TD-LTE基本原理与关键技术

TD-LTE基本原理与关键技术培训专用胶片中兴通讯TDD产品支持团队姓名:徐济乾E-mail:Xu.Jiqian@目录TD-LTE导入TD-LTE系统架构介绍TD-LTE基本原理介绍TD-LTE关键技术介绍第三代移动通信技术：WCDMACDMA2000TD-SCDMAWiMAX(IEEE802.16d-802.16n)移动通信的发展AMPSTACSNMT其它模拟技术GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC需求驱动数字技术语音业务UMTSWCDMACDMA2000需求驱动宽带业务TD-SCDMA第一代80年代模拟第二代90年代数字第三代IMT-2000移动通信发展的最终目标是实现任何人(whoever)可以在任何时候(whenever)、任何地方(wherever)与其它任何人(whomever)以任何方式(whatever)进行通信！演进之路——无线技术演进路径LTE成为移动通信技术演进的主流方向，多种技术体制将长期并存，并最终演进到单一网络为什么要LTELTE

LongTermEvolution4G渐行渐近，什么样的技术能获得ITU的青睐而成为4G标准？GSM—>WCDMA\TD-SCDMA—>?IEEE输出了强劲对手，怎么在于WiMAX市场竞争中取胜？WiMAX吞吐量>>WCDMA\TD-SCDMA!数据业务需求快速增加，如何保证3GPP在更长时间内的竞争力？UL50Mbps\DL100Mbps?什么是LTELTE分FDD和TDD两种模式采用OFDM和MIMO技术，用户峰值速率DL100MbpsUL50Mbps扁平、全IP网络架构减少系统时延CP：驻留—激活小于100ms，休眠—激活小于50msUP：最小可达到5ms控制面处理能力：单小区5M带宽内不少于200用户频谱利用率：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz频谱利用率相对于3G提高2-3倍LTE频谱（TDD）E-UTRABand

Uplink/downlink[MHz]

DuplexMode

331900-1920TDD342010-2025TDD351850-1910TDD361930-1990TDD371910-1930TDD382570-2620TDD391880-1920TDD402300-2400TDD412496-2690TDD423400-3600TDD433600-3800TDD公网市场比较主流的TD-LTE频段是2.3G及2.6G频段专网市场比较主流的TD-LTE频段是1.4G（1447M-1467M）和1.8G（1785M-1805M）频段全球市场中国TDD频段分析和使用频段A2010-2025MHz频段F1880-1920MHz频段E2320-2370MHz中国移动TDD频谱室外TD-LTE20M(1880-1900MHz）

室外TDS15M(1900-1915MHz）频段D2575-2635MHz室外TD-LTE20M->35M15M50M60M室内+室外：TDS15M室内TDS/TD-LTE50M室内TD5M(2010-2015MHz)室外TD10M(2015-2025MHz)室内TD10M(1880-1890MHz)室外TD10M(1890-1900MHz)室内TD10M(2320-2330MHz)频段E2300-2320MHz室内TD-LTE20M中国联通TDD频谱频段D2555-2575MHz20M室外TD-LTE频段E2370-2390MHz室内TD-LTE20M中国电信TDD频谱频段D2635-2655MHz20M室外TD-LTE预留1.4G、3.5G、3.6G频段尚未分配目录TD-LTE导入TD-LTE系统架构介绍TD-LTE基本原理介绍TD-LTE关键技术介绍TD-LTE整网网络架构无线网络用户无线侧接入承载网络提供无线基站传输IP规划提供无线基站指向核心网和网管中心路由EPC核心网核心网层功能接入用户数据存储和鉴权业务平台提供多样化业务2\3GRNC\BSCOMCB通道2\3G核心网视频监控多媒体会议PGM业务MRS服务器PORTAL无线网NodeB+eNodeBPTN网络CE1CE2MMES-GWHSS/HLRDNSCGFWFW计费中心CMNETIP承载网GPRS其他EPCEPC核心网eNodeBeNodeB+BTS单\双\多模网管业务平台LTE网络结构——无线侧网络结构扁平化与传统网络互通E-UTRAN只有一种节点网元—E-NodeB全IP媒体面控制面分离RNC+NodeB=eNodeB网络扁平化使得系统延时减少，从而改善用户体验，可开展更多业务网元数目减少，使得网络部署更为简单，网络的维护更加容易取消了RNC的集中控制，避免单点故障，有利于提高网络稳定性eNodeB基本功能eNodeB负责LTE无线接入，具有3GPP3G网络中NodeB全部和RNC大部分功能，包括：物理层功能MAC、RLC、PDCP功能RRC功能资源调度无线资源管理无线接入控制移动性管理UP: 用户平面接口位于E-NodeB和S-GW之间，传输网络层建立在IP传输之上，UDP/IP之上的GTP-U用来携带用户平面的PDU

CP： S1控制平面接口位于E-NodeB和MME之间，传输网络层是利用IP传输，这点类似于用户平面；为了可靠的传输信令消息，在IP曾之上添加了SCTP；应用层的信令协议为S1-AP控制面LTES1接口协议用户面UP:

X2用户平面接口是E-NodeB之间的接口，用户平面协议伐如下图所示，E-UTRAN的传输网络层是基于IP传输的，UDP/IP之上是利用GTP-U来传送用户平面PDUCP： X2控制平面接口是E-NodeB之间的接口，控制平面协议伐如下图所示。传输网络层是利用IP和SCTP协议，而应用层信令协议为X2接口应用协议X2-AP用户面控制面LTEX2接口协议UP：完成业务数据流在空中接口的收发处理，协议栈包括PDCP、RLC、MAC和PHY四个协议子层LTEX1接口介绍（Uu）业务面控制面CP：E-UTRAN控制面主要包括NAS、RRC、PDCP、RLC、MAC和PHY，网络侧的协议终止点除NAS在MME中外，其他的协议层都终止于eNodeBLTE网络架构——Femto组网HeNBFemto无线接入点

，完成无线口接入的相关流程SeGW安全网关，确保非安全传输网络上S1口数据的安全传送HeNBGWFemto网关，完成S1口上控制面/用户面相关流程的代理服务功能HeMSFemto网管系统，提供对HeNB的接入认证、告警、性能等的管理功能AAA+HSS与SeGW连接，实现HeNBUSIM卡安全认证CN-OSS实现对SeGW、HeNBGW、AAA、HSS等设备管理，与BOSS对接目录TD-LTE导入TD-LTE系统架构介绍TD-LTE基本原理介绍TD-LTE关键技术介绍TD-LTE基本原理介绍TD-LTE物理资源分配TD-LTE物理信道与信号TD-LTE物理层过程子目录LTE使用天线端口来区分空间上的资源。天线端口的定义是从接收机的角度来定义的，即如果接收机需要区分资源在空间上的差别，就需要定义多个天线端口。目前LTE下行定义了三类天线端口，分别对应于天线端口序号0~5。小区专用参考信号传输天线端口：天线端口0~3MBSFN参考信号传输天线端口：天线端口4终端专用参考信号传输天线端口：天线端口5天线端口与实际的物理天线端口没有一一对应的关系空域资源——天线端口19ANTPort2ANTPort1频域资源——子载波LTE使用正交的子载波来区分频域上的资源，子载波间隔为15KHz或7.5KHz。信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目常规载波721803006009001200多播载波144360600120018002400LTE系统中，利用NFFT=2048的采样周期，定义基本时间单元：Ts=1/Fs=1/(15000x2048)秒=32.55208ns，

所有时域资源均通过时间单元Ts表示时域资源——LTE无线帧

LTE支持两种无线帧结构：Type1，适用于FDD；Type2，适用于TDD帧结构Type1——FDD

Type1帧结构每个10ms无线帧，分为20个时隙，10个子帧每个子帧1ms，包含2个时隙，每个时隙0.5ms上行和下行传输在不同频率上进行时域资源——LTE无线帧帧结构Type2——TDD时域上，每个1ms子帧，分为若干个符号（Symbols），

符号之间有保护间隔CP，每个子帧中符号个数根据符号之间的保护间隔CP决定：常规CP时1ms有14个符号，扩展CP时1ms有12个符号。

（做时域资源估算时，通常忽略CP，按一个符号长度为2192Ts计算）Type2帧结构每个10ms无线帧，分为2个长度为5ms的半帧每个半帧由8个长度为0.5ms的时隙和3个特殊区域DwPTS,GP,UpPTS组成(“8+3方案”)DwPTS,GP和UpPTS的总长度等于1ms，其中DwPTS和UpPTS的长度可配置IndexDL-to-ULSwitch-pointperiodicitySubframenumber012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUD“D”代表此子帧用于下行传输，“U”代表此子帧用于上行传输，“S”是由DwPTS、GP和UpPTS组成的特殊子帧。特殊子帧中DwPTS\GP\UpPTS的长度可配置，DwPTS+GP+UpPTS总长度=1ms=30720Ts。时域资源——TDD无线帧配比IndexNormalcyclicprefixinDLExtendedcyclicprefixinDLDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS03(6592Ts)10(21936Ts)1OFDMSymbols2192Ts\2560Ts3(7680Ts)8(20848Ts)1OFDMSymbols2192Ts\2560Ts19(19760Ts)4(8768Ts)8(20480Ts)3(8048Ts)210(21952Ts)3(6576Ts)9(23040Ts)2(5488Ts)311(24144Ts)2(4384Ts)10(25600Ts)1(2928Ts)412(26336Ts)1(2192Ts)3(7680Ts)7(18656Ts)2OFDMSymbols4384Ts\5120Ts53(6592Ts)9(19744Ts)2OFDMSymbols4384Ts\5120Ts8(20480Ts)2(5856Ts)69(19760Ts)3(6576Ts)9(23040Ts)1(3296Ts)710(21952Ts)2(4384Ts)5(12800Ts)5(13536Ts)811(24144Ts)1(2192Ts)---96(13168Ts)6(13168Ts)---共存要求：上下行没有交叠（图中Tb>Ta）时域资源——与TD-SCDMA

邻频共存（最终选定采用3:9:2或6:6:2（R11）配比模式，6:6:2的DwPTS可以用来承载业务数据）TD-S=4:2TD-LTE=3:1+?TD-LTE的DwPTS<2000us-Ta=525us=16128Ts≈7.4符号，因此，DwPTS可取≤7

个符号的配置!时域资源——与TD-SCDMA

邻频共存（最终选定采用9:3:2配比模式，

DwPTS可以用来承载业务数据）TD-S=4:2TD-LTE=3:1+?共存要求：上下行没有交叠（图中Tb>Ta）TD-LTE的DwPTS可以用来承载业务数据，因此为了获得更高下行吞吐量，需DwPTS占用更多符号资源。鉴于此，将TD-S的UpPTS偏移到TS1，从而将Ta缩短为1350us，因此DwPTS<2000us-Ta=650us=19968Ts≈9.1符号，因此，DwPTS可取≤9

个符号的配置!LTE物理资源分配——RELTEOFDM系统里，时域信号是K路子载波信号的叠加，每路子载波都是一个调制波形，体现为一个I/Q数据（symbol），并且子载波之间是相互正交的。那么这个时域信号就叫OFDMsymbol。将一个OFDMsymbol定义为一个RE（ResourceElement），为LTE里最小的资源单位，对于每一个天线端口，时域上为一个OFDMsymbol（下行）或者SC-FDMAsymbol（上行），频域上为一个子载波。一个RE在BPSK调制下可以承载一个bit的数据量。资源块概念:一个物理资源块（PRB）由时域上连续的个符号，频域上连续的个子载波组成。其中和由CP类型和子载波间隔决定。LTE物理资源分配——RB子载波间隔CP长度子载波数目符号个数RE个数15KHz常规CP12784扩展CP126727.5KHz常规CP24372REGRBGLTE物理资源分配——REG/CCE/RBGSystemBandwidth（RB）RBGSize(P)≤10111–26227–63364–1104CCERBG（ResourceBlockGroup）为业务信道资源分配的资源单位，由一组RB组成，分组大小与系统带宽有关REG（ResourceElementGroup）为控制区域中RE集合，用于映射下行控制信道，每个REG中包含4个数据RECCE（ChannelControlElement）为PDCCH资源分配的资源单位，由9个REG组成下行Unicast/MBSFN子帧控制区域OFDM符号数目帧结构类型2中的子帧1和子帧61,2存在MBSFN传输的子帧1,2不存在MBSFN传输的子帧1,2,3,4常规子帧：常规子帧由两个时隙组成，包括下行Unicast/MBSFN子帧、下行MBSFN专用载波子帧和上行常规子帧特殊子帧：特殊子帧由三个特殊域组成，分别为DwPTS、GP和UpPTS。LTE物理资源分配——控制区域与数据区域1、下行Unicast/MBSFN子帧：控制区域与数据区域进行时分，控制区域OFDM符号数目可配置2、下行MBSFN专用载波子帧中不存在控制区域3、上行子帧控制区域与数据区域进行频分TD-LTE基本原理介绍TD-LTE物理资源分配TD-LTE物理信道与信号TD-LTE物理层过程子目录信道类型功能PRACH(随机接入信道\PhysicalRandomAccessChannel)随机接入时发送preamble信息PUCCH(上行物理控制信道\PhysicalUplinkControlChannel)传输上行用户的控制信息，包括CQI，ACK/NAK反馈，调度请求等PUSCH(上行物理共享信道\PhysicalUplinkSharedChannel)承载上行业务数据\用户控制信息CQI\PMI\RI反馈LTE物理信道信道类型功能PBCH(物理广播信道\PhysicalBroadcastChannel)MIB(主信息块)PDCCH(下行物理控制信道\PhysicalDownlinkControlChannel)EPDCCH(增强型PDCCH\Enhanced-PDCCH)——R11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\RACH响应调度授权信令PDSCH(下行物理共享信道\PhysicalDownlinkSharedChannel)承载下行业务数据\RRC相关信令\SIB\paging消息PCFICH(控制格式指示信道\PhysicalCFIChannel)指示同一子帧中PDCCH占用的符号数信息PHICH(HARQ指示信道\PhysicalHybridARQIndicatorChannel)传输控制信息HI（ACK/NACK)PMCH(物理多播信道\PhysicalMulticastChannel)在支持MBMS业务时，承载多小区的广播信息下行物理信道上行物理信道频域：对于不同的带宽，都占用中间的1.08MHz（72个子载波）进行传输时域：映射在每个5ms无线帧的子帧0里的第二个slot的前4个OFDM符号上周期：PBCH周期为40ms，每10ms重复发送一次，终端可以通过4次中的任一次接收解调出BCHPBCH(广播信道)LTE物理信道——PBCH频域：占用6RB（1.08MHz），864个子载波（子载波带宽1.25kHz）时域：位于UpPTS（format4）及普通上行子帧中（format0~3）。每无线帧接入0.5~6次，每子帧采用频分方式可传输多个随机接入资源。建议：考虑初期应用场景为城区，Format0和4即可满足覆盖要求，故初期仅要求格式0和4PRACH前导序列是由长度为839的ZC（Zadoff-Chu）序列组成，每个前导序列对应一个根序列，共838个（Format4有138个）。单小区需要64个前导序列，由一个或多个连续的根序列通过多次的循环移位产生，随机接入循环位移偏移（Ncs）大小取决于小区UE移动速度场景类型，一个小区只需广播第一个根序列的编号（Logicalrootsequencenumber）即可。小区的Preamble设计示例：

1、小区的覆盖场景为低速场景；Preamble

format选择format

0；Ncs

Configuration选择8，对应Ncs长度等于46；

产生64个循环前缀的Logical

root

sequence

number起始索引号为766。2、Preamble

Format为0，Ncs

Configuration为8，对应根序列长度为839，则一个根序列可以生成839/46≈18个前导序列，所以至少需要4个根μ才能产生64个前导序列。3、该小区使用的Logical

root

sequence

number为766~769。PRACH(物理随机接入信道)LTE物理信道——PRACHFormat时间长度Tcp(Ts)Tseq(Ts)GI序列长度覆盖范围01ms316824576297615km12ms21024245761584077km22ms62402*24576604880km33ms210242*2457621984100km4≈157.3us44840962881.4km频域：占用所有的子载波时域：占用每个子帧的前n个OFDM符号，n<=4（PDCCH\EPDCCH\的信息映射到控制域中除了参考信号、PCFICH、PHICH之外的RE中，因此需先获得PCFICH和PHICH的位置之后才能确定其位置）作用：用于发送上/下行资源调度信息、功控命令等，通过下行控制信息块DCI承载，不同用户使用不同的DCI资源LTE物理信道——PDCCH\EPDCCH

PDCCH\EPDCCH(物理下行控制信道\增强型物理下行控制信道)DCI占用的物理资源可变，

PDCCHDCI范围为1~8个CCE，EPDCCHDCI范围为1~32个CCE，如右表PDCCH受到诸多因素影响：CCE聚合度、DCIFormat、邻小区干扰、天线数及发送方式等DCI占用资源不同，则解调门限不同，资源越多，需求的解调门限越低，覆盖范围越大PDCCH可用资源有限，单个DCI占用资源越多，将导致PDCCH支持用户容量下降针对每个DCI可以进行功控，以达到降低小区间干扰和增强覆盖的目的PDCCHformatCCE个数REG个数PDCCH的bit数01972121814424362883872576EPDCCHformatNumberofECCEsforoneEPDCCHCaseACaseBLocalizedtransmissionDistributedtransmissionLocalizedtransmissionDistributedtransmission02211144222884431616884-32-16频域：占用为UE分配的所有的子载波时域：一个控制信道由1个RBpair组成，位于上行子帧的两边边带上作用：传输上行用户的控制信息UCI，包括CQI,ACK/NAK反馈，调度请求等PUCCH在子帧的两个slot上下边带跳频，获得频率分集增益；PUCCH重复编码，获得接收分集增益，增加解调成功率PUCCHACK反馈模式：Bundling模式，下行子帧多于上行子帧时，多个ACK/NACK通过逻辑与运算生成上行子帧中的反馈，单码字生成一个Bit，双码字生成两个bitMultiplexing，允许最多4个下行子帧的ACK/NACK复用到一起，可以反馈1到4个Bit的ACK/NACKLTE物理信道——PUCCHPUCCH格式承载信息内容每子帧bit数调制方式1SRIUE是否有调度请求N/AN/A1a1bitACK传输HARQ信息1BPSK1b2bitACK2QPSK2CQIPMI+RI+CQI20QPSK2aCQI+1比特ACK混合传输CQI及HARQ信息21QPSK+BPSK2bCQI+2比特ACK22QPSK+BPSK3CQI+ACK48QPSKPUCCH（上行物理控制信道）控制信道示意图PHICH承载eNodeB对上行发射信号做出的NAK/ACK响应信息HI信息为1bit，0表示ACK，1表示NAK；经过重复后变为3bitPHICH的传输以PHICH组的形式，PHICH组的个数由PBCH指示，PHICH组数=Ng*(100/8)（整数，取上限）={3，7，13，25}，

其中控制参数因子Ng={1/6,1/2,1,2}多个PHICH形成一个PHICH组映射到同一资源粒子组（REG），组内的PHICH通过正交序列（orthogonalsequence）进行来区分频域：占用4个REG，均匀分布在整个系统带宽时域：CFI在子帧的第一个OFDM符号上发送，小区级shift，随机化干扰每个子帧中都发射PCFICH，eNodeB通过PCFICH将一个子帧中PDCCH占用的OFDM符号数通知给UE，这个OFDM符号数由CFI来指示，CFI取值为1,2,3,4，分别对应四组不同的32bits二进制数，经过QPSK调制后输出为16个符号，然后被分成4个符号Quadruplet，而每一个符号Quadruplet被映射到一个REG上LTE物理信道——PCFICH&PHICHPCFICH(物理层控制格式指示信道)PHICH(物理HARQ指示信道)频域：占用所有的子载波时域：占用每个子帧除PDCCH\EPDCCH之外的所有符（特殊子帧的DwPTS上也可以由PDSCH）作用：既传输用户数据，也传输寻呼、控制信息，因为是共享信道，因此其资源使用有上层动态调配，其占用优先级最低，仅能使用其他物理信道不用的资源LTE物理信道——PDSCH\PUSCH\PMCH

PDSCH(物理下行共享信道)PMCH用于承载Multicast数据信息，只在MBSFN（MulticastBroadcastSingleFrequencyNetwork，多播广播单频网络）的子帧上的MBSFN区域传送，并使用扩展前缀（extendedcyclicprefix）

MBSFN，在一个单频网络上进行多播或者广播，这个单频网络指的是网络中的同一频点上。在一个单频网上进行广播或者多播，有利于增强覆盖（终端可以接收来自不同基站的同一频段的广播，形成接收分集等

PMCH(物理多播信道)频域：占用分配给UE的上行频域资源，只能是连续的PRB，且PRB个数满足2、3、5的倍数时域：占用分配给UE的子帧作用：用于承载上行业务数据

PUSCH(物理上行共享信道)LTE物理信道与逻辑信道、传输信道对应关系下行信道映射关系上行信道映射关系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传输信道的信道编码传输信道编码方案编码速率UL-SCH/DL-SCHTurbocoding1/3PCH/MCHBCHTailbitingconvolutionalcoding1/3RACHN/AN/A控制信息编码方案编码速率DCITailbitingconvolutionalcoding1/3CFIBlockcode1/16HIRepetitioncode1/3UCIBlockcodevariableTailbitingconvolutionalcoding1/3LTE物理信道——编码调制方式控制信息的信道编码上下行物理信道调制方式下行物理信道PDSCHQPSK,16QAM,64QAMPMCHQPSK,16QAM,64QAMPDCCHQPSKPBCHQPSKPCFICHQPSKPHICHBPSK上行物理信道PUSCHQPSK,16QAM,64QAMPUCCHBPSK，QPSKPRACHN/A上下行物理信道调制方式LTE物理信号下行物理信号包括参考信号（Referencesignal）和同步信号（Synchronizationsignal）下行参考信号包括下面6种：小区专用参考信号：Cell-specificreferencesignals(CRS)MBSFN参考信号：MBSFNreferencesignalsUE专用参考信号：UE-specificreferencesignals(DM-RS)，associatedwithPDSCH解调用参考信号：Demodulationreferencesignals(DM-RS)，associatedwithEPDCCH定位用参考信号：Positioningreferencesignals(PRS)信道状态信息参考信号：CSIreferencesignals(CSI-RS)下行同步信号包括下面2种：主同步信号：Primarysynchronizationsignal(PSS)辅同步信号：Secondarysynchronizationsignal

(SSS)上行物理信号仅有参考信号（Referencesignal）上行参考信号包括下面2种：解调用参考信号：Demodulationreferencesignal(DM-RS)，

associatedwithtransmissionofPUSCHorPUCCH探测用参考信号：Soundingreferencesignal

(SRS),notassociatedwithtransmissionofPUSCHorPUCCHLTE物理信号——小区专用参考信号小区专用参考信号(CRS)作用用于下行信道估计，及非beamforming模式下的解调调度上下行资源用作切换测量小区专用参考信号(CRS)位置小区专用参考信号(CRS)位置与小区天线单端口个数和PCI配置相关。LTE物理信号——小区专用参考信号单天线端口模式——PCI模6多天线端口模式——PCI模3RS干扰将影响信道估计的准确度，如果RS干扰严重，将使得小区搜索失败，或者造成切换失败，从而影响业务性能。规避RS信号在频域上的重叠，从而消除小区间RS信号的干扰LTE物理信号——MBSFN参考信号extendedcyclicprefixΔf=15kHzextendedcyclicprefixΔf=7.5kHzMBSFN参考信号在分配给MBSFN传输的子帧上传送，用于下行MBMS业务信号估计使用天线端口4LTE物理信号——UE专用参考信号UE专用参考信号用于PDSCH信道估计，支持PDSCH的单天线传输，由高层配置使用方法使用天线端口5：TM7-BF使用天线端口7；8；7,8,9,10,11,12,13,14：TM9LTE物理信号——解调\定位\CSI用参考信号下行解调用参考信号(下行DM-RS)用于EPDCCH信道估计使用天线端口107,108,109,110，每个端口对应一个由+1和-1组成的序列定位用参考信号(PRS)用于中端定位使用天线端口6信道状态信息参考信号(CSI-RS)用于信道信息CQI，PMI，RI等信息的测量，最大可以支持8个端口的测量。使用天线端口15；15,16；15,16,17,18；15,16,17,18,19,20,21,22LTE物理信号——下行同步信号主同步信号（PSS）：一个小区中的主同步信号在3个不同序列中选择3个序列和一个物理层小区id组下的3个物理层小区id有一一对应的关系由频域Zadoff-Chu序列产生辅同步信号（SSS）两个长度为31的二进制交错级联产生二进制序列是由生成长31的M序列循环移位得到级联的序列由主同步信号给出的扰码序列进行加扰LTE物理层小区ID(PCI)有504个，分为168个，对应168个SSS序列，每组3个PCI，对应3个PSS序列对于TDD系统，主同步信号在DwPTS域第三个符号发送，辅同步信号在子帧0\5的最后一个OFDM符号发送LTE物理信号——上行参考信号47PUSCH用解调参考信号（上行DM-RS）用作求取信道估计矩阵使用Zad-offChu序列生成，产生之后直接映射到资源元上，不作任何编码的处理不同用户使用参考信号序列的不同循环移位值进行区分占用每一个Slot中的第4个SC-FDMA符号，其频域宽度与PUSCH占用的PRB一致，频域上连续Sounding参考信号（上行SRS）用作上行信道质量的估计与信道选择计算上行信道的CINR，用于上行信道调度，独立进行发射占用每个子帧的最后一个SC-FDMA符号根据系统参数确定资源总量，先映射固定信息，再映射待分配信息：参考信号的物理资源映射同步信号的物理资源映射PBCH符号的物理资源映射PCFICH的物理资源映射PHICH的物理资源映射PDCCH的物理资源映射PDSCH或PMCH的物理资源映射LTE物理资源的总体映射TD-LTE基本原理介绍TD-LTE物理资源分配TD-LTE物理信道与信号TD-LTE物理层过程子目录物理信道的基本处理过程（以下行为例）物理信道调制方法PDSCH/PMCHQPSK,16QAM,64QAMPBCH/PCFICH/PDCCHQPSKPHICHN/A1、加扰对将在一个物理信道上传输的每一个码字中的编码比特进行加扰加扰前后的比特数不变2、调制对加扰后的比特进行调制，产生复值调制符号编码效率根据不同的调制方法而不同。

QPSK:L=2；16QAM:L=4；64QAM:L=63、层映射将复值调制符号映射到一个或者多个传输层码字数为q，层数为v，天线端口数为P，每层的符号数，层映射的输入为 ，输出，。A、单天线的层映射(v=1)B、传输分集的层映射(q=1，v=P)C、空间复用的层映射(q=1,2，v≤P)51物理信道的基本处理过程（以下行为例）4、预编码将每层上的复值调制符号进行预编码，用于天线端口上的传输层映射的输出作为输入，每个天线端口p上的输出表示为，。在单天线上传输的预编码(p=1)

，，空间复用的预编码(p=2,4)物理信道的基本处理过程（以下行为例）（CDD较小或等于0）（CDD较大）传输分集的预编码（P=2）（P=4）5、映射到资源元素将每一个天线端口上的复值调制符号映射到资源单元上每个天线端口处，复值符号从开始，映射到指定的虚拟传输块上先k后l，然后按照时隙和子帧依次映射物理信道的基本处理过程（以下行为例）

6、生成信号对于上行，为每个天线端口生成复值时域的SC-FDMA符号对于下行，为每个天线端口生成复值时域的OFDMA符号上行物理信道基本处理过程与下行基本一致小区搜索小区搜索是UE接入网络，为用户提供各种业务的基础。

小区搜索步骤：搜索PSS，确定5ms定时、获得PCI组内ID解调SSS，取得10ms定时，获得PCI组ID计算得出小区物理层小区标识检测小区下行参考信号，获取BCH的天线配置读取PBCH上的MIB消息（下行链路系统带宽、PHICH配置信息、系统帧号）读取DL-SCH上的SIBs消息（小区接入相关信息、小区选择信息、SIB调度信息、TDD参数配置等等2UEeNBMsg1:preambleonPRACHMsg2:RAresponseonPDCCHandPDSCHmindelay2ms1Msg3:connectionrequirement,ect，PUSCH3Delayabout5msMsg4:contentionresolutionPDCCH4DelayBasedoneNB随机接入应用场景接入类型IDLE态初始接入竞争无线链路失败后初始接入竞争连接态上行失步后发送上行数据竞争小区切换竞争/非竞争连接态上行失步后接收下行数据竞争/非竞争随机接入的目的：UE通过接入过程获得时间同步,保证数据发送在系统接收窗口内;并获取UE标识系统进行接纳控制随机接入过程：通过PRACH发送rachpreambleUE监控PDCCH获得相应的上下行资源配置，并从相应的PDSCH获取随机接入响应，包含上行授权、定时消息和C-RNTIUE从PUSCH发送连接请求eNB从PDCCH发送冲突检测寻呼Paging消息由网络向空闲态或连接态的UE发起，在UE注册TA范围内的所有小区发送：在S1AP接口消息中，MME对eNB发paging消息，每个paging消息携带一个被寻呼UE信息；eNB读取Paging消息中的TA列表，并在其下属于该列表内的小区进行空口寻呼，如有相同寻呼时机的UE寻呼内容，则汇总在一条寻呼消息里EPC触发：通知UE接收寻呼请求（被叫\数据推送）eNB触发：通知SI更新\通知UE接收ETWS等信息LTE默认DRX寻呼周期由eNB通过广播通知UE；也可由UE将终端特定DRX消息通过NAS告诉MME，MME再将该信息通过paging消息告诉eNB。UE寻呼消息的接收遵循DRX的原则：UE根据DRX周期在特定时刻根据P-RNTI读取PDCCHUE根据PDCCH的指示读取相应PDSCH，并将解码的数据通过寻呼传输信道（PCH）传到MAC层。PCH传输块中包含被寻呼UE标识（IMSI或S-TMSI），若未在PCH上找到自己的标识，UE再次进入DRX状态UE在随机接入信道上发送preamble码eNodeB根据preamble码的到达位置，将调整信息反馈给UEUE根据该信息进行后续的发送时间调整上行初始同步上下行同步eNodeB可以根据上行信号估计接收时间生成上行时间控制命令字TAUE在子帧n接收到的时间控制命令字TA，UE在n+x子帧按照该值对发送时间提前量进行调整上行同步保持初始下行同步是小区搜索过程。UE通过检测小区的主要同步信号获得5ms同步，以及辅助同步信号获得10ms同步，从而实现与小区的时间同步下行初始同步小区搜索成功后，UE周期性测量下行信号的到达时间点，并根据测量值调整下行同步，以保持与eNB之间的时间同步下行同步保持目录TD-LTE导入TD-LTE系统架构介绍TD-LTE基本原理介绍TD-LTE关键技术介绍TD-LTE关键技术介绍OFDM技术介绍MIMO技术介绍其他关键技术介绍后续演进关键技术简介子目录OFDM是什么如何实现载波间的正交?50年前提出，为什么直到近20年才逐渐实用？依赖FFT（快速傅立叶变换）依赖数字信号处理（DSP）芯片的发展OFDM（正交频分复用）的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，可以多采用几个频率并行发送，实现宽带传输：传统FDM系统中，载波之间需要很大的保护带，频谱效率很低OFDM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BandwidthLTE中的OFDM原理LTE中的OFDM原理是将高速的数据流分解为N个并行的低速数据流，在N个子载波上同时进行传输。这些在N子载波上同时传输的数据符号，构成一个OFDM符号。决定OFDM成败的CP保护间隔(GuardInterval)：无线电信号从发射天线抵达接收天线，一般都会经过多个路径，多径会导致信号的衰落和相移。因此，在LTE无线信号传输时，前一个符号的多径分量信号可能会与后一个符号的主径信号叠加从而造成干扰。为了最大限度地消除符号间干扰，在OFDM符号之间插入保护间隔，保护间隔长度大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量不会对下一个符号造成干扰。循环前缀(cyclicprefix)：多径会导致信号的衰落和相移，相移将造成子载波间的正交性破坏，从而带来子载波间的干扰。为了解决多径传播造成子载波间的正交性破坏，将每个OFDM符号的后时间中的样点复制到OFDM符号的前面，形成循环前缀(cyclicprefix)。决定OFDM成败的CPLTE下行OFDM多址方式64LTE下行采用的OFDM多址方式是OFDMA多址接入技术（正交频分多址OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess），存在两种子载波间隔：15kHz，用于单播（unicast）和多播（MBSFN）传输

7.5kHz，仅仅可以应用于独立载波的MBSFN传输信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目（15KHz）721803006009001200子载波数目（7.5KHz）144360600120018002400下行子载波数目CP长度OFDM优缺点OFDM系统的优点：各子信道上的正交调制和解调可以采用IDFT和DFT实现，运算量小，实现简单OFDM系统可以通过使用不同数量的子信道，实现上下行链路的非对称传输所有的子信道不会同时处于频率选择性深衰落，可以通过动态子信道分配充分利用信噪比高的子信道，提升系统性能OFDM系统的缺点：对频率偏差敏感：传输过程中出现的频率偏移，如多普勒频移，或者发射机载波频率与接收机本地振荡器之间的频率偏差，会造成子载波之间正交性破坏存在较高的峰均比(PARA)：OFDM调制的输出是多个子信道的叠加，如果多个信号相位一致，叠加信号的瞬间功率会远远大于信号的平均功率，导致较大的峰均比，这对发射机PA的线性提出了更高的要求LTE上行OFDM多址方式66为解决较高峰均比问题，LTE上行采用的SC-FDMA多址接入技术（单载波FDMA：SingleCarrierFDMA），也称为DFT-S-OFDM多址接入技术（离散傅立叶变换扩展OFDM：DiscreteFourierTransformSpreadOFDM）信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目721803006009001200下行子载波数目CP长度OFDMA与SC-FDMA的对比67TD-LTE关键技术介绍OFDM技术介绍MIMO技术介绍其他关键技术介绍后续演进关键技术简介子目录MIMO多天线技术的基本思想是在收\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多天线技术数学模型在发射器端配置Nt个发射天线，在接收器端配置了Nr接收天线，xj（j＝1,2,……Nt）表示第j号发射天线发射的信号，

ri（i＝1,2,……Nr）表示第i号接收天线接收的信号，hij表示第j号发射天线到第i号接收天线的信道衰落系数。在接收端，噪声信号ni是统计独立的复零均值高斯变量，而且与发射信号独立，不同时刻的噪声信号间也相互独立，每一个接收天线接收的噪声信号功率相同，假设信道是准静态的平坦瑞利衰落信道，模型图如右MIMO多天线技术TM1单天线端口（端口0）外场广泛应用的模式TM2TM3TM4TM5多用户MIMOTM6TM7TM8TM9TM10LTE-A发射分集开环空分复用闭环空分复用闭环预编码秩等于1单流波束赋形（端口5）双流波束赋形（R9）最大8*8传输（R10）CoMP技术MASSIVEMIMO兼容单天线发射，BCH,PHICH,PDSCH都采用这种发射方式提高小区吞吐量提升小区的覆盖半径提高小区吞吐量提高峰值吞吐量提高边缘用户吞吐量大规模提高小区吞吐量LTEMIMO模式传输分集（TM2）多天线技术——传输分集发射分集：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接收分集：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接收发射分集：综合发射分集和接收分集功能空时发射分集STTD空频发射分集SFTD循环延迟分集CDD发射分集将接收到的多径信号合并，获得分集增益对抗衰落，从而在不改变接收信号功率的情况下降低误码率，提升用户速率STBCSFBCLTE系统中在2天线端口发送情况下的传输分集技术确定为SFBC多天线技术——传输分集LTE系统上行天线选择技术可以看作是TSTD的一个特例

SFBC+FSTD

LTE系统中在4天线端口发送情况下的传输分集技术采用SFBC与FSTD结合的方式多天线技术——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空间复用（TM3\TM4）多天线技术——空间复用空间复用技术的基本原理是，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（SpatialSignature），利用解调技术，最终恢复出原数据流。LTE空间复用采用多码字，最大的码字数目为2接收到训练序列之后，系统会从已有的码字集合里选出最佳的预编码矩阵，被选出来的矩阵和信噪比等信息通过发射机发送给终端这种方式通常用在信道变化比较慢的场景，例如：室内环境、终端慢速移动场景等，从而提升单位带宽的吞吐量，提高频谱利用率MIMOChannelModelusedforSMMIMOx1x2y1y2HTXRXh11h12h21h22Twostreamofsingleuser多天线技术——空间复用闭环空间复用（TM4）系统不需要反馈信道信息当RI=1，发射分集(SFBC)当RI>1，采用CDD的预编码技术DD通常应用在高速移动的场景开环空间复用（TM3）

吞吐量未加载系统上行小区吞吐量(Mbps)加载系统上行小区吞吐量(Mbps)UL

MU_MIMO功能关闭UL

MU_MIMO功能启用UL

MU_MIMO功能关闭UL

MU_MIMO功能启用18.4434.4918.1530.88ULSU-MIMOULMU-MIMO多个用户使用相同的时频资源该技术的实现需要不同用户间的相互协作完成有效提升上行吞吐量主要用于小区中心区域的用户ULMU-MIMO技术使上行的小区吞吐量提升了70%-87%多天线技术——ULMU-MIMOULMU-MIMO（TM5）多天线技术——MIMO对比SU-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MU-MIMO结合SDM.给每个UE传送两个数据流MU-MIMO结合发射分集给每个UE传送一个数据流上行支持MU-MIMO目前支持的配置是1x2或1x4将来支持2x2或4x4多天线技术——波束赋形78波束赋形技术的实现方式是，利用较小间距的天线阵元之间的相关性（天线间距小于λ/2），将一个单一的数据流通过加权后经由天线阵元发射，各天线阵元发射波之间形成干涉，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。波束赋形技术可以充分的利用TDD系统的信道对称性，要求使用小间距的天线阵列，且天线单元数目要足够多降低干扰

提高容量

扩大覆盖面积

提升通信质量降低发射功率多天线技术——波束赋形基于码本的波束赋形(DLTM6)终端选择系统推荐的PMI信息并上报给基站需要使用小区参考信号(CRS)，不需要使用终端参考信号非码本的波束赋形(DLTM7)利用上下行信道的互易性使用上行信道的测量值来估计下行发射的参数基站计算好各个天线阵子的权值，控制各个阵子发射信号的幅度和相位，使信号同相叠加需要使用小区参考信号(CRS)和终端参考信号双流波束赋形（TM8）多天线技术——增强型MIMO技术增强型MIMO技术（TM9）下行最大支持8天线，最大支持8层传输，即8x8MIMO提高下行吞吐量和频谱效率基于CSI-RS进行闭环TM9码本测量TDD方式支持开环TM9多流业务发射上行最大支持4天线，最大支持4层传输，即4x4MIMO大幅提高吞吐量和频谱效率PUCCH支持基于SORTD的发射分集，提高上行控制信息的传输质量SRS支持多端口发射，配合PUSCH进行空间复用的码本测量TDD模式可用于TM9开环SU-MIMO增强MU-MIMO进一步增强，如SU-MU的动态切换、UE专用导频的引入等，用来提高MU-MIMO的性能CSIfeedbackCoMP(CoordinatedMultiplePoint,协同多点传输)（TM10）多天线技术——CoMP通过多个地理位置相互独立分散的传输点之间的动态协作来改善小区边缘用户的服务质量，提高小区吞吐量尤其是边缘用户吞吐量的一项重要技术手段CoMP协作传输点不仅包括同构网宏小区基站单元，还包括异构网中的RRH,RRU,LPN等射频单元CoMP技术于2009年在3GPPTR36.814中首次被正式提出，后被正式写入R11协议，是LTE-A的一项关键技术场景1同构网中的CoMP应用异构网中的CoMP应用eNB协同区域站内CoMP场景2

高发射功率RRU光纤站间CoMP低发射功率RRU

(全向天线)eNB光纤宏小区覆盖的区域，由于业务热点或补盲的需要，加入了低功率节点

场景3中，低功率节点具有与宏小区不同的小区ID场景4中，低功率节点具有与宏小区相同的小区ID场景3/4多天线技术——CoMP技术的应用场景在同一时频资源上，协作集中的多个节点都可以获得数据，各个节点联合进行数据的处理，包括JT和DPS：JT(JointTransmission):一个UE的数据同时在多个点（CoMP协作集合的一部分或全部点）进行传输，以改善接收信号质量，或消除对其它UE的干扰DPS(Dynamicpointselection)：一个时刻，CoMP协作点集合中只有一个点传输UE的数据数据仅仅在服务小区可以获得，并由服务小区进行数据的传输，但是用户的调度和波束的确定由协作集合中的多个小区共同确定：CS(CoordinatedScheduling):通过调度使其他协作节点避免与目标小区相同的资源上调度用户，或者让协作节点在相同的资源上以低功率发送CB(CoordinateBeamforming):通过协作的方式使邻小区选择恰当的BF权值来抑制邻小区对该UE的干扰联合处理JP(JointProcessing)协同调度/协同波束赋形(CS/CB)多天线技术——DLCoMPFFT小区1IDFT解调解码CP消除基带板1联合信道估计两用户均衡软合并FFT小区2IDFT解调解码CP消除

基带板2联合信道估计两用户均衡软合并UE1UE2FFTIDFT解调解码小区1小区2CP消除

FFTIDFT解调解码CP消除

UE1UE2联合均衡一块基带板联合均衡软合并联合信道估计联合信道估计BackhaulUE上行发数据同时由多个协作小区接收，接收后通过小区间信息和数据交互，最终得到UE的解调性能。可分为多小区联合均衡和软合并两类：JE(JointEqualization):将CoMP协作集的所有天线和流统一进行均衡处理，相对而言复杂度更高SC(SoftCombing)：每个小区将解析出的邻小区用户数据传递到邻小区，用于信息的软合并联合接收JR(JointReception)多天线技术——ULCoMPLTE-A中对多天线技术的需求天线能力波束赋形2*2

MIMO

4*2

MIMO

4*4

MIMOTM8SU-MIMOTM8MU-MIMO下行

8*8MIMO（R10）上行

4*4MIMO（R10）

2天线NYNNNNNN4天线YYYYYYNY

8天线YYYYYYYY

单流波束赋形、双流波束赋形4*2MIMO、4*4MIMOSU-MIMO、MU-MIMO下行8*8MIMO、上行4*4MIMOCoMP更优质的覆盖更多的吞吐量更大的带宽LTE向LTE-A演进的主要技术更高的传输效率TD-LTE关键技术介绍OFDM技术介绍MIMO技术介绍其他关键技术介绍后续演进关键技术简介子目录AMC(AdaptiveModulationandCoding)通过动态调整发射功率，维持接收端一定的信噪比，从而保证链路的传输质量当信道条件较差时需要增加发射功率，当信道条件较好时需要降低发射功率，从而保证了恒定的传输速率保证发送功率恒定的情况下，通过调整无线链路传输的调制方式与编码速率，确保链路的传输质量当信道条件较差时选择较小的调制方式与编码速率，当信道条件较好是选择较大的调制方式，从而最大化了传输速率功率控制可以很好的避免小区内用户间的干扰速率控制可以充分利用所有的功率功率控制自适应速率控制自适应一般意义上的链路自适应都指速率控制，LTE中即为自适应编码调制技术，应用AMC技术可以使得eNodeB能够根据UE反馈的信道状况及时地调整不同的调制方式（QPSK、16QAM、64QAM）和编码速率。从而使得数据传输能及时地跟上信道的变化状况。这是一种较好的链路自适应技术。AMC(AdaptiveModulationandCoding)LTE上行方向的链路自适应技术基于基站测量的上行信道质量，直接确定具体的调制与编码方式LTE下行方向的链路自适应技术基于UE反馈的CQI，从预定义的CQI表格中具体的调制与编码方式（如上表）CQIindexmodulationcoderatex1024efficiency0outofrange1QPSK780.15232QPSK1200.23443QPSK1930.37704QPSK3080.60165QPSK4490.87706QPSK6021.1758716QAM3781.4766816QAM4901.9141916QAM6162.40631064QAM4662.73051164QAM5673.32231264QAM6663.90231364QAM7724.52341464QAM8735.11521564QAM9485.554789HARQ（HybridAutomaticRepeatreQuest）混合自动重传请求技术（HARQ）是一种前向纠错FEC和重传ARQ相结合的技术。HARQ针对每个传输块（TB）进行重传，与AMC配合使用，为LTE的HARQ进程提供精细的弹性速率调整。LTE中的HARQ技术采用增量冗余（IncrementalRedundantcy，IR）HARQ,即通过第一次传输发送信息bit和一部分冗余bit，而通过重传（Retransmission）发送额外的冗余bit，如果第一次传输没有成功解码，则可以通过重传更多冗余bit降低信道编码率，从而实现更高的解码成功率。如果加上重传的冗余bit仍然无法正常解码，则进行再次重传。随着重传次数的增加，冗余bit不断积累，信道编码率不断降低，从而可以获得更好的解码效果。对于子帧n中的数据传输，其ACK/NACK在n+k子帧中传输，对于FDD，k=4，对于TDD，k>3ULACK/NACKPDSCH

DLACK/NACKPUSCH

HARQ（HybridAutomaticRepeatreQuest）TDD

UL/DLULsubframeindexnDLsubframeindexnProcessnumber

(UL)Processnumber(DL)012345678901234567890--476--47646---46---741--46---46-76--476--4472--6----6--76-4