3_LTE关键技术.ppt

1、TD-SCDMA长期演进技术 LTE关键技术,TD网规网优部 梁晋仲 2008年11月,内容,OFDM 多天线技术 链路自适应 信道调度与调度信令 HARQ 小区间干扰消除,OFDM,下行OFDM 上行SC-FDMA,OFDM即正交频分多路复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），与传统的多载波调制（MCM）相比，OFDM调制的各个子载波间可相互重叠，并且能够保持各个子载波之间的正交性。,OFDM原理,OFDM的基本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

2、符号,Bandwidth,OFDM原理,IDFT,IFFT,OFDM调制,OFDM解调,OFDM FFT实现,采样频率Fs 采样周期Ts FFT点数NFFT 子载波间隔f 有用符号时间Tu 循环前缀时间Tcp OFDM符号时间TOFDM 可用子载波数目Nc,关键参数： f , Tcp以及Nc 采样频率以及FFT点数与实现相关,OFDM主要参数,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,LTE系统中，利用NFFT=2048的采样周期定义基

3、本时间单元：Ts = 1/Fs = 1/(15000 x2048) 秒,LTE OFDM主要参数,频谱效率高 OFDM采用多载波方式避免用户的干扰，只是取得用户间正交性的一种方式，“防讳于未然”的一种方式未然式 CDMA采用等干扰出现后用信号处理技术将其消除，例如信道均衡、多用户检测等；以恢复系统的正交性 相对单载波系统(CDMA)来说，多载波技术(OFDM)是更直接的实现正交传输的方法 带宽扩展性强-决定性优势 OFDM信道带宽取决于子载波的数量 CDMA只能通过提高码片速率或者多载波方式支持更大带宽，使得接收机复杂度大幅度上 抗多径衰落 相对于CDMA系统，OFDMA系统是实现简单均衡接收

4、机的最直接方式,OFDM技术的优势,频域调度及自适应 OFDM可以实现频域调度，相对CDMA来说灵活性更高 可以在不同的频带采用不同的调制编码方式，更好的适应频率选择行衰落 实现MIMO技术较简单 MIMO技术的关键：有效避免天线之间的干扰以区分多个数据流 水平衰落信道中实现MIMO更容易、频率选择性信道中，IAI和ISI混合在一起，很难将MIMO接受和信道均衡区分开,OFDM技术的优势,PAPR问题 高PAPR给系统很多不利：增加模数/数模转换的复杂度、降低RF功放的效率、增加发射机功放的成本等未然式 降低PAPR的方法： 信号预失真技术：如消峰(Clipping)、峰加窗 编码技术、加扰技

5、术 时间和频率同步 时间偏移会导致OFDM子载波的相位偏移，所以引入CP 载波频率偏移带来两个影响：降低信号幅度、造成ICI 多小区多址和干扰抑制,OFDM技术的缺点,单载波特性： a) 信号具有低的峰均比 b) 传输带宽取决于M,DFT-S-OFDM原理,子载波间隔 15kHz 子载波数目 循环前缀长度 一个时隙中不同DFTS-OFDM符号的循环前缀长度不同,LTE DFTS-OFDM关键参数,内容,OFDM 多天线技术 链路自适应 信道调度与调度信令 HARQ 小区间干扰消除,下行 利用公共天线端口，LTE系统可以支持单天线发送（1x），双天线发送（2x）以及4天线发送（4x），从而提供不

6、同级别的传输分集和空间复用增益 利用专用天线端口以及灵活的天线端口映射技术，LTE系统可以支持更多发送天线，比如8天线发送，从而提供传输分集、空间复用增益同时，提供波束赋形增益 上行 目前，LTE系统上行仅支持单天线发送 可以采用天线选择技术提供空间分集增益,LTE系统的天线配置,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 上行多天线技术 上行传输天线选择(TSTD) MU-MIMO,多天线技术,ST/FBC,STBC,SFBC,LTE系统中在2天线端口发送情况下的传输分集技术确定为SFBC,

7、传输分集,TSTD,LTE系统上行天线选择技术可以看作是TSTD的一个特例,传输分集,FSTD,LTE系统并没有直接采用FSTD技术，而且与其他传输分集技术结合起来使用,传输分集,SFBC+FSTD,LTE系统中在4天线端口发送情况下的传输分集技术采用SFBC与FSTD结合的方式,传输分集,SISO,MISO,SIMO,MIMO,空间复用,多码字传输 多码字传输即复用到多根天线上的数据流可以独立进行信道编码和调制 单码字传输是一个数据流进行信道编码和调制之后再复用到多根天线上 LTE支持最大的码字数目为2。 为了降低反馈的量,单码字 多码字,空间复用,在空间复用传输之前，多个数据流使用一个线性

8、的预编码矩阵或者向量进行预编码操作 在发送天线与接收天线相等(NL=NL )的情况下，预编码操作可以正交化多个并行的传输，增加不同数据流之间的隔离度 进一步，在发送天线数目大于接收天线数目(NLNT )的情况下，预编码操作还可以获得波束赋形增益/传输分集增益,基于预编码的空间复用,下行MU-MIMO: 将多个数据流传输个不同的用户终端，多个用户终端以及eNB构成下行MU-MIMO系统 下行MU-MIMO可以在接收端通过消除/零陷的方法，分离传输给不同用户的数据流 下行MU-MIMO还可以通过在发送端采用波束赋形的方法，提前分离不同用户的数据流，从而简化接收端的操作 LTE下行目前同时支持SU-

9、MIMO和MU-MIMO,SU-MIMOMU-MIMO,MU-MIMO,上行MU-MIMO: 不同用户使用相同的时频资源进行上行发送（单天线发送），从接收端来看，这些数据流可以看作来自一个用户终端的不同天线，从而构成了一个虚拟的MIMO系统，即上行MU-MIMO LTE上行仅仅支持MU-MIMO这一种MIMO模式,SU-MIMOMU-MIMO,MU-MIMO,波束赋形技术要求使用小间距的天线阵列，且天线单元数目要足够多 波束赋形技术的实现方式是将一个单一的数据流通过加权形成一个指向用户方向的波束，从而使得更多的功率可以集中在用户的方向上 波束赋形技术可以充分的利用TDD系统的信道对称性 DOA

10、 SVD,波束赋形,主要在下行方向，上行方向虽然支持MU-MIMO，但是每一个UE来看，其与单天线传输没有区别 统一流程如下,层（Layer）有不同的解释 在使用单天线传输、传输分集以及波束赋形时，层数目等于天线端口数目；在使用空间复用传输时，层数目等于空间信道的Rank数目，即实际传输的流数目,LTE多天线技术具体实现方式,内容,OFDM 多天线技术 链路自适应 信道调度与调度信令 HARQ 小区间干扰消除,速率控制 功率控制,链路自适应技术一般指速率控制技术，即自适应调制编码技术,链路自适应,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

11、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,功率控制,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,速率控制可以充分利用所有的功率,速率控制(即AMC),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,下行方向链路自适应,为了节省上行控制信道的开销，CQI反馈与其他上行反馈量PMI以及RI组合起来反馈 CQI，PMI以及RI的反馈分为周期性

12、反馈和非周期性反馈 CQI，PMI以及RI的反馈可以使用PUCCH，也可以使用PUSCH 当UE上行没有PUSCH时使用PUCCH 当使用PUSCH时，该PUSCH可以存在对应的UL-SCH，也可以没有,CQI反馈机制,上报模式 Single-antenna port: Modes 1-0, 2-0 Transmit diversity: Modes 1-0, 2-0 Open-loop spatial multiplexing: Modes 1-0, 2-0 Closed-loop spatial multiplexing : Modes 1-1, 2-1 上报类型 RI以及宽带CQI/PM

13、I不能在同一个子帧进行反馈,使用PUCCH format 2/2a/2b进行反馈,PUCCH反馈 CQI/PMI/RI,上报模式 Single-antenna port: Modes 2-0, 3-0 Transmit diversity: Modes 2-0, 3-0 Open-loop spatial multiplexing: Modes 2-0, 3-0 Closed-loop spatial multiplexing : Modes 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2,PUSCH反馈 CQI/PMI/RI,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

14、定具体的调制与编码方式,上行方向的链路自适应,内容,OFDM 多天线技术 链路自适应 信道调度与调度信令 HARQ 小区间干扰消除,基本思想 对于某一块资源，选择信道传输条件最好的用户进行调度，从而最大化系统吞吐量,多用户分集,信道调度,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,定时关系 下行调度信令控制本子帧的资源分配 对于FDD，在子帧n传输的上行调度信令，控制子帧n+4上的资源分配 对于TDD，在子帧n传输的上行调度信令，控制子帧n+k (k3)上的资源

15、分配,调度信令,UL Grant,调度信令,DL Allocation DCI format 1 for SIMO,调度信令,DL Allocation DCI format 1A for SIMO (compact),调度信令,DL Allocation DCI format 2 for MIMO,调度信令,资源分配类型 类型0：使用bitmap指示具体分配的资源块组（RBG），每一个资源块组的大小为P，与系统带宽有关 类型1： (1) 基于资源块分组，形成P个子集 (2)在一个子集中使用1比特表示是从左侧，还 是从右侧开始选取RB (3) 使用bitmap指示在一个子集中具体分配的资源块（

16、RB）,50 RBs example P=3 2 bits表示子集 1 bits表示左/右 14比特bitmap,调度信令,资源分配类型 类型2：使用RB起点，以及包含RB的个数，指示调度的多个连续的物理/虚拟RB,调度信令,内容,OFDM 多天线技术 链路自适应 信道调度与调度信令 HARQ 小区间干扰消除,FEC：前向纠错编码 ARQ：自动重传请求 HARQ：ARQ+FEC 单路停等协议与多路并行停等协议 同步HARQ协议与异步HARQ协议 自适应的HARQ与非自适应的HARQ,HARQ基本概念,LTE采用多路并行停等协议 FDD: RTT包括下行信号传输时间TP，下行信号接收时间Tsf，

17、下行信号处理时间TRX，上行ACK/NACK传输时间TP，上行ACK/NACK接收时间TTX，上行ACK/NACK处理时间TRX，即RTT = 2*TP + 2*Tsf + TRX + TTX FDD:进程数等于RTT中包含的下行子帧数目，即Nproc = RTT / Tsf,下行HARQ RTT与进程数(FDD),HARQ RTT与进程数,LTE FDD的RTT确定为8ms，最大进程数目为8,上行HARQ RTT与进程数(FDD),HARQ RTT与进程数,对于TDD来说，其RTT大小不仅与传输时延、接收时间和处理时间有关，还与TDD系统的时隙比例、传输所在的子帧位置有关 TDD 系统的进程

18、数目,HARQ RTT与进程数,ACK/NACK定时：对于子帧n中的数据传输，其ACK/NACK在n+k子帧中传输，对于FDD，k=4，对于TDD，k3。,ACK/NACK PDSCH,ACK/NACK PUSCH,HARQ定时关系,重传与初传之间的定时关系：同步HARQ协议；异步HARQ协议 LTE上行为同步HARQ协议：如果重传在预先定义好的时间进行，接收机不需要显示告知进程号，则称为同步HARQ协议 根据PHICH传输的子帧位置，确定PUSCH的传输子帧位置 与PDCCHPUSCH的定时关系相同 LTE下行为异步HARQ协议：如果重传在上一次传输之后的任何可用时间上进行，接收机需要显示告

19、知具体的进程号，则称为异步HARQ协议,HARQ定时关系,自适应HARQ：自适应HARQ是指重传时可以改变初传的一部分或者全部属性，比如调制方式，资源分配等，这些属性的改变需要信令额外通知。 非自适应HARQ：非自适应的HARQ是指重传时改变的属性是发射机与接收机实现协商好的，不需要额外的信令通知 LTE下行采用自适应的HARQ LTE上行同时支持自适应HARQ和非自适应的HARQ 非自适应的HARQ仅仅由PHICH信道中承载的NACK应答信息来触发 自适应的HARQ通过PDCCH调度来实现，即基站发现接收输出错误之后，不反馈NACK，而是通过调度器调度其重传所使用的参数,自适应/非自适应HA

20、RQ,单纯HARQ机制中，接收到的错误数据包都是直接被丢掉的 HARQ与软合并结合：将接收到的错误数据包保存在存储器中，与重传的数据包合并在一起进行译码，提高传输效率,CC合并,HARQ与软合并,IR合并,LTE支持使用IR合并的HARQ，其中CC合并可以看作IR合并的一个特例,HARQ与软合并,内容,OFDM 多天线技术 链路自适应 信道调度与调度信令 HARQ 小区间干扰消除,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,小区间干扰消除,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

21、 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,加扰,部分物理信道和物理信号通过随机选取Cyclic shift值进行加扰 PUCCH所使用的序列的循环移位值，通过伪随机序列产生，该序列与小区id有关 上行解调参考信号所使用的序列的循环移位值，通过伪随机序列产生，该序列与小区id有关,加扰,上行参考信号所使用的序列通过G

22、roup hopping以及Sequence hopping进行加扰 上行参考信号序列被划分为30组，每组包括不同长度的多个基序列 在某一个时隙中的序列组号由group hopping pattern和sequence-shift pattern决定 Group hopping pattern通过伪随机序列产生，该序列与小区id有关。Group hopping可以被关闭 Sequence-shift pattern与小区id有关，PUCCH和PUSCH所使用的Sequence-shift pattern不同，具体由高层配置 当参考信号序列长度大于等于72时，且Group hopping被关闭，

23、可以使用Sequence hopping 即在一个序列组中通过伪随机序列选取具体的参考信号序列，该伪随机序列与小区id有关 Sequence hopping也可以被关闭。此时选取组内的第一个序列,加扰,下行参考信号序列由伪随机序列通过简单计算产生 小区专用参考信号的伪随机序列与时隙位置、参考信号所在OFDM符号位置以及小区id有关 MBSFN参考信号的伪随机序列与时隙位置、参考信号所在OFDM符号位置以及MBSFN id有关 UE专用参考信号的伪随机序列与时隙位置、小区id和UE id有关,加扰,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,跳频传输,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,发射端波束赋形,当接收端也存在多根天线时，接收端也可以利用多根天线降低用户间干扰，其主要的原理是通过对接收信号