LTE_TDD技術介紹

1、LTE TDD 技術介紹技術介紹2目錄目錄v LTE的歷史背景v LTE的主要技術指標v LTE的關鍵技術v LTE的傳輸方案v LTE的網絡架構v 總結3目錄目錄v LTE的歷史背景v LTE的主要技術指標v LTE的關鍵技術v LTE的傳輸方案v LTE的網絡架構v 總結4LTELTE的歷史背景的歷史背景v GSM的巨大成功。人們體驗到移動通信的便利 “得隴望蜀”。v 3G 的無線性能得到了較大的提高，但在知識產權的制肘、應對市場挑戰(zhàn)（WiMax）和滿足用戶需求等領域，還是有很多局限。 v 用戶的需求、市場的挑戰(zhàn)和IPR的制肘共同推動了3GPP組織在4G出現之前加速制定新的空中接口和無線接

2、入網絡標準。 LTE (3.9G)應運而生。5目前世界主要運營商目前世界主要運營商Vodafone、NTT、AT&T、Verizon都已經決定采用都已經決定采用LTE技術；技術；WiMAX正逐步擴大影響；正逐步擴大影響；CDMA2000/UME的陣營進一步縮小。的陣營進一步縮小。商用商用LTELTE標準化進展標準化進展 測試測試Work ItemStudy ItemLTE2008年年2月中國月中國移動宣布測試移動宣布測試LTE3GPP LTE項目啟動項目啟動3GPP LTE第一版本完第一版本完成成2007年年10月月WiMAX加入加入3G2007年年12月月3GPP LTE TDD兩種

3、模式合并兩種模式合并2006年年NGMN組組織成立織成立WiMAX論論壇成立壇成立200320042005200620092010 2007 2008201120146目錄目錄v LTE的歷史背景v LTE的主要技術指標v LTE的關鍵技術v LTE的傳輸方案v LTE的網絡架構v 總結7 LTE LTE的主要技術指標的主要技術指標 (1)(1)v 支持1.25MHz-20MHz帶寬v 峰值速率：下行100Mbps，上行50Mbps。頻譜效率達到3GPP R6的2-4倍v 提高小區(qū)邊緣的傳輸速率v 移動性 015km/h(最佳性能) 0120km/h(較好性能) 120km/h350km/h(

4、保持連接，確保不掉線)v 覆蓋范圍 05km(較高頻譜利用率) 530km(稍差的頻譜利用率)8LTELTE的主要技術指標的主要技術指標 (2)(2)v 用戶面延遲（單向）小于5ms，控制面延遲小于100ms v 支持增強型的廣播多播業(yè)務v 支持增強的IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）和核心網v 取消CS（電路交換）域，CS域業(yè)務在PS（包交換）域實現，如采用VoIP v 支持與現有3GPP和非3GPP系統(tǒng)的互操作 9目錄目錄v LTE的歷史背景v LTE的主要技術指標v LTE的關鍵技術v LTE的傳輸方案v LTE的網絡架構v 總結10LTELTE的關鍵技術的關鍵技術v物理層關鍵技術 多載波技術

5、(OFDM) 多天線技術 (MIMO) SC-FDMA (相對OFDM多了DFT預編碼部分)v系統(tǒng)級關鍵技術 干擾抑制技術11多載波技術多載波技術 OFDM OFDMv 高的傳輸速率要求較大的帶寬，面臨無線信道的頻率選擇性問題。v 傳統(tǒng)解決方案：GSM中的均衡技術，CDMA系統(tǒng)中的RAKE接收。隨著帶寬增大以上方案的復雜度將變得難以接受。v OFDM將高速的符號流分解為多路并行的低速符號流，在多個子載波上并行傳輸。支持大帶寬，帶寬配置靈活，實現簡單，頻域均衡算法簡單。12多天線技術多天線技術-MIMO-MIMOv MIMO: 在發(fā)送和接收端同時使用多天線。v MIMO系統(tǒng)可利用豐富的散射徑，在

6、不增加系統(tǒng)帶寬的前提下，大幅度改善系統(tǒng)性能（提高速率或可靠性）。v MIMO系統(tǒng)信道容量的增長與天線數目大致成線性關系。13MIMO+OFDMMIMO+OFDMv MIMO技術能提高傳輸的可靠性或提高系統(tǒng)容量。v OFDM技術實現簡單，頻譜利用率高，均衡簡單。v MIMO-OFDM技術，可利用資源豐富：空域，頻域，時域，功率。實現相對簡單 (可對每個載波分別頻域均衡，簡化了頻率選擇性MIMO的均衡算法)14OFDMOFDM信號的生成信號的生成 OFDM符號通帶信號可以表示為OFDM信號的基帶形式為 可用IFFT實現基帶的多載波調制?，F階段的IC技術可輕松的應對此復雜度，系統(tǒng)實現簡單。12220

7、.5( )Reexp2NNciNiis tdjftT1222( )exp2NNiNiix tdjtT15 OFDMOFDM信號的時域特點信號的時域特點v 子載波數目 時，承載的數據為 ，四個載波獨立的波形和迭加后的信號 4N (1,1,1,1)d00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-4-3-2-10123416OFDMOFDM信號的頻譜結構信號的頻譜結構17OFDMOFDM的關鍵問題的關鍵問題v 峰均比（PAPR） 原因：OFDM信號在時域是多個子載波信號的時域疊加 LTE上行采用 SC-FDMA傳輸方案v 符號間干擾（ISI） 原因1：無線信道多徑 原因2：符號同步偏差

8、v 子載波間干擾（ICI） 原因1：無線信道的時變性（多普勒頻移） 原因2：載波頻率偏差 原因3：采樣頻率偏差18 SC-FDMA (DFTS-OFDM)SC-FDMA (DFTS-OFDM)的的PAPRPAPR16QAM,占用512子載波中間的300個子載波345678910111210-410-310-210-1100PAPR (dB)CCDF OFDMDFTS-OFDM19 ISI ISI的克星的克星 CP (1) CP (1)v GP（空等的方式）用于OFDM系統(tǒng)的效果 消除了OFDM的符號間干擾 導致了每OFDM符號內部的子載波間干擾！保護時間FFT積分時間子載波1延遲的子載波2OF

9、DM符號周期子載波2對子載波1的干擾部分20ISIISI的克星的克星 CP (2) CP (2) OFDM符號的循環(huán)前綴結構 保護時間FFT積分時間子載波1OFDM符號周期子載波2子載波321 ISI ISI的克星的克星 CP (3) CP (3)保護時間FFT積分時間OFDM符號周期相位跳變第一條到達徑信號第二條到達徑信號多徑時延CP的引入解決了GP的缺陷兩徑信道中OFDM符號的傳輸22OFDMOFDM中的同步技術中的同步技術 v時間同步（影響ISI） OFDM符號同步 固定的載波相位偏差對性能無絲毫影響 固定采樣定時偏差的影響可歸入OFDM符號同步偏差的影響OFDM系統(tǒng)對符號定時偏差不敏感

10、。系統(tǒng)對符號定時偏差不敏感。v頻率同步 (影響ICI) LTE規(guī)定 eNB:0.05ppm, UE:0.1ppm 載波頻率同步 采樣頻率同步 OFDM系統(tǒng)對頻率偏差非常敏感！系統(tǒng)對頻率偏差非常敏感！23符號同步偏差的影響符號同步偏差的影響24載波頻率偏差的影響載波頻率偏差的影響v 整數倍頻偏（相對于子載波間隔）：無ICI，但檢測出的符號“張冠李戴”導致嚴重的誤碼率。根據LTE對晶振穩(wěn)定度的規(guī)定，此情況不會發(fā)生。v 小數倍頻偏：本子載波的信號能量減小，同時引入了相鄰子載波的干擾。( )A fnf1nf1nff(a)( )A fnfff(b)25采樣頻率偏差的影響采樣頻率偏差的影響導致ICI，且隨

11、時間的累積時間會多出或漏掉樣值26MIMOMIMOv空間分集（提高傳輸可靠性） 空時塊碼（STBC） 空頻塊碼（SFBC） 對應LTE的發(fā)送分集 空時格碼（STTC） 基于MIMO-OFDM的CDDv空間復用（提高傳輸速率） V-BLAST 對應LTE中的分層后預編碼矩陣為單位陣27 在這種編碼方案中，每組m比特信息首先調制為M=2m進制符號。然后編碼器選取連續(xù)的兩個符號，根據下述變換將其映射為發(fā)送信號矩陣。 天線1發(fā)送信號矩陣的第一行，而天線2發(fā)送信號矩陣的第二行。*12*21xxxxXAlamouti STBC編碼 STBC編碼最先是由Alamouti引入的，采用兩個發(fā)射天線。這種STBC

12、編碼最大的優(yōu)勢在于，檢測簡單，并可獲得滿分集的增益。Tarokh進將2天線STBC編碼推廣到多天線形式，提出了通用的正交設計準則。STBCSTBC鼻祖鼻祖AlamoutiAlamouti方案方案 (1)(1)28信道估計信號合并最大似然譯碼器Tx1Tx21*2xx2*1xx1h2hRx12nn1h2h1h2h1x 2x 1 x2 x衰落信道衰落信道11 1221*21 22 12rhxh xnrhxh xn最大似然檢測最大似然檢測AlamoutiAlamouti方案方案 (2)(2)22*11 12 2121112222*22 11 21221221()()xh rh rhhxh nh nxh

13、 rh rhhxh nh n1222221121112222212222arg min(1)(,)arg min(1)(,)xSxSxhhxdxxxhhxdxx29空間復用技術空間復用技術 V-BLASTV-BLASTv STBC編碼最大的優(yōu)勢在于，采用簡單的最大似然譯碼準則，可以獲得滿分集增益，但是不能提供編碼增益v 分層空時碼能極大的提高系統(tǒng)的頻譜效率30V-BLASTV-BLAST的檢測的檢測MMSEMMSE算法算法 常用的V-BLAST檢測算法是MMSE算法，即最小均方誤差算法。該算法的目標函數是最小化發(fā)送信號向量xt與接收信號向量線性組合wHrt之間的均方誤差，即： 其中w是nRnT

14、的線性組合系數矩陣,由于上述目標函數是凸函數，因此可以求其梯度得到最優(yōu)解。 令 ,得MMSE檢測的系數矩陣為：20HttEWxW r2argminHttEWxW r 222222THHHHttttttHHHttttHHHnEEEE WWxW rxW rxW rr W rr xH HIWH12THHHnWH HIH31多小區(qū)干擾抑制多小區(qū)干擾抑制v干擾隨機化 隨機化鄰小區(qū)干擾，改善譯碼器性能v干擾協(xié)調 協(xié)調鄰小區(qū)資源，降低被干擾概率v干擾消除 改進物理層算法，消除鄰小區(qū)干擾32目錄目錄v LTE的歷史背景v LTE的主要技術指標v LTE的關鍵技術v LTE的傳輸方案v LTE的網絡架構v 總結

15、33LTELTE傳輸方案傳輸方案v基本傳輸方案v物理信道定義及過程vLTE物理層過程34基本傳輸方案基本傳輸方案TD-SCDMA3GPP LTE802.16e基本傳輸技術與多址技術CDMA下行OFDMA，上行SC-FDMAOFDMA雙工方式TDDFDD和TDD盡可能融合，FDD半雙工FDD、TDD和FDD半雙工幀結構10ms無線幀分為2個5ms子幀，幀長10ms，分為10個子幀，20個時隙。 規(guī)定了5ms，10ms和20ms等多種不同的幀結構子幀結構每個子幀分為7個正常時隙和DwPTS、GP、UpPTS三個特殊時隙; 每個正常時隙長0.675ms下行7或6個OFDM符號上行7或6個OFDM符號

16、每個幀分為下行子幀和上行子幀，兩者之間用適當的保護時隙分隔。調制方式QPSK,16QAMQPSK，16QAM和64QAM；BPSK、QPSK、16QAM、64QAM。編碼方式卷積編碼和Turbo碼以Turbo碼為主，正在考慮LDPC碼。有卷積碼、卷積Turbo碼和低密度奇偶校驗碼多天線技術智能天線基本MIMO模型：下行22，上行12個天線，考慮最多44配置。支持 MIMO（多入多出）和AAS（自適應天線陣）兩種不同的多天線實現方式。HARQChase合并與增量冗余HARQ,Chase合并與增量冗余HARQ,正在考慮異步HARQ和自適應HARQ采用最為簡單的停-等（SAW）機制，HARQ的控制開

17、銷最小并且對發(fā)射和接收的緩存要求最小。35下行傳輸方案參數下行傳輸方案參數36LTE TDD無線幀結構無線幀結構 (1)每個時隙0.5ms,上行包含7個或6個SC-FDMA符號。最小時頻分配單位 RB：時間方向0.5ms的時隙長度，頻率方向12個子載波。物理層以子幀(1ms)為單位接收，是偶數個RB的。v5ms轉換周期37LTE TDD無線幀結構無線幀結構 (2)radio frame 10ms; half-frame 5ms; subframe 1ms;slot 0.5ms; SC-FDMA 1/15k(=66.67e-6) s. v10ms轉換周期38時隙的時間方向參數時隙的時間方向參數3

18、9資源塊定義資源塊定義資源塊資源塊40LTE TDD上、下行子幀分配方式上、下行子幀分配方式可根據上下行業(yè)務需求靈活進行時隙配置41上行共享信道導頻圖案上行共享信道導頻圖案42下行導頻圖案下行導頻圖案不同的天線分配不同的時頻資不同的天線分配不同的時頻資源放置導頻符號源放置導頻符號43LTE傳輸方案傳輸方案v基本傳輸方案v物理信道的定義及過程vLTE物理層過程44上行物理信道分類上行物理信道分類v物理層上行共享信道（PUSCH）v物理層上行控制信道（PUCCH)v物理層隨機接入信道（PRACH）45下行物理信道分類下行物理信道分類v物理層下行共享信道（PDSCH）v物理層廣播信道（PBCH）v物

19、理層多播信道（PMCH）v物理層控制格式指示信道（PCFICH）v物理層下行控制信道（PDCCH）v物理層HARQ指示信道（PHICH）46傳輸信道到物理信道的映射傳輸信道到物理信道的映射47信道編碼信道編碼TrCH編碼方案碼速率UL-SCHTurbo Coding1/3DL-SCHPCHMCHBCHTailing biting CC1/3控制信息編碼方案碼速率DCITailing biting CC1/3CFIBlock code1/16HIRepetition1/3UCIBlock code可變Tailing biting CC1/3卷積編碼器卷積編碼器Turbo編碼器編碼器結構與結構與T

20、D-SCDMA相同相同僅僅內交織器與僅僅內交織器與TD-SCDMA不同不同( )212, 0,1,.,(1)( )()modiicciKififiK 48卷積碼的速率匹配卷積碼的速率匹配49Turbo的速率匹配的速率匹配 50上行傳輸信道處理上行傳輸信道處理UL-SCHUCI51下行傳輸信道處理下行傳輸信道處理BCH；DCIDL-SCH; PCH; MCH52物理層上行共享信道過程物理層上行共享信道過程2mod)()()(icibibQPSK16QAM64QAMDFTIFFT)(hopif53物理層下行共享信道過程物理層下行共享信道過程與加擾序列異或QPSK16QAM64QAMIFFT分集(S

21、FBC)()()()()()() 1()0() 1()0(ixixiWkDiyiyiP)()()()()()() 1()0() 1()0(ixixUiDiWiyiyP)(Im)(Im)(Re)(Re00101001000121) 12() 12()2()2() 1 ()0() 1 ()0() 1 ()0() 1 ()0(ixixixixjjjjiyiyiyiy復用(SM)小延遲小延遲CDDCDD大延遲大延遲CDDCDD54LTE傳輸方案傳輸方案v基本傳輸方案v物理信道的定義及過程vLTE的物理層過程 小區(qū)搜索過程 隨機接入過程55小區(qū)搜索過程小區(qū)搜索過程56隨機接入過程隨機接入過程上行同步符號

22、位置上行同步符號位置時域位置時域位置頻域位置頻域位置符號構成符號構成57目錄目錄v LTE的歷史背景v LTE的主要技術指標v LTE的關鍵技術v LTE的傳輸方案v LTE的網絡架構v 總結58E-UTRAN網絡拓撲結構網絡拓撲結構在E-UTRAN中，eNB之間采用IP傳輸，在邏輯上通過X2接口互連Mesh型網絡。支持UE在整個網絡內的移動性，保證用戶的無縫切換E-UTRAN舍棄了UTRAN的RNC-NodeB結構，完全由eNodeB組成每個每個eNBeNB通過通過S1S1接接口，和接入網關口，和接入網關Access GatewayAccess Gateway（aGWaGW）連接）連接EPC分為控制面實體分為控制面實體MME和用和用戶面實體戶面實體SAE Gateway 59網絡架構網絡架構紅色部分為e-UTRAN新增部分 充分考慮空中接口演進引入的全網架構改革，包括接入網和核心網功能重新分配，提供更低時延的全網控制信