TDLTE技术基本原理研究院李新

1、TD-LTE技术技术基本原理基本原理研究院 无线所2010年12月2 TD-LTETD-LTE关键技术关键技术1 TD-LTE TD-LTE帧结构及物理信道帧结构及物理信道2主要内容主要内容 TD-LTETD-LTE物理层过程物理层过程3nOFDMnMIMO3OFDM发展历史发展历史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4OFDM概述概述 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，

2、将高速数正交频分复用技术，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。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宽频信道宽频信道正交子信道正交子信道5OFDM优势优势-对比对比 FDM与传统FDM的区别？ 传统传统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。降低了频谱效率。 FDMOFDM OFDM:各各(子子)载波重叠排列，同时保持载波重叠排列，同时保持(

3、子子)载波的正交性（通过载波的正交性（通过FFT实现）。实现）。从而在相同带宽内容纳数量更多从而在相同带宽内容纳数量更多(子子)载波，提升频谱效率。载波，提升频谱效率。关键技术帧结构物理信道物理层过程6考虑到系统设计的复杂程度及成本，考虑到系统设计的复杂程度及成本，OFDMOFDM更适用于宽带移动通信更适用于宽带移动通信OFDMOFDMTD-SCDMA TD-SCDMA 抗多径抗多径干扰能力干扰能力可不采用或采用简单时域均衡器将高速数据流分解为多条低速数据流并使用循环前缀(CP)作为保护，大大减少甚至消除符号间干扰。对均衡器的要求较高高速数据流的符号宽度较短，易产生符号间干扰。接收机均衡器的复

4、杂度随着带宽的增大而急剧增加与与MIMOMIMO结合结合系统复杂度随天线数量呈线性增加每个子载波可看作平坦衰落信道，天线增加对系统复杂度影响有限系统复杂度随天线数量增加呈幂次变化需在接收端选择可将MIMO接收和信道均衡混合处理的技术，大大增加接收机复杂度。带宽带宽扩展性扩展性带宽扩展性强，LTE支持多种载波带宽在实现上，通过调整IFFT尺寸即可改变载波带宽，系统复杂度增加不明显。带宽扩展性差需要通过提高码片速率或多载波CDMA来支持更大带宽，接收机复杂度大幅提升。频域调度频域调度频域调度灵活频域调度颗粒度小（180kHz）。随时为用户选择较优的时频资源进行传输，从而获得频选调度增益。频域调度粗

5、放只能进行载波级调度（1.6MHz)，调度的灵活性较差。OFDM优势优势-对比对比 CDMA关键技术帧结构物理信道物理层过程7OFDM不足不足 OFDM输出信号是多个子载波时域相加的结果，子载波数量从几十个到上千个，如果多个子载波同相位，相加后会出现很大幅值，造成调制信号的动态范围很大。因此对RF功率放大器提出很高的要求较高的峰均比（较高的峰均比（PARPPARP）受频率偏差的影响受频率偏差的影响 高速移动引起的Doppler频移 系统设计时已通过增大导频密度（大致为每0.25ms发送一次导频，时域密度大于TD-S）来减弱此问题带来的影响子载波间干扰子载波间干扰(ICI(ICI） 折射、反射较

6、多时，多径时延大于CP(Cyclic Prefix，循环前缀)，将会引起ISI及ICI 系统设计时已考虑此因素，设计的CP能满足绝大多数传播模型下的多径时延要求（4.68us)，从而维持符号间无干扰受时间偏差的影响受时间偏差的影响ISI(ISI(符号间干扰）符号间干扰）& ICI& ICI关键技术帧结构物理信道物理层过程8LTE多址方式多址方式-下行下行将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的子载波资源分配给不同的将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的子载波资源分配给不同的用户实现多址。因为子载波相互正交，所以小区内用户之间没有干扰。用户实现多址。因为子载波相

7、互正交，所以小区内用户之间没有干扰。时域波形tpower峰均比示意图下行多址方式下行多址方式OFDMAOFDMA下行多址方式特点下行多址方式特点关键技术帧结构物理信道物理层过程同相位的子载波的波形在时域上直接叠加。因子载波数量多，造成峰均比(PAPR)较高，调制信号的动态范围大，提高了对功放的要求。分布式：分配给用户的分布式：分配给用户的RBRB不连续不连续集中式：连续集中式：连续RBRB分给一个用户分给一个用户 优点：调度开销小 优点：频选调度增益较大频率时间用户A用户B用户C子载波在这个调度周期中，用户A是分布式，用户B是集中式9LTE多址方式多址方式-上行上行和和OFDMAOFDMA相同

8、，将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的子载波资相同，将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的子载波资源分配给不同的用户实现多址。注意不同的是：任一终端使用的子载波必须连续源分配给不同的用户实现多址。注意不同的是：任一终端使用的子载波必须连续上行多址方式上行多址方式SC-FDMASC-FDMA上行多址方式特点上行多址方式特点关键技术帧结构物理信道物理层过程考虑到多载波带来的高PAPR会影响终端的射频成本和电池寿命，LTE上行采用Single Carrier-FDMA （即SC-FDMA）以改善峰均比。SC-FDMA的特点是，在采用IFFT将子载波转换为时域信号之前，先对信号进

9、行了FFT转换，从而引入部分单载波特性，降低了峰均比。频率时间用户A用户B用户C子载波在任一调度周期中，一个用户分得的子载波必须是连续的10符号间保护间隔符号间保护间隔-概述概述符号间无保护间隔时，多径会造成ISI和ICI ISI: Inter-symbol Interference，符号间干扰 ICI: Inter-Carrier Interference，载频间干扰无保护间隔无保护间隔时间幅度接收端同时收到前一个符号的多径延迟信号（紫色虚线）和下一个符号的正常信号（红色实线），影响了正常接收。时域上看受到了ISI，频域上看受到了ICI关键技术帧结构物理信道物理层过程11CDMA符号间保护间

10、隔符号间保护间隔-空白间隔空白间隔有保护间隔，但保护间隔不传输任何信号可以有效消除多径的ISI，但引入了ICI有空白保护间隔有空白保护间隔时间幅度FFT积分周期保护间隔OFDM符号符号之间空出一段时间做为保护间隔，这样做可以消除ISI（因为前一个符号的多径信号无法干扰到下一个符号），但同时引起符号内波形无法在积分周期内积分为0，导致波形在频域上无法和其他子载波正交。应用于应用于CDMACDMA系统。因为系统。因为CDMACDMA载波间载波间采用传统采用传统FDMFDM分隔，所以频域信号即使分隔，所以频域信号即使有一定偏差也没有问题有一定偏差也没有问题关键技术帧结构物理信道物理层过程12OFDM

11、符号间保护间隔符号间保护间隔-CP保护间隔中的信号与该符号尾部相同，即循环前缀（Cyclic Prefix,简称CP）既可以消除多径的ISI,又可以消除ICI循环前缀做保护间隔循环前缀做保护间隔CP使一个符号周期内因多径产生的波形为完整的正弦波，因此不同子载波对应的时域信号及其多径积分总为0 ，消除载波间干扰(ICI)应用于应用于OFDMOFDM系统。每个子载波宽度仅为系统。每个子载波宽度仅为15kHz15kHz且交叠存在，子载波间干扰（且交叠存在，子载波间干扰（ICIICI）对系统影响较大，因此采用对系统影响较大，因此采用CPCP消除消除ICIICI关键技术帧结构物理信道物理层过程13上下行

12、资源单位上下行资源单位信道类型信道类型信道名称信道名称资源调度单位资源调度单位资源位置资源位置控制控制信道信道PCFICHREG占用4个REG，系统全带宽平均分配 时域：下行子帧的第一个OFDM符号PHICHREG最少占用3个REG时域：下行子帧的第一或前三个OFDM符号PDCCHCCE下行子帧中前1/2/3个符号中除了PCFICH、PHICH、参考信号所占用的资源PBCHN/A频域：频点中间的72个子载波时域：每无线帧subframe 0第二个slotPUCCH位于上行子帧的频域两边边带上业务信道业务信道PDSCHPUSCHRB除了分配给控制信道及参考信号的资源频率CCE：Control C

13、hannel Element。CCE = 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)关键技术帧结构物理信道物理层过程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14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

14、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（波束赋形（BeamformingBeamforming）发射分集发射分集 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，同时降低小区内干扰，提升系统吞吐量空间复用空间复用多天线技术：分集、空间复用和波束赋形多天线技术：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15天线模式相关概念天线模式相关概念关键技术帧结构物理信道物理层过程“码字”与“流”

15、的概念相同，LTE目前有单流或双流；信道条件好时，可使用双流-空间复用信道条件不好时，可切换成分集模式或波束赋形层与秩（rank）的概念相同，秩为1，2，3，4，表示任一时刻终端和基站间的独立传播信道的个数公共导频的逻辑天线端口有1、2、4三种情况也就是说，即便最多可使用4个逻辑天线进行空间复用传输，仍然只传输两个信息流16典型传输模式中对应的基本概念典型传输模式中对应的基本概念传输模式传输模式流流秩秩逻辑天线端口数逻辑天线端口数物理天线物理天线数数CRSDRS发射分集发射分集1 11 12 2N/A2828空间复用空间复用1 11 12 22 22 228282 22 22 228283 3

16、4 48 84 44 48 8波束赋型波束赋型 1 11 12 21 18 81 12 22 22 28 8 波束赋型中的业务信道与控制信道使用的参考信号不同： 业务信道使用Port 5专用参考信号（单流波束赋形）或Port 7,8(双流波束赋形） 控制信道使用2天线端口发射分集模式这意味着，这意味着，TD-LTE中的波束赋形仅仅是业务信道的（解调用参考信号在中的波束赋形仅仅是业务信道的（解调用参考信号在port 5和业务和业务信道一起发送），控制信道仍然采用全向方式发送给终端信道一起发送），控制信道仍然采用全向方式发送给终端关键技术帧结构物理信道物理层过程17LTE传输模式传输模式-概述概述

17、ModeMode传输模式传输模式技术描述技术描述应用场景应用场景1 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 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 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 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 5多用户MIMO 基站使用相同时频资源将多个数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 6单层

18、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 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 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

19、分集模式关键技术帧结构物理信道物理层过程18LTELTE传输模式传输模式- -发射分集（发射分集（Mode 2Mode 2） （频率偏移发射分集）（频率偏移发射分集） (空频块编码）空频块编码） 天线端口0传原始调制符号 天线端口1传原始符号的变换符号 天线端口0与2(1与3）为一个天线端口对，二者之间为SFBC；天线端口0与1在频域上交替传送原始信号，二者之间为FSTD;2与3传送相应的交换信号,亦为FSTD。 发射分集利用了天线间的弱相关性，在天线对上传送原始信号及其变换符号（一般为原始符号的共轭），提高信号传输的可靠性。 既可用于业务信道，又可用于控制信道。两天线端口两天线端口-SFBC

20、四天线端口四天线端口-SFBC+FSTD关键技术帧结构物理信道物理层过程19普通的空间复用，接收端和发送端无信息交互 基于非码本的预编码： 基于终端提供的SRS(探测参考信号)或DMRS(解调参考信号)获得的CSI，基站自行计算出预编码矩阵 基于码本的预编码： 基于终端直接反馈的PMI(预编码矩阵索引号)从码本中选择预编码矩阵 空间复用利用了天线间空间信道的弱相关性，在相互独立的信道上传送不同的数据流，提高数据传输的峰值速率只应用于下行业务信道（为了确保传输，控制信道普遍采用发送分集）开环空间复用开环空间复用闭环空间复用闭环空间复用关键技术帧结构物理信道物理层过程LTELTE传输模式传输模式-

21、 -空间复用（空间复用（Mode 3,4,6Mode 3,4,6）20波束赋型只应用于业务信道 控制信道仍使用发射分集保证全小区覆盖（类比于TD-SCDMA中PCCPCH也是广播发射）可以不需要终端反馈信道信息 平均路损和来波方向可通过基站测量终端发射的SRS（Sounding Reference Signal，探测参考信号，类比于TD-SCDMA里的midamble码）TDDTDD的特有技术的特有技术，利用，利用上下行信道互易性得到上下行信道互易性得到下行信道信息下行信道信息两个波束传递相同信息，获得分集增益+赋型增益两个波束传递不同信息，获得复用增益+赋型增益产生定向波束，获得赋型增益定义

22、定义 波束赋型是发射端对数据先加权再发送，形成窄的发射波束，将能量对准目标用户，提高目标用户的信噪比，从而提高用户的接收性能。特点特点单流单流beamforming双流双流beamforming关键技术帧结构物理信道物理层过程LTELTE传输模式传输模式- -波束赋形（波束赋形（Mode 7Mode 7，8 8）21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LTELTE上行天线技术：接收分集上行天线技术：接收分集 MRC （最大比合并）（最大比合并）线性合并后的信噪比达到最大化 相干合

23、并：信号相加时相位是对齐的 越强的信号采用越高的权重适用场景：白噪或干扰无方向性的场景原理 IRC（干扰抑制合并）（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，天线数越多及干扰越强时，IRC增益越大增益越大 IRC需进行干扰估计，计算复杂度较大需进行干扰估计，计算复杂度较大性能比较初期引入建议：初期引入建议： IRC性能较好，故建议厂商支持IRC 鉴于IRC

24、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22 TD-LTETD-LTE关键技术关键技术1 TD-LTE TD-LTE帧结构及物理信道帧结构及物理信道2主要内容主要内容 TD-LTETD-LTE物理层过程物理层过程3n帧结构帧结构n物理信道物理信道23LTE帧结构帧结构FDD LTE帧结构帧结构TD-LTE帧结构帧结构#0帧帧: 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帧帧: 10msGPUpPTS关键技术帧结构物理

25、信道物理层过程24TD-LTE帧结构帧结构子帧: 1ms时隙0.5ms#0DwPTS特殊子帧: 1ms#2#3#4半帧: 5ms半帧: 5ms帧帧: 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 msDSUUDDSUUD2

26、5 msDSUDDDSUDD310 msDSUUUDDDDD410 msDSUUDDDDDD510 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25TD-LTE帧结构和帧结构和TD-SCDMA帧结构对比帧结构对比子帧: 1ms#0DwPTS特殊子帧: 1

27、ms#2#3#4GPUpPTS正常时隙: 0.675msGP#1#2#0#3#4#5#6DwPTSUpPTS特殊时隙总长特殊时隙总长: 0.275msTD-SCDMA 半帧半帧: 5msTD-LTE 半帧半帧: 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

28、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的调度周期为5ms关键技术帧结构物理信道物理层过程26TD-LTE和和TD-SCDMA邻邻频频共存共存（1）TD-S = 3:3根据仿真结果，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为26Mbps左右（采用10:2:2，特殊时隙可以用来传输业务）TD-LTE = 2:2 + 10:2:2TD-SCDMA时隙 = 675usDwPTS = 75us GP = 75us UpPTS = 125usTD-LTE子帧= 1ms = 30720Ts10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts :

29、 4384Ts3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384TsTD-SCDMATD-LTE1.025ms= 2.15ms特殊时隙特殊时隙共存要求：上下行没有交叠（图中Tb Ta）。则TD-LTE的DwPTS必须小于0.85ms（26112Ts)。可以采用10:2:2的配置0.675ms1ms关键技术帧结构物理信道物理层过程27TD-SCDMATD-LTETD-SCDMA时隙 = 675usDwPTS = 75us GP = 75us UpPTS = 125usTD-LTE子帧= 1ms = 30720Ts10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts3:

30、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

31、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 + 3:9:2关键技术帧结构物理信道物理层过程TD-LTE和和TD-SCDMA邻邻频频共存共存（2）28TD-S = 1:5TD-LTE = 1:3 + 3:9:2TD-SCDMATD-LTE 根据计算，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为9.3M（特殊时隙无法用来传输业务）如果特殊时隙采用10:2:2，则下行扇区吞吐量为16.2M。所以为和TD-SCDMA时隙对齐引起的容量损失约为43%TD-SCDMA时隙 = 675usDwPTS = 75us

32、 GP = 75us UpPTS = 125usTD-LTE子帧= 1ms = 30720Ts10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts0.675ms1ms0.675ms= 3.5ms共存要求：上下行没有交叠（图中Tb Ta） 。TD-LTE的DwPTS必须小于0.5ms（15360Ts)。只能采用 3:9:2关键技术帧结构物理信道物理层过程TD-LTE和和TD-SCDMA邻邻频频共存共存（3）29和和TD-SCDMA共存共存 - 小结小结根据仿真结果，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为26Mbps左右（

33、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：上述分析表明：1. TD-S网络网络3:3配置的情况下，既符合配置的情况下，既符合TD-LTE网络本身支持业务需求和达网络本身支持业务需求和达到自身

34、性能最优的条件，也没有时隙对齐造成的吞吐量损失。到自身性能最优的条件，也没有时隙对齐造成的吞吐量损失。2. 由于现网由于现网TD-S为为4:2的配置，若不改变现网配置，的配置，若不改变现网配置，TD-LTE在需要和在需要和TD-S邻频共存的场景下，时隙配比只能为邻频共存的场景下，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30特殊子帧特殊子帧 TD-LTE特殊子帧继承了TD-SCDMA的特殊子帧设计思路，由DwPTS，GP和UpPTS组成。 TD-LTE的特殊子帧可以有多种配置，用以改变DwPTS，GP和UpPTS的长度。但无论如何改变，DwPTS + GP + UpPT

35、S永远等于1ms特殊子帧配置Normal CPDwPTSGPUpPTS0310119412103131121412115392693271022811121msGPDwPTSUpPTS1msGPDwPTSUpPTS TD-LTE的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制约关系，可以相对独立的进行配置 目前厂家支持10:2:2（以提高下行吞吐量为目的）和3:9:2（以避免远距离同频干扰或某些TD-S配置引起的干扰为目的），随着产品的成熟，更多的特殊子帧配置会得到支持关键技术帧结构物理信道物理层过程31 主同步信号PSS在DwPTS上进行传输 DwPTS上最多能传两个PDCCH OFDM符号（正常时隙能

36、传最多3个） 只要DwPTS的符号数大于等于9，就能传输数据（参照上页特殊子帧配置） TD-SCDMA的DwPTS承载下行同步信道DwPCH，采用规定功率覆盖整个小区，UE从DwPTS上获得与小区的同步 TD-SCDMA的DwPTS无法传输数据，所以TD-LTE在这方面是有提高的。如果小区覆盖距离和远距离同频干扰不构成限制因素（在这种情况下应该采用较大的GP配置），推荐将DwPTS配置为能够传输数据DwPTS关键技术帧结构物理信道物理层过程32UpPTSUpPTS可以发送短RACH（做随机接入用）和SRS（Sounding参考信号，详细介绍见后）根据系统配置，是否发送短RACH或者SRS都可以

37、用独立的开关控制因为资源有限（最多仅占两个OFDM符号），UpPTS不能传输上行信令或数据TD-SCDMA的UpPTS承载Uppch，用来进行随机接入关键技术帧结构物理信道物理层过程33逻辑、传输、物理信道逻辑、传输、物理信道下行信道映射关系下行信道映射关系上行信道映射关系上行信道映射关系 逻辑信道逻辑信道定义传送信息的类型，这些数据流是包括所有用户的数据。 传输信道传输信道是在对逻辑信道信息进行特定处理后再加上传输格式等指示信息后的数据流。 物理信道物理信道是将属于不同用户、不同功用的传输信道数据流分别按照相应的规则确定其 载频、 扰码、扩频码、开始结束时间等进行相关的操作，并在最终调制为模

38、拟射频信号发射出去； 不同物理信道上的数据流分别属于不同的用户或者是不同的功用。 关键技术帧结构物理信道物理层过程34物理信道简介物理信道简介信道类型信道类型信道名称信道名称TD-STD-S类类似信道似信道功能简介功能简介控制信道控制信道PBCH(物理广播信道）PCCPCHMIBPDCCH（下行物理控制信道)HS-SCCH传输上下行数据调度信令上行功控命令寻呼消息调度授权信令RACH响应调度授权信令PHICH(HARQ指示信道）HS-SICH传输控制信息HI（ACK/NACK)PCFICH（控制格式指示信道）N/A指示PDCCH长度的信息PRACH（随机接入信道）PRACH用户接入请求信息PU

39、CCH（上行物理控制信道）ADPCH传输上行用户的控制信息，包括CQI, ACK/NAK反馈，调度请求等。 业务信道业务信道PDSCH（下行物理共享信道）PDSCHRRC相关信令、SIB、paging 消息、下行用户数据PUSCH（上行物理控制信道）PUSCH上行用户数据，用户控制信息反馈，包括CQI,PMI,RI关键技术帧结构物理信道物理层过程35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36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，

40、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)PSSPSS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37PCI概述概述L

41、TE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。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

42、物理信道物理层过程38 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）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

43、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 a

44、rea 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 3839 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/

45、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 7，1313，2525PHICH 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

46、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shiftshift，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40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)=-8dBLT

47、E终端测量量终端测量量-RSRQ关键技术帧结构物理信道物理层过程51RS-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-CINRRS-CINR关键技术帧结构物理信道物理层过程52上行参考信号上行参考信号可以在普通上行子帧上传输，也可以在可以在普通上行子帧上传输，也可以在UpPTS上传输，位于上传输，位于上行子帧的最后一个上行子帧的最后一个SC-FDMA符号，符号，eNB配置配置UE在

48、某个时频资源上发送在某个时频资源上发送sounding以及发送以及发送sounding的长度。的长度。DMRS（解调参考信号）（解调参考信号）在在PUCCH、PUSCH上传输，用于上传输，用于PUCCH和和PUSCH的相关解调的相关解调For PUSCH 每个每个slot(0.5ms) 一个一个RS，第四个第四个OFDM symbol For PUCCHACK 每个每个slot中间三个中间三个OFDM symbol为为RS For PUCCHCQI 每个每个slot两个参考信号两个参考信号SRS（探测参考信号）（探测参考信号） Sounding作用作用 上行信道估计，选择上行信道估计，选择MC

49、S和和 上行频率选择性调度上行频率选择性调度 TDD系统中，估计上行信道系统中，估计上行信道矩阵矩阵H，用于下行波束赋形，用于下行波束赋形 Sounding周期周期 由高层通过由高层通过RRC 信令触发信令触发UE 发送发送SRS，包括一次性，包括一次性的的SRS 和周期性和周期性SRS 两种方式两种方式 周期性周期性SRS 支持支持2ms,5ms,10ms, 20ms, 40ms, 80ms, 160ms, 320ms 八种周期八种周期 TDD系统中，系统中，5ms最多发两次最多发两次关键技术帧结构物理信道物理层过程Slot structure for ACK/NAK and its RS

50、DMRS1 slot DMRS DMRSSlot structure for PUSCH and its RS1 slot DMRSSlot structure for CQI and its RS1 slot DMRS DMRS53 TD-LTETD-LTE关键技术关键技术1 TD-LTE TD-LTE物理层过程物理层过程3主要内容主要内容 TD-LTE TD-LTE帧结构及物理信道帧结构及物理信道2n下行同步下行同步n随机接入随机接入n上行功控上行功控n下行功率分配下行功率分配n频选调度频选调度54物理层过程物理层过程-下行同步下行同步 第一步：第一步：UE用3个已知的主同步序列和接收信号

51、做相关，找到最大相关峰值，从而获得该小区的主同步序列以及主同步信道位置（PSC，即上图的紫色位置），达到OFDM符号同步。PSC每5ms发射一次，所以UE此时还不能确定哪里是整个帧的开头。另外，小区的主同步序列是构成小区ID的一部分。 第二步：第二步：UE用270个已知的辅同步序列在特定位置（上图中的蓝色位置，即SSC）和接收信号做相关，找到该小区的辅同步序列。SSC每5ms发射一次，但一帧里的两次SSC发射不同的序列。UE据此特性获得帧同步。辅同步序列也是构成小区ID的一部分。 第三步：第三步：到此，下行同步完成。同时UE已经获取了该小区的小区IDS1核心网下行同步下行同步子帧0(下行)特殊

52、子帧#2子帧2(上行)PSC(Primary Synchronization Channel)SSC(Secondary Synchronization Channel)下行同步是UE进入小区后要完成的第一步，只有完成下行同步，才能开始接收其他信道（如广播信道）并进行其他活动。TD-SCDMA中主要依靠中主要依靠Sync_DL进行下行同步进行下行同步UE在DWpts上粗搜SYNC_DL位置（与TD-LTE相同每5ms帧发送一次），与可能的32个sync_DL做相关，确定SYNC_DL的码型（每个Sync_DL对应4个midamble码和扰码序列）通过相关运即可找到当前系统所用的midamble

53、码，同时可以估计出当前无线信道，用于UE对系统的扰码进行解码获取扰码后，便可建立TS0同步并读取P-CCPH信息发送的，读取小区广播信息TD-LTETD-SCDMA关键技术帧结构物理信道物理层过程55物理层过程物理层过程-随机接入随机接入S1核心网Preamble PRACH信道可以承载在UpPTS上，但因为UpPTS较短，此时只能发射短Preamble码。短Preamble码能用在最多覆盖1.4公里的小区。 PRACH信道也可承载在正常的上行子帧。这时可以发射长preamble码。长preamble码有4种可能的配置，对应的小区覆盖半径从14公里到100公里不等。 PRACH信道在每个子帧上

54、只能配置一个。考虑到LTE中一共有64个preamble码，在无冲突的情况下，每个子帧最多可支持64个UE同时接入。 实际应用中，64个preamble码有部分会被分配为仅供切换用户使用（叫做：非竞争preamble码），以提高切换用户的切换成功率。所以小区内用户用于初始随机接入的preamble码可能会少于64个。子帧0(下行)特殊子帧子帧2(上行)长Preamble短Preamble在UE收取了小区广播信息之后，当需要接入系统时，UE即在PRACH信道发送Preamble码，开始触发随机接入流程关键技术帧结构物理信道物理层过程56物理层过程物理层过程-随机接入信令流程随机接入信令流程UEe

55、NBPreamblePRACH信道信道Random Access ResponsePDSCH(公共业务信道公共业务信道)RRC连接请求PUSCH(公共业务信道公共业务信道)RRC连接建立PDSCH(公共业务信道公共业务信道)发送preamble，请求接入确认收到请求，并指示UE调整上行同步UE发送IMSI或TMSI，正式请求RRC连接确认收到请求并返回该UE的IMSI(TMSI)以解决竞争问题(如果两个UE都以为自己能获得接入，那么通过此消息的IMSI就能挑出真正获准接入的UEUENodeBSYNC-ULUppch信道信道Sync_UL ResponseFPACH信道信道RRC 连接请求PRA

56、CH信道信道RRC连接建立DCCH信道信道TD-LTETD-SCDMA对比来看，TD-SCDMA和TD-LTE的随机接入在理念上是类似的，这里只列出区别： TD-SCDMA中Uppch的SYNC-UL可在UpPTS上发射，为避免Up干扰开启Up-shifting后Uppch在上行业务时隙发送，但不占用业务时隙码道资源 典型3载波小区，偏移1个时隙，本小区容量损失17%，但通过干扰消除算法可消除、抑制Up与业务共时隙的干扰 TD-LTE可以用UpPTS，也可以占用常规时隙资源，在上行业务时隙传输PRACH配置为非Format 4，20MHz载波带宽，上下行时隙比2:2情况下，PRACH配置为Fo

57、rmat 4上行理论吞吐量损失1.5%关键技术帧结构物理信道物理层过程57降低小区间干扰降低小区间干扰补偿路径损耗和阴影衰落，适应信道变化补偿路径损耗和阴影衰落，适应信道变化 上行功控概述上行功控概述功控方案功控方案功控信道功控信道n PUSCH/PUCCH/SRS/PRACH开环功控开环功控 (补偿路径损耗和阴影衰落）补偿路径损耗和阴影衰落） 确定确定UE发射功率的一个起始发射功率，作为闭环功控调整的基础发射功率的一个起始发射功率，作为闭环功控调整的基础;闭环功控（适应信道变化）闭环功控（适应信道变化） eNodeB通过测量通过测量PUCCH/PUSCH/SRS信号的信号的SINR，和目标值

58、，和目标值SINRtarget比较比较，调整相应子帧的上行发送信号的发射功率；，调整相应子帧的上行发送信号的发射功率；外环功控外环功控 根据根据BLER的统计值动态调整闭环功控中使用的目标值的统计值动态调整闭环功控中使用的目标值SINRtarget功控目的功控目的关键技术帧结构物理信道物理层过程58PUSCH功控流程功控流程eNB广播小区特定功控参数（广播小区特定功控参数（P0-nominal，alpha);eNB通过通过RRC通知通知UE特定的功控参数（特定的功控参数（P0_UE）;UE结合结合eNB提供的参数计算提供的参数计算pathloss;eNB通过通过PDCCH（DCI Format

59、 0 （UE标识标识C-RNTI） or DCI Format 3/3A（UE标识标识TPC-PUSCH-RNTI） )通知通知UE TPC命令，进行闭环校命令，进行闭环校正功率；正功率；UE测量并上报自己的测量并上报自己的headroom。范围：范围： 40;-23dB（ class 3）作用：确定具体的功控策略（调高或调低）作用：确定具体的功控策略（调高或调低）上报机制：上报机制：上次上报上次上报headroom后路损有了较大改变；后路损有了较大改变；UE发射功率已接近最大发射功率；发射功率已接近最大发射功率；较长时间未上报较长时间未上报headroom。headroom关键技术帧结构物理信道物理层过程59PUSCH功控参数（各厂商实配值）功控参数（各厂商实配值）Vendor 1Vendor 2Vendor 3Ven