中兴通讯 LTE FDD技术讲解 V30

创新超越4G核心竞争力中兴通讯提纲4G移动网络产业发展分析移动通讯系统演进4G移动特征LTE整体产业链发展良性标准组织芯片终端系统网络测试仪器国内：LTE部署进入实质性阶段已经规划了适用于LTE发展的频率资源，2013年将适时发放LTE牌照中国电信：TD-LTE混合组网4G试验网设备在8月开启招标，要求4G试验网在11月底割接入网，年底前重点城市达到4G试商用要求网络：1.8G和2.6G为全球网络主要频率全球175个商用的LTE网络FDD频段分布1800MHz（band3）预计是LTE建设可选的主要频段，同时可预见在未来将作为支持漫游的关键频段。超过45%的LTE商用网络使用1800MHz。LTE商用网络使用第二多的频段是2.6GHz(band7)。双频1800/2600MHz终端可以在至少57个国家使用，也就是说，在今天已经推出LTE商用服务的国家中，超过81%的国家都可以使用提纲4G移动网络产业发展分析移动通讯系统的演进4G移动特征移动通信正在从2G向3G/B3G/4G演进,载频带宽由窄带向宽带发展。移动通信网络将会从以语音为主导的网络向以高速数据为主导的网络转型。移动通信系统演进—LTEXLTE标准进展200820092010LTERel8批准LTERel8功能冻结，商用版本发布LTERel8持续增强和改进LTERel9功能冻结3GPPRel9已于2009年12月功能冻结，为各厂商及时推出商用产品奠定了基础。SAERel8批准SAERel8功能冻结SAERel8持续增强和改进LTEAdvancedRel10LTE特点灵活的信道带宽1.4,3,5,10,15,20MHz更低的无线网时延单向用户面<5ms控制面<100ms更高的频谱效率下行比WCDMAR6提高3-4倍上行频谱效率比R6提高2-3倍全分组域业务为传统的电信业务提供QoS传输增强的移动性能0-15公里/小时:最优的性能15-120公里/小时:较高的性能120-350公里/小时:支持实时业务Rel-6HSPARel-8LTE天线:两收两发系统带宽(MHz)520下行峰值速率(Mbps)14.4172.8下行平均频谱效率（bps/Hz/cell）0.531.69下行小区边缘用户频谱效率（bps/Hz/cell）0.020.05上行峰值速率(Mbps)5.7616QAM:5764QAM:86.4上行平均频谱效率（bps/Hz/cell）0.3320.735上行小区边缘用户频谱效率(bps/Hz/cell）0.0090.024提纲4G移动网络产业发展分析移动通讯系统的演进4G移动特征eNB集成了更多的功能块：物理层(PHY)，媒体接入层(MAC)，无线链路控制(RLC)，分组数据汇聚协议(PDCP)，无线资源控制(RRC)，无线资源分配和调度,小区间无线资源管理(RRM)更短的无线网络时延：单向用户数据延迟<5ms，控制信令延迟<100mseNB之间通过X2接口进行通信，实现小区间优化的无线资源管理UuLTE网络架构--E-UTRANLTE关键技术载波聚合（CA）网络架构：全IP扁平架构MIMOOFDM多带宽选择提升宽带能力

降低网络时延1.4M3M5M10M15M20MRefarming2GBackwardUMTSExtensionBandsMIMOChannelDataStreamingLTE的技术特点基于OFDM的上下行多址接入和信号调制方式下行采用正交频分多址OFDMA上行采用单载波频分多址SC-FDMA消除无线网络自干扰资源分配更灵活采用更高阶的调制:64QAMOFDM:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing正交频分复用正交频分复用(OFDM)OFDM是通过大量窄带子载波来实现多载波传输。子载波直接相互正交。插入CP(CyclicPrefix)是为了防止不同时延造成的符号间干扰OFDM

保护间隔(GuardInterval)和循环前缀(cyclicprefix)CP类型与子载波间隔及OFDM符号数的关系子载波间隔OFDM符号数（oneslot）一个RB所占用的子载波数一个RB中对应的RE数NormalCP15KHz71284ExtendedCP15KHz612727.5KHz32472一个RB对应频域的12个子载波，即180KHz=15x

12(fornormalCP)不同帯宽下的RB数名义带宽(MHz)1.435101520RB数目615255075100实际占用带宽(MHz)1.082.74.5913.518占用带宽=子载波间隔x每RB的子载波数目xRB数目子载波间隔=15KHz每RB的子载波数目=12帧结构TTI:1ms下行OFDMA的多用户资源分配OFDMA的多载波传输方式将频谱划分为时频二维资源：频域的子载波和时域的符号间隔。上行SC-FDMA的多用户资源分配不同用户在同一传输间隔占用不相交的子带同一用户在不同传输间隔可以占用不相同的子带

为了进一步提高频谱的复用率，研究者们想到在通信的一方或双方采用多个收发天线，主动地利用用户的空间方位信息或空间信道的冗余来提高系统的容量，这便是MIMO（多输入多输出）系统的由来。 其基本思想是在收发双端采用多根天线，分别同时发射与接收，通过空时处理技术，充分利用空间资源，在无需增加频谱资源和发射功率的情况下，成倍地提升通信系统的容量与可靠性，提高频谱利用率。MIMO基本思想MIMO的优点阵列增益：可以提高发射功率和进行波束形成；系统的分集特性：可以改善信道衰落造成的干扰；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；因此，充分地利用MIMO系统的这些优秀品质能够大幅度地提高系统容量、获得相当高的频谱利用率，从而可以获得更高的数据率、更好的传输品质或更大的系统覆盖范围。MIMO的使用模式传输分集 使用多根天线进行发射和/或接收空间复用 发射的高速数据被分成几个并行的低速数据流，在同一频带从多个天线同时发射出去波束成形 在发射端将待发射数据矢量加权，形成某种方向图后到达接收端发射分集发射分集就是在发射端使用多幅发射天线发射信息，通过对不同的天线发射的信号进行编码达到空间分集的目的，接收端获得比单天线高的信噪比空时发射分集STTD，空频发射分集SFTD，循环延迟分集CDD分集：空时编码（STC）

现以两天线的发射分集系统进行说明：

从图中可以看到，输入字符即信息源被分为两组，每组为两个字符。在第一个字符时间内，每组的两个字符[C1,C2]同时分别从两个天线发送。下一个字符时间内，信号[-C2*,C1*]同时分别从两根天线发出。空时编码（STC）STC同时利用了时间和空间。STC不直接提高系统容量，但是提供分集和编码增益。STC可以有效避免深衰落，降低误包率，大大改进网络的可靠性和通信服务质量。因此可采用更高阶调制编码方式，从而间接提高系统吞吐量。分集：空频编码（SFC）空频发射分集与空时发射分集类似，不同的是SFBC是对发送的符号进行频域和空域编码将同一组数据承载在不同的子载波上面获得频率分集增益循环延迟发射分集（CDD）

在不同的发射天线上发送具有不同相对延时的同一个信号,人为地制造时间弥散，能够获得分集增益。且循环延时分集采用的是循环延时而不是线性延时，延迟是通过固定步长的移相（CyclicShift，循环移相）来等效实现延迟接收分集

多个天线接收来自多个信道的承载同一信息的多个独立的信号副本，由于信号不可能同时处于深衰落情况中，因此在任一给定的时刻至少可以保证有一个强度足够大的信号副本提供给接收机使用，从而提高了接收信号的信噪比空间复用

发射的高速数据被分成几个并行的低速数据流，在同一频带从多个天线同时发射出去。由于多径传播，每个发射天线对于接收机产生不同的空间签名，接收机利用这些不同的签名分离出独立的数据流，最后再复用成原始数据流。因此空间复用可以成倍提高数据传输速率空间复用（SM）SM利用了空间，发送方同一时刻把两个信号发送出去，接收方则直接解码两个信号。使用SM技术可以大大的提高系统的传输速率和吞吐量。下行链接可在BS侧用2-4天线波束成形基本思想MIMO中的波束形成方式与智能天线系统中的波束形成类似，在发射端将待发射数据矢量加权，形成某种方向图后到达接收端，抑制噪声和干扰；与常规智能天线不同的是，原来的下行波束形成只针对一个天线，现在需要针对多个天线。通过下行波束形成，使得信号在用户方向上得到加强，使得用户具有更强的抗干扰能力和抗噪能力。因此，和发分集类似，可以利用额外的波束形成增益提高通信链路的可靠性，也可在同样可靠性下利用高阶调制提高数据率和频谱利用率。MIMO和BeamForming对比BF利用接收信号的相关优势，通过天线阵列，采用定向波束跟踪有用信号，并同时抑制干扰MIMO空时分组码（STBC)技术提供分集增益和空间选择性衰落保护MIMO空间复用（SM）技术通过不同的天线发射不同的码流信息，以获得空间复用增益，从而提高系统容量和频谱效率BF要求天线之间的距离较短，天线应具有相同的定向极化，否则会降低接收信号之间的相关性MIMO要求天线之间距离尽可能大，天线应采用交叉极化，以确保天线间的不相关性MIMO和BF的原理对比比较对天线的要求MIMO和BF的应用MIMO的STBC和SM技术适合在具有丰富的反射和散射的多径信道环境下使用。主要的应用是人口密集的城市，普通城市，热点地区和室内覆盖环境。MIMO技术已投入商用，而且性能表现相对较好MIMO的应用BF的应用BF更加适用于郊区和乡村的场景特征的LOS传播模型，小的下倾角和高的信道相关性场合BF只适合在小区的中间或边缘低速运动的用户波束成型技术不适合密集城区、室内覆盖等环境，由于反射的原因，一方面接收端会收到太多路径的信号，导致相位叠加的效果不佳；另一方面，大量的多径信号会导致DOA信息估算困难。2T4R组网拥有更高的性价比对于上行，相比于1T2R的MIMO配置，引入4天线可以改善SINR的需求理想的1T4R相对于1T2R的增益有4dB左右2T4R相对2T2R成本增加只有天馈，不超过20%4dB的链路增益可增大覆盖半径约30%，增大单站覆盖面积约70%左右。同时，系统仿真反映上行1T4R相对1T2RSE有50%左右的增益，ESE有120%的增益。UL4T相对2T系统，性价比较低对于下行，终端支持4R较晚，因此下行主要是4T2R4T2R相对2T2R

SINR增益为很小或为负值（-0.3dB)4发RS信号所占RE提高，空口时频资源开销变大。2T4R上行容量增益：仿真数据场景ISD(m)UL平均频谱效率

(bps/Hz)UL

边缘频谱效率（bps/Hz)1*21*4Gain(%)1*21*4Gain(%)密集城区5000.701.0855%0.0040.008123%城区5000.871.3858%0.0130.02599%郊区17320.681.0656%0.000.01124%农村30000.701.1361%0.010.01109%仿真数据表明，终端在上行4天线的上行流量与上行2天线相比，可以得到50%的增益同等站距下：上行4天线和上行2天线的情形数据对比：终端上行平均流量达到55%~68%的增益；边缘的上行流量达到100%的增益；静态邻小区干扰协调和功率控制小区间干扰协调(ICIC);部分频率复用:系统将频率资源分为2个复用集，一个频率复用因子为1的频率集合，应用于中心用户(CCU)调度；一个频率复用因子大于1的频率集合，应用于边缘用户(CEU)调度;Ptx=Prx+alpha*PL2,alpha≤120MHz20MHz带宽化分成A,B,C3块,分别应用于不同扇区的边缘用户.而中心用户可使用该扇区未用的2块频谱UE1UE3UE2UE3UE1UE2动态邻小区干扰协调LTE支持同频组网下动态的小区间干扰协调任何小区可通过X2消息发送强干扰指示(HII)给相邻小区,事先控制使得相邻小区调度资源避开干扰.小区还可通过X2消息发送过载指示(OI)给相邻小区,当相邻小区收到OI报告后会采取自降干扰措施如降低本小区发射功率.UE1扇区X分配了资源A给边缘用户UE1,X会通过X2接口发HII通知Y和Z,使得Y将分配给UE2不同于UE1的资源扇区Y检测到高干扰,Y会通过X2接口发OI通知X和Z,X会让UE1和UE3降低发射功率;

无需对20MHz带宽预先进行划分,跟据实际干扰和带宽需求情况来动态分配资源.UE2XYZUE320MHzMIMO增强LTEcarrier20MHz连续载波聚合LTEcarrier20MHz非连续载波聚合………….载波聚合（CA）中继技术（Relay）LTE后续的关键技术HetNet的eICIC演进：向LTE-A的演进基本平滑到LTE-A版本升级，不仅涉及软件升级，还涉及硬件升级。硬件升级包含以下功能点：注：√表示兼容，×表示不兼容除了站型变化，其他功能（包括comp、relay等）可以通过软件升级实现；LTE-A兼容LTE功能，不同版本的系统和终端、eNodeB和核心网、以及eNodeB之间可以满足基本功能的对接，参见下表所示;项目硬件变动范围升级方式载波聚合Carrieraggregation(CA)射频系统的变换，包括天线、射频处理单元（RRU）需要同时支持不同频段的处理如天线不能支持需要聚合的多个频段，则更换单频天线为多频天线；增加或者替换射频单元；下行MIMO最大支持8*8MIMO，天线需支持8天线，射频子系统需支持8个发射通道；如天线不能支持8天线，则更换天线为8天线；增加或者替换射频单元；基于不同射频单元同步问题带来的效果差异，建议替换方式；上行MIMO天线需支持4天线或者8天线，如天线不能支持4天线或8天线，则更换天线为