TD-LTE 4G移动通信技术入门培训

1、TD-LTE基础技术简介基础技术简介2 TD-LTE关键技术2 TD-LTE帧结构物理信道及主要测量量3主要内容 TDD频谱和RRU简介4 TD-LTE简介1 LTE网络结构的重要性53什么是TD-LTE LTE=Long Term Evolution=长期演进，是3GPP指定的下一代无线通信标准。 TD-LTE=LTE的TDD模式。 在2004年WiMAX对UMTS技术产生挑战（尤其是HSDPA技术）时，3GPP急于开发和WiMAX抗衡的、以OFDM/FDMA为核心技术、支持20MHz系统带宽的、具有相似甚至更高性能的技术。长期可以在IMT-Advanced标准化上先发制人。 LTE是以OF

2、DM为核心的技术，为了降低用户面延迟，取消了(RNC)无线网络控制器,采用了扁平网络架构。与其说是3G技术的“演进”（evolution），不如说是“革命”（revolution）。这场“革命”使系统不可避免的丧失了大部分后向兼容性。也就是说，从网络侧和终端侧都要做大规模的更新换代。因此很多公司实际上将LTE看作4G技术范畴。4为什么产生LTE 背景1：移动互联网业务发展的需要。u 从话音优化到数据优化除了窄带业务的效果，更要提高宽带业务效率u 从覆盖优化到容量优化除了保证基本业务连续覆盖，更要提高“热区”内的容量u 从用户容量优化到数据率容量优化运营商收入除了依赖用户数量，更依赖业务流量u

3、从均匀容量分布到不均匀容量分布未来80-90%的数据容量集中在室内和热区内业务分布不均匀，系统能力是否有必要均匀分布？ 背景2：无线接入和宽带移动通信的融合 背景3 ：技术储备成熟u到20世纪末，学术界在实现OFDM、MIMO的理论、算法、软硬件基础方面已经积累了丰富的技术储备。5LTE基本特征支持灵活组网单用户下载速率可以达到3G的510倍更低的每bit成本，仅为3G系统的1/4，2G系统的1/20更好的用户体验，业务建立和切换快速，不易察觉的用户面数据断流350km/h速度下依然具有连接性能 支持1.4MHz-20MHz带宽 峰值数据率：上行50Mbps，下行100Mbps 提高小区边缘的

4、比特率 追求后向兼容, 但应该仔细考虑性能改进和向后兼容之间的平衡 取消CS（电路交换）域，CS域业务在PS（包交换）域实现，如采用VoIP 用户面延迟（单向）小于5ms，控制面延迟小于100ms 频谱效率达到HSDPA/HSUPA的2-4倍 降低建网成本，实现从3G的低成本演进 对低速移动优化系统，同时支持高速移动主要面向移动宽带业务，同时也支持语音业务6LTE/EPC网络结构Main references to architecture in 3GPP specs: TS23.401,TS23.402,TS36.300Evolved UTRAN (E-UTRAN)MMES10S6aServ

5、ingGatewayS1-US11PDNGatewayPDNEvolved Packet Core (EPC)S1-MMEPCRFGxRxSGiS5/S8HSSMobility Management EntityPolicy & Charging Rule FunctionS-GW /P-GWLTE-UEEvolved Node B(eNB)X2LTE-UueNB7 TD-LTE关键技术2 TD-LTE帧结构物理信道及主要测量量3主要内容 TDD频谱和RRU简介4 TD-LTE简介1 LTE网络结构的重要性58TD-LTE无线关键技术OFDM（提高频谱效率） OFDM（正交频分复用）的

6、本质就是一个频分系统，而频分是无线通信最朴素的实现方式u多采用几个频率并行发送，实现宽带传输传统的FDM频谱OFDM频谱l传统FDM系统中，载波之间需要很大的保护带，频谱效率很低l生活中的应用：电台广播lOFDM系统允许载波之间紧密相临，甚至部分重合，可以实现很高的频谱效率子载波l如何做到这一点？依赖FFT（快速傅立叶变换）l为什么直到最近20年才逐渐实用？有赖于数字信号处理（DSP）芯片的发展生活中的频分系统9TD-LTE无线关键技术MIMO （提高系统容量及用户速率）广义定义：多进多出（Multiple-Input Multiple-Output）u多个输入和多个输出既可以来自于多个数据流

7、，也可以来自于一个数据流的多个版本u按照这个定义，各种多天线技术都可以算作MIMO技术狭义定义：多流MIMO提高峰值速率u多个信号流在空中并行传输u按照这个定义，只有空间复用和空分多址可以算作MIMOABA 10TD-LTE无线关键技术波束赋形（增强覆盖抑制干扰） 利用较小间距的天线阵元之间的相关性（天线间距通常为 /2），通过阵元发射的波之间形成干涉，集中能量于某个（或某些）特定方向上，形成波束，从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果。 赴索马里护航舰队中，负责舰队防空的驱逐舰“海口号” （中国的神盾级）的相控阵雷达，可引导红旗9（中国的“爱国者”）的相控阵雷达防务技术中的波束赋形 11OFDM发

8、展历史2000s1990s1970s1960sOFDM在高速调制器中的应用开始研究OFDM 应用在高频军事系统OFDM应用于宽带数据通信和广播等OFDM应用于 802.11a, 802.16, LTE关键技术帧结构物理信道物理层过程12OFDM概述 n正交频分复用技术，多载波调制的一种。将一个宽频信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。概念关键技术帧结构物理信道物理层过程频域波形f宽频信道正交子信道13OFDM优势-对比 FDM与传统FDM的区别？ 传统FDM:为避免载波间干扰，需要在相邻的载波间保留一定保护间隔，大大降低了频谱效率。 FDM

9、OFDM OFDM:各(子)载波重叠排列，同时保持(子)载波的正交性（通过FFT实现）。从而在相同带宽内容纳数量更多(子)载波，提升频谱效率。关键技术帧结构物理信道物理层过程14上下行资源单位信道类型信道名称资源调度单位资源位置控制信道PCFICHPCFICHREGREG占用占用4 4个个REGREG，系统全带宽平均分配，系统全带宽平均分配 时域：时域：下行子帧的第一个下行子帧的第一个OFDMOFDM符号符号PHICHPHICHREGREG最少占用最少占用3 3个个REGREG时域：下行子帧的第一或前三个时域：下行子帧的第一或前三个OFDMOFDM符号符号PDCCHPDCCHCCECCE下行子

10、帧中前下行子帧中前1/2/31/2/3个符号中除了个符号中除了PCFICHPCFICH、PHICHPHICH、参考信号、参考信号所占用的资源所占用的资源PBCHPBCHN/AN/A频域：频点中间的频域：频点中间的7272个子载波个子载波时域：每无线帧时域：每无线帧subframe 0subframe 0第二个第二个slotslotPUCCHPUCCH位于上行子帧的频域两边边带上位于上行子帧的频域两边边带上业务信道PDSCHPUSCHPDSCHPUSCHRBRB除了分配给控制信道及参考信号的资源除了分配给控制信道及参考信号的资源频率CCE：Control Channel Element。CCE

11、= 9 REGREG：RE group，资源粒子组。REG = 4 RERE：Resource Element。 LTE最小的时频资源单位。频域上占一个子载波（15kHz)，时域上占一个OFDM符号(1/14ms)RB：Resource Block。LTE系统最常见的调度单位，上下行业务信道都以RB为单位进行调度。RB = 84RE。左图即为一个RB。时域上占7个OFDM符号，频域上占12个子载波时间1个OFDM符号1个子载波LTE RB资源示意图关键技术帧结构物理信道物理层过程84 symbols per 0.5ms - 168ksps15接收机使用来自多个信道的副本信息能比较正确的恢复出原

12、发送信号，从而获得分集增益。手机受电池容量限制，因此在上行链路中采用接收分集也可有效降低手机发射功率LTE上行天线技术：接收分集n MRC （最大比合并）n 线性合并后的信噪比达到最大化n 相干合并：信号相加时相位是对齐的n 越强的信号采用越高的权重n 适用场景：白噪或干扰无方向性的场景原理 IRC（干扰抑制合并） 合并后的SINR达到最大化 有用信号方向得到高的增益 干扰信号方向得到低的增益 适用场景：干扰具有较强方向性的场景。接收分集的主要算法：MRC &IRC 由于IRC在最大化有用信号接收的同时能最小化干扰信号，故通常情况IRC优于MRC 天线数越多及干扰越强时，IRC增益越大

13、 IRC需进行干扰估计，计算复杂度较大性能比较初期引入建议： IRC性能较好，故建议厂商支持IRC 鉴于IRC复杂度较大，厂商初期可能较难支持，故同时要求MRC 关键技术帧结构物理信道物理层过程16多路信道传输同样信息多路信道同时传输不同信息多路天线阵列赋形成单路信号传输包括时间分集，空间分集和频率分集提高接收的可靠性和提高覆盖适用于需要保证可靠性或覆盖的环境理论上成倍提高峰值速率适合密集城区信号散射多地区，不适合有直射信号的情况最大比合并最小均方误差或串行干扰删除波束赋形（Beamforming）发射分集 分集合并通过对信道的准确估计，针对用户形成波束，降低用户间干扰可以提高覆盖能力，同时降

14、低小区内干扰，提升系统吞吐量空间复用多天线技术：分集、空间复用和波束赋形关键技术帧结构物理信道物理层过程17LTE传输模式-概述Mode传输模式技术描述应用场景1单天线传输信息通过单天线进行发送无法布放双通道室分系统的室内站2发射分集同一信息的多个信号副本分别通过多个衰落特性相互独立的信道进行发送信道质量不好时，如小区边缘3开环空间复用 终端不反馈信道信息，发射端根据预定义的信道信息来确定发射信号信道质量高且空间独立性强时4闭环空间复用 需要终端反馈信道信息，发射端采用该信息进行信号预处理以产生空间独立性信道质量高且空间独立性强时。终端静止时性能好5多用户MIMO 基站使用相同时频资源将多个数

15、据流发送给不同用户，接收端利用多根天线对干扰数据流进行取消和零陷。6单层闭环空间复用 终端反馈RI=1时，发射端采用单层预编码，使其适应当前的信道7单流Beamforming发射端利用上行信号来估计下行信道的特征，在下行信号发送时，每根天线上乘以相应的特征权值，使其天线阵发射信号具有波束赋形效果信道质量不好时，如小区边缘8双流Beamforming结合复用和智能天线技术，进行多路波束赋形发送，既提高用户信号强度，又提高用户的峰值和均值速率 传输模式是针对单个终端的。同小区不同终端可以有不同传输模式 eNB自行决定某一时刻对某一终端采用什么传输模式，并通过RRC信令通知终端 模式3到模式8中均含

16、有发射分集。当信道质量快速恶化时，eNB可以快速切换到模式内发射分集模式关键技术帧结构物理信道物理层过程18 TD-LTE关键技术2 TD-LTE帧结构3主要内容 TDD频谱和RRU简介4 TD-LTE简介1 LTE网络结构的重要性519LTE帧结构FDD LTE帧结构TD-LTE帧结构#0帧: 10ms子帧: 1ms时隙0.5ms#1#2#3#4#5#6#7#8#9#19子帧: 1ms时隙0.5ms#0DwPTS特殊子帧: 1ms#2#3#4半帧: 5ms半帧: 5ms帧: 10msGPUpPTS关键技术帧结构物理信道物理层过程20TD-LTE帧结构子帧: 1ms时隙0.5ms#0DwPTS

17、特殊子帧: 1ms#2#3#4半帧: 5ms半帧: 5ms帧: 10msGPUpPTSTD-LTE帧结构特点： 无论是正常子帧还是特殊子帧，长度均为1ms。FDD子帧长度也是1ms。 一个无线帧分为两个5ms半帧，帧长10ms。和FDD LTE的帧长一样。 特殊子帧 DwPTS + GP + UpPTS = 1msDL-UL ConfigurationSwitch-point periodicitySubframe number012345678905 msDSUUUDSUUU15 msDSUUDDSUUD25 msDSUDDDSUDD310 msDSUUUDDDDD410 msDSUUDDD

18、DDD510 msDSUDDDDDDD65 msDSUUUDSUUD TD-LTE上下行配比表转换周期为5ms表示每5ms有一个特殊时隙。这类配置因为10ms有两个上下行转换点，所以HARQ的反馈较为及时。适用于对时延要求较高的场景转换周期为10ms表示每10ms有一个特殊时隙。这种配置对时延的保证略差一些，但是好处是10ms只有一个特殊时隙，所以系统损失的容量相对较小关键技术帧结构物理信道物理层过程21TD-LTE帧结构和TD-SCDMA帧结构对比子帧: 1ms#0DwPTS特殊子帧: 1ms#2#3#4GPUpPTS正常时隙: 0.675msGP#1#2#0#3#4#5#6DwPTSUpP

19、TS特殊时隙总长: 0.275msTD-SCDMA 半帧: 5msTD-LTE 半帧: 5msTD-LTE和TD-SCDMA帧结构主要区别：1. 时隙长度不同。TD-LTE的子帧（相当于TD-S的时隙概念）长度和FDD LTE保持一致，有利于产品实现以及借助FDD的产业链2. TD-LTE的特殊时隙有多种配置方式，DwPTS,GP,UpPTS可以改变长度，以适应覆盖、容量、干扰等不同场景的需要。3. 在某些配置下，TD-LTE的DwPTS可以传输数据，能够进一步增大小区容量4. TD-LTE的调度周期为1ms，即每1ms都可以指示终端接收或发送数据，保证更短的时延。而TD-SCDMA的调度周期

20、为5ms关键技术帧结构物理信道物理层过程22TD-SCDMATD-LTETD-SCDMA时隙 = 675usDwPTS = 75us GP = 75us UpPTS = 125usTD-LTE子帧= 1ms = 30720Ts10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts0.7ms0.675ms1ms= 1.475ms共存要求：上下行没有交叠（图中Tb Ta） 。 则TD-LTE的DwPTS必须小于0.525ms（16128Ts)，只能采用3:9:2的配置TD-S = 4:2 根据计算，此时TD-LTE下行

21、扇区吞吐量为28Mbps左右（为避免干扰，特殊时隙只能采用3:9:2，无法用来传输业务。经计算，为和TD-SCDMA时隙对齐引起的容量损失约为20% ）计算方法：TS36.213规定，特殊时隙DwPTS如果用于传输数据，那么吞吐量按照正常下行时隙的0.75倍传输。如果采用10:2:2配置，则下行容量为3个正常时隙吞吐量+0.75倍正常时隙吞吐量。如果丢失此0.75倍传输机会，则损失的吞吐量为0.75/3.75 = 20%TD-LTE = 3:1 + 3:9:2TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存关键技术帧结构物理信道物理层过程23TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存 - 小结根据仿真结果，

22、此时TD-LTE下行扇区吞吐量为26Mbps左右（特殊时隙可以用来传输业务）TD-S = 3:3TD-LTE = 2:2 + 10:2:2根据仿真结果，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为28Mbps左右（特殊时隙采用3:9:2，无法用来传输业务，损失20%）TD-S = 4:2TD-LTE = 3:1 + 3:9:2TD-LTE = 1:3 + 3:9:2TD-S = 1:5根据计算结果，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为9.3M（特殊时隙采用3:9:2，无法用来传输业务，损失43% ）上述分析表明：1. TD-S网络3:3配置的情况下，既符合TD-LTE网络本身支持业务需求和达到自身性能最优的条

23、件，也没有时隙对齐造成的吞吐量损失。2. 由于现网TD-S为4:2的配置，若不改变现网配置，TD-LTE在需要和TD-S邻频共存的场景下，时隙配比只能为3:1+3:9:2。关键技术帧结构物理信道物理层过程24物理信道配置物理信道配置关键技术帧结构物理信道物理层过程25不同的同步信号来区分不同的小区，包括PSS和SSS。 P-SCH P-SCH (主同步信道）：符号同步，部分Cell ID检测,3个小区ID. S-SCHS-SCH（辅同步信道）：帧同步，CP长度检测和Cell group ID检测，168个小区组ID.SCH配置配置时域结构时域结构频域结构频域结构 SCH(同步信道同步信道)PS

24、SPSS位于位于DwPTSDwPTS的第三个符号的第三个符号SSSSSS位于位于5ms5ms第一个子帧的最后一个第一个子帧的最后一个符号符号小区搜索需要支持可扩展的系统带宽：小区搜索需要支持可扩展的系统带宽： 1.4/3/5/10/20MHz 1.4/3/5/10/20MHz SCH (P/S-SCH) SCH (P/S-SCH)占用的占用的7272子载波位于子载波位于系统带宽中心位置系统带宽中心位置关键技术帧结构物理信道物理层过程26PCI概述概述LTE系统提供504个物理层小区ID(即PCI)，和TD-SCDMA系统的128个扰码概念类似。网管配置时，为小区配置0503之间的一个号码即可。

25、基本概念基本概念小区小区IDID获取方式获取方式在TD-SCDMA系统中，UE解出小区扰码序列（共有128种可能性），即可获得该小区ID。LTE的方式类似，不同的是UE需要解出两个序列：主同步序列（PSS，共有3种可能性）和辅同步序列（SSS，共有168种可能性）。由两个序列的序号组合，即可获取该小区ID。配置原则配置原则 因为PCI直接决定了小区同步序列，并且多个物理信道的加扰方式也和PCI相关，所以相邻小区的PCI不能相同以避免干扰。关键技术帧结构物理信道物理层过程27 频域：对于不同的带宽，都占用中间的频域：对于不同的带宽，都占用中间的1.08MHz 1.08MHz （7272个子载波）

26、进行传输个子载波）进行传输 时域：映射在每个时域：映射在每个5ms 5ms 无线帧的无线帧的subframe0subframe0里的第二个里的第二个slotslot的前的前4 4个个OFDMOFDM符号上符号上 周期：周期：PBCHPBCH周期为周期为40ms40ms，每，每10ms10ms重复发送一次，终端可以通过重复发送一次，终端可以通过4 4次中的任一次接收次中的任一次接收解调出解调出BCHBCHPBCH配置配置 PBCH(广播信道广播信道) 广播消息：广播消息：MIB&SIBMIB&SIBMIBMIB在在PBCHPBCH上传输上传输, ,包含了接入包含了接入LTELTE

27、系统所系统所需要的最基本的信息：需要的最基本的信息：下行系统带宽下行系统带宽PHICHPHICH资源指示资源指示系统帧号系统帧号(SFN(SFN）CRCCRC使用使用maskmask的方式的方式天线数目的信息等天线数目的信息等SIBSIB在在DL-SCHDL-SCH上传输，映射到物理信道上传输，映射到物理信道PDSCH PDSCH ，携带如下信息：携带如下信息：一个或者多个一个或者多个PLMNPLMN标识标识Track area codeTrack area code小区小区IDIDUEUE公共的无线资源配置信息公共的无线资源配置信息同、异频或不同技术网络的小区重选信息同、异频或不同技术网络的

28、小区重选信息SIB1SIB1固定位置在固定位置在#5#5子帧上传输，携带了子帧上传输，携带了DL/ULDL/UL时隙时隙配比，以及其他配比，以及其他SIBSIB的位置与索引等信息。的位置与索引等信息。关键技术帧结构物理信道物理层过程SIB 1SIB 2SIB 3828 PHICHPHICH的传输以的传输以PHICHPHICH组的形式，组的形式，PHICHPHICH组的个组的个数由数由PBCHPBCH指示。指示。 Ng=1/6,1/2,1,2 Ng=1/6,1/2,1,2 PHICH PHICH组数组数=Ng=Ng* *(100/8)(100/8)（整数，取上限）（整数，取上限）=3=3，7 7

29、，1313，2525PHICH min=3 PHICH max=25PHICH min=3 PHICH max=25 采用采用BPSKBPSK调制，传输上行信道反馈信息。调制，传输上行信道反馈信息。指示指示PDCCHPDCCH的长度信息（的长度信息（1 1、2 2或或3 3），在子帧的第一个），在子帧的第一个OFDMOFDM符号上发送，符号上发送，占用占用4 4个个REGREG，均匀分布在整个系统带宽。均匀分布在整个系统带宽。采用采用QPSKQPSK调制，携带一个子帧中用于传输调制，携带一个子帧中用于传输PDCCHPDCCH的的OFDMOFDM符号数，传输格符号数，传输格式。式。小区级小区级s

30、hiftshift，随机化干扰。，随机化干扰。PCFICH & PHICH配置配置PCFICH( (物理层控制格式指示信道物理层控制格式指示信道) ) PHICH( (物理物理HARQHARQ指示信道指示信道) )关键技术帧结构物理信道物理层过程29频域：占用所有的子载波频域：占用所有的子载波 时域：占用每个子帧的前时域：占用每个子帧的前n n个个OFDMOFDM符号，符号，n=3nRSRQ=10lg100+(-82)-(-54)=-8dBLTE终端测量量-RSRQ关键技术帧结构物理信道物理层过程40RS-CINR真正的RS信号质量因为RS在所有RE资源中均匀分布，所以RS-CINR一

31、定程度上可以表征PDSCH（业务信道）信号质量因为RS-SINR没有在3GPP进行标准化，所以目前仅在外场测试中要求厂家提供RS-CINR，且不同厂家在实现中可能会有一定偏差RS-CINR关键技术帧结构物理信道物理层过程41 TD-LTE关键技术2 TD-LTE帧结构物理信道及主要测量量3主要内容 TD-LTE简介1 TDD频谱和RRU简介4 LTE网络结构的重要性542中国移动中国移动TDD使用频段使用频段联通：2300-2320 MHz、2555-2575 MHz电信：2370-2390 MHz、2635-2655 MHz联通和电信使用的D频段，2013年之前生产的终端几乎都不支持在FDD

32、正式下发牌照之前，移动的终端有时间领先优势频段名频段名使用网络使用网络频率范围（频率范围（MHzMHz）总带宽（总带宽（MHzMHz）使用场景使用场景FTD-LTE1880-190020室外ATD-SCDMA2010-202515室外&室分ETD-LTE2320-237050室分DTD-LTE2575-263560室外43中国移动中国移动TDD使用频段使用频段44目前频段的特点：目前频段的特点：频段高：与GSM（900MHz）相比，频段高，绕射能力差，深度覆盖先天性不足频谱带宽大：TD-LTE目前有总共130MHz的频谱带宽可以使用，而联通电信即使分配了FDD的牌照，具有的频谱资源也不

33、到100MHz 为什么要强调频段？为什么要强调频段？LTE目前采用同频组网，是自干扰系统，站间距小，则站与站之间干扰增大；站间距过远，覆盖不佳，又因为设备使用的频率高，深度覆盖能力弱解决的办法和存在的问题解决的办法和存在的问题同频组网：合理控制站间距；深度覆盖盲点存在补点困难，加站影响其他区域吞吐率，不加无法解决弱覆盖异频组网：可灵活解决重叠覆盖小区较多的区域；需要增加设备，且也无足够多的频点供纯粹异频组网，同频干扰仍然会存在中国移动中国移动TDD使用频段使用频段45华为华为RRU介绍介绍46华为各场景主要使用的华为各场景主要使用的RRU类型类型室分室分新建新建与与TD-STD-S合路合路单路

34、单路双路双路单路单路双路双路3161-fae3152-e3161-faeTDL:3152E，一路单独TD-L用，一路与GSM/TD/WLAN合路宏站宏站双通道双通道八通道八通道F频段3172-fad3168-faD频段3172-fad3257主要注意的内容：主要注意的内容：室分室分：双路室分系统，要控制2个通道的末端天线功率，尽量保持相差值在3db以内，这样才能达到较好的MIMO空分复用效果。简单的是，在目前室分上下行子帧1:3配置的情况，如果没有控制好功率差，则60Mbps以上的区域占比会小很多，甚至还不如单路（峰值速率45Mbps左右）的效果好。宏站宏站：F频段如果与TD-S共RRU。尽量使用3168-fa，如果采用4期的设备（3158-fa），单通道才10瓦，会造