消息通过NAS告诉MME，MME再将该信息通过paging消息告诉eNB。UE寻呼消息的接收遵循DRX的原则：UE根据DRX周期在特定时刻根据P-RNTI读取PDCCHUE根据PDCCH的指示读取相应PDSCH，并将解码的数据通过寻呼传输信道（PCH）传到MAC层。PCH传输块中包含被寻呼UE标识（IMSI或S-TMSI），若未在PCH上找到自己的标识，UE再次进入DRX状态

UE在随机接入信道上发送preamble码eNodeB根据preamble码的到达位置，将调整信息反馈给UEUE根据该信息进行后续的发送时间调整上行初始同步上下行同步eNodeB可以根据上行信号估计接收时间生成上行时间控制命令字TAUE在子帧n接收到的时间控制命令字TA，UE在n+x子帧按照该值对发送时间提前量进行调整上行同步保持初始下行同步是小区搜索过程。UE通过检测小区的主要同步信号获得5ms同步，以及辅助同步信号获得10ms同步，从而实现与小区的时间同步下行初始同步小区搜索成功后，UE周期性测量下行信号的到达时间点，并根据测量值调整下行同步，以保持与eNB之间的时间同步下行同步保持

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OFDM是什么如何实现载波间的正交?50年前提出，为什么直到近20年才逐渐实用？依赖FFT（快速傅立叶变换）依赖数字信号处理（DSP）芯片的发展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，可以多采用几个频率并行发送，实现宽带传输：传统FDM系统中，载波之间需要很大的保护带，频谱效率很低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

BandwidthLTE中的OFDM原理LTE中的OFDM原理是将高速的数据流分解为N个并行的低速数据流，在N个子载波上同时进行传输。这些在N子载波上同时传输的数据符号，构成一个OFDM符号。

决定OFDM成败的CP保护间隔(GuardInterval)：无线电信号从发射天线抵达接收天线，一般都会经过多个路径，多径会导致信号的衰落和相移。因此，在LTE无线信号传输时，前一个符号的多径分量信号可能会与后一个符号的主径信号叠加从而造成干扰。为了最大限度地消除符号间干扰，在OFDM符号之间插入保护间隔，保护间隔长度大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量不会对下一个符号造成干扰。

循环前缀(cyclicprefix)：多径会导致信号的衰落和相移，相移将造成子载波间的正交性破坏，从而带来子载波间的干扰。为了解决多径传播造成子载波间的正交性破坏，将每个OFDM符号的后时间中的样点复制到OFDM符号的前面，形成循环前缀(cyclicprefix)。决定OFDM成败的CP

LTE下行OFDM多址方式53LTE下行采用的OFDM多址方式是OFDMA多址接入技术（正交频分多址OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess），存在两种子载波间隔：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传输信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目（15KHz）721803006009001200子载波数目（7.5KHz）144360600120018002400下行子载波数目CP长度

OFDM优缺点OFDM系统的优点：各子信道上的正交调制和解调可以采用IDFT和DFT实现，运算量小，实现简单OFDM系统可以通过使用不同数量的子信道，实现上下行链路的非对称传输所有的子信道不会同时处于频率选择性深衰落，可以通过动态子信道分配充分利用信噪比高的子信道，提升系统性能OFDM系统的缺点：对频率偏差敏感：传输过程中出现的频率偏移，如多普勒频移，或者发射机载波频率与接收机本地振荡器之间的频率偏差，会造成子载波之间正交性破坏存在较高的峰均比(PARA)：OFDM调制的输出是多个子信道的叠加，如果多个信号相位一致，叠加信号的瞬间功率会远远大于信号的平均功率，导致较大的峰均比，这对发射机PA的线性提出了更高的要求

LTE上行OFDM多址方式55为解决较高峰均比问题，LTE上行采用的SC-FDMA多址接入技术（单载波FDMA：SingleCarrierFDMA），也称为DFT-S-OFDM多址接入技术（离散傅立叶变换扩展OFDM：DiscreteFourierTransformSpreadOFDM）信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目721803006009001200下行子载波数目CP长度

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MIMO多天线技术的基本思想是在收\发双端采用多根天线，分别同时发射与接收，通过空时处理技术，充分利用空间资源，在无需增加频谱资源和发射功率的情况下，成倍地提升通信系统的容量与可靠性，提高频谱利用率MIMO多天线技术数学模型在发射器端配置Nt个发射天线，在接收器端配置了Nr接收天线，xj（j＝1,2,……Nt）表示第j号发射天线发射的信号，

ri（i＝1,2,……Nr）表示第i号接收天线接收的信号，hij表示第j号发射天线到第i号接收天线的信道衰落系数。在接收端，噪声信号ni是统计独立的复零均值高斯变量，而且与发射信号独立，不同时刻的噪声信号间也相互独立，每一个接收天线接收的噪声信号功率相同，假设信道是准静态的平坦瑞利衰落信道，模型图如右MIMO多天线技术

无线信道容量是评价一个无线信道性能的综合性指标，它描述了在给定的信噪比(SNR)和带宽条件下，某一信道能可靠传输的传输速率极限。传统的单输入单输出系统的容量由香农(Shannon)给出。MIMO多天线技术C=Wlog(1+s/n)其中：C：无线信道容量W：频带宽度s：无线信号强度n：无线干扰强度

TM1单天线端口（端口0）外场广泛应用的模式TM2TM3TM4TM5多用户MIMOTM6TM7TM8TM9TM10LTE-A发射分集开环空分复用闭环空分复用闭环预编码秩等于1单流波束赋形（端口5）双流波束赋形（R9）最大8*8传输（R10）CoMP技术MASSIVEMIMO兼容单天线发射，BCH,PHICH,PDSCH都采用这种发射方式提高小区吞吐量提升小区的覆盖半径提高小区吞吐量提高峰值吞吐量提高边缘用户吞吐量大规模提高小区吞吐量LTEMIMO模式

传输分集（TM2）多天线技术——传输分集发射分集：发射分集就是在发射端使用多幅发射天线发射信息，通过对不同的天线发射的信号进行编码达到空间分集的目的，接收端获得比单天线高的信噪比接收分集：个天线接收来自多个信道的承载同一信息的多个独立的信号副本，由于信号不可能同时处于深衰落情况中，因此在任一给定的时刻至少可以保证有一个强度足够大的信号副本提供给接收机使用，从而提高了接收信号的信噪比接收发射分集：综合发射分集和接收分集功能空时发射分集STTD空频发射分集SFTD循环延迟分集CDD发射分集将接收到的多径信号合并，获得分集增益对抗衰落，从而在不改变接收信号功率的情况下降低误码率，提升用户速率

空间复用（TM3\TM4）多天线技术——空间复用空间复用技术的基本原理是，将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的带宽内由多个发射天线上同时刻发射，经过无线信道后，由多个接收天线接收，并根据各个并行数据流的空间特性（SpatialSignature），利用解调技术，最终恢复出原数据流。LTE空间复用采用多码字，最大的码字数目为2

接收到训练序列之后，系统会从已有的码字集合里选出最佳的预编码矩阵，被选出来的矩阵和信噪比等信息通过发射机发送给终端这种方式通常用在信道变化比较慢的场景，例如：室内环境、终端慢速移动场景等，从而提升单位带宽的吞吐量，提高频谱利用率MIMOChannelModelusedforSMMIMOx1x2y1y2HTXRXh11h12h21h22Twostreamofsingleuser多天线技术——空间复用闭环空间复用（TM4）系统不需要反馈信道信息当RI=1，发射分集(SFBC)当RI>1，采用CDD的预编码技术DD通常应用在高速移动的场景开环空间复用（TM3）

多天线技术——波束赋形63波束赋形技术的实现方式是，利用较小间距的天线阵元之间的相关性（天线间距小于λ/2），将一个单一的数据流通过加权后经由天线阵元发射，各天线阵元发射波之间形成干涉，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。波束赋形技术可以充分的利用TDD系统的信道对称性，要求使用小间距的天线阵列，且天线单元数目要足够多

降低干扰

提高容量

扩大覆盖面积

提升通信质量降低发射功率多天线技术——波束赋形基于码本的波束赋形(DLTM6)终端选择系统推荐的PMI信息并上报给基站需要使用小区参考信号(CRS)，不需要使用终端参考信号非码本的波束赋形(DLTM7)利用上下行信道的互易性使用上行信道的测量值来估计下行发射的参数基站计算好各个天线阵子的权值，控制各个阵子发射信号的幅度和相位，使信号同相叠加需要使用小区参考信号(CRS)和终端参考信号双流波束赋形（TM8）

多天线技术——增强型MIMO技术增强型MIMO技术（TM9）下行最大支持8天线，最大支持8层传输，即8x8MIMO提高下行吞吐量和频谱效率基于CSI-RS进行闭环TM9码本测量TDD方式支持开环TM9多流业务发射上行最大支持4天线，最大支持4层传输，即4x4MIMO大幅提高吞吐量和频谱效率PUCCH支持基于SORTD的发射分集，提高上行控制信息的传输质量SRS支持多端口发射，配合PUSCH进行空间复用的码本测量TDD模式可用于TM9开环SU-MIMO增强MU-MIMO进一步增强，如SU-MU的动态切换、UE专用导频的引入等，用来提高MU-MIMO的性能CSIfeedback

CoMP(CoordinatedMultiplePoint,协同多点传输)（TM10）多天线技术——CoMP通过多个地理位置相互独立分散的传输点之间的动态协作来改善小区边缘用户的服务质量，提高小区吞吐量尤其是边缘用户吞吐量的一项重要技术手段CoMP协作传输点不仅包括同构网宏小区基站单元，还包括异构网中的RRH,RRU,LPN等射频单元CoMP技术于2009年在3GPPTR36.814中首次被正式提出，后被正式写入R11协议，是LTE-A的一项关键技术

场景1同构网中的CoMP应用异构网中的CoMP应用eNB协同区域站内CoMP场景2

高发射功率RRU光纤站间CoMP低发射功率RRU

(全向天线)eNB光纤宏小区覆盖的区域，由于业务热点或补盲的需要，加入了低功率节点

场景3中，低功率节点具有与宏小区不同的小区ID场景4中，低功率节点具有与宏小区相同的小区ID场景3/4多天线技术——CoMP技术的应用场景

成本最低的提升容量的方式更大的带宽更多的接入节点更高的谱效率470M-790M800M-900M2.3G-2.6G3.5G5G–50G1.8G-2.1GExistingSpectrum3X-5X300m-500m20m-50m新型多天线技术40X5XHetNetSmallCellMacro密集服务节点频谱资源稀缺有限频谱资源比较昂贵增加小区间干扰增加网络部署成本多天线技术——LTE-AMassiveMIMO

UESRSRI/CQI/PMIeNB根据SRS进行BF权值计算/BF增益测量下行信道质量信息在MAC层做下行MIMO模式自适应切换处理确定UE最佳的TM传输模式UE通过RRC信令通知UEeNB传输MIMO各个模式的切换TD-LTE系统目前主要应用的是TM3和TM7之间的切换TM3主要应用在小区中心区域业务密集地区；TM7主要应用在小区边缘TM3->TM7：当单流BF有增益且频谱效率小于BF峰值下获得的频谱效率时，会由TM3向TM7切换TM7->TM3：当单流BF无增益且频谱效率大于等于单流MCS=9时的频谱效率时，会由TM7向TM3切换

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AMC(AdaptiveModulationandCoding)通过动态调整发射功率，维持接收端一定的信噪比，从而保证链路的传输质量当信道条件较差时需要增加发射功率，当信道条件较好时需要降低发射功率，从而保证了恒定的传输速率保证发送功率恒定的情况下，通过调整无线链路传输的调制方式与编码速率，确保链路的传输质量当信道条件较差时选择较小的调制方式与编码速率，当信道条件较好是选择较大的调制方式，从而最大化了传输速率功率控制可以很好的避免小区内用户间的干扰速率控制可以充分利用所有的功率功率控制自适应速率控制自适应

72HARQ（HybridAutomaticRepeatreQuest）混合自动重传请求技术（HARQ）是一种前向纠错FEC和重传ARQ相结合的技术。HARQ针对每个传输块（TB）进行重传，与AMC配合使用，为LTE的HARQ进程提供精细的弹性速率调整。LTE中的HARQ技术采用增量冗余（IncrementalRedundantcy，IR）HARQ,即通过第一次传输发送信息bit和一部分冗余bit，而通过重传（Retransmission）发送额外的冗余bit，如果第一次传输没有成功解码，则可以通过重传更多冗余bit降低信道编码率，从而实现更高的解码成功率。如果加上重传的冗余bit仍然无法正常解码，则进行再次重传。随着重传次数的增加，冗余bit不断积累，信道编码率不断降低，从而可以获得更好的解码效果。

快速分组调度传统信道调度的基本思想是，对于某一块资源，选择信道传输条件最好的用户进行调度，从而最大化基站的吞吐量。即为max-C/I调度假设资源块是时分的，每一个时刻只有一个用户被调度，那么采用最大C/I调度时，尽管每一个用户所经历的信道在不同时刻有好有坏，但是从基站角度来看，任何一个时刻总是能够找到一个信道质量最好的用户。这种通过选择最好信道质量的用户进行信号传输的方法通常叫做多用户分集（Multi-userdiversity），信道的选择性越大，小区中的用户越多，多用户分集越大对于同一块资源，由于移动通信系统用户所处的位置不同，其对应的信号传输信道也是不同的。

快速分组调度比例公平调度（Proportional-fair，PF）：综合了以上两种调度方式，既照顾到大部分用户的满意度，也能从一定程度上保证比较高的系统吞吐量，是一种实用的调度方法每个用户不管其所处环境的差异，按照一定的顺序进行服务，保证每个用户得到相同的流量或相同的服务时间系统跟踪每个用户的无线信道衰落特征，依据无线信道C/I的大小顺序，确定给每个用户的优先权，保证每一时刻服务的用户获得的C/I都是最大的Max-C/I调度：公平调度（Round-robin，RR）

小区间干扰消除小区间干扰随机化（ICIRandomization）干扰随机化不能降低干扰的能量，但能通过给干扰信号加扰的方式将干扰随机化为“白噪声”，从而抑制小区间干扰利用干扰的统计特性对干扰进行抑制误差较大跳频传输PDSCH、PUSCH以及PUCCH采用子帧内跳频传输PUSCH可以采用子帧间的跳频传输小区间干扰消除（ICICancellation）通过将干扰信号解调/解码后，对该干扰信号进行重构，然后从接收信号中减去。可以显著改善小区边缘的系统性能，获得较高的频谱效率，但是对于带宽较小的业务(如VolP)则不太适用，在OFDMA系统中实现也比较复杂

小区边界干扰严重小区间干扰消除小区间干扰协调（ICICoordination—ICIC）基本思想是通过管理无线资源使得小区间干扰得到控制，是一种考虑多个小区中资源使用和负载等情况而进行的多小区无线资源管理方案。具体而言，ICIC以小区间协调的方式对各个小区中无线资源的使用进行限制，包括限制时频资源的使用或者在一定的时频资源上限制其发射功率等是目前研究的一项热门技术，其实现简单，可以应用于各种带宽的业务．并且对于干扰抑制有很好的效果LTE同频组网时，小区间干扰比较严重，导致位于小区边缘的用户数据吞吐量急剧下降，用户感受差LTE同频组网干扰问题小区间干扰协调（ICIC）

通过X2口传递消息小区间干扰消除——ICIC消息交互HII(HighInterferenceIndication)高干扰指示：基于本小区边缘用户的调度信息指示本小区将要为其边缘UE分配的PRB情况，这些PRB会对相邻eNB产生较大的干扰，同时自身也会对来自相邻eNB的干扰非常敏感如何使用HII：每个小区通过监视相邻小区的HII，确定相邻小区将要产生强干扰的资源块。对这些资源块进行调度避让或功率调整。一般负载不高的场景,可以执行调度避免。如何使用OI：收到OI的小区，根据OI的等级降低在这些频带内的发射功率，从而减轻其对邻小区的干扰OI(OverloadIndication):过载指示：OI是基于IoT的测量信息指示本小区在某些频带受到严重干扰源小区目标小区

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SONLTE-A无线性能TxDiversityIntra-LTEInterFrequencyHOCCLRCCEAdaptiveSupercellExtendedCPLTE->CDMAHOwithoutoptimizationMobilitywithCDMA(CSFB)LocationService(OTDOA)

CAeICICCoMPRelayVoLTEeMIMOPnPSW/HWfailuredetectionandrecoveryANRLoggedMDTTAIoptimizationDynamicPABiasVoltageInter-RATOverlaidCellShutdownTD-LTE关键技术后续演进

大规模mimo5G：64T64R64T64R64通道128天线4G：8T8R8T8R8阵列天线8通道天线数目持续增大，提升频谱效率与网络容量MIMO概念和原理-下行波束赋形下行波束赋形：发射信号经过加权后，形成了指向UE的窄带波束，这就是波束赋形。NRSub6G多天线下行各信道默认支持波束赋形（beamforming，简称“BF”），可以形成更窄的波束，精准的指向用户，提升覆盖性能。下行用户多流传输：通过多天线技术支持单用户在下行同时支持多流数据传输，单用户最大下行数据流数取决于gNodeB发射天线数和UE接收天线数中的相对较小值。如下图单用户下行多流示例所示，在gNodeB64T64R的情况下，2T4R的UE下行最大可同时支持4流的数据传输。MIMO概念和原理-下行用户多流传输MIMO对网络的影响增益：可以提升小区覆盖提升用户体验下行：在信噪比足够好（MCS=27，调制方式采用256QAM）且空间信道独立时，如果则单用户在下行可同时支持8流的数据传输（

接收天线数≥8），此时单用户下行峰值速率理论上可提升到单流时的8倍。上行：在信噪比足够好（MCS=28，调制方式采用64QAM）且空间信道独立时，如果UE发射天线数≥4，则单用户在上行可同时支持4流的数据传输，此时单用户上行峰值速率理论上可提升到单流时的4倍提升系统容量：层数越高，增益越大；理论上对于fullbuffer业务，假设空分复用16层，则小区吞吐率提升16*100%。影响：对网络无负面影响帧结构框架：以SCS=30kHz和120kHz为例帧结构：基本框架SCS(kHz)Slotconfiguration(NormalCP)符号数/Slot

Slot数/SubframeSlot数/Frame1514110301422060144401201488024014161604801432320Frame长度：10ms系统帧号（SFN）范围：0~1023Subframe长度：1ms1个系统帧内子帧号：0~9Slot长度：14个符号Slotconfiguration(ExtendedCP)60124401radioframe=10ms=10subframe=20slots1subframe=1ms=2slots1slot=0.5ms=14symbolsSCS=30kHzSCS=120kHz1radioframe=10ms=10subframe=80slots1subframe=1ms=8slots1slot=0.125ms=14symbols业务类型智能家居、智能电网、环境监测、智能农业和智能抄表视频监控、移动医疗增强/虚拟现实通信/在线游戏极端场景业务体验复杂环境中的部署海量设备连接大量小数据包频发上下行信息速率高上下行信息速率高对延迟极为敏感超高速移动超密集用户分布对移动网络覆盖能力的新要求1.云AR/VR2.车联网3.智能制造4.智慧能源5.无线医疗6.无线家庭娱乐7.联网无人机8.社交网络9.个人AI辅助10.智慧城市11.全息投影12.无线医疗联网——远程手术13.无线医疗联网——救护车通信14.智能制造——工业传感器15.可穿戴设备——超高清穿戴摄像机16.无人机17.智能制造——基于云的AGV18.家庭——服务机器人19.无人机——物流20.无人机——飞行出租车21.无线医疗联网——医院看护机器人22.家庭——家庭监控23.智能制造——物流和库存监控24.智慧城市——垃圾桶、停车位、路灯、交通灯、仪表应用场景实时计算机图像渲染和建模虚拟现实（VR）与增强现实（AR）是能够彻底颠覆传统人机交互内容的变革性技术。变革不仅体现在消费领域，更体现在许多商业和企业市场中。

VR/AR需要大量的数据传输、存储和计算功能，这些数据和计算密集型任务如果转移到云端，就能利用云端服务器的数据存储和高速计算能力。1.云VR/AR将大大降低设备成本–提供人人都能负担得起的价格。2.云市场以18％的速度快速增长。在未来的10年中，家庭和办公室对桌面主机和笔记本电脑的需求将越来越小，转而使用连接到云端的各种人机界面，并引入语音和触摸等多种交互方式。5G将显著改善这些云服务的访问速度。云VR/AR云VR/AR除了高阶的云渲染CGVR外，目前VR市场在游戏和视频、广告领域也举足轻重。体育赛事（例如英特尔TrueVR）和现场活动（例如NextVR）的VR已经突破了一般体验。优质内容、事件的VR已经主导了视频市场。

Orange发布了Android和iOS智能手机的HMD（定价50欧元），以支持其OrangeVR360应用。SKTelecom于2017年MWC上发布“360自适应VR直播平台”，并计划在2018年冬运会上提供360°全景直播。SKTelecom在与手机游戏开发商UnityKorea合作举办了“5G现实媒体与融合服务展”的同时，还选定了LooxidLabs，RedBird和ELROIS三家公司，共同开发5GVR/AR服务。1.2小结··ABIResearch估计，到2025年AR和VR市场总额将达到2920亿美元（AR为1,510亿美元，VR为1,410亿美元）。··移动运营商需要调整其业务模式和产品，成为全面的云服务提供商，从而更好地提供云VR/AR服务。··移动运营商在VR/AR中的可参与空间十分可观，到2025