移动通信课件：Ch9(TD-LTE)

1、课程内容nTD-LTE概述概述lLTE简介简介lLTE相关组织介绍nTD-LTE网络架构 nTD-LTE关键技术nTD-LTE与LTE FDD的区别LTE背景n2004年11月3GPP （第三代合作伙伴计划组织） TSG RAN workshop启动LTE项目nLTE表示3GPP长期演进 ( Long Term Evolution ) ，也被称为3.9G技术。LTE是超越3G与HSPA阶段迈向4G的进阶版本技术。n而B3G/4G等未来新的空中接口技术，称为IMT-Advanced技术移动通信技术的演进路线n多种标准共存、汇聚集中n多个频段共存n移动网络宽带化、IP化趋势2G2.5G2.75G3

2、G3.5G3.75G3.9GGPRSEDGEHSDPAR5HSUPAR6MBMS4GMBMSCDMA 2000 1X EV-DO802.16 e802.16 mHSDPAHSPA+R7 FDD/TDD4GGSMTD-SCDMAWCDMAR99802.16 dCDMAIS95CDMA2000 1xLTEEV-DORev. AEV-DORev. BHSUPAHSPA+R7峰值数据率1实现峰值速率的显著提高，峰值速率与系统占用带宽成正比2在20MHz 带宽内实现100Mbit/s的下行峰值速率(频谱效率5 bit/s/Hz)3在20MHz 带宽内实现50Mbit/s的上行峰值速率(频谱效率2.5 b

3、it/s/Hz)目标目标移动性nE-UTRAN系统应能够支持:l对较低的移动速度 ( 0 - 15 km/h ) 优化l在更高的移动速度下 (15 - 120 km/h ) 可实现较高的性能l在120 - 350 km/h的移动速度 (在某些频段甚至应该支持500 km/h ) 下要保持网络的移动性l在各种移动速度下，所支持的语音和实时业务的服务质量都要达到或超过UTRAN下所支持的频谱n频谱灵活性lE-UTRAN系统可部署在不同尺寸的频谱中，包括1.4、 3、 5、10、15 和 20 MHz, 支持对已使用频率资源的重复利用l上行和下行支持成对或非成对的频谱n共存l与3G系统在相同地区邻频

4、l与其他运营商在相同地区邻频l与 UTRAN 切换l与非 3GPP 技术 (CDMA 2000, WiFi, WiMAX)切换LTE 频段划分LTE关键技术 n频谱灵活l支持更多的频段l灵活的带宽l灵活的双工方式n先进的天线解决方案l分集技术lMIMO技术lBeamforming技术n新的无线接入技术lOFDMA课程内容nTD-LTE概述 nTD-LTE网络架构网络架构 nTD-LTE关键技术nTD-LTE与LTE FDD的区别LTE 网络构架MME / S-GWMME / S-GWX2S1p 移动性管理移动性管理p 服务网关服务网关p MME/SGW 与与 eNode B的接口的接口EPCE

5、-UTRANp eNode B间的接口间的接口Node BRNC+=eNode BEPSeNode BX2X2eNode BeNode BUup E-UTRAN中只有一种网元中只有一种网元eNode Bp 演进分组核心网演进分组核心网EPCp 演进分组系统演进分组系统EPS课程内容nTD-LTE概述 nTD-LTE网络架构 nTD-LTE关键技术关键技术nTD-LTE与LTE FDD的区别n频域多址技术频域多址技术 OFDM/OFDMAnMIMO技术技术n高阶调制技术高阶调制技术nHARQ技术技术n链路自适应技术链路自适应技术 AMCn小区干扰消除小区干扰消除OFDM（正交频分多路复用）（正交

6、频分多路复用）OFDM相对于一般的多载波传输的不同之处是它允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间相互正交则可以从混迭的子载波上分离出数据信息。由于OFDM允许子载波频谱混迭，其频谱效率大大提高，因而是一种高效的调制方式。 常规频分复用常规频分复用正交频分复用正交频分复用每个载波间的频率是正交的，也就是说在每个载波频率的峰值上其它所有载波的幅度为零各个载波可以重复排列，有效地提高频谱的利用OFDM（正交频分多路复用）（正交频分多路复用）lOFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)：是一种高效的数据传输方式，其基本思想是把高速数据流分散到多

7、个正交的子载波上传输，从而使每个子载波上的符号速率大幅度降低，符号持续时间加长，因而对时延扩展有较强的抵抗力，减小了符号间干扰的影响。lOFDM子载波的带宽 信道“相干带宽”时，可以认为该信道是“非频率选择性信道”，所经历的衰落是“平坦衰落”OFDM（正交频分多路复用）（正交频分多路复用）S/PkX1NX0XTsNTsNTsNTsNTstfje02tfjke2tfjNe1210,NkXk( )S tOFDM（正交频分多路复用）（正交频分多路复用）多载波发射多载波接收0Ytfje02tfjke2tfjNe12R(t) dt dt dtt=NTskYt=NTs1NYt=NTsP/SOFDM（正交频

8、分多路复用）（正交频分多路复用）OFDMA示意图下行上行OFDMA示例n最大支持64 QAMn兼容MIMOSub-carriers Sub-frame Frequency Time Time frequency resource for User 1 Time frequency resource for User 2 Time frequency resource for User 3 System Bandwidth n频域多址技术频域多址技术 OFDM/OFDMAnMIMO技术技术n高阶调制技术高阶调制技术nHARQ技术技术n链路自适应技术链路自适应技术 AMCn小区干扰消除小区干扰消除

9、多天线技术-MIMOn多天线技术l MIMO：多入多出 (Multiple Input Multiple Output)l SISO：单入单出 (Single Input Single Output)l SIMO：单入多出 (Single Input Multiple Output)l LTE的基本配置是DL 2*2 和UL 1*2 , 最大支持 4*4MIMO概念nMIMO技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的带宽内由多个发射天线上同时刻发射，经过无线信道后，由多个接收天线接收，并根据各个并行数据流的空间特性（Spatial Signature），利用解调技术，最终恢复

10、出原数据流。 MIMO的优点n阵列增益：可以提高发射功率和进行波束形成n系统的空间分集特性：可以改善信道衰落造成的干扰n系统的空间复用增益：可以构造空间正交的信道，从而成倍地增加数据率LTE下行MIMO模式1单天线端口，端口单天线端口，端口 0 2发射分集发射分集 3开环空分复用开环空分复用457闭环空分复用闭环空分复用多用户多用户 MIMO非码本波束成形非码本波束成形 6码本波束成形码本波束成形 预编码预编码 LTE 定义了定义了7种下行种下行MIMO传输模式（由高层通过传输模式通知传输模式（由高层通过传输模式通知UE） 提高用户峰值速率提高用户峰值速率提高小区吞吐量提高小区吞吐量增强小区覆

11、盖，增强小区覆盖，抑制干扰抑制干扰对抗衰落LTE下行的SU-MIMOSU-MIMO: 空分复用两个数据流在一个TTI中传送给UESU-MIMO: 发射分集只传给UE一个数据流LTE下行的MU-MIMOMU-MIMO 结合空分复用.给每个UE传送两个数据流.MU-MIMO 结合发射分集.给每个UE传送一个数据流.LTE上行中的MIMOn上行支持 MU-MIMOn目前支持的配置是1x2 或1x4.n将来支持2x2 或4x4.n频域多址技术频域多址技术 OFDM/OFDMAnMIMO技术技术n高阶调制技术高阶调制技术nHARQ技术技术n链路自适应技术链路自适应技术 AMCn小区干扰消除小区干扰消除高

12、阶调制-2-1.5-1-0.500.511.52-2-1.5-1-0.500.511.5201LTE BPSK Constellation Map-2-1.5-1-0.500.511.52-2-1.5-1-0.500.511.5200011011LTE QPSK Constellation Map-1.5-1-0.500.511.5-1.5-1-0.500.511.50000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111LTE 16QAM Constellation Map-1.5-1-0.500.511.5-1.5-1

13、-0.500.511.5000000000001000010000011000100000101000110000111001000001001001010001011001100001101001110001111010000010001010010010011010100010101010110010111011000011001011010011011011100011101011110011111100000100001100010100011100100100101100110100111101000101001101010101011101100101101101110101111

14、110000110001110010110011110100110101110110110111111000111001111010111011111100111101111110111111LTE 64QAM Constellation Mapn高阶调制可提高峰值速率.nLTE 支持BPSK, QPSK, 16QAM 和64QAM.n频域多址技术频域多址技术 OFDM/OFDMAnMIMO技术技术n高阶调制技术高阶调制技术nHARQ技术技术n链路自适应技术链路自适应技术 AMCn小区干扰消除小区干扰消除混合自动重传请求（ HARQ）nFEC：前向纠错编码 (Forward Error Cor

15、rection)nARQ：自动重传请求(Automatic Repeat Request)nHARQ=FEC+ARQFEC 通信系统劣势劣势:u 可靠性较低可靠性较低;u 对信道的自适应能力较低对信道的自适应能力较低u 为保证更高的可靠性需要较长的码，因为保证更高的可靠性需要较长的码，因此编码效率较低，复杂度和成本较高此编码效率较低，复杂度和成本较高优势优势:u 更高的系统传输效率更高的系统传输效率; u 自动错误纠正，无需反馈及重传自动错误纠正，无需反馈及重传;u 低时延低时延.ARQ 通信系统劣势劣势:u 连续性和实时性较低连续性和实时性较低;u 传输效率较低传输效率较低;优势优势:u 复

16、杂性较低复杂性较低;u 可靠性较高可靠性较高; u 适应性较高适应性较高;HARQ机制HARQ实际上整合了实际上整合了ARQ的高可靠性和的高可靠性和FEC的高效率的高效率n频域多址技术频域多址技术 OFDM/OFDMAnMIMO技术技术n高阶调制技术高阶调制技术nHARQ技术技术n链路自适应技术链路自适应技术 AMCn小区干扰消除小区干扰消除链路自适应 AMC原理nQPSK, 16QAM 和64QAM.n“连续”的编码速率（0.07 0.93）.n频域多址技术频域多址技术 OFDM/OFDMAnMIMO技术技术n高阶调制技术高阶调制技术nHARQ技术技术n链路自适应技术链路自适应技术 AMCn

17、小区干扰消除小区干扰消除小区间干扰消除n小区间干扰消除技术方法包括：l 加扰l 跳频传输l 发射端波束赋形以及IRC l 小区间干扰协调 l 功率控制小区间干扰消除加扰nLTE系统充分使用序列的随机化避免小区间干扰n一般情况下，加扰在信道编码之后、数据调制之前进行即比特级的加扰l扰码序列一般与UE ID、小区ID以及时隙起始位置有关nPHICH（物理混合重传指示信道：也就是ACK/NACK信号）的加扰是在调制之后，进行扩频时进行加扰小区间干扰消除跳频传输n目前LTE上下行都可以支持跳频传输，通过进行跳频传输可以随机化小区间的干扰l有些物理信道采用子帧内跳频传输，有些采用子帧间的跳频传输小区间干

18、扰消除发射端波束赋形n提高期望用户的信号强度 n降低信号对其他用户的干扰 n特别的，如果波束赋形时已经知道被干扰用户的方位，可以主动降低对该方向辐射能量下行上行小区间干扰消除 IRCn当接收端也存在多根天线时，接收端也可以利用多根天线降低用户间干扰，其主要的原理是通过对接收信号进行加权，抑制强干扰，称为IRC（Interference Rejection Combining：干扰抑制合并）频率资源协调(example)小区间干扰消除小区间干扰协调n基本思想 ：以小区间协调的方式对资源的使用进行限制，包括限制哪些时频资源可用，或者在一定的时频资源上限制其发射功率 n静态的小区间干扰协调l不需要标

19、准支持l频率资源协调/功率资源协调课程内容nTD-LTE概述 nTD-LTE网络架构 nTD-LTE协议栈nTD-LTE关键技术nTD-LTE与与LTE FDD的区别的区别TD-LTE与LTE FDD技术综合对比 技术体制技术体制TD-LTELTE FDD采用的相同的关键技术采用的相同的关键技术信道带宽灵活配置1.4M，3M，5M，10M，15M，20M1.4M，3M，5M，10M，15M，20M帧长10ms (半帧5ms，子帧1ms)10ms (子帧1ms)信道编码卷积码、Turbo码卷积码、Turbo码调制方式QPSK，16QAM，64QAMQPSK，16QAM，64QAM功率控制开环结合闭环开环结合闭环MIMO多天线技术支持支持技术差异技术差异双工方式TDDFDD子帧上下行配置无线帧中多种子帧上下行配置方式无线帧全部上行或者下行配置HARQ个数与延时随上下行配置方式不同而不同个数与延时固定调度周期随上下行配置方式不同而不同，最小1ms1ms双工方式对比 上行/下行频率上行/下行时间保护间隔下行上行下行时间频率下行上行双工滤波器保护带n用时间来分离接收和发送信道，时间资源在两个方向上进行分配，基站和移动台之间须协同一致才能顺利工作 n在支持对称业务时，能