TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)

1、TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)中國移動設(shè)計院無線所中國移動設(shè)計院無線所中國移動通信集團設(shè)計院有限公司2提綱提綱TD-LTE主要關(guān)鍵技術(shù)主要關(guān)鍵技術(shù) TD-LTE標準的意義及特點標準的意義及特點TD-SCDMA同同TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)比較關(guān)鍵技術(shù)比較 OFDM及SC-FDMALTE-Advanced 關(guān)鍵技術(shù)簡述關(guān)鍵技術(shù)簡述 MIMO多天線解決方案中國移動通信集團設(shè)計院有限公司33目前三大3G移動通信標準TD-SCDMA、WCDMA以及cdma2000都將LTE作為其下一步發(fā)展的方向2G2.5G2.75G3G3.5G3.75G3.9GGPRSEDGEeEDGEHSDPAR5HSUPAR6MBMS4GMBM

2、SCDMA 2000 1X EV-DO802.16 e802.16 mHSDPAHSPA+R7 FDD/TDD4GGSMTD-SCDMAWCDMAR99802.16 dCDMAIS95CDMA2000 1xLTEEV-DORev. AEV-DORev. BHSUPALTE成為移動通信技術(shù)演進的方向成為移動通信技術(shù)演進的方向中國移動通信集團設(shè)計院有限公司4LTE成為移動通信技術(shù)演進的方向成為移動通信技術(shù)演進的方向MME / S-GWMME / S-GWX2S1p移動性管理p服務(wù)網(wǎng)關(guān)pMME/SGW 與 eNode B的接口EPCE-UTRANpeNode B間的接口NodeBRNC+ =eNod

3、eBEPSeNode BX2X2eNode BeNode BUu靈活的多頻段配置先進的天線解決方案新的無線接入技術(shù)中國移動通信集團設(shè)計院有限公司5提綱提綱TD-LTE主要關(guān)鍵技術(shù)主要關(guān)鍵技術(shù) TD-LTE標準的意義及特點標準的意義及特點TD-SCDMA同同TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)比較關(guān)鍵技術(shù)比較OFDM及SC-FDMALTE-Advanced 關(guān)鍵技術(shù)簡述關(guān)鍵技術(shù)簡述 MIMO多天線解決方案中國移動通信集團設(shè)計院有限公司6nOFDM及及SC-FDMAnMIMO多天線解決方案多天線解決方案 TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)中國移動通信集團設(shè)計院有限公司7TD-LTE多址技術(shù)多址技術(shù)采用OFDMA取代CD

4、MA作為基本的多址技術(shù)下行多址技術(shù)采用CP-OFDMA 上行多址技術(shù)采用SC-FDMA1、主要是3GPP大多數(shù)公司于知識產(chǎn)權(quán)等利益平衡的結(jié)果2、CDMA的頻譜效率并不低于OFDMA3、OFDMA可以更好、更簡單地實現(xiàn)5M以上，特別是20M以上系統(tǒng)帶寬4、OFDMA能夠更好地對抗多徑衰落1、采用經(jīng)典OFDMA技術(shù)1、相比于OFDMA具有較小的PAPR值，適用于功率較小的終端2、TD-LTE采用基于頻域生成的單載波方法DFT擴展OFDM （DFT-S-OFDM）作為具體實現(xiàn)方法中國移動通信集團設(shè)計院有限公司8OFDM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用nOFDMOFDM技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展20世紀60

5、年代：OFDM技術(shù)提出；20世紀70年代：使用DFT/IDFT（FFT/IFFT）；20世紀80年代：引入循環(huán)前綴；20世紀90年代：數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展；寬帶有線/無線接入和廣播規(guī)模應(yīng)用；00年代：OFDM/MIMO技術(shù)；蜂窩移動通信組網(wǎng)技術(shù)；nOFDMOFDM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用廣播： DAB、DVB-T/H有線： ADSL/VDSLWPAN: UWBWLAN： 802.11a、HIPERLAN-2WMAN： 802.16d/e/m、HIPERMAN-2、WiBRO、WWAN：802.20、LTE（3GPP）、UMB（3GPP2）WRAN： 802.22IMT-Ad: 4G中國移動通信集

6、團設(shè)計院有限公司9OFDM技術(shù)原理技術(shù)原理OFDM將頻域劃分為多個子信道，各相鄰子信道相互重疊，但不同子信道相互正交。將高速的串行數(shù)據(jù)流分解成若干并行的子數(shù)據(jù)流同時傳輸采用循環(huán)前綴（CP）對抗符號間干擾OFDM符號持續(xù)時間 信道“相干時間”時，信道可以等效為“線性時不變”系統(tǒng)，降低信道時間選擇性衰落對傳輸系統(tǒng)的影響中國移動通信集團設(shè)計院有限公司10OFDM技術(shù)原理技術(shù)原理nOFDMOFDM子載波的帶寬子載波的帶寬 單載波系統(tǒng)= 低的峰均比（PAPR）；SC-FDMA的實現(xiàn)方式的實現(xiàn)方式中國移動通信集團設(shè)計院有限公司18通過改變不同用戶的DFT的輸出到IDFT輸入端的對應(yīng)關(guān)系，輸入數(shù)據(jù)符號的頻譜

7、可以被搬移至不同的位置，從而實現(xiàn)多用戶多址接入分為Localized單載波和Distributed單載波兩種，二者在進行DFT變換時子載波映射方式不同SC-FDMA的實現(xiàn)方式的實現(xiàn)方式中國移動通信集團設(shè)計院有限公司19SC-FDMA同同OFDMA的對比的對比nSC-FDMASC-FDMA同同OFDMAOFDMA的對比的對比SC-FDMA實質(zhì)是將有限帶寬內(nèi)數(shù)據(jù)做了一個相應(yīng)的時域到頻域的頻譜搬移以上例中假設(shè)采用以上例中假設(shè)采用QPSK調(diào)制，調(diào)制，載波數(shù)載波數(shù)N=4nSC-FDMASC-FDMA的不足的不足SC-FDMA只能對于單用戶獲得低PAPR的意義，隨著用戶數(shù)增加將接近OFDM的方式，因此它下

8、行鏈路中在此方面帶來的益處不大；SC-FDMA相比較OFDM技術(shù)，在信道譯碼過程中無法利用信道信息。中國移動通信集團設(shè)計院有限公司20n上行采用上行采用SC-FDMASC-FDMA的原因的原因OFDM的峰均比較高，功放效率降低，導(dǎo)致整機電源效率降低；終端的配置越來越多，功能越來越強大，導(dǎo)致對終端電源效率提出越來越高的要求，而電池技術(shù)卻一直沒有突破性進展，因此對終端的節(jié)能技術(shù)提出了越來越高的要求；nSC-FDMASC-FDMA及其實現(xiàn)方式及其實現(xiàn)方式TD-LTE系統(tǒng)中上行鏈路采用SC-FDMA技術(shù)，以期降低PAPR，提高功放效率，延長電池壽命；DFT-S-OFDM可以認為是SC-FDMA的頻域產(chǎn)

9、生方式，是OFDM在IFFT調(diào)制前進行了基于傅立葉變換的預(yù)編碼。上行上行SC-FDMA多址方式多址方式中國移動通信集團設(shè)計院有限公司21OFDMA及及SC-FDMA性能比較性能比較n鏈路級鏈路級BLERBLER比較比較以上仿真結(jié)果引用廠商調(diào)研資料，僅作參考中國移動通信集團設(shè)計院有限公司22OFDMA及及SC-FDMA性能比較性能比較n上行鏈路級吞吐量比較上行鏈路級吞吐量比較以上仿真結(jié)果引用廠商調(diào)研資料，僅作參考中國移動通信集團設(shè)計院有限公司23OFDMA及及SC-FDMA性能比較性能比較nPAPR及及CM性能比較性能比較以上仿真結(jié)果引用廠商調(diào)研資料，僅作參考PAPR：峰值平均功率比CM：立方度

10、量，表征功放功率效率的降低二者都是用來衡量傳輸技術(shù)對功放非線性的影響，LTE選用CM作為最準確方式。中國移動通信集團設(shè)計院有限公司24nOFDM及及SC-FDMAnMIMO多天線解決方案多天線解決方案TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)中國移動通信集團設(shè)計院有限公司25MIMO信道容量信道容量nMIMOMIMO信道容量本質(zhì)：信道容量本質(zhì)：等效多個正交并行子信道nMIMOMIMO信道容量特征：信道容量特征：MIMO系統(tǒng)利用空間的維度能夠提升系統(tǒng)的極限容量MIMO系統(tǒng)極限容量等于多個并行子信道容量之和MIMO系統(tǒng)的極限容量和空間相關(guān)性有關(guān)，空間相關(guān)性越高，MIMO信道容量越小中國移動通信集團設(shè)計院有限公司

11、26n下行下行公共天線端口LTE系統(tǒng)可以支持單天線發(fā)送（1x） 雙天線發(fā)送（2x）以及4天線發(fā)送（4x），從而提供不同級別的傳輸分集和空間復(fù)用增益專用天線端口以及靈活的天線端口映射技術(shù)，LTE系統(tǒng)可以支持更多發(fā)送天線，比如8天線發(fā)送，從而提供傳輸分集、空間復(fù)用增益同時，提供波束賦形增益MIMO配置配置n上行上行目前，LTE系統(tǒng)上行僅支持單天線發(fā)送可以采用天線選擇技術(shù)提供空間分集增益SC-FDMA及其實現(xiàn)方式中國移動通信集團設(shè)計院有限公司27n下行多天線技術(shù)下行多天線技術(shù) 傳輸分集SFBCSFBC+FSTD閉環(huán)Rank1預(yù)編碼空間復(fù)用開環(huán)空間復(fù)用閉環(huán)空間復(fù)用MU-MIMO波束賦形TD-LTE系統(tǒng)

12、的多天線技術(shù)實現(xiàn)方式系統(tǒng)的多天線技術(shù)實現(xiàn)方式n上行多天線技術(shù)上行多天線技術(shù)上行傳輸天線選擇(TSTD)MU-MIMO中國移動通信集團設(shè)計院有限公司28n發(fā)送接收分集發(fā)送接收分集多天線分集技術(shù)與單天線系統(tǒng)直觀相比并沒有增加系統(tǒng)吞吐量，但是由于改善了性能指標從而可以通過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)性不高的時候，抗衰落性能會更高，因此對于天線間距要求一般大于4倍波長，而當信道相關(guān)較大的時候則只能提高信噪比，無法對抗衰落信道多天線技術(shù)多天線技術(shù)傳輸分集傳輸分集中國移動通信集團設(shè)計院有限公司29nSTBC/SFBCSTBC/SF

13、BCSTBC主要在時域上進行編碼，SFBC在頻域（子載波）上進行編碼編碼具有正交性TD-LTE中只采用SFBC多天線技術(shù)多天線技術(shù)傳輸分集傳輸分集中國移動通信集團設(shè)計院有限公司30nFSTD/TSTDFSTD/TSTDLTE系統(tǒng)上行天線選擇技術(shù)可以看作是TSTD的一個特例多天線技術(shù)多天線技術(shù)傳輸分集傳輸分集LTE系統(tǒng)并沒有直接采用FSTD技術(shù)，而且與其他傳輸分集技術(shù)結(jié)合起來使用中國移動通信集團設(shè)計院有限公司31多天線技術(shù)多天線技術(shù)空分復(fù)用空分復(fù)用中國移動通信集團設(shè)計院有限公司32n基于預(yù)編碼的空分復(fù)用基于預(yù)編碼的空分復(fù)用在空間復(fù)用傳輸之前，多個數(shù)據(jù)流使用一個線性的預(yù)編碼矩陣或者向量進行預(yù)編碼操

14、作在發(fā)送天線與接收天線相等的情況下，預(yù)編碼操作可以正交化多個并行的傳輸，增加不同數(shù)據(jù)流之間的隔離度進一步，在發(fā)送天線數(shù)目大于接收天線數(shù)目的情況下，預(yù)編碼操作還可以獲得波束賦形增益/傳輸分集增益n開環(huán)空間復(fù)用開環(huán)空間復(fù)用Large-delay CDDeNodeB周期地分配不同的Precoding碼字到不同的數(shù)據(jù)子載波中。其中每m個子載波用不同的Precoding碼字，m為Rank數(shù)。Large-delay CDD方案只用于Rank1支持Rank 1和開環(huán)空間復(fù)用的動態(tài)Rank自適應(yīng)不需要PMI反饋，兩個碼子的CQI沒有空間差異多天線技術(shù)多天線技術(shù)空分復(fù)用空分復(fù)用中國移動通信集團設(shè)計院有限公司33

15、n閉環(huán)空間復(fù)用閉環(huán)空間復(fù)用eNodeB需要進行數(shù)據(jù)預(yù)編碼系統(tǒng)從預(yù)定義的碼本中選擇最適合的Precoding矩陣，預(yù)定義碼本同時保存在eNodeB和UE中UE在評估信道質(zhì)量的基礎(chǔ)上，選擇該時刻最適合的Precoding矩陣，并將矩陣索引發(fā)送給eNode Bn預(yù)編碼碼本預(yù)編碼碼本預(yù)編碼目的：改善SNR,減少干擾反饋內(nèi)容：CQI：信道質(zhì)量指示，包括寬帶和窄帶PMI：預(yù)編碼矩陣指示多天線技術(shù)多天線技術(shù)空分復(fù)用空分復(fù)用碼本方案可適用于不同的天線配置相關(guān)天線和非相關(guān)天線陣列交叉極化和線性天線陣列中國移動通信集團設(shè)計院有限公司34n波束賦形波束賦形波束賦形技術(shù)要求使用小間距的天線陣列，且天線單元數(shù)目要足夠多

16、波束賦形技術(shù)的實現(xiàn)方式是將一個單一的數(shù)據(jù)流通過加權(quán)形成一個指向用戶方向的波束，從而使得更多的功率可以集中在用戶的方向上波束賦形技術(shù)可以充分的利用TDD系統(tǒng)的信道對稱性多天線技術(shù)多天線技術(shù)雙流波束賦形雙流波束賦形中國移動通信集團設(shè)計院有限公司35n多用戶雙流波束賦形多用戶雙流波束賦形TD-SCDMA和TD-LTE R8的智能天線只能傳輸一個數(shù)據(jù)流給同一用戶。R9雙流增強技術(shù)無需改動基站硬件，即可以同時傳輸兩個數(shù)據(jù)流給同一用戶，系統(tǒng)峰值速率加倍，吞吐量明顯增加，相對FDD 22/42 MIMO有明顯優(yōu)勢雙流波束賦形技術(shù)應(yīng)用于信號散射體比較充分的條件下，結(jié)合了智能天線賦形技術(shù)和MIMO的空間復(fù)用技術(shù)

17、，利用了TDD信道的對稱性，同時傳輸多個數(shù)據(jù)流實現(xiàn)空分復(fù)用，能夠保持在傳統(tǒng)單流下實現(xiàn)廣覆蓋，提高小區(qū)容量和減少干擾多天線技術(shù)多天線技術(shù)雙流波束賦形雙流波束賦形中國移動通信集團設(shè)計院有限公司36n單用戶雙流波束賦形單用戶雙流波束賦形TD-LTE 系統(tǒng)中，基站測量上行信道，由上行信道狀態(tài)信息計算賦形矢量（賦形矢量的選取有利于降低各數(shù)據(jù)流間的干擾），對要發(fā)射的多個數(shù)據(jù)流進行下行賦形處理 終端接收機使用兩根天線進行接收（接收天線數(shù)不小于傳輸數(shù)據(jù)流數(shù)）單用戶雙流BF的吞吐量相比單流提高而整體小區(qū)的吞吐量提升多天線技術(shù)多天線技術(shù)雙流波束賦形雙流波束賦形 SU-MIMO based on Dual-stre

18、am beamforming same time-frequency 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司37n多用戶雙流波束賦形多用戶雙流波束賦形利用空間信道之間不相關(guān)特性支持兩個用戶各一個流 各用戶占用相同的時頻資源，采用多用戶調(diào)度算法減少多用戶間的干擾 能獲得空間復(fù)用增益而提升系統(tǒng)容量多天線技術(shù)多天線技術(shù)雙流波束賦形雙流波束賦形 SDMA based on Dual-stream beamforming same time-frequency 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司38eNB采用雙極化8天線陣列下行UE 2天線接收，上行輪流發(fā)射上行eNB 8天線接收，下行采用EBB算法實現(xiàn)波束賦形單流

19、方案一 8天線 Beamforming方案二 8天線 2x2 MIMO同極化的4天線組成某一子陣，即Ant1Ant4 和Ant5Ant8分別構(gòu)成兩個子陣子陣內(nèi)采用廣播波束賦形兩個子陣間實現(xiàn)MIMO雙流TD-LTE多天線方案多天線方案中國移動通信集團設(shè)計院有限公司39雙極化8天線中Ant1/Ant4/Ant5/Ant8 為間距最大的交叉極化4天線4天線實現(xiàn)MIMO雙流方案三 4x2 MIMO自適應(yīng)切換準則：基于吞吐率最大原則根據(jù)信道相關(guān)性瞬時值、信干比等信息，分別估算BF和雙流MIMO傳輸方式下各自的瞬時吞吐量，并采用瞬時吞吐量較高的一種方式方案四 自適應(yīng)MIMO / BFn總的來說，雙流，甚至

20、是多流波束賦性將是未來TD-LTE多天線技術(shù)的主要發(fā)展方向。n雙流波束賦性技術(shù)不僅可以提高小區(qū)中心用戶的吞吐量，而且可以提高小區(qū)邊緣的用戶的服務(wù)感受。TD-LTE多天線方案多天線方案中國移動通信集團設(shè)計院有限公司40p TD-LTETD-LTE規(guī)定的多天線傳輸方式：規(guī)定的多天線傳輸方式：n 傳輸方式1：單天線傳輸模式；n 傳輸方式2：傳輸分集，分2發(fā)送天線的SFBC，和4發(fā)送天線的SFBC+FSTD兩種方案；n 傳輸方式3：主傳輸方式為大時延循環(huán)延遲分集；n 傳輸方式4：主傳輸方式為閉環(huán)空間復(fù)用；n 傳輸方式5：主傳輸方式為MU-MIMO；n 傳輸方式6：主傳輸方式為Rank=1的閉環(huán)空間復(fù)用

21、；n 傳輸方式7：基于專用導(dǎo)頻的單流波束賦形；n 傳輸方式8：基于雙端口導(dǎo)頻的雙流波束賦形。TD-LTE多天線方案多天線方案中國移動通信集團設(shè)計院有限公司41TD-LTE多天線方案多天線方案Transmission modeDCI formatSearch SpaceTransmission scheme of PDSCH corresponding to PDCCHMode 1DCI format 1ACommon andUE specific by C-RNTISingle-antenna port, port 0 (see subclause 7.1.1)DCI format 1UE s

22、pecific by C-RNTISingle-antenna port, port 0 (see subclause 7.1.1)Mode 2DCI format 1ACommon andUE specific by C-RNTITransmit diversity (see subclause 7.1.2)DCI format 1UE specific by C-RNTITransmit diversity (see subclause 7.1.2)Mode 3DCI format 1ACommon andUE specific by C-RNTITransmit diversity (s

23、ee subclause 7.1.2)DCI format 2AUE specific by C-RNTILarge delay CDD (see subclause 7.1.3) or Transmit diversity (see subclause 7.1.2)Mode 4DCI format 1ACommon andUE specific by C-RNTITransmit diversity (see subclause 7.1.2)DCI format 2UE specific by C-RNTIClosed-loop spatial multiplexing (see subcl

24、ause 7.1.4)or Transmit diversity (see subclause 7.1.2)Mode 5DCI format 1ACommon andUE specific by C-RNTITransmit diversity (see subclause 7.1.2)DCI format 1DUE specific by C-RNTIMulti-user MIMO (see subclause 7.1.5)Mode 6DCI format 1ACommon andUE specific by C-RNTITransmit diversity (see subclause 7

25、.1.2)DCI format 1BUE specific by C-RNTIClosed-loop spatial multiplexing (see subclause 7.1.4) using a single transmission layerMode 7DCI format 1ACommon andUE specific by C-RNTIIf the number of PBCH antenna ports is one, Single-antenna port, port 0 is used (see subclause 7.1.1), otherwise Transmit d

26、iversity (see subclause 7.1.2)DCI format 1UE specific by C-RNTISingle-antenna port; port 5 (see subclause 7.1.1)Mode 8DCI format 1ACommon andUE specific by C-RNTIIf the number of PBCH antenna ports is one, Single-antenna port, port 0 is used (see subclause 7.1.1), otherwise Transmit diversity (see s

27、ubclause 7.1.2)DCI format 2BUE specific by C-RNTIDual layer transmission; port 7 and 8 (see subclause 7.1.5A) or single-antenna port; port 7 or 8 (see subclause 7.1.1)中國移動通信集團設(shè)計院有限公司42多多MIMO方案應(yīng)用場景方案應(yīng)用場景室外宏小區(qū)覆室外宏小區(qū)覆蓋：蓋： 4+4雙極化天線雙極化天線 BF+雙流雙流室外街道站覆蓋：室外街道站覆蓋： 1+1雙極化天線雙極化天線 雙流雙流室內(nèi)微小區(qū)覆蓋：室內(nèi)微小區(qū)覆蓋：22MIMOn不同不同MIMOMIMO技術(shù)適用于不同覆蓋場景，應(yīng)綜合應(yīng)用，靈活配置技術(shù)適用