TD-LTE关键技术

1、TD-LTE关键技术中国移动设计院无线所中国移动设计院无线所中国移动通信集团设计院有限公司2提纲提纲TD-LTE主要关键技术主要关键技术 TD-LTE标准的意义及特点标准的意义及特点TD-SCDMA同同TD-LTE关键技术比较关键技术比较 OFDM及SC-FDMALTE-Advanced 关键技术简述关键技术简述 MIMO多天线解决方案中国移动通信集团设计院有限公司33目前三大3G移动通信标准TD-SCDMA、WCDMA以及cdma2000都将LTE作为其下一步发展的方向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成为移动通信技术演进的方向成为移动通信技术演进的方向中国移动通信集团设计院有限公司4LTE成为移动通信技术演进的方向成为移动通信技术演进的方向MME / S-GWMME / S-GWX2S1p移动性管理p服务网关pMME/SGW 与 eNode B的接口EPCE-UTRANpeNode B间的接口NodeBRNC+ =eNod

3、eBEPSeNode BX2X2eNode BeNode BUu灵活的多频段配置先进的天线解决方案新的无线接入技术中国移动通信集团设计院有限公司5提纲提纲TD-LTE主要关键技术主要关键技术 TD-LTE标准的意义及特点标准的意义及特点TD-SCDMA同同TD-LTE关键技术比较关键技术比较OFDM及SC-FDMALTE-Advanced 关键技术简述关键技术简述 MIMO多天线解决方案中国移动通信集团设计院有限公司6nOFDM及及SC-FDMAnMIMO多天线解决方案多天线解决方案 TD-LTE关键技术关键技术中国移动通信集团设计院有限公司7TD-LTE多址技术多址技术采用OFDMA取代CD

4、MA作为基本的多址技术下行多址技术采用CP-OFDMA 上行多址技术采用SC-FDMA1、主要是3GPP大多数公司于知识产权等利益平衡的结果2、CDMA的频谱效率并不低于OFDMA3、OFDMA可以更好、更简单地实现5M以上，特别是20M以上系统带宽4、OFDMA能够更好地对抗多径衰落1、采用经典OFDMA技术1、相比于OFDMA具有较小的PAPR值，适用于功率较小的终端2、TD-LTE采用基于频域生成的单载波方法DFT扩展OFDM （DFT-S-OFDM）作为具体实现方法中国移动通信集团设计院有限公司8OFDM技术的发展与应用技术的发展与应用nOFDMOFDM技术的发展技术的发展20世纪60

5、年代：OFDM技术提出；20世纪70年代：使用DFT/IDFT（FFT/IFFT）；20世纪80年代：引入循环前缀；20世纪90年代：数字信号处理技术的发展；宽带有线/无线接入和广播规模应用；00年代：OFDM/MIMO技术；蜂窝移动通信组网技术；nOFDMOFDM技术的应用技术的应用广播： DAB、DVB-T/H有线： 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中国移动通信集

6、团设计院有限公司9OFDM技术原理技术原理OFDM将频域划分为多个子信道，各相邻子信道相互重叠，但不同子信道相互正交。将高速的串行数据流分解成若干并行的子数据流同时传输采用循环前缀（CP）对抗符号间干扰OFDM符号持续时间 信道“相干时间”时，信道可以等效为“线性时不变”系统，降低信道时间选择性衰落对传输系统的影响中国移动通信集团设计院有限公司10OFDM技术原理技术原理nOFDMOFDM子载波的带宽子载波的带宽 单载波系统= 低的峰均比（PAPR）；SC-FDMA的实现方式的实现方式中国移动通信集团设计院有限公司18通过改变不同用户的DFT的输出到IDFT输入端的对应关系，输入数据符号的频谱

7、可以被搬移至不同的位置，从而实现多用户多址接入分为Localized单载波和Distributed单载波两种，二者在进行DFT变换时子载波映射方式不同SC-FDMA的实现方式的实现方式中国移动通信集团设计院有限公司19SC-FDMA同同OFDMA的对比的对比nSC-FDMASC-FDMA同同OFDMAOFDMA的对比的对比SC-FDMA实质是将有限带宽内数据做了一个相应的时域到频域的频谱搬移以上例中假设采用以上例中假设采用QPSK调制，调制，载波数载波数N=4nSC-FDMASC-FDMA的不足的不足SC-FDMA只能对于单用户获得低PAPR的意义，随着用户数增加将接近OFDM的方式，因此它下

8、行链路中在此方面带来的益处不大；SC-FDMA相比较OFDM技术，在信道译码过程中无法利用信道信息。中国移动通信集团设计院有限公司20n上行采用上行采用SC-FDMASC-FDMA的原因的原因OFDM的峰均比较高，功放效率降低，导致整机电源效率降低；终端的配置越来越多，功能越来越强大，导致对终端电源效率提出越来越高的要求，而电池技术却一直没有突破性进展，因此对终端的节能技术提出了越来越高的要求；nSC-FDMASC-FDMA及其实现方式及其实现方式TD-LTE系统中上行链路采用SC-FDMA技术，以期降低PAPR，提高功放效率，延长电池寿命；DFT-S-OFDM可以认为是SC-FDMA的频域产

9、生方式，是OFDM在IFFT调制前进行了基于傅立叶变换的预编码。上行上行SC-FDMA多址方式多址方式中国移动通信集团设计院有限公司21OFDMA及及SC-FDMA性能比较性能比较n链路级链路级BLERBLER比较比较以上仿真结果引用厂商调研资料，仅作参考中国移动通信集团设计院有限公司22OFDMA及及SC-FDMA性能比较性能比较n上行链路级吞吐量比较上行链路级吞吐量比较以上仿真结果引用厂商调研资料，仅作参考中国移动通信集团设计院有限公司23OFDMA及及SC-FDMA性能比较性能比较nPAPR及及CM性能比较性能比较以上仿真结果引用厂商调研资料，仅作参考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来衡量传输技术对功放非线性的影响，LTE选用CM作为最准确方式。中国移动通信集团设计院有限公司24nOFDM及及SC-FDMAnMIMO多天线解决方案多天线解决方案TD-LTE关键技术关键技术中国移动通信集团设计院有限公司25MIMO信道容量信道容量nMIMOMIMO信道容量本质：信道容量本质：等效多个正交并行子信道nMIMOMIMO信道容量特征：信道容量特征：MIMO系统利用空间的维度能够提升系统的极限容量MIMO系统极限容量等于多个并行子信道容量之和MIMO系统的极限容量和空间相关性有关，空间相关性越高，MIMO信道容量越小中国移动通信集团设计院有限公司

11、26n下行下行公共天线端口LTE系统可以支持单天线发送（1x） 双天线发送（2x）以及4天线发送（4x），从而提供不同级别的传输分集和空间复用增益专用天线端口以及灵活的天线端口映射技术，LTE系统可以支持更多发送天线，比如8天线发送，从而提供传输分集、空间复用增益同时，提供波束赋形增益MIMO配置配置n上行上行目前，LTE系统上行仅支持单天线发送可以采用天线选择技术提供空间分集增益SC-FDMA及其实现方式中国移动通信集团设计院有限公司27n下行多天线技术下行多天线技术 传输分集SFBCSFBC+FSTD闭环Rank1预编码空间复用开环空间复用闭环空间复用MU-MIMO波束赋形TD-LTE系统

12、的多天线技术实现方式系统的多天线技术实现方式n上行多天线技术上行多天线技术上行传输天线选择(TSTD)MU-MIMO中国移动通信集团设计院有限公司28n发送接收分集发送接收分集多天线分集技术与单天线系统直观相比并没有增加系统吞吐量，但是由于改善了性能指标从而可以通过提高编码率和降低重传率提高系统容量多天线分集技术有很好的抗衰落功能，尤其在信道散射丰富、多根天线之间相关性不高的时候，抗衰落性能会更高，因此对于天线间距要求一般大于4倍波长，而当信道相关较大的时候则只能提高信噪比，无法对抗衰落信道多天线技术多天线技术传输分集传输分集中国移动通信集团设计院有限公司29nSTBC/SFBCSTBC/SF

13、BCSTBC主要在时域上进行编码，SFBC在频域（子载波）上进行编码编码具有正交性TD-LTE中只采用SFBC多天线技术多天线技术传输分集传输分集中国移动通信集团设计院有限公司30nFSTD/TSTDFSTD/TSTDLTE系统上行天线选择技术可以看作是TSTD的一个特例多天线技术多天线技术传输分集传输分集LTE系统并没有直接采用FSTD技术，而且与其他传输分集技术结合起来使用中国移动通信集团设计院有限公司31多天线技术多天线技术空分复用空分复用中国移动通信集团设计院有限公司32n基于预编码的空分复用基于预编码的空分复用在空间复用传输之前，多个数据流使用一个线性的预编码矩阵或者向量进行预编码操

14、作在发送天线与接收天线相等的情况下，预编码操作可以正交化多个并行的传输，增加不同数据流之间的隔离度进一步，在发送天线数目大于接收天线数目的情况下，预编码操作还可以获得波束赋形增益/传输分集增益n开环空间复用开环空间复用Large-delay CDDeNodeB周期地分配不同的Precoding码字到不同的数据子载波中。其中每m个子载波用不同的Precoding码字，m为Rank数。Large-delay CDD方案只用于Rank1支持Rank 1和开环空间复用的动态Rank自适应不需要PMI反馈，两个码子的CQI没有空间差异多天线技术多天线技术空分复用空分复用中国移动通信集团设计院有限公司33

15、n闭环空间复用闭环空间复用eNodeB需要进行数据预编码系统从预定义的码本中选择最适合的Precoding矩阵，预定义码本同时保存在eNodeB和UE中UE在评估信道质量的基础上，选择该时刻最适合的Precoding矩阵，并将矩阵索引发送给eNode Bn预编码码本预编码码本预编码目的：改善SNR,减少干扰反馈内容：CQI：信道质量指示，包括宽带和窄带PMI：预编码矩阵指示多天线技术多天线技术空分复用空分复用码本方案可适用于不同的天线配置相关天线和非相关天线阵列交叉极化和线性天线阵列中国移动通信集团设计院有限公司34n波束赋形波束赋形波束赋形技术要求使用小间距的天线阵列，且天线单元数目要足够多

16、波束赋形技术的实现方式是将一个单一的数据流通过加权形成一个指向用户方向的波束，从而使得更多的功率可以集中在用户的方向上波束赋形技术可以充分的利用TDD系统的信道对称性多天线技术多天线技术双流波束赋形双流波束赋形中国移动通信集团设计院有限公司35n多用户双流波束赋形多用户双流波束赋形TD-SCDMA和TD-LTE R8的智能天线只能传输一个数据流给同一用户。R9双流增强技术无需改动基站硬件，即可以同时传输两个数据流给同一用户，系统峰值速率加倍，吞吐量明显增加，相对FDD 22/42 MIMO有明显优势双流波束赋形技术应用于信号散射体比较充分的条件下，结合了智能天线赋形技术和MIMO的空间复用技术

17、，利用了TDD信道的对称性，同时传输多个数据流实现空分复用，能够保持在传统单流下实现广覆盖，提高小区容量和减少干扰多天线技术多天线技术双流波束赋形双流波束赋形中国移动通信集团设计院有限公司36n单用户双流波束赋形单用户双流波束赋形TD-LTE 系统中，基站测量上行信道，由上行信道状态信息计算赋形矢量（赋形矢量的选取有利于降低各数据流间的干扰），对要发射的多个数据流进行下行赋形处理 终端接收机使用两根天线进行接收（接收天线数不小于传输数据流数）单用户双流BF的吞吐量相比单流提高而整体小区的吞吐量提升多天线技术多天线技术双流波束赋形双流波束赋形 SU-MIMO based on Dual-stre

18、am beamforming same time-frequency 中国移动通信集团设计院有限公司37n多用户双流波束赋形多用户双流波束赋形利用空间信道之间不相关特性支持两个用户各一个流 各用户占用相同的时频资源，采用多用户调度算法减少多用户间的干扰 能获得空间复用增益而提升系统容量多天线技术多天线技术双流波束赋形双流波束赋形 SDMA based on Dual-stream beamforming same time-frequency 中国移动通信集团设计院有限公司38eNB采用双极化8天线阵列下行UE 2天线接收，上行轮流发射上行eNB 8天线接收，下行采用EBB算法实现波束赋形单流

19、方案一 8天线 Beamforming方案二 8天线 2x2 MIMO同极化的4天线组成某一子阵，即Ant1Ant4 和Ant5Ant8分别构成两个子阵子阵内采用广播波束赋形两个子阵间实现MIMO双流TD-LTE多天线方案多天线方案中国移动通信集团设计院有限公司39双极化8天线中Ant1/Ant4/Ant5/Ant8 为间距最大的交叉极化4天线4天线实现MIMO双流方案三 4x2 MIMO自适应切换准则：基于吞吐率最大原则根据信道相关性瞬时值、信干比等信息，分别估算BF和双流MIMO传输方式下各自的瞬时吞吐量，并采用瞬时吞吐量较高的一种方式方案四 自适应MIMO / BFn总的来说，双流，甚至

20、是多流波束赋性将是未来TD-LTE多天线技术的主要发展方向。n双流波束赋性技术不仅可以提高小区中心用户的吞吐量，而且可以提高小区边缘的用户的服务感受。TD-LTE多天线方案多天线方案中国移动通信集团设计院有限公司40p TD-LTETD-LTE规定的多天线传输方式：规定的多天线传输方式：n 传输方式1：单天线传输模式；n 传输方式2：传输分集，分2发送天线的SFBC，和4发送天线的SFBC+FSTD两种方案；n 传输方式3：主传输方式为大时延循环延迟分集；n 传输方式4：主传输方式为闭环空间复用；n 传输方式5：主传输方式为MU-MIMO；n 传输方式6：主传输方式为Rank=1的闭环空间复用

21、；n 传输方式7：基于专用导频的单流波束赋形；n 传输方式8：基于双端口导频的双流波束赋形。TD-LTE多天线方案多天线方案中国移动通信集团设计院有限公司41TD-LTE多天线方案多天线方案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)中国移动通信集团设计院有限公司42多多MIMO方案应用场景方案应用场景室外宏小区覆室外宏小区覆盖：盖： 4+4双极化天线双极化天线 BF+双流双流室外街道站覆盖：室外街道站覆盖： 1+1双极化天线双极化天线 双流双流室内微小区覆盖：室内微小区覆盖：22MIMOn不同不同MIMOMIMO技术适用于不同覆盖场景，应综合应用，灵活配置技术适用