中興通訊 LTE FDD技術(shù)講解 V3.0

1、中興通訊 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.LTE整體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展良性標(biāo)準(zhǔn)組織芯片終端系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)測試儀器 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.國內(nèi)：LTE部署進(jìn)入實(shí)質(zhì)性階段已經(jīng)規(guī)劃了適用于LTE發(fā)展的頻率資源， 2013年將適時(shí)發(fā)放LTE牌照中國電信：TD-LTE混合組網(wǎng)4G試驗(yàn)網(wǎng)設(shè)備在8月開啟招標(biāo)，要求4G試驗(yàn)網(wǎng)在11月底割接入網(wǎng)，年底前重點(diǎn)城市達(dá)到4G試商用要求 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.網(wǎng)絡(luò)：1.8G和2.6G為全球網(wǎng)絡(luò)主要頻率全球全球175個(gè)商用的

2、個(gè)商用的LTE網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)FDD頻段分布頻段分布01020304050607080900 MHz b8850 MHz b51900 MHz b252100 MHz b1AWS b4800MHz b20700 MHz total of b12,b13,b14,b172.6 GHz b71800 MHz b3l1800 MHz（band 3）預(yù)計(jì)是LTE建設(shè)可選的主要頻段，同時(shí)可預(yù)見在未來將作為支持漫游的關(guān)鍵頻段。 超過45%的LTE商用網(wǎng)絡(luò)使用1800MHz。lLTE商用網(wǎng)絡(luò)使用第二多的頻段是2.6GHz(band7)。雙頻1800/2600MHz 終端可以在至少57個(gè)國家使用，也就是說，在今天已經(jīng)

3、推出LTE商用服務(wù)的國家中，超過81%的國家都可以使用 ZTE Corporation. All rights reserved.n移動(dòng)通信正在從2G向3G/B3G/4G演進(jìn), 載頻帶寬由窄帶向?qū)拵Оl(fā)展。n移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將會(huì)從以語音為主導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)向以高速數(shù)據(jù)為主導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型。移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)LTEX ZTE Corporation. All rights reserved.LTE標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展200820092010LTE Rel 8 批準(zhǔn)批準(zhǔn)LTE Rel 8 功能凍結(jié)，商用版本發(fā)布功能凍結(jié)，商用版本發(fā)布LTERel 8 持續(xù)增強(qiáng)和改進(jìn)持續(xù)增強(qiáng)和改進(jìn)LTE Rel 9 功能凍結(jié)功能凍結(jié)3GPP Rel

4、 9 3GPP Rel 9 已于已于20092009年年1212月功能凍結(jié)，為各廠商及時(shí)推出商用產(chǎn)月功能凍結(jié)，為各廠商及時(shí)推出商用產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。品奠定了基礎(chǔ)。SAE Rel 8 批準(zhǔn)批準(zhǔn)SAE Rel 8 功能凍結(jié)功能凍結(jié)SAE Rel 8 持續(xù)增強(qiáng)和改進(jìn)持續(xù)增強(qiáng)和改進(jìn)LTE Advanced Rel 10 ZTE Corporation. All rights reserved.LTE特點(diǎn)l靈活的信道帶寬靈活的信道帶寬n1.4,3,5,10,15,20 MHzl更低的無線網(wǎng)時(shí)延更低的無線網(wǎng)時(shí)延n單向用戶面5 msn控制面100 msl更高的頻譜效率更高的頻譜效率n下行比WCDMA R6提高

5、3-4倍n上行頻譜效率比R6提高2-3倍l全分組域業(yè)務(wù)全分組域業(yè)務(wù)n為傳統(tǒng)的電信業(yè)務(wù)提供QoS傳輸l增強(qiáng)的移動(dòng)性能增強(qiáng)的移動(dòng)性能n0-15公里/小時(shí): 最優(yōu)的性能 n15-120公里/小時(shí):較高的性能 n120-350公里/小時(shí):支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)Rel-6Rel-6HSPAHSPARel-8 LTERel-8 LTE天線天線: :兩收兩發(fā)兩收兩發(fā)系統(tǒng)帶寬系統(tǒng)帶寬 (MHz)(MHz)520下行峰值速率下行峰值速率 (Mbps)(Mbps)14.4172.8下行平均頻譜效率下行平均頻譜效率（bps/Hz/cellbps/Hz/cell）0.531.69下行小區(qū)邊緣用戶頻譜效率下行小區(qū)邊緣用戶頻譜效率

6、（bps/Hz/cellbps/Hz/cell）0.020.05上行峰值速率上行峰值速率 (Mbps)(Mbps)5.7616QAM: 5764QAM: 86.4上行平均頻譜效率上行平均頻譜效率（bps/Hz/cellbps/Hz/cell）0.3320.735上行小區(qū)邊緣用戶頻譜效率上行小區(qū)邊緣用戶頻譜效率(bps/Hz/cell(bps/Hz/cell）0.0090.024 ZTE Corporation. All rights reserved.n eNB集成了更多的功能塊：物理層(PHY)， 媒體接入層(MAC)，無線鏈路控制(RLC)，分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(PDCP)， 無線資源控制(R

7、RC)， 無線資源分配和調(diào)度,小區(qū)間無線資源管理(RRM)n 更短的無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)延：單向用戶數(shù)據(jù)延遲 5ms， 控制信令延遲 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.LTE關(guān)鍵技術(shù)載波聚合（CA）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：全I(xiàn)P扁平架構(gòu)MIMOOFDM多帶寬選擇提升寬帶能力 降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延S u b - c a r r i e r s S u b - f r a m e F r e q u e n c y T i m e T im e fr e q u e n c y r e s o u r c e f o r U s e r 1 T im e fr e q u e n c

8、 y r e s o u r c e f o r U s e r 2 T im e fr e q u e n c y r e s o u r c e f o r U s e r 3 S y s t e m B a n d w id t h 1.4M3M5M10M15M20MRefarming 2GBackward UMTSExtension BandsMIMO ChannelDataStreaming ZTE Corporation. All rights reserved.LTE的技術(shù)特點(diǎn)n 基于基于OFDMOFDM的上下行多址接入和信號調(diào)的上下行多址接入和信號調(diào)制方式制方式l下行采用正交頻

9、分多址下行采用正交頻分多址OFDMAOFDMAl上行采用單載波頻分多址上行采用單載波頻分多址SC-FDMASC-FDMAl消除無線網(wǎng)絡(luò)自干擾消除無線網(wǎng)絡(luò)自干擾l資源分配更靈活資源分配更靈活n 采用更高階的調(diào)制采用更高階的調(diào)制: 64QAM: 64QAM ZTE Corporation. All rights reserved.OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing正交頻分復(fù)用 正交頻分復(fù)用(OFDM)nOFDM是通過大量窄帶子載波來實(shí)現(xiàn)多載波傳輸。子載波直接相互正交。n插入CP (Cyclic Prefix)是為了防止不同時(shí)延造成的符號

10、間干擾OFDM保護(hù)間隔(Guard Interval)和循環(huán)前綴(cyclic prefix)CP類型與子載波間隔及OFDM符號數(shù)的關(guān)系子載波間隔OFDM符號數(shù)（one slot）一個(gè)RB所占用的子載波數(shù)一個(gè)RB中對應(yīng)的RE數(shù)Normal CP15KHz71284Extended CP15KHz612727.5KHz32472一個(gè)RB對應(yīng)頻域的12個(gè)子載波，即180KHz=15 x 12(for normal CP)不同帯寬下的RB數(shù)名義帶寬名義帶寬(MHz)1.435101520RB數(shù)目數(shù)目615255075100實(shí)際占用帶寬實(shí)際占用帶寬(MHz)1.082.74.5913.518占用帶寬

11、= 子載波間隔 x 每RB的子載波數(shù)目 x RB數(shù)目子載波間隔 = 15KHz每RB的子載波數(shù)目 = 12 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.幀結(jié)構(gòu)TTI: 1ms下行OFDMA的多用戶資源分配OFDMAOFDMA的多載波傳輸方式將頻譜劃分為時(shí)頻二維資源：頻域的子載波和時(shí)域的符號間隔。的多載波傳輸方式將頻譜劃分為時(shí)頻二維資源：頻域的子載波和時(shí)域的符號間隔。 ZTE Corporation. All rights reserved.上行SC-FDMA的多用戶資源分配n 不同用戶在同一傳輸間隔占用不相交的子帶n 同一用戶在不同傳輸間隔可以占用不相同的子

12、帶 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved. 為了進(jìn)一步提高頻譜的復(fù)用率，研究者們想到在通信的一方或雙方采用多個(gè)收發(fā)天線，主動(dòng)地利用用戶的空間方位信息或空間信道的冗余來提高系統(tǒng)的容量，這便是MIMO（多輸入多輸出）系統(tǒng)的由來。其基本思想是在收發(fā)雙端采用多根天線，分別同時(shí)發(fā)射與接收，通過空時(shí)處理技術(shù)，充分利用空間資源，在無需增加頻譜資源和發(fā)射功率的情況下，成倍地提升通信系統(tǒng)的容量與可靠性，提高頻譜利用率。 MIMO基本思想 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.MIMO的優(yōu)點(diǎn)陣列增益：可以提高發(fā)射功率和進(jìn)行波束形成

13、；系統(tǒng)的分集特性：可以改善信道衰落造成的干擾；系統(tǒng)的空間復(fù)用增益：可以構(gòu)造空間正交的信道，從而成倍地增加數(shù)據(jù)率；因此，充分地利用MIMO 系統(tǒng)的這些優(yōu)秀品質(zhì)能夠大幅度地提高系統(tǒng)容量、獲得相當(dāng)高的頻譜利用率，從而可以獲得更高的數(shù)據(jù)率、更好的傳輸品質(zhì)或更大的系統(tǒng)覆蓋范圍。 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.MIMO的使用模式傳輸分集 使用多根天線進(jìn)行發(fā)射和/或接收空間復(fù)用發(fā)射的高速數(shù)據(jù)被分成幾個(gè)并行的低速數(shù)據(jù)流，在同一頻帶從多個(gè)天線同時(shí)發(fā)射出去波束成形在發(fā)射端將待發(fā)射數(shù)據(jù)矢量加權(quán)，形成某種方向圖后到達(dá)接收端 秘密 ZTE Corporation. Al

14、l rights reserved.發(fā)射分集發(fā)射分集就是在發(fā)射端使用多幅發(fā)射天線發(fā)射信息，通過對不同的天線發(fā)射的信號進(jìn)行編碼達(dá)到空間分集的目的，接收端獲得比單天線高的信噪比空時(shí)發(fā)射分集STTD，空頻發(fā)射分集SFTD ，循環(huán)延遲分集CDD分集：空時(shí)編碼（STC） 現(xiàn)以兩天線的發(fā)射分集系統(tǒng)進(jìn)行說明： 從圖中可以看到，輸入字符即信息源被分為兩組，每組為兩個(gè)字符。在第一個(gè)字符時(shí)間內(nèi)，每組的兩個(gè)字符C1,C2同時(shí)分別從兩個(gè)天線發(fā)送。下一個(gè)字符時(shí)間內(nèi)，信號-C2*,C1*同時(shí)分別從兩根天線發(fā)出?？諘r(shí)編碼（STC）STC同時(shí)利用了時(shí)間和空間。STC不直接提高系統(tǒng)容量，但是提供分集和編碼增益。STC可以有效避

15、免深衰落，降低誤包率，大大改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和通信服務(wù)質(zhì)量。因此可采用更高階調(diào)制編碼方式，從而間接提高系統(tǒng)吞吐量。 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.分集：空頻編碼（SFC）空頻發(fā)射分集與空時(shí)發(fā)射分集類似，不同的是SFBC是對發(fā)送的符號進(jìn)行頻域和空域編碼將同一組數(shù)據(jù)承載在不同的子載波上面獲得頻率分集增益 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.循環(huán)延遲發(fā)射分集（CDD） 在不同的發(fā)射天線上發(fā)送具有不同相對延時(shí)的同一個(gè)信號, 人為地制造時(shí)間彌散，能夠獲得分集增益。且循環(huán)延時(shí)分集采用的是循環(huán)延時(shí)而不是線性延時(shí)，延遲

16、是通過固定步長的移相（Cyclic Shift，循環(huán)移相）來等效實(shí)現(xiàn)延遲 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.接收分集 多個(gè)天線接收來自多個(gè)信道的承載同一信息的多個(gè)獨(dú)立的信號副本，由于信號不可能同時(shí)處于深衰落情況中，因此在任一給定的時(shí)刻至少可以保證有一個(gè)強(qiáng)度足夠大的信號副本提供給接收機(jī)使用，從而提高了接收信號的信噪比 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.空間復(fù)用 發(fā)射的高速數(shù)據(jù)被分成幾個(gè)并行的低速數(shù)據(jù)流，在同一頻帶從多個(gè)天線同時(shí)發(fā)射出去。由于多徑傳播，每個(gè)發(fā)射天線對于接收機(jī)產(chǎn)生不同的空間簽名，接收機(jī)利用這些

17、不同的簽名分離出獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，最后再復(fù)用成原始數(shù)據(jù)流。因此空間復(fù)用可以成倍提高數(shù)據(jù)傳輸速率調(diào)制與映射解調(diào)與分離空間復(fù)用（SM）SM利用了空間，發(fā)送方同一時(shí)刻把兩個(gè)信號發(fā)送出去，接收方則直接解碼兩個(gè)信號。使用SM技術(shù)可以大大的提高系統(tǒng)的傳輸速率和吞吐量。下行鏈接可在BS側(cè)用2-4天線 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.波束成形基本思想MIMO中的波束形成方式與智能天線系統(tǒng)中的波束形成類似，在發(fā)射端將待發(fā)射數(shù)據(jù)矢量加權(quán)，形成某種方向圖后到達(dá)接收端，抑制噪聲和干擾；與常規(guī)智能天線不同的是，原來的下行波束形成只針對一個(gè)天線，現(xiàn)在需要針對多個(gè)天線。通過下行波

18、束形成，使得信號在用戶方向上得到加強(qiáng)，使得用戶具有更強(qiáng)的抗干擾能力和抗噪能力。因此，和發(fā)分集類似，可以利用額外的波束形成增益提高通信鏈路的可靠性，也可在同樣可靠性下利用高階調(diào)制提高數(shù)據(jù)率和頻譜利用率。 MIMO和Beam Forming對比BF利用接收信號的相關(guān)優(yōu)勢，通過天線陣列，采用定向波束跟蹤有用信號，并同時(shí)抑制干擾MIMO空時(shí)分組碼（STBC)技術(shù)提供分集增益和空間選擇性衰落保護(hù)MIMO空間復(fù)用（SM）技術(shù)通過不同的天線發(fā)射不同的碼流信息，以獲得空間復(fù)用增益，從而提高系統(tǒng)容量和頻譜效率nBF要求天線之間的距離較短，天線應(yīng)具有相同的定向極化，否則會(huì)降低接收信號之間的相關(guān)性nMIMO要求天線

19、之間距離盡可能大，天線應(yīng)采用交叉極化，以確保天線間的不相關(guān)性MIMOMIMO和和BFBF的原理對比的原理對比比較對天線的要求比較對天線的要求MIMO 和 BF的應(yīng)用nMIMO的STBC和SM技術(shù)適合在具有豐富的反射和散射的多徑信道環(huán)境下使用。n主要的應(yīng)用是人口密集的城市，普通城市，熱點(diǎn)地區(qū)和室內(nèi)覆蓋環(huán)境。nMIMO技術(shù)已投入商用，而且性能表現(xiàn)相對較好MIMO的應(yīng)用的應(yīng)用BF的應(yīng)用的應(yīng)用nBF更加適用于郊區(qū)和鄉(xiāng)村的場景特征的LOS傳播模型，小的下傾角和高的信道相關(guān)性場合nBF只適合在小區(qū)的中間或邊緣低速運(yùn)動(dòng)的用戶n波束成型技術(shù)不適合密集城區(qū)、室內(nèi)覆蓋等環(huán)境，由于反射的原因，一方面接收端會(huì)收到太多

20、路徑的信號，導(dǎo)致相位疊加的效果不佳；另一方面，大量的多徑信號會(huì)導(dǎo)致DOA信息估算困難。 ZTE Corporation. All rights reserved.2T4R組網(wǎng)擁有更高的性價(jià)比n對于上行，相比于1T2R的MIMO配置，引入4天線可以改善SINR的需求n理想的1T4R相對于1T2R的增益有4dB左右n2T4R相對2T2R成本增加只有天饋，不超過20%4dB的鏈路增益可增大覆蓋半徑約30%，增大單站覆蓋面積約70%左右。同時(shí)，系統(tǒng)仿真反映上行1T4R相對1T2R SE有50%左右的增益，ESE有120%的增益。UL ZTE Corporation. All rights reserv

21、ed.4T相對2T系統(tǒng)，性價(jià)比較低n對于下行，終端支持4R較晚，因此下行主要是4T2Rn4T2R相對2T2R SINR增益為很小或?yàn)樨?fù)值（-0.3dB)n4發(fā)RS信號所占RE提高，空口時(shí)頻資源開銷變大。 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.2T4R上行容量增益：仿真數(shù)據(jù)場景ISD(m)UL 平均頻譜效率 (bps/Hz)UL 邊緣頻譜效率（bps/Hz)1*21*4Gain(%)1*21*4Gain(%)密集城區(qū)5000.701.0855%0.0040.008123%城區(qū)5000.871.3858%0.0130.02599%郊區(qū)17320.681.0

22、656%0.000.01124%農(nóng)村30000.701.1361%0.010.01109%仿真數(shù)據(jù)表明，終端在上行4天線的上行流量與上行2天線相比，可以得到50%的增益同等站距下：上行4天線和上行2天線的情形數(shù)據(jù)對比：終端上行平均流量達(dá)到55%68%的增益；邊緣的上行流量達(dá)到100%的增益； ZTE Corporation. All rights reserved.靜態(tài)鄰小區(qū)干擾協(xié)調(diào)和功率控制n小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(ICIC(ICIC); );l部分頻率復(fù)用 :系統(tǒng)將頻率資源分為2個(gè)復(fù)用集，一個(gè)頻率復(fù)用因子為1的頻率集合，應(yīng)用于中心用戶(CCU)調(diào)度；一個(gè)頻率復(fù)用因子大于1的頻率集合，

23、應(yīng)用于邊緣用戶(CEU)調(diào)度;Ptx=Prx+alpha * PL2, alpha 120MHz20MHz帶寬化分成A,B,C 3塊, 分別應(yīng)用于不同扇區(qū)的邊緣用戶. 而中心用戶可使用該扇區(qū)未用的2塊頻譜UE1UE3UE2UE3UE1UE2 ZTE Corporation. All rights reserved.動(dòng)態(tài)鄰小區(qū)干擾協(xié)調(diào)UE1UE2UE3LTELTE支持同頻組網(wǎng)下動(dòng)態(tài)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)支持同頻組網(wǎng)下動(dòng)態(tài)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)n任何小區(qū)可通過X2消息發(fā)送強(qiáng)干擾指示 (HII)給相鄰小區(qū),事先控制使得相鄰小區(qū)調(diào)度資源避開干擾.n小區(qū)還可通過X2 消息發(fā)送過載指示 (OI)給相鄰小區(qū), 當(dāng)相鄰小

24、區(qū)收到OI報(bào)告后會(huì)采取自降干擾措施如降低本小區(qū)發(fā)射功率.UE11.扇區(qū)X分配了資源A給邊緣用戶UE1, X會(huì)通過X2接口發(fā)HII通知Y和Z,使得Y將分配給UE2不同于UE1的資源2.扇區(qū)Y檢測到高干擾,Y會(huì)通過X2接口發(fā)OI通知X和Z, X會(huì)讓UE1和UE3降低發(fā)射功率;3.無需對20MHz帶寬預(yù)先進(jìn)行劃分,跟據(jù)實(shí)際干擾和帶寬需求情況來動(dòng)態(tài)分配資源.UE2XYZUE320MHz 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.MIMO增強(qiáng)LTE carrier20MHz連續(xù)載波聚合LTE carrier20MHz非連續(xù)載波聚合.載波聚合（CA）中繼技術(shù)（Rela

25、y）LTE后續(xù)的關(guān)鍵技術(shù) HetNet的eICIC 秘密 ZTE Corporation. All rights reserved.演進(jìn)：向LTE-A的演進(jìn)基本平滑到LTE-A版本升級，不僅涉及軟件升級，還涉及硬件升級。硬件升級包含以下功能點(diǎn)：注：表示兼容，表示不兼容除了站型變化，其他功能（包括comp、relay等）可以通過軟件升級實(shí)現(xiàn)；LTE-A兼容LTE功能，不同版本的系統(tǒng)和終端、eNodeB和核心網(wǎng)、以及eNodeB之間可以滿足基本功能的對接，參見下表所示;項(xiàng)目硬件變動(dòng)范圍升級方式載 波 聚 合 C a r r i e r aggregation(CA)射頻系統(tǒng)的變換，包括天線、射頻處理單元（RRU）需要同時(shí)支持不同頻段的處理1.如天線不能支持需要聚合的多個(gè)頻段，則更換單頻天線為多頻天線；2.增加或者替換射頻單元； 下行MIMO最大支持8*8MIMO，天線需支持8天線，射頻子系統(tǒng)需支持8個(gè)發(fā)射通道；1.如天線不能支持8天線，則更換天線為8天線；2.增加或者替換射頻單元；基于不同射頻單元同步問題帶來的效果差異，建議替換方式；上行MIMO天線需支持4天線或者8天線， 1.如天線不能支持