TD-LTE原理及关键技术V.1.0.0

1TD-LTE原理及关键技术了解LTE的网络架构掌握物理层帧结构理解TD-LTE的三个核心技术理解TD-LTE物理层过程《TD-LTE技术原理与系统设计》人民邮电出版社《3GPP长期演进技术原理与系统设计》人民邮电出版社TD-LTE原理及关键技术TD-LTE概述TD-LTE核心技术帧结构和物理信道映射TD-LTE物理层过程TD-LTE面临的挑战21TD-LTE概述LTE技术演进TD-LTE原理及关键技术<200kbps300kbps-10Mbps<10kbps<50Mbps50M-1Gbps数据速率LTEFDDUMBLTE+UMB+HSPA+HSPAWCDMADORevBDORev0cdma20001XGSMGPRS/EDGEIS-95cdmaOneDORevATD-LTETDLTE+HSPA+HSPATD-SCDMAFDDTDD3GPP23GPP21TD-LTE概述什么是TD-LTELTE=LongTermEvolution=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。LTE是以OFDM为核心的技术，为了降低用户面延迟，取消了无线网络控制器（RNC），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）。TD-LTE原理及关键技术31TD-LTE概述TD-LTE原理及关键技术TD-LTE是LTE中的TDD模式，是TD-SCDMA标准的长期演进LTE是3GPP为了保证未来10年3GPP系列技术的生命力，抵御来自非3GPP阵营技术的竞争而启动的最大规模的标准项目。可变带宽低时延高速率高效率下行:5bit/s/Hz，上行:2.5bit/s/Hz控制面:100ms用户面:10ms下行:100Mbps上行:50Mbps1.4、3.0MHz，5、10、15、20MHz41TD-LTE概述LTE技术创新频分多址系统下行OFDM：用户在一定时间内独享一段“干净”的带宽上行SC-FDMA：具有单载波特性的改进OFDM系统（低峰平比）MIMO（多天线技术）下行MIMO： 发射分集： 空间复用： 波束赋形： 空间多址：上行MIMO：空间多址：扁平网络取消RNC（中央控制节点），只保留一层RAN节点——eNodeBNodeB和核心网采用基于IP路由的灵活多重连接——S1-flex接口相邻eNodeB采用Mesh连接——X2接口TD-LTE原理及关键技术51TD-LTE概述E-UTRAN扁平网络架构TD-LTE原理及关键技术

扁平的网络架构，减少设备投入减少接口数量，IP的网络接口增强的端到端QoSTD-LTE原理及关键技术TD-LTE概述TD-LTE核心技术帧结构和物理信道映射TD-LTE物理层过程TD-LTE面临的挑战22TD-LTE核心技术TD-LTE的3个核心技术OFDM/SC-FDMAMIMO干扰协调技术TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术OFDM是一种新技术吗？——不是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多采用几个频率并行发送，实现宽带传输生活中的频分系统TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术OFDM是一种新技术吗？——是传统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——子载波。如何做到这一点？依赖FFT（快速傅立叶变换）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。TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术OFDM发射机原理框图TD-LTE原理及关键技术OFDM的两个基本特征2TD-LTE核心技术OFDM技术的优势：抵抗多径衰落TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术OFDM技术的优势：抵抗频率选择性衰落化零为整，简化接收机的信道均衡操作TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术OFDM技术的优势：插入CP应对符号间干扰TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术为什么LTE采用OFDM技术TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术MIMO技术基本原理在发送端和接收端均使用多根天线进行数据的发送和接收；在发送端每根（/多根）天线上发送不同的数据比特；在多散射体的无线环境中，来自每个发射天线的信号在每个接收天线中是不相关的，并在接收机端利用这种不相关性对多个天线发送的数据进行区分和检测；可以产生多个并行的信道，并且每个信道上传递的数据不同，从而提高信道容量TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术MIMO技术TD-LTE原理及关键技术空间复用多天线技术传输分集波束赋形MU-MIMO2TD-LTE核心技术复用和多址概念TD-LTE原理及关键技术多址：强调如何复用多个用户的数据复用：不强调复用的多个数据流用于一个用户还是多个用户2.3LTE的核心技术复用和多址概念TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术传输分集——SFBCTD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术空间复用单码字空间复用多码字空间复用一般来说空间复用要求在发送端的不同天线上发送多个编码的数据流TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术基于波束赋形的空间复用TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术MU-MIMOSU-MIMO:同一用户使用相同的时频资源进行倍速传输（两侧多天线）；MU-MIMO:不同用户使用相同的时频资源进行传输（单侧多天线）；LTE上行仅仅支持MU-MIMO这一种MIMO模式TD-LTE原理及关键技术SU-MIMO MU-MIMO

2TD-LTE核心技术SDMA下行空分多址：基站将多个空间复用流分给多个终端，使其可以共享相同的时频资源。上行空分多址：多个终端共享相同的时频资源向基站发送。TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术MIMO天线技术优势TD-LTE原理及关键技术空间复用可以有效的提升峰值速率和频谱效率，目前LTE下行支持最多4层的空间复用传输分集可以提高链路的传输质量，特别是在低信噪比情况下，可以有效的提升系统的频谱效率波束赋形可以提高链路的传输质量，特别是在低信噪比情况下，可以有效的提升系统的频谱效率空间复用/波束赋形/传输分集的联合使用，可以有效的提高LTE系统的高峰值速率和高频谱效率2TD-LTE核心技术LTE多天线处理层映射(LayerMapping)预编码(Precoding)资源映射（REMapping）天线端口映射（AntennaPortmapping）TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术LTE多天线处理模式之间根据RRC消息进行半静态转换——如根据业务和天线配置模式内由调度器进行动态转换——如根据信道反馈TD-LTE原理及关键技术模式技术应用场景模式1单天线传输单天线基站模式2传输分集固定发射分集模式3开环空间复用+传输分集信道好时采用开环复用，不好时切换到传输分集模式4闭环空间复用+传输分集信道好时采用闭环环复用，不好时切换到传输分集模式5多用户MIMO+传输分集信道好时多用户MIMO，不好时切换到传输分集，模式6单层闭环空间复用+传输分集闭环反馈可得时采用单层闭环复用，不可得时传输分集，模式7波束赋形+传输分集闭环反馈可得时波束赋形，不可得时传输分集2TD-LTE核心技术小区间干扰协调技术多小区相互协调，限制边缘用户资源分配对于边缘用户，让不同小区的边缘用户在时频资源上相互错开，从而达到避免相互的强干扰。避免和降低干扰，保证边缘覆盖速率干扰协调技术分类静态干扰协调半静态干扰协调动态干扰协调TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术静态频率复用技术在最初网络规划时，就实现规划好边缘用户的可用资源，对相邻小区的边缘用户可用的资源进行错开，这是网络规划时就可以规划的TD-LTE原理及关键技术优缺点：不需要X2交互信息不能根据小区中心用户和边缘用户比例，系统负荷情况对资源进行调整，频率利用率比较低2TD-LTE核心技术静态频率复用技术小区中心用户可以使用全部频率资源，边缘用户只能使用规划的部分频率资源。边缘用户的可用资源集合通知给调度模块，以便调度在分配资源时进行频率资源PRB的分配。相邻小区之间不需要交互信息，实现简单。在网络初时规划的时候就可以确定。不能动态灵活的改变边缘用户的频率资源，边缘可用资源不能随负荷或UE移动灵活设置TD-LTE原理及关键技术2TD-LTE核心技术小区间干扰协调技术从资源协调的周期来看静态干扰协调>半静态干扰协调>动态干扰协调。从复杂度上来看静态干扰协调<半静态干扰协调<动态干扰协调。从性能提升上来看（理论分析）静态干扰协调<半静态干扰协调<动态干扰协调。TD-LTE原理及关键技术TD-LTE原理及关键技术TD-LTE概述TD-LTE核心技术帧结构和物理信道映射TD-LTE物理层过程TD-LTE面临的挑战2物理层概述TD-LTE原理及关键技术支持频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种模式；LTE物理层的多址方案：下行采用OFDM,上行采用SC-FDMA；基于分组交换思想，使用共享信道；主要特征支持多输入多输出（MIMO）传输。3帧结构和物理信道映射7传输信道的纠错编码/译码HARQ软合并编码的传输信道向物理信道映射物理信道功率加权无线特征测量，并向高层提供指示物理层主要功能频率与时间同步MIMO天线处理传输信道的错误检测，并向高层提供指示物理信道调制与解调射频处理（射频相关规范）物理层概述TD-LTE原理及关键技术2.3帧结构和物理信道映射8信道带宽1.435101520传输带宽配置（RB数目）615255075100支持的信道1.4MHz，3.0MHz，5MHz，10MHz，15MHz以及20MHz带宽下行信道带宽大小通过主广播信息（MIB）进行广播上行信道带宽大小通过系统信息（SIB）进行广播TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射92.3帧结构和物理信道映射FDD帧结构一个长度为10ms的无线帧由10个长度为1ms的子帧构成；每个子帧由两个长度为0.5ms的时隙构成；TD-LTE原理及关键技术103帧结构和物理信道映射TDD帧结构一个长度为10ms的无线帧由2个长度为5ms的半帧构成每个半帧由5个长度为1ms的子帧构成常规子帧：由两个长度为0.5ms的时隙构成特殊子帧：由DwPTS、GP以及UpPTS构成支持5ms和10msDLUL切换点周期TD-LTE原理及关键技术113帧结构和物理信道映射TDD帧结构-上下行配置TD-LTE原理及关键技术123帧结构和物理信道映射TDD帧结构-特殊子帧配置TD-LTE原理及关键技术特殊子帧配置常规CP扩展CPDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS031013811948321039231121014121372539282693917102---8111---13无线帧OFDM符号天线端口基本时间单位时隙-slot子帧物理资源接收机用来区分资源在空间上的差别，包括三类天线端口：CRS：天线端口0~3MBSFN：天线端口4DRS：天线端口53帧结构和物理信道映射物理资源概念TD-LTE原理及关键技术14资源单位RE对于每一个天线端口，一个OFDM或者SC-FDMA符号上的一个子载波对应的一个单元叫做资源单元；资源单位RB一个时隙中，频域上连续的宽度为180kHz的物理资源称为一个资源块；TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射153帧结构和物理信道映射资源单元组控制区域中RE集合，用于映射下行控制信道每个REG中包含4个数据RE控制信道单元（CCE）36RE，9REG组成TD-LTE原理及关键技术控制区域与数据区域进行时分2TD—LTE无线关键技术3帧结构和物理信道映射子帧控制区域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1,2,316TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射下行物理信道17PBCH：物理广播信道调制方式：QPSKPDSCH：物理下行共享信道调制方式：QPSK,

16QAM,64QAMPCFICH：物理控制格式指示信道调制方式：QPSKPMCH：物理多播信道调制方式：QPSK,

16QAM,64QAMPDCCH：物理下行控制信道调制方式：QPSK下行物理信道PHICH：物理HARQ指示信道调制方式：BPSKTD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射下行物理信道作用承载广播信息，MAC层的BCH传输信道映射到PBCH信道上；PCFICH包括2bit信息，指示控制域符号数为1，2，3或4。；传输PUSCH信道的ACK/NACK信息；主要承载共享信道调度信息、PUCCH/PUSCH功控命令信息的传输；业务信道控制信道

PDSCH

PMCH

PBCH

PCFICHPHICHPDCCH承载数据信息，MAC层的DL-SCH传输信道映射到PDSCH信道上；承载多播信息，MAC层的MCH传输信道映射到PMCH信道上；18TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射下行物理信道处理流程加扰调制层映射预编码RE映射OFDM信号产生19TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射下行物理信道的RE映射PDSCH、PMCH以及PBCH映射到子帧中的数据区域上；

PMCH与PDSCH或者PBCH不能同时存在于一个子帧中

PDSCH与PBCH可以存在于同一个子帧中常规CP扩展CP20PBCH映射到子帧中的数据区域上；PBCH的时频位置固定，位于每个无线帧的时隙1的前4个OFDM符号，占用频带中间6个PRB。对于各种不同的系统带宽（5、10、15、20MHz），物理广播信道的传输带宽相同，分别占用频带中心的1.08MHz带宽（72个子载波）。第一个MIB在SFNmod4=0的无线帧的子帧0上传输，在其它无线帧的子帧0上重复传输，如图所示。每一个包含BCH的子帧都是可自解码的，也就是说假设信道质量足够好的话，终端可以通过4次中的任一次接收就解调出BCH。PBCH的发射天线数目可能是1、2或者4，在发射天线数目为2、4的时候采用SFBC的发射分集方式。

TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射下行物理信道的RE映射PDCCH、PCFICH以及PHICH映射到子帧中的控制区域上

PCFICH用于指示在一个子帧中传输PDCCH所使用的OFDM个数21TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射下行参考信号确定唯一的物理小区id，用于小区初搜；下行信道质量测量；下行信道估计，用于UE端的相干检测和解调；取决于是否采用波束赋形技术；用于PDSCH得解调参考符号同步信号参考信号主同步信号辅同步信号小区专用参考信号

MBSFN参考信号终端专用的参考信号22TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射下行参考信号系统带宽的中间72个子载波(实际上序列只映射在中间的62个子载波上，两侧各预留5个子载波的保护带)PSS位于DwPTS的第3个OFDM符号位置SSS位于子帧0和子帧5的最后一个OFDM符号位置TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射同步信号主同步信号使用Zadoff-Chu序列辅同步信号使用的序列由两个长度为31的二进制序列通过交织级联产生，并且使用由主同步信号序列决定的加扰序列进行加扰，长度为31的二进制序列以及加扰序列都由m序列产生。213帧结构和物理信道映射小区专用参考信号(常规CP)TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射小区专用参考信号（扩展CP）TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射UE专用参考信号TD-LTE原理及关键技术扩展CP扩展CP，7.5kHzTD-LTE原理及关键技术2.3帧结构和物理信道映射上行物理信道PUSCH：物理控制格式指示信道调制方式：QPSK,16QAM,64QAMPRACH:物理随机接入信道调制方式：QPSKPUCCH：物理上行控制信道调制方式：QPSK上行物理信道23TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射上行物理信道承载下行DL-SCH的ACK/NACK信息，及下行信道的CQI/PMI/RI信息；主要用于preamble序号的承载，不承载高层信息；业务信道控制信道

PUSCH

PUCCH

PRACH承载承载数据信息，MAC层的UL-SCH传输信道；以及承载非周期反馈ACK/CQI/PMI/RI信息；24TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射上行物理共享信道用于承载上行业务数据；上行资源只能选择连续的PRB，并且PRB个数满足2、3、5的倍数；在RE映射时，PUSCH映射到子帧中的数据区域上；PUSCH的基带信号产生的流程加扰调制传输预编码RE映射SC-FDMA信号产生253帧结构和物理信道映射PUCCH信道RE映射TD-LTE原理及关键技术PUCCH格式用途调制方式比特数1SRN/AN/A1aACK/NACKBPSK11bACK/NACKQPSK22CQIQPSK202aCQI+ACK/NACKQPSK+BPSK212bCQI+ACK/NACKQPSK+QPSK223帧结构和物理信道映射PUCCHformat1/1a/1b结构

TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射PUCCHformat1/1a/1bRE映射1比特SR信息经过序列扩展和正交复用，形成96个比特，映射到PUCCHformat1中的数据部分

1比特ACK/NACK信息，经过BPSK调制，序列扩展和正交复用，形成96个符号，映射到PUCCHformat1a中的数据部分

2比特ACK/NACK信息，经过QPSK调制，序列扩展和正交复用，形成96个符号，映射到PUCCHformat1b中的数据部分参考信号序列经过正交复用后，映射到PUCCHformat1/1a/1b中的参考信号部分TD-LTE原理及关键技术PUCCHformat1/1a/1b的具体映射RB位置与其序号，PUCCH带宽以及时隙位置有关3帧结构和物理信道映射PUCCHformat2/2a/2b结构

TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射PUCCHformat2/2a/12bRE映射20比特CQI信息经过QPSK调制，形成10个符号，经过序列扩展之后形成120个符号，映射到PUCCHformat2/2a/2b中的数据部分

1比特ACK/NACK信息，经过BPSK调制，形成1个符号，经过与参考信号相乘之后形成为12个符号，映射到PUCCHformat2a中每个时隙中的第二个RS上2比特ACK/NACK信息，经过QPSK调制，形成1个符号，经过与参考信号相乘之后形成为12个符号，映射到PUCCHformat2a中每个时隙中的第二个RS上参考信号序列经过正交复用后，映射到PUCCHformat2/2a/2b中的参考信号部分TD-LTE原理及关键技术LTE支持一个PRB上，format1/1a/1b与format2/2a/2b混合存在PUCCHformat2/2a/2b的具体映射RB位置与其序号以及时隙位置有关根据序号从小到大一次映射到m=0，m=1，m=2…的RB上TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射PRACH信道

时域结构Preamble:CP+SequencePreamble之后需要预留保护间隔（GT）根据时域结构、频域结构以及序列长度的不同，可以将Preamble分为如下五种格式26TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射PRACH信道序列产生Preamble使用Zadoff-Chu序列产生序列长度Preambleformat0~3：839

Preambleformat4：139频域结构

一个PRACH占用6个RB

Preamble信号采用的子载波间隔与上行其它SC-FDMA符号不同

Preambleformat0~3：1250HzPreambleformat4:7500Hz26Preambleformat0~3Preambleformat43帧结构和物理信道映射PRACH资源映射TD-LTE原理及关键技术普通上行子帧上PRACH频域位置（TDD）

UpPTS上PRACH频域位置（TDD）TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射上行参考信号上行信道估计，用于eNodeB端的相干检测和解调；上行信道质量测量；同步信号解调用参考信号(DRS)

探测用参考信号(SRS)22TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射上行参考信号对上行信道质量进行估计，用于eNodeB端的相干检测和解调；PUSCHDMRS资源映射在一个子帧内，映射在常规CP的第四个符号上，扩展CP的第三个符号上。

22PUSCHDMRS导频图案TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射上行参考信号对上行信道质量进行估计，用于eNodeB端的相干检测和解调；PUSCHDMRS资源映射在一个子帧内，映射在常规CP的第四个符号上，扩展CP的第三个符号上。

22PUSCHDMRS导频图案TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射探测参考信号

对上行信道质量进行估计，用于上行信道调度对于TDD，可以利用信道对称性获得下行信道质量Sounding参考符号序列放置在一个上行子帧的最后一个符号中，SRS的频域间隔为两个等效子载波；SRS的时频结构22TD-LTE原理及关键技术3帧结构和物理信道映射信道映射27TD-LTE原理及关键技术TD-LTE概述TD-LTE核心技术帧结构和物理信道映射TD-LTE物理层过程TD-LTE面临的挑战2TD-LTE原理及关键技术为什么要进行小区搜索小区搜索完成UE与基站之间的时间和频率的同步，并识别小区id；完成小区初搜后，UE接收基站发出系统信息；小区搜索是UE接入系统的第一步，关系到能否快速，准确的接入系统。4TD-LTE物理层过程4TD-LTE物理层过程小区搜索过程TD-LTE原理及关键技术5ms定时，获得10ms定时，获得计算得到

读取MIB读取SIB主同步信号

辅同步信号

PBCH

DBCH

其他系统信息公共天线端口数目（盲检）SFN下行系统带宽

PHICH配置信息随机接入为什么要进行随机接入过程TD-LTE原理及关键技术UE通过随机接入与基站进行信息交互，完成后续如呼叫，资源请求，数据传输等操作；实现与系统的上行时间同步；随机接入的性能直接影响到用户的体验，能够适应各种应用场景、快速接入、容纳更多用户的方案；4TD-LTE物理层过程4TD-LTE物理层过程TD-LTE原理及关键技术随机接入前导(Preamble)的发送随机接入响应随机接入过程Preamble当UE收到eNB的广播信息需要接入时，