LTE 基本原理及关键技术课件

1、LTE 基本原理及关键技术,1,LTE 基本原理及关键技术,LTE 基本原理及关键技术,2,课程内容,LTE概述 LTE网络架构 LTE关键技术 LTE TDD与LTE FDD的区别 LTE组网案例,LTE 基本原理及关键技术,3,LTE概述,LTE简介 LTE相关组织 LTE频谱划分与终端,LTE 基本原理及关键技术,4,LTE背景,LTE表示3GPP长期演进 ( Long Term Evolution ) 2004年11月3GPP TSG RAN workshop启动LTE项目,LTE 基本原理及关键技术,5,什么是LTE,LTE协议2009年3月发布第一版（Rel 8），2010年3月发

2、布第二版（Rel 9），已先后冻结 Rel 10即LTE-A，已提交ITU作为4G标准，2011年3月完成（包括LTE FDD和LTE）3GPP LTE和LTE FDD标准制定进度一致,HSPA MBMS,3GPP LTE在Release 8的36系列规范中发布 3GPP Release 8包含了LTE的绝大部分特性,完善和增强LTE系统,LTE-Advanced将作为Release 10的主要内容,LTE（Long Term Evolution），是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，通俗的称为3.9G，被视作从3G向4G演进的主流技术。,LTE 基本原理及关键技术,6,移动通信技术

3、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,2G,2.5G,2.75G,3G,3.5G,3.75G,3.9G,GPRS,EDGE,HSDPA R5,HSUPA R6,MBMS,4G,MBMS,CDMA 2000 1X EV-DO,802.16 e,802.16 m,HSDPA,HSPA+ R7,FDD/ TDD,4G,GSM,TD- SCDMA,WCDMA R99,802.16 d,CDMA IS95,CDMA 2000 1x,LTE,EV-DO Rev. A,EV-DO Rev. B,HSUPA,HSPA+ R7,LTE 基本原理及关键技术,7,LTE的目标

4、,LTE 基本原理及关键技术,8,峰值数据率,目标,LTE 基本原理及关键技术,9,移动性,E-UTRAN系统应能够支持: 对较低的移动速度 ( 0 - 15 km/h ) 优化 在更高的移动速度下 (15 - 120 km/h ) 可实现较高的性能 在120 - 350 km/h的移动速度 (在某些频段甚至应该支持500 km/h ) 下要保持网络的移动性 在各种移动速度下，所支持的语音和实时业务的服务质量都要达到或超过UTRAN下所支持的,LTE 基本原理及关键技术,10,频谱,频谱灵活性 E-UTRA系统可部署在不同尺寸的频谱中，包括1.4、 3、 5、10、15 和 20 MHz, 支

5、持对已使用频率资源的重复利用 上行和下行支持成对或非成对的频谱 共存 与GERAN/3G系统在相同地区邻频 与其他运营商在相同地区邻频 在边境两侧重合的或相邻的频谱内 与 UTRAN 和 GERAN切换 与非 3GPP 技术 (CDMA 2000, WiFi, WiMAX)切换,LTE 基本原理及关键技术,11,LTE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 OFDMA SC-FDMA,LTE 基本原理及关键技术,12,LTE关键技术演进,LTE 基本原理及关键技术,13,LTE概述

6、,LTE简介 LTE相关组织 LTE频谱划分与终端,LTE 基本原理及关键技术,14,LTE标准组织,功能需求,标准制定,技术验证,LTE 基本原理及关键技术,15,3GPP组织架构,LTE 基本原理及关键技术,16,NGMN简介,NGMN 时间表,NGMN 愿景,1、使全球移动通信产业链聚集在统一需求之下，引导、驱动标准研究、产品研发，促进HSPA 对信道的自适应能力较低 为保证更高的可靠性需要较长的码，因此编码效率较低，复杂度和成本较高,优势: 更高的系统传输效率; 自动错误纠正，无需反馈及重传; 低时延.,LTE 基本原理及关键技术,64,ARQ 通信系统,劣势: 连续性和实时性较低;

7、传输效率较低;,优势: 复杂性较低; 可靠性较高; 适应性较高;,LTE 基本原理及关键技术,65,HARQ机制,HARQ实际上整合了ARQ的高可靠性和FEC的高效率,LTE 基本原理及关键技术,66,LTE关键技术,频域多址技术 OFDM/SC-FDMA MIMO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 SON 载波聚合,LTE 基本原理及关键技术,67,链路自适应技术可以通过两种方法实现：功率控制和速率控制。 一般意义上的链路自适应都指速率控制，LTE中即为自适应编码调制技术（Adaptive Modulation and Coding），

8、应用AMC技术可以使得eNode B能够根据UE反馈的信道状况及时地调整不同的调制方式（QPSK、16QAM、64QAM）和编码速率。从而使得数据传输能及时地跟上信道的变化状况。这是一种较好的链路自适应技术。 对于长时延的分组数据，AMC可以在提高系统容量的同时不增加对邻区的干扰。,链路自适应技术,LTE 基本原理及关键技术,68,链路自适应 AMC原理,QPSK, 16QAM 和64QAM. “连续”的编码速率（0.07 0.93）.,LTE 基本原理及关键技术,69,MCS表,LTE 基本原理及关键技术,70,LTE 上行方向的链路自适应技术基于基站测量的上行信道质量，直接确定具体的调制与

9、编码方式 LTE下行方向的链路自适应技术基于UE反馈的CQI，从预定义的CQI表格中具体的调制与编码方式（如右图）,链路自适应技术LTE上下行方向链路自适应,LTE 基本原理及关键技术,71,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,功率控制可以很好的避免小区内用户间的干扰,链路自适应技术功率控制,LTE 基本原理及关键技术,72,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

10、较好是选择较大的调制方式，从而最大化了传输速率,速率控制可以充分利用所有的功率,链路自适应技术速率控制(即AMC),LTE 基本原理及关键技术,73,LTE关键技术,频域多址技术 OFDM/SC-FDMA MIMO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 SON 载波聚合,LTE 基本原理及关键技术,74,LTE系统支持基于频域的信道调度 相对于单载波CDMA系统，LTE系统的一个典型特征是可以在频域进行信道调度和速率控制,下行：基于公共参考信号 上行：基于探测参考信号,信道调度,LTE 基本原理及关键技术,75,MAC 调度算法,常用的分组调

11、度算法 最大 C/I算法 轮询算法 (Round Robin ：RR) 正比公平算法 (PF) 其他调度算法 持续调度算法( Persistent scheduling ：PS) 半持续调度算法( Semi-persistent scheduling ：SPS) 动态调度算法( Dynamical scheduling：DS),illustration of UL scheduling,LTE 基本原理及关键技术,76,快速调度,基于时间的轮循方式,基于流量的轮循方式,最大C/I方式,部分公平方式,每个用户被顺序的服务，得到同样的平均分配时间，但每个用户由于所处环境的不同，得到的流量并不一致,

12、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，保证每个用户得到的流量相同,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,综合了以上几种调度方式，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,LTE 基本原理及关键技术,77,LTE关键技术,频域多址技术 OFDM/SC-FDMA MIMO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 SON 载波聚合,LTE 基本原理及关键技术,78,小区间干扰消除,小区间干扰

13、消除技术方法包括： 加扰 跳频传输 发射端波束赋形以及IRC 小区间干扰协调 功率控制,LTE 基本原理及关键技术,79,小区间干扰消除加扰,LTE系统充分使用序列的随机化避免小区间干扰 一般情况下，加扰在信道编码之后、数据调制之前进行即比特级的加扰 PDSCH，PUCCH format 2/2a/2b，PUSCH：扰码序列与UE id、小区id以及时隙起始位置有关 PMCH：扰码序列与MBSFN id和时隙起始位置有关 PBCH，PCFICH，PDCCH：扰码序列与小区id和时隙起始位置有关 PHICH物理信道的加扰是在调制之后，进行序列扩展时进行加扰 扰码序列与小区id和时隙起始位置有关,

14、LTE 基本原理及关键技术,80,小区间干扰消除跳频传输,目前LTE上下行都可以支持跳频传输，通过进行跳频传输可以随机化小区间的干扰 除了PBCH之外，其他下行物理控制信道的资源映射均于小区id有关 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,LTE 基本原理及关键技术,81,小区间干扰消除发射端波束赋形,提高期望用户的信号强度 降低信号对其他用户的干扰 特别的，如果波束赋形时已经知道被干扰用户的方位，可以主 动降低对该方向辐射能量,LTE 基本原理及关键技术,82,下行,上行,小区间干扰消除 IRC,当接收端也存在多根天线时，接收端也可以利用多

15、根天线降低用户间干扰，其主要的原理是通过对接收信号进行加权，抑制强干扰，称为IRC（Interference Rejection Combining）,LTE 基本原理及关键技术,83,频率资源协调(example),小区间干扰消除小区间干扰协调,基本思想 ：以小区间协调的方式对资源的使用进行限制，包括限制哪些时频资源可用，或者在一定的时频资源上限制其发射功率 静态的小区间干扰协调 不需要标准支持 频率资源协调/功率资源协调,LTE 基本原理及关键技术,84,小区间干扰消除小区间干扰协调,半静态小区间干扰协调： 需要小区间交换信息，比如资源使用信息 目前LTE已经确定，可以在X2接口交换PRB

16、的使用信息进行频率资源的小区间干扰协调（上行），即告知哪个PRB被分配给小区边缘用户，以及哪些PRB对小区间干扰比较敏感。 同时，小区之间可以在X2接口上交换过载指示信息（OI：Overload Indicator），用来进行小区间的上行功率控制,LTE 基本原理及关键技术,85,小区间功率控制（Inter-Cell Power Control） 一种通过告知其它小区本小区IoT信息，控制本小区IoT的方法 小区内功率控制（Intra-Cell Power Control） 补偿路损和阴影衰落，节省终端的发射功率，尽量降低对其他小区的干扰，使得IoT保持在一定的水平之下,小区间干扰消除功率控制

17、,LTE 基本原理及关键技术,86,LTE关键技术,频域多址技术 OFDM/SC-FDMA MIMO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 SON 载波聚合,LTE 基本原理及关键技术,87,SON概念,SON（ Self-organized Network ）：自组织网络，网络能够自我主动进行规划、配置、优化和维护，即自规划、自配置、自优化、自维护。 SON驱动力：网络日益复杂，运维难度和成本不断提高，为减少运营成本，提高操作效率，提高网络性能和稳定性，增强网络竞争力，在4G LTE中引入了SON技术。 发展情况：3GPP在LTE的R8中引

18、入初始功能，R9中提供基本功能，R10加入了增强功能。 效果分析：据阿朗和爱立信的测算，通过引入SON技术，CAPEX（网络建设成本）降低20%；OPEX（网络运维成本）节省50%。 SON架构：SON的采用的架构主要有集中式、分布式、混合式三种。,LTE 基本原理及关键技术,88,SON功能,LTE 基本原理及关键技术,89,LTE关键技术,频域多址技术 OFDM/SC-FDMA MIMO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 SON 载波聚合,LTE 基本原理及关键技术,90,载波聚合（CA）,载波聚合（Carrier Aggregati

19、on，CA）是将2个或更多的载波单元（Component Carrier， CC）聚合在一起以支持更大的传输带宽（最大为100MHz）。 上行和下行链路以完全独立地配置，唯一的限制是上行载波的数量不可超过下行载波的数量。每一聚合的载波称为分量载波 (CC)。 分量载波的带宽可以是 1.4、3、5、10、15 或 20 MHz。最多五个分量载波时，最大聚合带宽为 100 MHz。 连续聚合的 CC 的中心频率间的间隔是 300 kHz 的倍数（与之相比 Release 8/9 中是 100 kHz 频率间隔），以正交方式保留了 15 kHz 间隔的子载波。,LTE 基本原理及关键技术,91,载波

20、聚合相对于双载波的优势, 20MHz + 20MHz 40MHz,LTE 基本原理及关键技术,92,载波聚合的分类,载波 1,载波 2,载波 3,载波 1,载波 2,载波 3,载波 1,载波 N,Band A,Band A,Band A,Band B,载波 3,带内非连续载波,Carrier 2,LTE-A 载波,LTE-A 载波,LTE-A 载波,LTE-A 载波,带外非连续载波,对称频谱,载波 1,DL,载波 2,载波 1,UL,载波 2,载波 1,载波 2,载波 1,DL,UL,非对称频谱,LTE-A 载波,LTE-A 载波,带内连续载波,* 载波聚合能够后向兼容R8/R9,LTE 基本

21、原理及关键技术,93,载波聚合的部署场景分类,LTE 基本原理及关键技术,94,载波聚合关键技术服务小区定义,LTE 基本原理及关键技术,95,载波聚合关键技术载波配置,下行:,上行:,上行:,LTE 基本原理及关键技术,96,分布式基站载波聚合方式(以R8862A为例),天馈部分改造 场景1：增加一副天线 场景2：利旧四端口天线，新增加的RRU采用两通道合路器合入四端口天线的两个RX 场景3：利旧两端口天线，新增加的RRU采用两通道合路器合入,直接级联2.1G RRU,并联2.1G RRU 需增加FS5单板,原BPL1单板有3对光口,BPN0信道板有6对光口 级联并联RRU都可支持,LTE

22、基本原理及关键技术,97,课程内容,LTE概述 LTE网络架构 LTE关键技术 LTE TDD与LTE FDD的区别 LTE组网案例,LTE 基本原理及关键技术,98,LTE TDD与LTE FDD技术综合对比,LTE 基本原理及关键技术,99,双工方式对比,用时间来分离接收和发送信道，时间资源在两个方向上进行分配，基站和移动台之间须协同一致才能顺利工作,在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低,TDD,FDD,LTE 基本原理及关键技术,100,LTE TDD 特有技术,FDD仅支持1:1上下行配比 TDD可以根据不同的业务类型调整上下行时间配比，

23、以满足上下行非对称业务需求,上下行配比可调,多子帧调度/反馈,特殊时隙的应用,为了节省网络开销，LTE允许利用特殊时隙DwPTS和UpPTS传输系统控制信息 TDD系统中，上行sounding RS和PRACH preamble可以在UpPTS上发送，DwPTS可用于传输PCFICH、PDCCH、PHICH、PDSCH和P-SCH等控制信道和控制信息,TDD当下行多于上行时，存在一个上行子帧反馈多个下行子帧，LTE提出的解决方案有：multi-ACK/NAK，ACK/NAK捆绑（bundling）等 当上行子帧多于下行子帧时，存在一个下行子帧调度多个上行子帧（多子帧调度）的情况,LTE 基本原

24、理及关键技术,101,TDD与FDD同步信号设计差异,LTE 同步信号的周期是5ms，分为主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS） LTE和LTE FDD帧结构中，同步信号的位置/相对位置不同 利用主、辅同步信号相对位置的不同，终端可以在小区搜索的初始阶段识别系统是TDD还是FDD,LTE 基本原理及关键技术,102,TDD与FDD组网对比,FDD和TDD 采用的链路级关键技术基本一致，解调性能相近 TDD系统多天线技术的灵活运用，能够较好的抗干扰并提升性能和覆盖,覆盖方面的对比,同频组网能力的对比,具体机制的不同,系统内干扰来源,频率规划，时隙规划,均可做到业务信道基于ICIC基础上的同频组网 信令信道和控制信道有大体相同的链路增益，理论上都能够支持同频组网,切换、功控机制相同，同步、重选、物理层信道编解码等能力上没有本质区别,TDD系统是时分系统，上下行时隙之间可能有干扰，需要通过时隙规划来进行协调,FDD只有频率规划，结合ICIC来完成 TDD系统有频率规划和时隙规划，频率规划结合ICIC来完成，时隙规划根据业务分布、 干扰隔离等方面在组网中进行考虑,LTE 基本原理及关键技术,103,LTE TDD的优势,频谱配置更具优势 支持非对称业务 智能天线的使用