LTE_TDD技術(shù)介紹

1、LTE TDD 技術(shù)介紹技術(shù)介紹2目錄目錄v LTE的歷史背景v LTE的主要技術(shù)指標(biāo)v LTE的關(guān)鍵技術(shù)v LTE的傳輸方案v LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)v 總結(jié)3目錄目錄v LTE的歷史背景v LTE的主要技術(shù)指標(biāo)v LTE的關(guān)鍵技術(shù)v LTE的傳輸方案v LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)v 總結(jié)4LTELTE的歷史背景的歷史背景v GSM的巨大成功。人們體驗(yàn)到移動(dòng)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(shí)產(chǎn)權(quán)的制肘、應(yīng)對(duì)市場(chǎng)挑戰(zhàn)（WiMax）和滿足用戶需求等領(lǐng)域，還是有很多局限。 v 用戶的需求、市場(chǎng)的挑戰(zhàn)和IPR的制肘共同推動(dòng)了3GPP組織在4G出現(xiàn)之前加速制定新的空中接口和無線接

2、入網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 LTE (3.9G)應(yīng)運(yùn)而生。5目前世界主要運(yùn)營(yíng)商目前世界主要運(yùn)營(yíng)商Vodafone、NTT、AT&T、Verizon都已經(jīng)決定采用都已經(jīng)決定采用LTE技術(shù)；技術(shù)；WiMAX正逐步擴(kuò)大影響；正逐步擴(kuò)大影響；CDMA2000/UME的陣營(yíng)進(jìn)一步縮小。的陣營(yíng)進(jìn)一步縮小。商用商用LTELTE標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展 測(cè)試測(cè)試Work ItemStudy ItemLTE2008年年2月中國(guó)月中國(guó)移動(dòng)宣布測(cè)試移動(dòng)宣布測(cè)試LTE3GPP LTE項(xiàng)目啟動(dòng)項(xiàng)目啟動(dòng)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(shù)指標(biāo)v LTE的關(guān)鍵技術(shù)v LTE的傳輸方案v LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)v 總結(jié)7 LTE LTE的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo) (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(dá)到3GPP R6的2-4倍v 提高小區(qū)邊緣的傳輸速率v 移動(dòng)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(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo) (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(qiáng)型的廣播多播業(yè)務(wù)v 支持增強(qiáng)的IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）和核心網(wǎng)v 取消CS（電路交換）域，CS域業(yè)務(wù)在PS（包交換）域?qū)崿F(xiàn)，如采用VoIP v 支持與現(xiàn)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(shù)指標(biāo)v LTE的關(guān)鍵技術(shù)v LTE的傳輸方案v LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)v 總結(jié)10LTELTE的關(guān)鍵技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)v物理層關(guān)鍵技術(shù) 多載波技術(shù)

5、(OFDM) 多天線技術(shù) (MIMO) SC-FDMA (相對(duì)OFDM多了DFT預(yù)編碼部分)v系統(tǒng)級(jí)關(guān)鍵技術(shù) 干擾抑制技術(shù)11多載波技術(shù)多載波技術(shù) 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(shù)，CDMA系統(tǒng)中的RAKE接收。隨著帶寬增大以上方案的復(fù)雜度將變得難以接受。v OFDM將高速的符號(hào)流分解為多路并行的低速符號(hào)流，在多個(gè)子載波上并行傳輸。支持大帶寬，帶寬配置靈活，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，頻域均衡算法簡(jiǎn)單。12多天線技術(shù)多天線技術(shù)-MIMO-MIMOv MIMO: 在發(fā)送和接收端同時(shí)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(zhǎng)與天線數(shù)目大致成線性關(guān)系。13MIMO+OFDMMIMO+OFDMv MIMO技術(shù)能提高傳輸?shù)目煽啃曰蛱岣呦到y(tǒng)容量。v OFDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，頻譜利用率高，均衡簡(jiǎn)單。v MIMO-OFDM技術(shù)，可利用資源豐富：空域，頻域，時(shí)域，功率。實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單 (可對(duì)每個(gè)載波分別頻域均衡，簡(jiǎn)化了頻率選擇性MIMO的均衡算法)14OFDMOFDM信號(hào)的生成信號(hào)的生成 OFDM符號(hào)通帶信號(hào)可以表示為OFDM信號(hào)的基帶形式為 可用IFFT實(shí)現(xiàn)基帶的多載波調(diào)制?，F(xiàn)階段的IC技術(shù)可輕松的應(yīng)對(duì)此復(fù)雜度，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。12220

7、.5( )Reexp2NNciNiis tdjftT1222( )exp2NNiNiix tdjtT15 OFDMOFDM信號(hào)的時(shí)域特點(diǎn)信號(hào)的時(shí)域特點(diǎn)v 子載波數(shù)目 時(shí)，承載的數(shù)據(jù)為 ，四個(gè)載波獨(dú)立的波形和迭加后的信號(hào) 4N (1,1,1,1)d00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-4-3-2-10123416OFDMOFDM信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)17OFDMOFDM的關(guān)鍵問題的關(guān)鍵問題v 峰均比（PAPR） 原因：OFDM信號(hào)在時(shí)域是多個(gè)子載波信號(hào)的時(shí)域疊加 LTE上行采用 SC-FDMA傳輸方案v 符號(hào)間干擾（ISI） 原因1：無線信道多徑 原因2：符號(hào)同步偏差

8、v 子載波間干擾（ICI） 原因1：無線信道的時(shí)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(gè)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(hào)間干擾 導(dǎo)致了每OFDM符號(hào)內(nèi)部的子載波間干擾！保護(hù)時(shí)間FFT積分時(shí)間子載波1延遲的子載波2OF

9、DM符號(hào)周期子載波2對(duì)子載波1的干擾部分20ISIISI的克星的克星 CP (2) CP (2) OFDM符號(hào)的循環(huán)前綴結(jié)構(gòu) 保護(hù)時(shí)間FFT積分時(shí)間子載波1OFDM符號(hào)周期子載波2子載波321 ISI ISI的克星的克星 CP (3) CP (3)保護(hù)時(shí)間FFT積分時(shí)間OFDM符號(hào)周期相位跳變第一條到達(dá)徑信號(hào)第二條到達(dá)徑信號(hào)多徑時(shí)延CP的引入解決了GP的缺陷兩徑信道中OFDM符號(hào)的傳輸22OFDMOFDM中的同步技術(shù)中的同步技術(shù) v時(shí)間同步（影響ISI） OFDM符號(hào)同步 固定的載波相位偏差對(duì)性能無絲毫影響 固定采樣定時(shí)偏差的影響可歸入OFDM符號(hào)同步偏差的影響OFDM系統(tǒng)對(duì)符號(hào)定時(shí)偏差不敏感

10、。系統(tǒng)對(duì)符號(hào)定時(shí)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(duì)頻率偏差非常敏感！系統(tǒng)對(duì)頻率偏差非常敏感！23符號(hào)同步偏差的影響符號(hào)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(shù)倍頻偏（相對(duì)于子載波間隔）：無ICI，但檢測(cè)出的符號(hào)“張冠李戴”導(dǎo)致嚴(yán)重的誤碼率。根據(jù)LTE對(duì)晶振穩(wěn)定度的規(guī)定，此情況不會(huì)發(fā)生。v 小數(shù)倍頻偏：本子載波的信號(hào)能量減小，同時(shí)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(dǎo)致ICI，且隨

11、時(shí)間的累積時(shí)間會(huì)多出或漏掉樣值26MIMOMIMOv空間分集（提高傳輸可靠性） 空時(shí)塊碼（STBC） 空頻塊碼（SFBC） 對(duì)應(yīng)LTE的發(fā)送分集 空時(shí)格碼（STTC） 基于MIMO-OFDM的CDDv空間復(fù)用（提高傳輸速率） V-BLAST 對(duì)應(yīng)LTE中的分層后預(yù)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(diào)制為M=2m進(jìn)制符號(hào)。然后編碼器選取連續(xù)的兩個(gè)符號(hào)，根據(jù)下述變換將其映射為發(fā)送信號(hào)矩陣。 天線1發(fā)送信號(hào)矩陣的第一行，而天線2發(fā)送信號(hào)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(gè)發(fā)射天線。這種STBC

12、編碼最大的優(yōu)勢(shì)在于，檢測(cè)簡(jiǎn)單，并可獲得滿分集的增益。Tarokh進(jìn)將2天線STBC編碼推廣到多天線形式，提出了通用的正交設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。STBCSTBC鼻祖鼻祖AlamoutiAlamouti方案方案 (1)(1)28信道估計(jì)信號(hào)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(cè)最大似然檢測(cè)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(fù)用技術(shù)空間復(fù)用技術(shù) V-BLASTV-BLASTv STBC編碼最大的優(yōu)勢(shì)在于，采用簡(jiǎn)單的最大似然譯碼準(zhǔn)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(shí)碼能極大的提高系統(tǒng)的頻譜效率30V-BLASTV-BLAST的檢測(cè)的檢測(cè)MMSEMMSE算法算法 常用的V-BLAST檢測(cè)算法是MMSE算法，即最小均方誤差算法。該算法的目標(biāo)函數(shù)是最小化發(fā)送信號(hào)向量xt與接收信號(hào)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(shù)矩陣,由于上述目標(biāo)函數(shù)是凸函數(shù)，因此可以求其梯度得到最優(yōu)解。 令 ,得MMSE檢測(cè)的系數(shù)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(jī)化 隨機(jī)化鄰小區(qū)干擾，改善譯碼器性能v干擾協(xié)調(diào) 協(xié)調(diào)鄰小區(qū)資源，降低被干擾概率v干擾消除 改進(jìn)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(shù)指標(biāo)v LTE的關(guān)鍵技術(shù)v LTE的傳輸方案v LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)v 總結(jié)

15、33LTELTE傳輸方案?jìng)鬏敺桨竩基本傳輸方案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(shù)與多址技術(shù)CDMA下行OFDMA，上行SC-FDMAOFDMA雙工方式TDDFDD和TDD盡可能融合，F(xiàn)DD半雙工FDD、TDD和FDD半雙工幀結(jié)構(gòu)10ms無線幀分為2個(gè)5ms子幀，幀長(zhǎng)10ms，分為10個(gè)子幀，20個(gè)時(shí)隙。 規(guī)定了5ms，10ms和20ms等多種不同的幀結(jié)構(gòu)子幀結(jié)構(gòu)每個(gè)子幀分為7個(gè)正常時(shí)隙和DwPTS、GP、UpPTS三個(gè)特殊時(shí)隙; 每個(gè)正常時(shí)隙長(zhǎng)0.675ms下行7或6個(gè)OFDM符號(hào)上行7或6個(gè)OFDM符號(hào)

16、每個(gè)幀分為下行子幀和上行子幀，兩者之間用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)時(shí)隙分隔。調(diào)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(yàn)碼多天線技術(shù)智能天線基本MIMO模型：下行22，上行12個(gè)天線，考慮最多44配置。支持 MIMO（多入多出）和AAS（自適應(yīng)天線陣）兩種不同的多天線實(shí)現(xiàn)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(yīng)HARQ采用最為簡(jiǎn)單的停-等（SAW）機(jī)制，HARQ的控制開

17、銷最小并且對(duì)發(fā)射和接收的緩存要求最小。35下行傳輸方案參數(shù)下行傳輸方案參數(shù)36LTE TDD無線幀結(jié)構(gòu)無線幀結(jié)構(gòu) (1)每個(gè)時(shí)隙0.5ms,上行包含7個(gè)或6個(gè)SC-FDMA符號(hào)。最小時(shí)頻分配單位 RB：時(shí)間方向0.5ms的時(shí)隙長(zhǎng)度，頻率方向12個(gè)子載波。物理層以子幀(1ms)為單位接收，是偶數(shù)個(gè)RB的。v5ms轉(zhuǎn)換周期37LTE TDD無線幀結(jié)構(gòu)無線幀結(jié)構(gòu) (2)radio frame 10ms; half-frame 5ms; subframe 1ms;slot 0.5ms; SC-FDMA 1/15k(=66.67e-6) s. v10ms轉(zhuǎn)換周期38時(shí)隙的時(shí)間方向參數(shù)時(shí)隙的時(shí)間方向參數(shù)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(jù)上下行業(yè)務(wù)需求靈活進(jìn)行時(shí)隙配置41上行共享信道導(dǎo)頻圖案上行共享信道導(dǎo)頻圖案42下行導(dǎo)頻圖案下行導(dǎo)頻圖案不同的天線分配不同的時(shí)頻資不同的天線分配不同的時(shí)頻資源放置導(dǎo)頻符號(hào)源放置導(dǎo)頻符號(hào)43LTE傳輸方案?jìng)鬏敺桨竩基本傳輸方案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(jī)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(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)與T

20、D-SCDMA相同相同僅僅內(nèi)交織器與僅僅內(nèi)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(fù)用(SM)小延遲小延遲CDDCDD大延遲大延遲CDDCDD54LTE傳輸方案?jìng)鬏敺桨竩基本傳輸方案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(jī)接入過程55小區(qū)搜索過程小區(qū)搜索過程56隨機(jī)接入過程隨機(jī)接入過程上行同步符號(hào)

22、位置上行同步符號(hào)位置時(shí)域位置時(shí)域位置頻域位置頻域位置符號(hào)構(gòu)成符號(hào)構(gòu)成57目錄目錄v LTE的歷史背景v LTE的主要技術(shù)指標(biāo)v LTE的關(guān)鍵技術(shù)v LTE的傳輸方案v LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)v 總結(jié)58E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)。支持UE在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的移動(dòng)性，保證用戶的無縫切換E-UTRAN舍棄了UTRAN的RNC-NodeB結(jié)構(gòu)，完全由eNodeB組成每個(gè)每個(gè)eNBeNB通過通過S1S1接接口，和接入網(wǎng)關(guān)口，和接入網(wǎng)關(guān)Access GatewayAccess Gateway（aGWaGW）連接）連接EPC分為控制面實(shí)體分為控制面實(shí)體MME和用和用戶面實(shí)體戶面實(shí)體SAE Gateway 59網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)紅色部分為e-UTRAN新增部分 充分考慮空中接口演進(jìn)引入的全網(wǎng)架構(gòu)改革，包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)功能重新分配，提供更低時(shí)延的全網(wǎng)控制信