LTE技術(shù)及仿真性能上

1、npc confidential新郵通信2010.03lte 技術(shù)及仿真性能npc confidentiallte的演進(jìn)過(guò)程lte中物理層引入的新技術(shù)lte物理層規(guī)范lte鏈路及系統(tǒng)仿真性能介紹lte鏈路預(yù)算介紹lte頻點(diǎn)規(guī)劃2目錄npc confidential什么是lte到底什么是lte呢？lte (long term evolution)是3gpp組織在umts演進(jìn)過(guò)程中的項(xiàng)目名；是當(dāng)前一種新的空中接口的演進(jìn)發(fā)展；可以與umts的其它演進(jìn)如hsdpa和hsupa相共存；lte的還有其它名字嗎？evolved utra(e-utra)/evolved utran (e-utran)evol

2、ved umts terrestrial radio accessevolved umts terrestrial radio access network其它相關(guān)的名字:3.9g, super 3g, hsopa (evolution of hsdpa/hsupa with ofdm)；一些相關(guān)未有進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化的名字lte核心網(wǎng)的名字:通常我們稱其為sae (system architecture evolution)。4npc confidential無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)組織的演進(jìn)特點(diǎn)能力接入方式fdd和tdd都有自己的幀結(jié)構(gòu)可變化的帶寬1.4，3，5，10，15，20mhz 所有的帶寬都可以被fd

3、d和tdd所支持基本的ue能力20mhz ul/dl，2接收1發(fā)送天線用戶的數(shù)據(jù)速率下行172.8mbps，上行86.4mbps在20mhz帶寬(2x2 dl su-mimo和非mimo 64qam ul)下行傳輸技術(shù)ofdm技術(shù)+qpsk,16qam, 64qam上行傳輸技術(shù)sc-fdma技術(shù)+ qpsk, 16qam, 64qam下行多天線技術(shù)開環(huán)發(fā)送分集；4x2, 2x2, 1x2,1x1單用戶mimo最大可支持4x4上行多天線技術(shù)開環(huán)發(fā)送分集，2x2 mu-mimo5npc confidentiallte 的主要特征(優(yōu)勢(shì))協(xié)議代號(hào)內(nèi)容ts 36.1xx設(shè)備需求: 終端、基站等等.ts

4、 36.2xx物理層相關(guān).ts 36.3xx層2和層3: mac層(medium access control), 無(wú)線鏈路和資源管理 (radio linkcontrol, and radio resource control)ts 36.4xx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及bs和移動(dòng)性管理管理 (base stations and mobile management entities)ts 36.5xx一致性測(cè)試(conformance testing)npc confidentiallte介紹：lte演進(jìn)過(guò)程定義:lte = long term evolution：長(zhǎng)期演進(jìn)版；3gpp的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)， 很多運(yùn)營(yíng)

5、商參與標(biāo)準(zhǔn)的制定；lte 標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)歷史release-8: 從2004年開始討論，到2008年3月基本凍結(jié)；release-9: r-8的一些補(bǔ)充，以及新功能的引入；release-10: 主要特征是 lte-advance、(4g)；所有資料均可獲取從官方網(wǎng)站 /ftp/npc confidentiallte 的后續(xù)演進(jìn)4g、lte-advanced的后續(xù)技術(shù)：更寬的帶寬足以達(dá)到10mhz(多個(gè)20mhz的匯聚，如下圖)；上行的mimo技術(shù)擴(kuò)展(同一設(shè)備兩個(gè)發(fā)送天線)；下行的mimo技術(shù)擴(kuò)展(能夠支持8x8場(chǎng)景)；comp (coordinated mu

6、ltipoint transmission)技術(shù)應(yīng)用，通過(guò)協(xié)同調(diào)度或者聯(lián)合傳輸在多個(gè)不同的cell site，以提高系統(tǒng)容量和小區(qū)邊緣速率；名稱imt-adv要求lte-adv后期目標(biāo)下行峰值速率1gbps上行峰值速率500mbps頻譜寬度大于 40mhz大于100mhz用戶面時(shí)延10ms10ms控制平面時(shí)延100ms50ms下行峰值頻譜效率15bps/hz30bps/hz上行峰值頻譜效率6.75bps/hz15bps/hz下行平均頻譜效率2.2bps/hz2.6bps/hz上行平均頻譜效率1.4bps/hz2.0bps/hz下行小區(qū)邊緣頻譜效率0.06bps/hz0.09bps/hz下行小區(qū)

7、邊緣頻譜效率0.03bps/hz0.07bps/hnpc confidentiallte 的后續(xù)演進(jìn)imt-advanced要求和lte-a的未來(lái)目標(biāo)規(guī)劃：npc confidentiallte 的后續(xù)演進(jìn)lte-a的目標(biāo)與lte的性能比較：npc confidentiallte的演進(jìn)過(guò)程lte中物理層引入的新技術(shù)lte物理層規(guī)范lte鏈路及系統(tǒng)仿真性能介紹lte鏈路預(yù)算介紹lte頻點(diǎn)規(guī)劃10目錄單載波傳統(tǒng)多載波(fdm)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜不高，更不需要過(guò)多的模擬器件，很容易在數(shù)字器件中實(shí)現(xiàn)。每個(gè)信號(hào)在頻率上區(qū)分，時(shí)間上將持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，窄帶系統(tǒng)特性，大大降低多徑和isi的問(wèn)題，信道均衡十分簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)

8、受散射信號(hào)數(shù)量影響較大，很容易由被多徑產(chǎn)生isi問(wèn)題，抗拒多徑的均衡方法將導(dǎo)致復(fù)雜度大大增加，因此理論上更適合于窄帶系統(tǒng)。傳統(tǒng)多載波調(diào)制是通過(guò)模擬混頻器調(diào)制到不同頻點(diǎn)上的，因此將大大增加模擬器件成本。npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 i：ofdmnpc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 i：ofdm現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中的多徑問(wèn)題：當(dāng)前現(xiàn)代民用通信系統(tǒng)中高速移動(dòng)和多徑信號(hào)散射是兩個(gè)至關(guān)重要問(wèn)題。a0a11a2 2h (t ) = k (t k )傳統(tǒng)單載波系統(tǒng)中對(duì)抗多徑的問(wèn)題和方法：對(duì)于傳統(tǒng)寬帶單載波系統(tǒng)，需要很詳細(xì)的估計(jì)出多徑信道的各種信息；通常求原始信號(hào)需要使用

9、高運(yùn)算量的方法如rake接收、jd檢測(cè)中的矩陣求逆。ofdm系統(tǒng)中對(duì)抗多徑的問(wèn)題和方法：將基帶調(diào)制符號(hào)持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)值ofdm符號(hào)時(shí)間，加入cp，從而克服了寬帶系統(tǒng)的多徑問(wèn)題；接收機(jī)可通過(guò)單節(jié)均衡器實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜度大大降低。npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 i：ofdmofdm鏈路模型架構(gòu):npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 i：ofdmofdm與cdma技術(shù)的比較:cdma:傳輸可以在整個(gè)系統(tǒng)帶寬中固定的；所有信號(hào)傳輸在全部的系統(tǒng)帶寬中；符號(hào)周期很短-系統(tǒng)帶寬倒數(shù)；較低的頻譜效率；對(duì)抗多徑檢測(cè)方法非常復(fù)雜。ofdm:傳輸可以在整個(gè)系統(tǒng)帶寬中可變的；符號(hào)周期很長(zhǎng)

10、-由子載波間隔和系統(tǒng)帶寬共同可以；用戶間通過(guò)fdma和tdma方式以子載波為單位區(qū)分；非常高的頻譜效率；對(duì)多徑問(wèn)題的檢測(cè)十分簡(jiǎn)單。npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 i：ofdmofdm與cdma技術(shù)的比較:鏈路bler性能比較：注：其中fde指cdma系統(tǒng)使用類似于ofdm系統(tǒng)中信道fde的均衡技術(shù)lte (fdd/tdd)wcdmatd-scdma系統(tǒng)帶寬1.4mhz5mhz10mhz20mhz5mhz1.6mhz傳輸帶寬1.08mhz4.5mhz9mhz18mhz3.84mhz1.28mhz比例關(guān)系77%90%90%90%76.8%80%npc confidential

11、lte引進(jìn)新技術(shù)介紹 i：ofdmofdm與cdma技術(shù)的比較:頻譜效率比較：npc confidential高峰均比（ papr）在fft 中求和的過(guò)程導(dǎo)致了 a/d or d/a的很大的動(dòng)態(tài)范圍；射頻功放的低效率，此效率提高的難度很大。對(duì)頻域上的error非常敏感頻域上子載波之間的正交性要得到保障；ofdm符號(hào)越長(zhǎng)將對(duì)于高速doppler的影響就會(huì)越發(fā)的敏感；敏感于頻率的偏差、相位噪聲等因素；所謂的高頻譜效率帶來(lái)的負(fù)面作用。應(yīng)用電子器件的要求 = 僅在lte下行中使用關(guān)于上行ue側(cè)功放該如何呢?要和 ofdm兼容.低 峰均比（papr） = 單載波 ?lte引進(jìn)新技術(shù)介紹 i：ofdmof

12、dm的局限性以及應(yīng)用：局限性npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 i：ofdmofdm信號(hào)受頻偏和doppler的影響：npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 ii：sc-fdma為什么使用sc-fdma (single carrier fdma)？sc-fdma是一種調(diào)制技術(shù)的合并，它將頻率靈活配置與ofdm的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合同時(shí)又具有非常小的papr值；dft和idft 在收端或發(fā)端總是成對(duì)出現(xiàn)。成對(duì)的dft = 單載波系統(tǒng) = 低的峰均比（papr）；sc-fdma實(shí)質(zhì)是將有限帶寬內(nèi)數(shù)據(jù)做了一個(gè)相應(yīng)的頻譜搬移；注意 m n， 成對(duì)的dft 的維數(shù)是不同的。npc

13、confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 ii：sc-fdmasc-fdma收發(fā)機(jī)鏈路模型：sc-fdma與ofdm有著很相似的結(jié)構(gòu)模型；sc-fdma檢測(cè)方法和ofdm結(jié)構(gòu)基本一致，其均衡視為傳統(tǒng)的單載波頻域均衡的方法；多一個(gè)m點(diǎn)dft模塊，發(fā)射信號(hào)成為單載波屬性。npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 ii：sc-fdmasc-fdma vs. ofdmsc-fdma的一些問(wèn)題sc-fdma只能對(duì)于單用戶獲得低papr的意義，隨著用戶數(shù)增加將接近ofdm的方式，因此它下行鏈路中在此方面帶來(lái)的益處不大；在信道編碼率較低的時(shí)候，信噪比(snr)較低的時(shí)候性能相比ofdm會(huì)顯著

14、變差。npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 ii：sc-fdmasc-fdma vs. ofdm鏈路級(jí)bler比較：16qamsc-fdmaofdma16qamqpsksc-fdmaofdmathroughput mbpsthroughput mbps23npc confidential2.00.40.0-8-4048snr db2.00.40.0-8-4048snr dblte引進(jìn)新技術(shù)介紹 ii：sc-fdmasc-fdma vs. ofdm上行鏈路級(jí)吞吐量比較：npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 ii：sc-fdmas

15、c-fdma vs. ofdm兩種技術(shù)papr和cm的比較：% of npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 ii：sc-fdmasc-fdma vs. ofdmp e r c e n ta g e o f u s e r s r e a c h in g c e r t a in b it r a te , a v a ila b ility 9 0% , is d 1 7 3 2 m50403020100100908070600 .0 20 .0 50 .1 20 .2 60 .5 61 .1 62 .3 63 .5 65 .3 77 .1 69 .5 61 0 .7s c

16、-f d m aofdma上行系統(tǒng)級(jí)吞吐量比較：功放回退小區(qū)半徑b it r a te m b it/s 典型宏小區(qū)中達(dá)到特定比特速率的用戶百分比系統(tǒng)吞吐量隨小區(qū)半徑變化仿真結(jié)果npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 iii：mimomimo (multiple input multiple output)技術(shù)的分類發(fā)送接收分集(transmit/receiver diversity)技術(shù)；空間復(fù)用(spatial multiplexing)技術(shù)；單用戶mimo (su-mimo);多用戶mimo (mu-mimo);波束賦形(beamforming)技術(shù)；27npc confi

17、dential空間分集增加覆蓋抗衰落，提高鏈路性能波束賦形增加覆蓋抗衰落，抑制干擾空分多址提高小區(qū)吞吐量及頻譜效率lte引進(jìn)新技術(shù)介紹 iii：mimo空間復(fù)用提高小區(qū)吞吐量及頻譜效率提高用戶峰值速率針對(duì)不同信道條件，lte可支持在分集、復(fù)用和波束賦形等發(fā)送模式間自適應(yīng)切換lte引進(jìn)新技術(shù)介紹 iii：mimonpc confidentialtd-lte系統(tǒng)采用波束賦形技術(shù)利用tdd的信道互易性增加覆蓋降低小區(qū)間干擾提高小區(qū)邊緣覆蓋速率npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 iii：mimo發(fā)送接收分集(transmit/receiver diversity)技術(shù):多根發(fā)送和接收

18、天線上的信息認(rèn)為是一致的，但是信號(hào)有可能有不同的空間編碼方式多天線分集技術(shù)與單天線系統(tǒng)直觀相比并沒(méi)有增加系統(tǒng)容量，但是由于改善了性能指標(biāo)從而可以通過(guò)提高編碼率和降低重傳率提高系統(tǒng)容量；多天線分集技術(shù)有很好的抗衰落功能，尤其在信道散射豐富、多根天線之間相關(guān)性不高的時(shí)候，抗衰落性能會(huì)更高，因此對(duì)于天線間距要求一般大于4倍波長(zhǎng)，而當(dāng)信道相關(guān)較大的時(shí)候則只能提高信噪比，無(wú)法對(duì)抗衰落信道。npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 iii：mimo發(fā)送接收分集(transmit/receiver diversity)技術(shù):右圖為通過(guò)多根天線信號(hào)經(jīng)歷不同信道，對(duì)抗衰落信道，提高接收機(jī)的snrbl

19、erqam16 r3/4 oc 2/3qam16 r1 noc 1/npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 iii：mimo發(fā)送接收分集(transmit/receiver diversity)技術(shù):performance comparison of 4x1 codes(itu-va 30km/h, ideal channel estimation, turbo code)1.00e+001.00e-011.00e-0202468101214161820snr (db)qam64 siso 1/2qam64 r3/4 oc 2/3qam16 siso 1/2qpsk siso 1

20、/2qpsk r3/4 oc 2/3qam64 r1 oc 1/2qam64 r1 noc 1/2qam16 r1 oc 1/2qpsk r1 oc 1/2)qpsk r1 noc 1/2npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 iii：mimo空間復(fù)用(spatial multiplexing)技術(shù):上行su-mimo要求ue至少兩個(gè)發(fā)送通道lte r8版本不支持下行su-mimo要求ue至少兩個(gè)接收通道提高單用戶峰值速率上行mu-mimoue只需一個(gè)發(fā)送通道不同的ue使用相同的物理資源，要求ue配對(duì)mimo下行mu-mimoue可以只有一個(gè)接收通道不同的ue使用相同的物理資源，

21、要求ue配對(duì)npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 iii：mimo空間復(fù)用(spatial multiplexing)技術(shù):npc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 iii：mimo空間復(fù)用(spatial multiplexing)技術(shù):mimo的小區(qū)系統(tǒng)吞吐量(哈佛大學(xué)2004年參考資料)systemcase1(isd=500m)case3(isd=1732m)bps/hz/cellx hspa bps/hz/cellx hspauplinkbaseline1x20.33210.3161lte1x20.7352.20.6812.2lte1x41.1033.31.

22、0383.3downlinkbaseline1x20.531.00.521.02x2su-mimo1.693.21.563.04x2su-mimo1.873.51.853.64x4su-mimonpc confidentiallte引進(jìn)新技術(shù)介紹 iii：mimo空間復(fù)用(spatial multiplexing)技術(shù):注：baseline為hspa的標(biāo)準(zhǔn)速率，為lte協(xié)議制定過(guò)程中公認(rèn)的一個(gè)基準(zhǔn)。npc confidentialmimo：multi-input multi-outputofdm與mimo技術(shù)的結(jié)合：為什么總是提到ofdm與mimo的結(jié)合呢？如前所述，ofdm可以將寬帶通信系統(tǒng)

23、轉(zhuǎn)變?yōu)檎瓗ㄐ畔到y(tǒng)，而mimo的技術(shù)是非常適合于窄帶通信中，因此二者便自然而然的有效結(jié)合在一起了；mimo分離位置是在ifft模塊之前，從cdma的角度理解為symbol級(jí)的位置；這種結(jié)合在當(dāng)前(wlan)，未來(lái)(lte、umb)無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)中被廣泛的應(yīng)用。npc confidentiallte的演進(jìn)過(guò)程lte中物理層引入的新技術(shù)lte物理層規(guī)范lte鏈路及系統(tǒng)仿真性能介紹lte鏈路預(yù)算介紹lte頻點(diǎn)規(guī)劃37目錄下行信道名稱功能與作用pbch廣播信道攜帶小區(qū)專用公共信息pdcch下行控制信道下行資源調(diào)度、harq的ack/nack反饋pcfich控制格式指示信道控制格式指示信道，告知pdcch

24、的具體位置harq指示信道harq指示信道，對(duì)pusch的harq響應(yīng)pdsch下行共享信道下行業(yè)務(wù)信息承載上行信道名稱名稱功能與作用prach隨機(jī)接入信道終端接入及呼叫建立pucch上行控制信道調(diào)度請(qǐng)求、harq的ack/nack反饋、cqi反饋等等pusch上行共享信道上行業(yè)務(wù)信息承載npc confidentiallte下行 (dl): 物理信道和物理信號(hào)物理信道：指信號(hào)由layer1產(chǎn)生，但是所承載的數(shù)據(jù)是來(lái)自于高層。下行信道名稱功能與作用p-sch主同步信道用于小區(qū)初始化第一步接入，完成與小區(qū)的同步操作；s-sch輔同步信道基于p-sch第一步同步接入之后，完成對(duì)小區(qū)id號(hào)的辨析；r

25、s下行參考信號(hào)(導(dǎo)頻)主要用于下行信道估計(jì)，輔助小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間的信道測(cè)量等；上行信道名稱 名稱功能與作用rs下行參考信號(hào)(導(dǎo)頻)可分為dm rs和srs，dm rs用于上行信道估計(jì)、同步和信道測(cè)量，srs主要用于同步和信道測(cè)量。npc confidentiallte下行 (dl): 物理信道和物理信號(hào)物理信號(hào)：指信號(hào)完全由layer1產(chǎn)生，而不需要上層參與的信號(hào)；控制信息/業(yè)務(wù)類型目標(biāo)質(zhì)量dl控制信息bch1%pch1%cfi0.1%dcidl scheduling info1%ul scheduling info1%hiack to nack0.01%nack to ack0.01%ul控制

26、信息preamblefalse alarm0.1%miss detection1%rach msg31%anack to nack1%nack to ack0.01%dtx to ack1%cqi1%典型業(yè)務(wù)voip amr 12.2kbps2%數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)( 初始傳輸誤差)10%npc confidentiallte下行 (dl): 物理信道和物理信號(hào)41npc confidential7種上下行時(shí)隙配置0123456lte基礎(chǔ) i: 幀結(jié)構(gòu)(tdd)靈活的上下行時(shí)隙配置，特別適合非對(duì)稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)npc confidential數(shù)據(jù)傳輸控制信息數(shù)據(jù)下行同步小區(qū)搜索上行同步隨機(jī)接入系統(tǒng)信息獲取廣播p

27、dschpcfichpdcchpschs-schpbchprachphichlte物理層過(guò)程下行各物理信道對(duì)應(yīng)功能及物理層過(guò)程：收發(fā)端通信過(guò)程初始化= 收發(fā)同步過(guò)程npc confidentiallte中mimo技術(shù)的選取原因空間復(fù)用，尤其是單用戶空間復(fù)用直接增加吞吐量，使lte更有競(jìng)爭(zhēng)力，不可能舍棄的。雖然被寫在標(biāo)準(zhǔn)中，但是由于限于接收端的能力，系統(tǒng)反饋開銷大等因素，性能并不一定會(huì)很好。在抗無(wú)線信道衰落問(wèn)題上有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，使用了alamouti編碼、cdd技術(shù)等，與空間復(fù)用可切換。只適合在了tdd系統(tǒng)，fdd系統(tǒng)的反饋量過(guò)大，而且天線配置方式與其它幾種差別較大。原因考慮到ue側(cè)模擬射頻(尤

28、其是功放)的考慮，目前認(rèn)為多套模擬系統(tǒng)代價(jià)過(guò)大，因此舍棄。取代su-mimo而被寫入標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于ue側(cè)沒(méi)有增加射頻開銷，但是系統(tǒng)調(diào)度復(fù)雜度被加大。與su-mimo的考慮是一樣的，受限于模擬射頻器件，但是仍然允許使用天線切換技術(shù)(多根天線，一套射頻電路)。同樣受模擬射頻器件限制，而且射頻的復(fù)雜度比其它幾種mimo方式還要大。43取舍取取取取取舍舍取舍舍下行su-mimomu-mimo空間分集技術(shù)波束賦形上行su-mimomu-mimo空間分集技術(shù)波束賦形npc confidentiallte的演進(jìn)過(guò)程lte中物理層引入的新技術(shù)lte物理層規(guī)范lte鏈路及系統(tǒng)仿真性能介紹lte鏈路預(yù)算介紹lte頻點(diǎn)

29、規(guī)劃44目錄45npc confidentiallte鏈路和系統(tǒng)仿真介紹lte鏈路仿真模型(下行)46npc confidentiallte鏈路和系統(tǒng)仿真介紹lte鏈路仿真模型(上行)npc confidentiallte鏈路和系統(tǒng)仿真介紹lte鏈路仿真的指標(biāo)鏈路級(jí)bler性能鏈路級(jí)吞吐量性能隨機(jī)接入正確檢測(cè)概率(enodb)小區(qū)初始化成功率(ue)頻偏估計(jì)性能sinr、cqi估計(jì)誤差發(fā)射機(jī)evmmodulationqpsk16qam64qamcode rate1/31/22/33/44/51/23/52/33/44/53/52/33/44/5blerblernpc confidentiallte鏈路和系統(tǒng)仿真介紹lte系統(tǒng)鏈路