TD-LTE無線原理與關(guān)鍵技術(shù)

1、TD-LTETD-LTE無線原理與關(guān)鍵技術(shù)無線原理與關(guān)鍵技術(shù)目目 錄錄 主要講：載波聚合、無線中繼。主要講述OFDM技術(shù)、MIMO技術(shù)小區(qū)干擾抑制和協(xié)調(diào)。LTE的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及各部分功能特點、幀結(jié)構(gòu)知識點說明。主要講述LTE的發(fā)展背景簡單說明。章節(jié)解析章節(jié)解析LTELTE技術(shù)背景技術(shù)背景產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因與與FDD技術(shù)優(yōu)勢技術(shù)優(yōu)勢系統(tǒng)不足系統(tǒng)不足1、移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的興起2、WiMAX技術(shù)的挑戰(zhàn)3、OFDMMIMO技術(shù)理論成熟1、頻譜效率高、配置靈活2、上下行轉(zhuǎn)換時刻設(shè)置靈活3、利用信道對稱性，提升系統(tǒng)性能4、設(shè)備成本相對較低1、終端移動速度受限2、干擾問題更加復(fù)雜3、同步要求高TD-LTETD-LT

2、E無線網(wǎng)絡(luò)原理無線網(wǎng)絡(luò)原理- -組網(wǎng)結(jié)構(gòu)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)取消RNC，大部分功能下放到eNB，少部分上升到EPC。取消CS域，純PS域。后期語音業(yè)務(wù)也是分組數(shù)據(jù)。用戶面和控制面分離:SGW和MME（移動性管理實體）。接入網(wǎng)和核心網(wǎng)“多-多”連接。實現(xiàn)全IP路由，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨近于IP寬帶網(wǎng)絡(luò)全全IP路由的扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)路由的扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)LTE系統(tǒng)=EPS=EPC+E-UTRUN=EPC+eNBEPC網(wǎng)元基本功能網(wǎng)元基本功能lMME：接入控制、移勱性管理；lS4 SGSN：2G/3G接入控制，相當于接入2G/3G的MME，進行移動性管理和會話管理；lS-GW：用戶面接入服務(wù)網(wǎng)關(guān)，相當于傳統(tǒng)Gn SGSN的用

3、戶面功能；lP-GW：SAE網(wǎng)絡(luò)的邊界網(wǎng)關(guān)，提供承載控制、計費、地址分配和非3GPP接入等功能，相當于傳統(tǒng)的GGSN；lHSS：用戶數(shù)據(jù)管理lPCRF：策略控制服務(wù)器；lAF：業(yè)務(wù)策略提供點eNBeNB功能功能eNB具有現(xiàn)有3GPP R5/R6/R7的NB功能和大部分的RNC功能，包括物理層功能（HARQ等），MAC，RRC，調(diào)度，無線接入控制，移動性管理等等。TD-LTETD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)原理無線網(wǎng)絡(luò)原理-TD-LTE-TD-LTE幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)LTE幀結(jié)構(gòu)分為幀結(jié)構(gòu)分為3層結(jié)構(gòu)：層結(jié)構(gòu)：l符號：1個子幀包含14個符號，用于區(qū)分數(shù)據(jù)信道和控制信道，如控制信道占下行子幀的前1-3個.l子幀（1

4、ms）：1個無線幀包含10個子幀，用于區(qū)分不同用戶，并區(qū)分單播（unicast）信道和廣播業(yè)務(wù)（MBSFN）信道。在TD-LTE還用于區(qū)分上、下行，每5ms包含1個“特殊子幀”。l無線幀（10ms）：用于各種物理過程的周期性操作，如測量、尋呼. 無線幀按轉(zhuǎn)換周期的不同分為5ms和10ms兩種無線幀。其中5ms轉(zhuǎn)換幀在一個無線幀中有兩個轉(zhuǎn)換點，HARQ反饋及時，利于對時延要求較高的場景；10ms轉(zhuǎn)換幀對時延 的保證略差，但損失的容量較小。 TD-LTE目前采用5ms周期幀結(jié)構(gòu)，分為4:1、3:2、2:3三種下行/上行配比（包括特殊子幀，特梳子幀只能用于傳輸下行數(shù)據(jù)），常用的有：3:2配比：上下行

5、基本對稱；4:1配比：下行最大化，和TD-SCDMA 4:2配比可鄰頻共存（如F頻段）另：轉(zhuǎn)換點是特殊子幀結(jié)構(gòu)：用于和各種TD-SCDMA鄰頻共存。TD-LTETD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)原理無線網(wǎng)絡(luò)原理-TD-LTE-TD-LTE幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)FDD LTE幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)#0幀幀: 10ms子幀: 1ms時隙0.5ms#1#2#3#4#5#6#7#8#9#19子幀: 1ms時隙0.5ms#0DwPTS特殊子幀: 1ms#2#3#4半幀: 5ms半幀: 5ms幀幀: 10msGPUpPTSTD-LTE幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)TD-LTETD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)原理無線網(wǎng)絡(luò)原理-TD-LTE-TD-LTE特殊子幀結(jié)構(gòu)特殊子

6、幀結(jié)構(gòu)特殊子幀特殊子幀配置配置Normal CPNormal CP（常規(guī)常規(guī)CPCP）1ms141ms14個碼個碼DwPTSDwPTSGPGPUpPTSUpPTS0 03 310101 11 19 94 41 12 210103 31 13 311112 21 14 412121 11 15 53 39 92 26 69 93 32 27 710102 22 28 811111 12 29 96 66 62 2 TD-LTE特殊子幀繼承了TD-SCDMA的特殊子幀設(shè)計思路，由DwPTS，GP和UpPTS組成。用于和各種TD-SCDMA鄰頻共存。 TD-LTE特殊子幀可有多種配置，用以改變DwP

7、TS，GP和UpPTS的長度。但無論如何改變，DwPTS + GP + UpPTS等于1ms。TD-LTE的特殊子幀配置和上下行時隙配置沒有制約關(guān)系，可以相對獨立的進行配置。 目前廠家支持10:2:2（以提高下行吞吐量為目的）和3:9:2（以避免遠距離同頻干擾或某些TD-S配置引起的干擾為目的）。DwPTSu主同步信號PSS在DwPTS上進行傳輸。uDwPTS上最多能傳兩個PDCCH OFDM符號（正常時隙能傳最多3個）。u只要DwPTS的符號數(shù)大于等于9，就能傳輸數(shù)據(jù)（R11新引入了6:6:2配置）。UpPTSl可以發(fā)送短RACH（做隨機接入用）和SRS（Sounding參考信號）。l因為資

8、源有限（最多僅占兩個OFDM符號），UpPTS不能傳輸上行信令或數(shù)據(jù)。TD-LTETD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)原理無線網(wǎng)絡(luò)原理- -物理資源物理資源物物理理資資源源基本時間基本時間OFDM符號符號時隙時隙slot子幀子幀無線幀無線幀天線端口天線端口PRB（Physical Resource Block，物理資源塊），是LTE系統(tǒng)中調(diào)度用戶的最小單位，PRB的大小和下行數(shù)據(jù)的最小載荷相匹配一個PRB由頻域上連續(xù)12個子載波（子載波寬度15kHz），時域上連續(xù)7個OFDM符號構(gòu)成(常規(guī)CP)，時隙大小0.5ms每子幀包含的PRB資源數(shù)由系統(tǒng)帶寬決定。20M帶寬的系統(tǒng)，每子幀包含100個PRB對。資源單元組

9、(REG)：控制區(qū)域中的RE集合，用于映射下行控制信道每個REG中包含4個數(shù)據(jù)RE（左圖藍色框內(nèi)淺色RE塊個數(shù)）控制信道單元(CCE)：由9個REG，36個RE組成。TD-LTETD-LTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)-OFDM-OFDM技術(shù)技術(shù)把一個傳輸帶寬通過把一個傳輸帶寬通過FFT劃分為許多小劃分為許多小的載波（子載波，數(shù)學(xué)上精確正交），的載波（子載波，數(shù)學(xué)上精確正交），相對于傳統(tǒng)的相對于傳統(tǒng)的FDM，子載波不需要保，子載波不需要保護帶寬，甚至重疊，可有效提高頻譜護帶寬，甚至重疊，可有效提高頻譜利用率。子載波越多，在相同帶寬情利用率。子載波越多，在相同帶寬情況下節(jié)省的頻寬越接近于況下節(jié)省的頻寬越接近

10、于50%。TD-LTETD-LTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)-OFDM-OFDM技術(shù)技術(shù)正交頻分復(fù)用技術(shù)正交頻分復(fù)用技術(shù)u寬頻信道分成正交子信道u高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流u每個子信道上傳輸?shù)退僮訑?shù)據(jù)流OFDM技術(shù)帶來挑戰(zhàn)技術(shù)帶來挑戰(zhàn)1、較高的峰均比(PAPR)，對RF功率放大器要求高2、受頻率偏差的影響:子載波間干擾(ICI）3、受時間偏差的影響:ISI(符號間干擾）&ICI 從理論上思考，精確正交無干擾，但由于電子工藝、復(fù)雜無線環(huán)境還是不可避免地有各種類型干擾。子載波為4時，四個獨立的載波形和疊加后的信號TD-LTETD-LTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)-OFDMA-OFDMA/SC-FDM

11、A/SC-FDMA將傳輸帶寬劃分成多個正交的子載波資源，將不同的子載波分配給不同的用戶實現(xiàn)多址。因為子載波相互正交，理論上小區(qū)內(nèi)用戶之間沒有干擾。在在LTE系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)中，由于OFDM有較大的峰均比，有較大的峰均比，UE的的RF發(fā)射功率受到限制，發(fā)射功率受到限制，因此影響到上下行采用的多址方式了，上行采用因此影響到上下行采用的多址方式了，上行采用SC-FDMA(單載波頻分多單載波頻分多址接入址接入)，下行采用，下行采用OFDMA，都是，都是OFDMA只是調(diào)度方式不同。只是調(diào)度方式不同。在這個調(diào)度周期中，用戶A是分布式，用戶B是集中式在任一調(diào)度周期中，一個用戶分得的子載波必須是連續(xù)的（R8/

12、9）集中式：連續(xù)集中式：連續(xù)RB分給一個用戶分給一個用戶優(yōu)點：調(diào)度開銷小(適合無線環(huán)境好的場景，高速下載)分布式：分配給用戶的分布式：分配給用戶的RB不連續(xù)不連續(xù)優(yōu)點：頻選調(diào)度增益較大（適合小區(qū)邊緣或低信噪比的場景）下行多址OFDMA時頻池圖上行多址SC-FDMA時頻池圖和下行OFDMA相同，將傳輸帶寬劃分成一系列正交的子載波資源，將不同的子載波資源分配給不同的用戶實現(xiàn)多址。注意不同的是：任一終端使用的子載波必須連續(xù)（R8/9）DFT-S-OFDM（SC-FDMA）具有單載波的特性，因而其發(fā)送信號峰均比較低，在上行功放要求相同的情況下，可以提高上行的功率效率，降低系統(tǒng)對終端的功耗要求。在TD-

13、LTE系統(tǒng)中，上行DFT-SOFDM不支持分布式（Distributed）的傳輸模式，而采用幀內(nèi)（時隙間）或幀間的跳頻來獲得頻率分集的增益。TD-LTETD-LTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)-MIM0-MIM0廣義定義：廣義定義：MIMO=Multiple-Input Multiple-Output=多進多出，即俗稱的“多天線技術(shù)”多個輸入和多個輸出既可以來自于多個數(shù)據(jù)流，也可以來自于一個數(shù)據(jù)流的多個版本。按照這個定義，各種多天線技術(shù)都可以算作MIMO技術(shù)狹義定義：狹義定義：多流MIMO,多個信號流在空中并行傳輸.按照這個定義，只有空間復(fù)用和空分多址可以算作MIMO特例：SIMO（單進多出）和MISO（

14、多進單出）從從MIMO的效果分類：的效果分類：傳輸分集傳輸分集（Transmit Diversity）或稱空間分集利用較大距離的天線陣元之間或賦形波束之間的不相關(guān)性，發(fā)射或接收一個數(shù)據(jù)流一個數(shù)據(jù)流，避免單個信道衰落信道衰落對整個鏈路的影響。作用：提高鏈路質(zhì)量，增強覆蓋，間接提高頻譜效率。波束賦形波束賦形（Beamforming）利用較小間距的天線陣元之間的相關(guān)性，通過陣元發(fā)射的波之間形成干涉，集中能量集中能量于某個（或某些）特定方向上，形成形成波束波束，從而實現(xiàn)更大的覆蓋和干擾抑制效果。作用：提高鏈路質(zhì)量，增強覆蓋，間接提高頻譜效率?？臻g復(fù)用空間復(fù)用（Spatial Multiplexing）

15、利用較大距離的天線陣元之間或賦形波束之間的不相關(guān)性，向一個一個終端/基站并行并行發(fā)射多個數(shù)據(jù)流多個數(shù)據(jù)流，以提高鏈路容量（峰值速率）作用：提高用戶數(shù)據(jù)率，直接提高頻譜效率?？辗侄嘀房辗侄嘀罚⊿DMA）利用較大距離的天線陣元之間或賦形波束之間的不相關(guān)性，向多個多個終端并行并行發(fā)射數(shù)據(jù)流，或從多個終端并行接收數(shù)據(jù)流，以提高用戶容量。與空間多址的區(qū)別在于單用戶和多用戶。作用：提高用戶容量，直接提高頻譜效率從是否在發(fā)射端有從是否在發(fā)射端有“信道先驗信息信道先驗信息”分類分類閉環(huán)（Close-loop）MIMO:通過反饋或通道互異性得到信道先驗信息。開環(huán)（Open-loop）MIMO:沒有信道先驗信息T

16、D-LTETD-LTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)-MIMO-MIMOTD-LTETD-LTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)-MIMO-MIMOModeMode 傳輸模式傳輸模式 技術(shù)描述技術(shù)描述天線要求天線要求應(yīng)用場景應(yīng)用場景1 1單天線傳輸信息通過單天線進行發(fā)送(單個天線端口)單天線無法布放雙通道無法布放雙通道室分系統(tǒng)的室內(nèi)站室內(nèi)站2 2發(fā)射分集同一信息的多個信號副本同一信息的多個信號副本分別通過分別通過多個多個衰落特性衰落特性相相互獨立的信道互獨立的信道進行發(fā)送進行發(fā)送大間距多天線大間距多天線信道質(zhì)量不好時，如信道質(zhì)量不好時，如小區(qū)邊小區(qū)邊緣、高速移動緣、高速移動3 3開環(huán)空間復(fù)用 終端不反饋信道信息終端不反饋信

17、道信息，發(fā)射端根據(jù)預(yù)定義的信道信，發(fā)射端根據(jù)預(yù)定義的信道信息來確定發(fā)射信號息來確定發(fā)射信號大間距多天線大間距多天線信道質(zhì)量高且空間獨立性強信道質(zhì)量高且空間獨立性強時（小區(qū)中心、高信噪比、時（小區(qū)中心、高信噪比、低相關(guān)性、高速移動）低相關(guān)性、高速移動）4 4閉環(huán)空間復(fù)用 需要終端反饋信道信息終端反饋信道信息，發(fā)射端采用該信息進行信號預(yù)處理以產(chǎn)生空間獨立性大間距多天線大間距多天線信道質(zhì)量高且空間獨立性強時。終端靜止時性能好（高終端靜止時性能好（高信噪比、低相關(guān)性、低速移信噪比、低相關(guān)性、低速移動）全小區(qū)動）全小區(qū)5 5多用戶MIMO 基站使用相同時頻資源相同時頻資源將多個數(shù)據(jù)流多個數(shù)據(jù)流發(fā)送給不同

18、用不同用戶戶，接收端利用多根天線對干擾數(shù)據(jù)流進行取消和零陷。大間距多天線大間距多天線用戶數(shù)量多、高信噪比、高相關(guān)性、低速移動、小區(qū)邊緣6 6單層閉環(huán) 空間復(fù)用 終端反饋RI=1時，發(fā)射端采用單層預(yù)編碼，使其適應(yīng)當前的信道大間距多天線大間距多天線高相關(guān)性、小區(qū)邊緣、大量用戶7 7單流 Beamforming 發(fā)射端利用上行信號來估計下行信道的特征，在下發(fā)射端利用上行信號來估計下行信道的特征，在下行信號發(fā)送時，每根天線上乘以相應(yīng)的特征權(quán)值，行信號發(fā)送時，每根天線上乘以相應(yīng)的特征權(quán)值，使其天線陣發(fā)射信號具有波束賦形效果使其天線陣發(fā)射信號具有波束賦形效果 小間距天線陣列小間距天線陣列信道質(zhì)量不好時，如

19、信道質(zhì)量不好時，如高相關(guān)高相關(guān)性、小區(qū)邊緣、低速性、小區(qū)邊緣、低速8 8雙流Beamforming 結(jié)合復(fù)用和智能天線技術(shù)，進行多路波束賦形發(fā)送結(jié)合復(fù)用和智能天線技術(shù)，進行多路波束賦形發(fā)送，既提高用戶信號強度，又提高用戶的峰值和均值速既提高用戶信號強度，又提高用戶的峰值和均值速率率 小間距天線陣列小間距天線陣列高信噪比、低速移動高信噪比、低速移動9 9高階MIMO/MU_MIMO R10里面的標準大間距多天線高信噪比、低速移動 傳輸模式是針對單個終端的傳輸模式是針對單個終端的，同小區(qū)不同終端可以有不同傳輸模式。同小區(qū)不同終端可以有不同傳輸模式。 eNB自行決定某一時刻對某一終端采用什么傳輸模式

20、，并通過RRC信令通知終端。TD-LTETD-LTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)-MIMO-MIMOMIMOMIMO模式自適應(yīng)模式自適應(yīng) MIMO實現(xiàn)小區(qū)中不同UE根據(jù)自身所處位置的信道質(zhì)量分配最優(yōu)的傳輸模式，提升TD-LTE小區(qū)容量；波束賦形傳輸模式提供賦形增益，提升小區(qū)邊緣用戶性能。模式3和模式8中均含有單流發(fā)射，當信道質(zhì)量快速惡化時，eNB可以快速切換到模式內(nèi)發(fā)射分集或單流波束賦形模式。 由于模式間自適應(yīng)需要基于RRC層信令，不可能頻繁實施，只能半靜態(tài)轉(zhuǎn)換。因此LTE在除TM1、2之外的其他MIMO模式中均增加了開環(huán)發(fā)送分集子模式（相當于TM2）。開環(huán)發(fā)送分集作為適用性最廣的MIMO技術(shù)，可以對每種

21、模式中的主要MIMO技術(shù)提供補充。相對與TM2進行模式間轉(zhuǎn)換，模式內(nèi)的轉(zhuǎn)換可以在MAC層內(nèi)直接完成，可以實現(xiàn)ms(毫秒)級別的快速轉(zhuǎn)換，更加靈活高效。每種模式中的開環(huán)發(fā)送分集子模式，也可以作為向其他模式轉(zhuǎn)換之前的“預(yù)備狀態(tài)”。TD-LTETD-LTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)- -小區(qū)干擾抑制和協(xié)調(diào)小區(qū)干擾抑制和協(xié)調(diào)LTE系統(tǒng)是“窄帶傳輸、窄帶干擾”，干擾主要有（符號間干擾）ISIICI（載波間干擾），相鄰小區(qū)在小區(qū)邊界實質(zhì)也是此類干擾。（在無協(xié)調(diào)的情況下，兩個小區(qū)占用的子載波是隨機的，兩個小區(qū)資源塊碰撞，產(chǎn)生干擾）3GPP提出了多種解決干擾的方案，包括干擾隨機化、干擾消除和干擾協(xié)調(diào)技術(shù)。其中，干擾隨機化利用干擾的統(tǒng)計特性對干擾進行抑制，誤差較大。干擾消除技術(shù)可以明顯改善小區(qū)邊緣的系統(tǒng)性能，獲得較高的頻譜效率。但是它對帶寬較小的業(yè)務(wù)不太適用，系統(tǒng)實現(xiàn)比較復(fù)雜。干擾協(xié)調(diào)技術(shù)最為簡單，能很好的抑制干擾，可以應(yīng)用于各種帶寬的業(yè)務(wù)。小區(qū)間干擾隨機化小區(qū)間干擾隨機化干擾隨機化就是要將干擾隨機化，使