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TD-LTE基本原理及关键技术中兴通讯学院课程内容TD-LTE概述TD-LTE网络架构

TD-LTE协议栈

TD-LTE关键技术TD-LTE与LTE

FDD的区别Link

Adaption

–AMCFast

MAC

schedulerTD-LTE概述LTE简介LTE相关组织介绍LTE主要目标：1、保持3GPP在移动通讯领域的技术及标准优势2、填补第三代移动通讯系统与第四代移动通讯系统之间存在的巨大技术差距3、希望使用已分配给第三代移动通信系统的频谱，保持无线频谱资源的优势4、解决第三代移动通讯系统存在的专利过分集中的问题6种LTE的标准(1)OFDMA,OFDMA(2)SC-FDMA,OFDMA(3)MC-WCDMALTE背景LTE表示3GPP长期演进(Long

Term

Evolution)

2004年11月3GPP

TSG

RAN

workshop启动LTE项目移动通信技术的演进与融合移动通信技术的演进路线2G2.5G2.75G

3G多种标准共存、汇聚集中多个频段共存移动网络宽带化、IP化趋势3.5G3.75G3.9GGPRSEDGEHSDPAR5HSUPAR6MBMS4GMBMSCDMA

2000

1X

EV-DO802.16

e802.16

mHSDPAHSPA+R7FDD/

TDD4GGSMTD-SCDMAWCDMAR99802.16

dCDMAIS95CDMA

2000

1xLTEEV-DORev.

AEV-DORev.

BHSUPAHSPA+R7在20MHz带宽能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率改善小区边缘用戶的性能提升网络容量降低系統延迟：用戶面单向延迟(One-way

user

plane

latency)低于5ms、控制面(Control

plane)从dormant到active转换时间低于50ms、从idle态到active台转换时间低于100ms支援100Km小区半径支持为350Km/h的高速移动用戶提供大于100kbps的服務支持成对或非成对频谱，❹可灵活配置1.25

MHz到20MHz的多种带宽更好的覆盖峰值速率

DL:100MbpsUL:50Mbps低延迟

CP:100msUP:

5ms更低的

CAPEX

&

OPEX频谱灵活性更高的频谱效率LTELTE的目标峰值数据率1实现峰值速率的显著提高，峰值速率与系统占用带宽成正比2在20MHz带宽内

实现100Mbit/s的下行峰值速率(频谱效率5

bit/s/Hz)3在20MHz带宽内

实现50Mbit/s的上行峰值速率(频谱效率2.5

bit/s/Hz)目标中兴通讯是业界唯一支持TD-LTE

20MHz带宽的系统厂商移动性E-UTRAN系统应能够支持:对较低的移动速度(0-15

km/h)优化在更高的移动速度下(15-120

km/h)可实现较高的性能在120-350

km/h的移动速度(在某些频段甚至应该支持500

km/h)下要保持网络的移动性在各种移动速度下，所支持的语音和实时业务的服务质量都要达到或超过UTRAN下所支持的广播信息里有指示信道带宽，目前小区的信道带宽，是固定的互操作频谱频谱灵活性E-UTRA系统可部署在不同尺寸的频谱中，包括1.4、3、5、10、15和20

MHz,支持对已使用频率资源的重复利用上行和下行支持成对或非成对的频谱共存与GERAN/3G系统在相同地区邻频与其他运营商在相同地区邻频在边境两侧重合的或相邻的频谱内与UTRAN和GERAN切换与非3GPP技术(CDMA

2000,WiFi,WiMAX)切换SC-FDMA:提高功放效率，减少终端成本和效率，提高覆盖。LTE的目标是提高容量，覆盖和峰值速率。采用MIMO可以做到此。LTE关键技术频谱灵活支持更多的频段灵活的带宽灵活的双工方式先进的天线解决方案分集技术MIMO技术Beamforming技术新的无线接入技术OFDMASC-FDMA【注】该节可酌情删除TD-LTE概述LTE简介LTE相关组织介绍LTE标准组织功能需求标准制定技术验证PCGTSG

GERANTSG

RANTSG

SA

TSG

CT3GPP组织架构Project

Co-ordination

Group

(PCG)TSG

GERANGSM

EDGERadioAccessNetworkGERAN

WG1RadioAspectsGERAN

WG2Protocol

AspectsGERAN

WG3Terminal

TestingTSG

RANRadio

Access

NetworkRAN

WG1Radio

Layer

1

specRAN

WG2Radio

Layer

2

specRadio

Layer

3

RRspecRAN

WG3lub

spec,

lur

spec,

lu

specUTRAN

O&M

requirementsRAN

WG4RadioPerformanceProtocol

aspectsRAN

WG5Mobile

TerminalConformance

TestingTSG

SAService

&

Systems

AspectsSA

WG1ServicesSA

WG2ArchitectureSA

WG3SecuritySA

WG4CodecSA

WG5Telecom

ManagementTSG

CNCore

Network

&TerminalsCT

WG1MM/CC/SM

(lu)CT

WG3Interworking

with

externalnetworksCT

WG4MAP/GTP/BCH/SSCT

WG6Card

Application

AspectsLTE的标准制定是从05年开始，R8版本在今年3月已经冻结，是LTE第一个商用版本。年底将冻结R9版本，增加了家庭基站、微基站、管理、安全、SON等功能*************************************************HNB：Home

NodeBSI（研究阶段）：主要在06年之前WI（工作阶段）：指定规范，09.3月完成冻结200520082009LTE标准化进展LTEstartWork

ItemStart2006

2007Study

ItemStage

1

FinishWork

ItemStage

3

FinishWork

ItemStage

2

FinishFirst

MarketApplication3GPP

R8定义了LTE的基本功能，该版本已于2009年3月冻结，

3GPP

R9主要完善了LTE家庭基站、管理和安全方面的性能，以及LTE微微基站和自组织管理功能，预计将于2009年年底冻结2010NGMN简介NGMN时间表NGMN愿景1、使全球移动通信产业链聚集在统一需求之下，引导、驱动标准研究、产品研发，促进HSPA&EVDO之后的移动网络健康发展2、推动IPR改革，使IPR透明和费率可预见性1、2008年底完成LTE（R8）标准2、2009年测试3、2010提供商用1、运营商（Members)20家2、制造商(Sponsors)34家,包括设备制造商,芯片厂家和测试设备厂家

3、研究机构和大学(Advisors)3家NGMN成员NGMN简介非营利性组织2、NGMN

：Next

Generation

Mobile

Networks

（Beyond

HSPA&EVDO)无线宽带创新的发动机1、NGMN（)是2006年初由全球7家主流运营商发起成立的NGMN工作组介绍NGMNSpectrum(频谱）IPR（知识产权）Ecosystem（生态系统）TWG(技术组）Trial（试验）寻找可统一利用的频谱

与ITU、国家、地区频谱管理部门协调、沟通

推动IPR改革，使IPR透明和费率可预见

与互联网行业合作，构建“多方共赢”生态环境对技术进行早期验证向LSTI提测试需求

从运营的角度，提出各种需求并与制造商讨论可行性驱动标准从5个方面推动下一代移动宽带发展课程内容TD-LTE概述TD-LTE网络架构

TD-LTE协议栈

TD-LTE关键技术TD-LTE与LTE

FDD的区别扁扁平平化化的的架架构构虽虽然然扁扁平平化化，，但但是是没没有有RNC，，每每个个enodeB要要自自己己处处理理切切换换，，交交互互的的数数据据量量增增加加了了ICICl，，基基站站间间要要不不断断进进行行数数据据交交换换，，这这是是负负面面影影响响LTE网络构架MME

/

S-GWMME

/

S-GWX2S1移动性管理服务网关MME/SGW与eNode

B的接口EPCE-UTRANeNode

B间的接口RNCNode

B

eNode

B+

=EPSeNode

BX2X2eNode

BeNode

BUuE-UTRAN中只有一种网元——eNode

B演进分组核心网——EPC演进分组系统——EPSE-UTRAN和EPC的功能划分（续）eNB功能:无线资源管理IP头压缩和用户数据流加密UE附着时的MME选择用户面数据向S-GW的路由寻呼消息和广播信息的调度和发送移动性测量和测量报告的配置MME功能:分发寻呼信息给eNB安全控制空闲状态的移动性管理SAE承载控制非接入层（NSA）信令的加密及完整性保护S-GW功能:终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包支持由于UE移动性产生的用户面切换课程内容TD-LTE概述TD-LTE网络架构

TD-LTE协议栈

TD-LTE关键技术TD-LTE与LTE

FDD的区别36.3x

RRC,

RLC36.4x

S1,X2LTE物理层概述物理层周围的无线接口协议结构【注】此页为帮助理解使用，可删除，只保留《LTE/SAE的协议结构》这一页与UMTS的PS域相同UEeNBS-GWPDCPPDCPRLCRLCMACMACPHYPHYLTE无线接口—用户平面【注】此页为帮助理解使用，可删除，只保留《LTE/SAE的协议结构》这一页NAS，UE是和MME相连，其他和eNBLTE无线接口—控制平面UEeNBMMENASNASRRCRRCPDCPPDCPRLCRLCMACMACPHYPHY无线帧结构——类型1每个10ms无线帧被分为10个子帧每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5msTs=1/(15000*2048)是基本时间单元任何一个子帧即可以作为上行，也可以作为下行#01个无线帧Tf

=307200

TS

=10ms1个时隙Tslot=15360×TS=0.5ms#11个子帧…………#2#17#18#19对于TDD，同一个时刻，一个子帧要么分配给下行，要么分配给上行。子帧0和子帧5总是分配给下行子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送支持5ms和10ms的切换周期（如果和TD同一个频点，就用5ms，避免干扰）下行导频时隙可以做到10个OFDM符号，72个子载波传同步信号，（1200-72）个传数据，TD的下行导频不传数据，GP和TD类似，控制小区半径UpPTS1个子帧子帧#5UpPTS…子帧#91个子帧子帧#0DwPTSUpPTS

DwPTSGP

GP…子帧#41个时隙Tslot=15360TS30720TS1个无线帧Tf

=307200

Ts

=10

ms1个半帧153600

TS

=5

ms无线帧结构——类型2

每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms支持5ms和10ms上下行切换点子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送1U：8D时最大136M调整GP，保证TD和LTE时隙对整上下行配比方式

“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和UpPTS的长度是可配置的，满足DwPTS、GP和UpPTS总长度为1ms。Uplink-downlinkconfigurationDownlink-to-UplinkSwitch-pointperiodicitySubframenumber012345678905

msDSUUUDSUUU15

msDSUUDDSUUD25

msDSUDDDSUDD310

msDSUUUDDDDD410

msDSUUDDDDDD510

msDSUDDDDDDD65

msDSUUUDSUUDConfigurationNormal

cyclic

prefixExtended

cyclic

prefixDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS03101

OFDMsymbols381

OFDMsymbols1948321039231121014121372

OFDMsymbols5392

OFDMsymbols82693917102---8111---课程内容TD-LTE概述TD-LTE网络架构

TD-LTE协议栈

TD-LTE关键技术TD-LTE与LTE

FDD的区别Link

Adaption

–AMCFast

MAC

schedulerTD-LTE关键技术频域多址技术—OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术—AMC快速MAC调度技术LTE多址技术的要求更大的带宽和带宽灵活性随着带宽的增加，OFDMA信号仍将保持正交，而CDMA的性能会受到多径的影响.在同一个系统，使用OFDMA可以灵活处理多个系统带宽.扁平化架构当分组调度的功能位于基站时，可以利用快速调度、包括频域调度来提高小区容量。频域调度可通过OFDMA实现，而CDMA无法实现.便于上行功放的实现SC-FDMA相比较OFDMA可以实现更低的峰均比,有利于终端采用更高效率的功放.简化多天线操作OFDMA相比较CDMA实现MIMO容易.Q：什么是相干A：对于两个平稳信号S1（t）和S2（t），它们的相关系数的绝对值大于0小于1时，两个信号相关，相关系数等于1时，两个信号相干。当两个信号相干时，它们之间只相差一个复常数。复常数既一有幅度成分，又有频率成分。由此我们可见，若是两个信号相干，它们其中一个可以看作是另一个的幅度的衰减，频率上衰落造成的，其实二者可以看作同一个信号。相关系数越是接近1，相关性越大。Q：什么是相干带宽？A：相干带宽B_c是通过多径时延定义的：B_c=1/(50*T_m)，当T_s>>T_m（即B_s<<B_m，后者为信号带宽时，即为平坦衰落（频率非选择性）。可理解为：多径时延比码元时间小得多以致码间干扰很小。Q：什么是相干时间？A：相关时间是由多普勒频偏定义的：T_c=9/(16*pai*B_d)，B_s>>B_d即为慢衰落。可理解为多普勒频偏比信号变化慢得多。当两个发射信号的频率间隔小于信道的相干带宽，那么这两个经过信道后的，受到的信道传输函数是相似的，由于通常的发射信号不是单一频率的，即一路信号也是占有一定带宽的，如果，这路信号的带宽小于相干带宽，那么它整个信号受到信道的传输函数是相似的，即信道对信号而言是平坦特性的，非频率选择性衰落的，同样在相干时间内，两路信号受到的传输函数也是相似的特性，通常发射的一路信号由于多径效应，有多路到达接收机，若这几路信号的时间间隔在相干时间之内，那么他们具有很强的相关性，接收机都可以认为是有用信号，若大于相干时间，则接收机无法识别，只能认为是干扰信号。信道扩展主要可以分为三方面：多径（时延）扩展；多谱勒扩展；角度扩展．相干带宽是描述时延扩展的：相干带宽是表征多径信道特性的一个重要参数，它是指某一特定的频率范围，在该频率范围内的任意两个频率分量都具有很强的幅度相关

性，即在相干带宽范围内，多径信道具有恒定的增益和线性相位。通常，相干带宽近似等于最大多径时延的倒数。如果相干带宽定义为频率相关函数大于0.9的某特定带宽，则相干带宽近似为：从频域看，如果相干带宽小于发送信道的带宽，则该信道特性会导致接收信号波形产生频率选择性衰落，即某些频率成分信号的幅值可以增强，而另外一些频率成分信号的幅值会被削弱 而相干时间是描述多谱勒扩展的：相干时间

在时域描述信道的频率色散的时变特性。相干时间与多普勒扩展成反比，是信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值。如果基带信号的符号周期

大于信道的相干时间

（

），则在基带信号的传输过程中信道可能会发生改变，导致接收信号发生失真，产生时间选择性衰落，也称快衰落；如果基带信号的符号周期

小于信道的相干时间

（

），则在基带信号的传输过程中信道不会发生改变，也不会产生时间选择性衰落，也称慢衰落。15k范围内平坦衰落，避免符号干扰，要传输大的数率，又不带来符号间干扰

CDMA的扩频码也是要正交OFDM不需要频率保护带，提高频率OFDM基本思想

OFDM将频域划分为多个子信道，各相邻子信道相互重叠，但不同子信道相互正交。将高速的串行数据流分解成若干并行的子数据流同时传输

OFDM子载波的带宽<信道“相干带宽”时，可以认为该信道是“非频率选择性信道”，所经历的衰落是“平坦衰落”

OFDM符号持续时间<信道“相干时间”时，信道可以等效为“线性时不变”系统，降低信道时间选择性衰落对传输系统的影响串行的高速数据，串行变成并行，资源映射（把信息映射到分配的子载波上，LTE的资源就是子载波，而TD是码道），LTE是时频，然后在傅里叶变换（使子载波正交），再插入CP，模数变换，射频，空中发射，接收端则相反OFDM调制的各个子载波信号在频域上正交下行多址技术——OFDM系统框图多址技术，即子载波的分布，用子载波区分用户分布式可以获得频率的分集增益OFDMA示意图下行上行集中式下行上行分布式SC-FDMA的频域产生方式是预编码，预编码的过程就是降峰均比的过程。OFDM前进行傅里叶变换预编码填0以后实现频谱的搬移，目的把不同的用户分配到不同的子载波上。上行多址技术——SC-FDMASC-FDMA即DFT-spread

OFDMA峰均比小于OFDMA,有利于提高功放效率传输信号的瞬时功率变化易于实现频域的低复杂度的高效均衡器易于对FDMA采用灵活的带宽分配Link

Adaption

–AMCFast

MAC

schedulerTD-LTE关键技术频域多址技术—OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术—AMC快速MAC调度技术多天线技术-MIMO多天线技术MIMO：多入多出(Multiple

Input

Multiple

Output)SISO：单入单出(Single

Input

Single

Output)SIMO：单入多出(Single

Input

Multiple

Output)LTE的基本配置是DL

2*2和UL

1*2,最大支持4*4MIMO概念

MIMO技术的基本出发点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（Spatial

Signature），利用解调技术，最终恢复出原数据流。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。Link

Adaption

–AMCFast

MAC

schedulerTD-LTE关键技术频域多址技术—OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术—AMC快速MAC调度技术16QAM调制的理论速率是QPSK的2倍，64QAM调制的理论速率是16QAM的1.5倍高阶调制高阶调制可提高峰值速率.LTE支持BPSK,QPSK,16QAM和64QAM.Link

Adaption

–AMCFast

MAC

schedulerTD-LTE关键技术频域多址技术—OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术—AMC快速MAC调度技术混合自动重传请求（

HARQ）FEC：前向纠错编码(Forward

Error

Correction)ARQ：自动重传请求(Automatic

Repeat

reQuest)HARQ=FEC+ARQLink

Adaption

–AMCFast

MAC

schedulerTD-LTE关键技术频域多址技术—OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术—AMC快速MAC调度技术链路自适应AMC原理QPSK,16QAM和64QAM.

“连续”的编码速率（0.07

～0.93）.Link

Adaption

–AMCFast

MAC

schedulerTD-LTE关键技术频域多址技术—OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术—AMC快速MAC调度技术MAC调度MAC调度只在eNodeB内

MAC调度不仅控制复用、优先级处理和HARQ,也控制资源分配、天线映射和MCS

in

PHY.调度原理DL:

to

dynamicallydetermine

which

UEs

aresupposed

to

receive

DL-SCH

transmission

and

onwhat

resourcesUL:to

dynamically

determinewhich

UEs

are

to

transmitdata

on

UL-SCH

and

onwhich

uplink

resourcesMAC调度课程内容TD-LTE概述TD-LTE网络架构

TD-LTE协议栈

TD-LTE关键技术TD-LTE与LTE

FDD的区别TD-LTE与LTE

FDD技术综合对比技术体制TD-LTELTE

FDD采用的相同的关键技术信道带宽灵活配置1.4M，3M，5M，10M，15M，20M1.4M，3M，5M，10M，15M，20M帧长10ms(半帧5ms，子帧1ms)10ms(子帧1ms)信道编码卷积码、Turbo码卷积码、Turbo码调制方式QPSK，16QAM，64QAMQPSK，16QAM，64QAM功率控制开环结合闭环开环结合闭环MIMO多天线技术支持支持技术差异双工方式TDDFDD子帧上下行配置无线帧中多种子帧上下行配置方式无线帧全部上行或者下行配置HARQ个数与延时随上下行配置方式不同而不同个数与延时固定调度周期随上下行配置方式不同而不同，最小1ms1ms双工方式对比上行/下行频率时间保护间隔下行上行下行时间频率下行上行双工滤波器上行/下保护行带

用时间来分离接收和发送信道，时间资源在两个方向上进行分配，基站和移动台之间须协同一致才能顺利工作

在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低TDDFDDLTE的特殊时隙和TD不一样，DwPTS除了同步信号以外还可以发数据，时隙0除了广播信道以为也可以发数据TD-LTE特有技术周期上下行配比5

ms1DL:3UL，2DL:2UL，3DL:1UL10

ms6DL:3UL，7DL:2UL，8DL