TD-LTE4G移动通信技术入门培训

TD-LTE基础技术简介2TD-LTE关键技术2TD-LTE帧结构物理信道及主要测量量3主要内容TDD频谱和RRU简介4TD-LTE简介1LTE网络结构的重要性53什么是TD-LTELTE=LongTermEvolution=长期演进，是3GPP指定的下一代无线通信标准。TD-LTE=LTE的TDD模式。在2004年WiMAX对UMTS技术产生挑战（尤其是HSDPA技术）时，3GPP急于开发和WiMAX抗衡的、以OFDM/FDMA为核心技术、支持20MHz系统带宽的、具有相似甚至更高性能的技术。长期可以在IMT-Advanced标准化上先发制人。LTE是以OFDM为核心的技术，为了降低用户面延迟，取消了(RNC)无线网络控制器,采用了扁平网络架构。与其说是3G技术的“演进”（evolution），不如说是“革命”（revolution）。这场“革命”使系统不可避免的丧失了大部分后向兼容性。也就是说，从网络侧和终端侧都要做大规模的更新换代。因此很多公司实际上将LTE看作4G技术范畴。4为什么产生LTE背景1：移动互联网业务发展的需要。从话音优化到数据优化除了窄带业务的效果，更要提高宽带业务效率从覆盖优化到容量优化除了保证基本业务连续覆盖，更要提高“热区”内的容量从用户容量优化到数据率容量优化运营商收入除了依赖用户数量，更依赖业务流量从均匀容量分布到不均匀容量分布未来80-90%的数据容量集中在室内和热区内业务分布不均匀，系统能力是否有必要均匀分布？背景2：无线接入和宽带移动通信的融合背景3：技术储备成熟到20世纪末，学术界在实现OFDM、MIMO的理论、算法、软硬件基础方面已经积累了丰富的技术储备。5LTE基本特征支持灵活组网单用户下载速率可以达到3G的5～10倍更低的每bit成本，仅为3G系统的1/4，2G系统的1/20更好的用户体验，业务建立和切换快速，不易察觉的用户面数据断流350km/h速度下依然具有连接性能支持1.4MHz-20MHz带宽峰值数据率：上行50Mbps，下行100Mbps提高小区边缘的比特率追求后向兼容,但应该仔细考虑性能改进和向后兼容之间的平衡取消CS（电路交换）域，CS域业务在PS（包交换）域实现，如采用VoIP用户面延迟（单向）小于5ms，控制面延迟小于100ms频谱效率达到HSDPA/HSUPA的2-4倍降低建网成本，实现从3G的低成本演进对低速移动优化系统，同时支持高速移动主要面向移动宽带业务，同时也支持语音业务6LTE/EPC网络结构Mainreferencestoarchitecturein3GPPspecs:TS23.401,TS23.402,TS36.300EvolvedUTRAN(E-UTRAN)MMES10S6aServingGatewayS1-US11PDNGatewayPDNEvolvedPacketCore(EPC)PCRFGxRxSGiS5/S8HSSMobilityManagementEntityPolicy&ChargingRuleFunctionS-GW/P-GWLTE-UEEvolvedNodeB(eNB)X2LTE-UueNB7TD-LTE关键技术2TD-LTE帧结构物理信道及主要测量量3主要内容TDD频谱和RRU简介4TD-LTE简介1LTE网络结构的重要性58TD-LTE无线关键技术－OFDM（提高频谱效率）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多采用几个频率并行发送，实现宽带传输传统的FDM频谱OFDM频谱传统FDM系统中，载波之间需要很大的保护带，频谱效率很低生活中的应用：电台广播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－子载波如何做到这一点？依赖FFT（快速傅立叶变换）为什么直到最近20年才逐渐实用？有赖于数字信号处理（DSP）芯片的发展生活中的频分系统9TD-LTE无线关键技术－MIMO（提高系统容量及用户速率）广义定义：多进多出（Multiple-InputMultiple-Output）多个输入和多个输出既可以来自于多个数据流，也可以来自于一个数据流的多个版本按照这个定义，各种多天线技术都可以算作MIMO技术狭义定义：多流MIMO——提高峰值速率多个信号流在空中并行传输按照这个定义，只有空间复用和空分多址可以算作MIMOABA10TD-LTE无线关键技术－波束赋形（增强覆盖抑制干扰）利用较小间距的天线阵元之间的相关性（天线间距通常为λ/2），，通过阵元发射的波之间形成干涉，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。赴索马里护航舰队中，负责舰队防空的驱逐舰“海口号”（中国的神盾级）的相控阵雷达，可引导红旗9（中国的“爱国者”）的相控阵雷达防务技术中的波束赋形11OFDM发展历史2000s1990s1970s1960sOFDM在高速调制器中的应用开始研究OFDM应用在高频军事系统OFDM应用于宽带数据通信和广播等OFDM应用于802.11a,802.16,LTE关键技术帧结构物理信道物理层过程12OFDM概述正交频分复用技术，多载波调制的一种。将一个宽频信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。概念关键技术帧结构物理信道物理层过程频域波形f宽频信道正交子信道13OFDM优势-对比FDM与传统FDM的区别？•传统FDM:为避免载波间干扰，需要在相邻的载波间保留一定保护间隔，大大降低了频谱效率。FDMOFDM•OFDM:各(子)载波重叠排列，同时保持(子)载波的正交性（通过FFT实现）。从而在相同带宽内容纳数量更多(子)载波，提升频谱效率。关键技术帧结构物理信道物理层过程14上下行资源单位信道类型信道名称资源调度单位资源位置控制信道PCFICHREG占用4个REG，系统全带宽平均分配时域：下行子帧的第一个OFDM符号PHICHREG最少占用3个REG时域：下行子帧的第一或前三个OFDM符号PDCCHCCE下行子帧中前1/2/3个符号中除了PCFICH、PHICH、参考信号所占用的资源PBCHN/A频域：频点中间的72个子载波时域：每无线帧subframe0第二个slotPUCCH位于上行子帧的频域两边边带上业务信道PDSCH\PUSCHRB除了分配给控制信道及参考信号的资源频率CCE：ControlChannelElement。CCE=9REGREG：REgroup，资源粒子组。REG=4RERE：ResourceElement。LTE最小的时频资源单位。频域上占一个子载波（15kHz)，时域上占一个OFDM符号(1/14ms)RB：ResourceBlock。LTE系统最常见的调度单位，上下行业务信道都以RB为单位进行调度。RB=84RE。左图即为一个RB。时域上占7个OFDM符号，频域上占12个子载波时间1个OFDM符号1个子载波LTERB资源示意图关键技术帧结构物理信道物理层过程84symbolsper0.5ms-168ksps15接收机使用来自多个信道的副本信息能比较正确的恢复出原发送信号，从而获得分集增益。手机受电池容量限制，因此在上行链路中采用接收分集也可有效降低手机发射功率LTE上行天线技术：接收分集MRC（最大比合并）线性合并后的信噪比达到最大化相干合并：信号相加时相位是对齐的越强的信号采用越高的权重适用场景：白噪或干扰无方向性的场景原理IRC（干扰抑制合并）•合并后的SINR达到最大化•有用信号方向得到高的增益•干扰信号方向得到低的增益•适用场景：干扰具有较强方向性的场景。接收分集的主要算法：MRC&IRC•由于IRC在最大化有用信号接收的同时能最小化干扰信号，故通常情况IRC优于MRC•天线数越多及干扰越强时，IRC增益越大•IRC需进行干扰估计，计算复杂度较大性能比较初期引入建议：•IRC性能较好，故建议厂商支持IRC•鉴于IRC复杂度较大，厂商初期可能较难支持，故同时要求MRC关键技术帧结构物理信道物理层过程16多路信道传输同样信息多路信道同时传输不同信息多路天线阵列赋形成单路信号传输•包括时间分集，空间分集和频率分集•提高接收的可靠性和提高覆盖•适用于需要保证可靠性或覆盖的环境•理论上成倍提高峰值速率•适合密集城区信号散射多地区，不适合有直射信号的情况最大比合并最小均方误差或串行干扰删除波束赋形（Beamforming）发射分集分集合并•通过对信道的准确估计，针对用户形成波束，降低用户间干扰•可以提高覆盖能力，同时降低小区内干扰，提升系统吞吐量空间复用多天线技术：分集、空间复用和波束赋形关键技术帧结构物理信道物理层过程17LTE传输模式-概述Mode传输模式技术描述应用场景1单天线传输信息通过单天线进行发送无法布放双通道室分系统的室内站2发射分集同一信息的多个信号副本分别通过多个衰落特性相互独立的信道进行发送信道质量不好时，如小区边缘3开环空间复用终端不反馈信道信息，发射端根据预定义的信道信息来确定发射信号信道质量高且空间独立性强时4闭环空间复用需要终端反馈信道信息，发射端采用该信息进行信号预处理以产生空间独立性信道质量高且空间独立性强时。终端静止时性能好5多用户MIMO基站使用相同时频资源将多个数据流发送给不同用户，接收端利用多根天线对干扰数据流进行取消和零陷。6单层闭环空间复用终端反馈RI=1时，发射端采用单层预编码，使其适应当前的信道7单流Beamforming发射端利用上行信号来估计下行信道的特征，在下行信号发送时，每根天线上乘以相应的特征权值，使其天线阵发射信号具有波束赋形效果信道质量不好时，如小区边缘8双流Beamforming结合复用和智能天线技术，进行多路波束赋形发送，既提高用户信号强度，又提高用户的峰值和均值速率•传输模式是针对单个终端的。同小区不同终端可以有不同传输模式•eNB自行决定某一时刻对某一终端采用什么传输模式，并通过RRC信令通知终端•模式3到模式8中均含有发射分集。当信道质量快速恶化时，eNB可以快速切换到模式内发射分集模式关键技术帧结构物理信道物理层过程18TD-LTE关键技术2TD-LTE帧结构3主要内容TDD频谱和RRU简介4TD-LTE简介1LTE网络结构的重要性519LTE帧结构FDDLTE帧结构TD-LTE帧结构#0帧:10ms子帧:1ms时隙0.5ms#1#2#3#4#5#6#7#8#9······#19子帧:1ms时隙0.5ms#0DwPTS特殊子帧:1ms#2#3#4半帧:5ms半帧:5ms帧:10msGPUpPTS关键技术帧结构物理信道物理层过程20TD-LTE帧结构子帧:1ms时隙0.5ms#0DwPTS特殊子帧:1ms#2#3#4半帧:5ms半帧:5ms帧:10msGPUpPTSTD-LTE帧结构特点：•无论是正常子帧还是特殊子帧，长度均为1ms。FDD子帧长度也是1ms。•一个无线帧分为两个5ms半帧，帧长10ms。和FDDLTE的帧长一样。•特殊子帧DwPTS+GP+UpPTS=1msDL-ULConfigurationSwitch-pointperiodicitySubframenumber012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUDTD-LTE上下行配比表转换周期为5ms表示每5ms有一个特殊时隙。这类配置因为10ms有两个上下行转换点，所以HARQ的反馈较为及时。适用于对时延要求较高的场景转换周期为10ms表示每10ms有一个特殊时隙。这种配置对时延的保证略差一些，但是好处是10ms只有一个特殊时隙，所以系统损失的容量相对较小关键技术帧结构物理信道物理层过程21TD-LTE帧结构和TD-SCDMA帧结构对比子帧:1ms#0DwPTS