LTEAdvanced关键技术介绍.ppt

1、2009/12/05,1,LTE-Advanced关键技术介绍,无线接入技术部 王永明,2,IMT-Advanced介绍 LTE-Advanced与IMT-Advanced的关系 LTE-Advanced关键技术 载波聚合技术 协作多点传输技术 多天线技术 中继技术 异构网络技术,主要内容,3,2005年10月18日结束的ITU-R WP8F第17次会议上，国际电信联盟ITU给了B3G技术一个正式的名称IMT-Advanced（International Mobile Telecommunications - Advanced ），也即我们所说的4G技术。 2008年年初，ITU-R 新成立了

2、WP5D（Working Party 5D，第5D工作组），下设4个常设工作组和1个特设组。4个常设工作组分别是总体工作组(WG-General)、频谱工作组(WG-SPEC)、技术工作组(WG-TECH)和发展工作组(WG-DEV)，1个特设组是工作计划特设组(AH-WPLAN)。技术工作组专门负责IMT-Advanced技术的征集和评估，以及对评估结果的研究、融合和决定。 2008年3月WP5D第一次会议上发出了征集IMT-Advanced技术的通函，标志着4G宽带移动通信技术方案征集正式打开了序幕 。 2009年10月ITU-R WP5D第6次会议上，ITU的“最终截稿”收到了6项提案。

3、 2010年2月和6月召开两次会议后，ITU预计于2010年10月在中国举行的会议上确定4G(IMT-Advanced)国际标准 。,IMT-Advanced介绍（1）,4,IMT-Advanced介绍（2）,5,6项提案涵盖了LTE-Advanced（包括TDD和FDD两种制式）和802.16m两大类技术方案， ITU确定这两类技术为4G国际标准候选技术。 中国主导的具有自主知识产权的TD-LTE-Advanced，作为LTE-A技术的TDD分支，已获得欧洲标准化组织3GPP和国际通信企业的广泛认可和支持。,IMT-Advanced介绍（3）,6,SDOs Individual member

4、s,etc.,3GPP RAN,LTE,CR phase,#38,#39,#40,#41,#42,#43,#44,#45,#46,#47,#48,#49,#50,#51,#52,#53,WS,2nd WS,Work item,Study item,LTE-Advanced,Technical specifications,2009,2010,2011,2007,2008,ITU-R,WP5D meetings,Proposals,Evaluation,Consensus,Specification,WRC-07,Circular letter to invite proposals,Study

5、 item approved in 3GPP,Submission of candidate RIT,Initial technology submission ofLTE-Advanced,Complete submission incl. self-evaluation ofLTE-Advanced,#1,#2,#3,#4,#5,#6,#7,#8,#9,#10,#11,Release 10 Specification to be approved,LTE-Advanced与IMT-Advanced的关系,7,Developing internet protocol specs,ITU-R/

6、T,Developing Mobile application specs,Organisational Partners,Referring to 3GPP specs (contributed by individual members),Partners of 3GPP Referring to 3GPP specs for the local specs,Referring to specs,Cross reference of specs,Developing Wireless LAN/MAN specs,Requirements,Input specs,Japan,EU,Korea

7、,China,North America,MRP,Developing Recommendations,Terminal Certification,Terminal certification based on 3GPP specs,Cross reference of specs,3GPP、IEEE 与 ITU 标准化组织,8,1999,2000,2001,2002,2003,2004,2005,Release 99,Release 4,Release 5,Release 6,1.28Mcps TDD,HSDPA, IMS,W-CDMA,HSUPA, MBMS, IMS+,2006,200

8、7,2008,2009,Release 7,HSPA+ (MIMO, HOM etc.),Release 8,2010,2011,LTE, SAE,ITU-R M.1457 IMT-2000 Recommendations,Release 9,LTE-Advanced,Release 10,GSM/GPRS/EDGE enhancements,Small LTE/SAE enhancements,3GPP规范中LTE-Advanced的发展,9,LTE-Advanced与IMT-Advanced的技术需求（1）,1 Gbps data rate will be achieved by 4-by

9、-4 MIMO and transmission bandwidth wider than approximately 70 MHz *“100 Mbps for high mobility and 1 Gbps for low mobility” is one of the key features as written in Circular Letter (CL),10,LTE-Advanced与IMT-Advanced的技术需求（2）,*1 See TR25.912(Case 1 scenario) *2 See TR36.913(Case 1 scenario) *3 See ITU

10、-R M.2135(Base Coverage Urban scenario),x1.4-1.6,11,IMT-Advanced介绍 LTE-Advanced与IMT-Advanced的关系 LTE-Advanced关键技术 载波聚合技术 协作多点传输技术 多天线技术 中继技术 异构网络技术,主要内容,12,载波聚合概念（1）,载波聚合（Carrier Aggregation，CA），即通过联合调度和使用多个成员载波（Component Carrier，CC）上的资源，使得LTE-Advanced系统可以支持最大100MHz的带宽，从而能够实现更高的系统峰值速率。 成员载波是指可配置的LTE系

11、统载波，且每个成员载波的带宽都不大于LTE系统所支持的上限（20MHz）。 连续和非连续载波聚合，如上图所示。,13,Wider bandwidth transmission using carrier aggregation Entire system bandwidth up to, e.g., 100 MHz, comprises multiple basic frequency blocks called component carriers (CCs) Satisfy requirements for peak data rate Each CC is backward compat

12、ible with Rel. 8 LTE Maintain backward compatibility with Rel. 8 LTE Carrier aggregation supports both contiguous and non-contiguous spectrums, and asymmetric bandwidth for FDD Achieve flexible spectrum usage,Frequency,System bandwidth, e.g., 100 MHz,CC, e.g., 20 MHz,UE capabilities,100-MHz case,40-

13、MHz case,20-MHz case (Rel. 8 LTE),载波聚合概念（2）,14,Symmetric/Asymmetric 载波聚合（1）,对称/不对称载波聚合指的是下行与上行有相同/不相同的载波数目。 不对称载波聚合即可以是cell-specific的，也可以是UE-specific的，cell-specific不对称载波是从系统的角度来看待的，而UE-specific不对称载波是从UE的角度来看待的。,15,Symmetric/Asymmetric 载波聚合（2）,图(a)从系统的角度来看是对称载波，但是由于不同的UE有不同的业务需求、射频单元处理能力以及基带模块结构，因此从U

14、E角度来看，可以被配置为不对称载波聚合方式，并能够通过静态或半静态配置进行切换。 UE-specific不对称载波聚合技术的应用，为LTE-A中负载均衡、干扰协调、QoS管理以及功率控制等技术提供了更大的灵活性。,16,Component Carrier types （1）,Backwards compatible carrier 允许LTE UEs和LTE-A UEs接入； 可以作为一个独立的CC或者聚合载波中的一部份； 对于FDD，在下行和上行总是配对使用。 Non-backwards compatible carrier 允许LTE-A UEs接入，但是LTE UEs不能被接入； 可以作

15、为一个独立的CC或者聚合载波中的一部份。 Extension carrier 不可以作为一个独立的CC，只能作为聚合载波中的一部分。,17,Component Carrier types （2）,CC之间的本质区别是看它是否能够被配置为一个小区以及是否能够为UE提供业务数据传输。 后向兼容和非后向兼容CC都可以有小区ID，都可以为UE提供数据传输，都可以即为stand-alone或者no stand-alone，唯一的区别在于是否支持LTE UE。 对于扩展CC，不能是stand-alone，但应该可以同时支持LTE UE和LTE-A UE，但需要进行RB块分配。 前2种CC是基础，对于扩展C

16、C，则需要进一步分析和研究其是否有必要。,18,MAC-PHY interface,方案A：载波的数据流在 MAC层聚合；方案B：载波的数据流在物理层聚合。 一个UE可以同时在多个CC上进行数据的发送和接收传输 在没有采用空间复用情况下，一个UE在被调度的每个CC上只能有一个传输块和一个HARQ实体，且每个传输块只能被映射到一个CC上,19,下行层2协议结构,R8和R10区别之处,20,上行层2协议结构,R8和R10区别之处,21,基于CA的PDCCH设计,PDCCH的编码方式有独立和联合编码方式；PDCCH映射方式有分布式和集中式 考虑到后向兼容性、实现复杂度以及PDCCH的链路自适应，最后

17、LTE-A确定采用basic solution和Alternative solution 3 方案,22,LTE-A中载波聚合其它方面设计,PUCCH设计 PHICH设计 PRACH设计 PCFICH设计 上行功率控制 上行CM other,23,CoMP技术背景,协作多点（CoMP，Coordinated Multiple Points）传输技术是指协调的多点发射/接收技术，这里的多点是指地理上分离的多个天线接入点。,CoMP 技术通过移动网络中多节点（基站、用户、中继节点等）协作传输，解决现有移动蜂窝单跳网络中的单小区单站点传输对系统频谱效率的限制，更好地克服小区间干扰，提高无线频谱传输效

18、率，提高系统的平均和边缘吞吐量，进一步扩大小区的覆盖。 eNB之间的CoMP技术采用X2接口进行有线传输，eNB与Relay之间的CoMP技术采用空口进行无线传输。,24,下行CoMP传输是指地理位置上分离的多点的动态协调传输。 在3GPP RAN1 55bis会议上确定了CoMP传输的原则： UE只接收来自一个小区(anchor cell)的PDCCH UE能够或者不能够意识到是哪些小区（Active CoMP Set）在发送PDSCH。 CoMP研究热点： 反馈机制 CoMP下行传输机制,下行CoMP传输（1）,25,CoMP transmission schemes in downlin

19、k Joint processing (JP) Joint transmission (JT): Downlink physical shared channel (PDSCH) is transmitted from multiple cells with precoding using DM-RS among coordinated cells Dynamic cell selection: PDSCH is transmitted from one cell, which is dynamically selected Coordinated scheduling/beamforming

20、 (CS/CB) PDSCH is transmitted only from one cell site, and scheduling/beamforming is coordinated among cells,Coherent combining or dynamic cell selection,Coordinated scheduling/beamforming,Joint transmission/dynamic cell selection,下行CoMP传输（2）,26,CoMP reception scheme in uplink Physical uplink shared

21、 channel (PUSCH) is received at multiple cells Scheduling is coordinated among the cells Improve especially cell-edge user throughput Note that CoMP reception in uplink is implementation matter and does not require any change to radio interface,Receiver signal processing at central eNB (e.g., MRC, M

22、MSEC),Multipoint reception,上行CoMP接收,27,CoMP反馈机制,显式反馈（explicit feedback） 用户观测到信道状况后（例如：频域信道响应信息），不对该信息进行任何处理，直接反馈给基站，使基站获取完全的信道响应信息。 隐式反馈（implicit feedback） 用户在观测到信道状况后，对得到的信道信息进行处理，转化成特定的量化数值反馈给基站（例如CQI/PMI/RI）。 基于SRS的反馈 利用信道互易性，在eNB端通过UE发送的SRS估计上行CSI，进而获得下行CSI。 Huawei提出LTE-A中需要重新设计SRS，以满足正交特性 ，否则影响

23、SRS估计结果。,28,CoMP下行联合传输（1）,Global precoding ： 多协作小区联合优化设计一个预编码矩阵 ； 性能优； 复杂度高。,其中，K为用户标识，Xk为传输给UEk的数据，Waggk为根据 Haggk得到的预编码矩阵,29,MBSFN Precoding： 多协作小区使用相同的预编码矩阵,Wk是根据组合信道 得到的预编码矩阵,CoMP下行联合传输（2）,30,Local Precoding ： 协作小区分别使用独立的基于单小区的预编码矩阵 ； 每个小区都有需要独立的PMI反馈，开销大。,Wk是根据信道 得到的预编码矩阵,CoMP下行联合传输（3）,31,Weight

24、ed Local Precoding ： 协作小区分别使用独立的基于单小区的预编码矩阵 ； 在此基础上使用加权因子进行修正，带来的更大的性能增益 ； 每个小区都有需要独立的PMI和加权因子反馈，开销大。,为小区特有的三角矩阵，从预定义的码本中选择,CoMP下行联合传输（4）,32,Possible Antenna Configurations in UE （1）,27 cm ( 3l),21 cm ( 2.3l),Laptop type PC Four antennas can be implemented in relatively small laptop PCs (B5 size). M

25、oreover, 8 antenna configuration is possible Polarized antenna is beneficial to saving implementation space Sufficiently low antenna correlation is achieved when antenna separation is greater than 0.5l,27 cm ( 3l),21 cm ( 2.3l),Examples of 8 antenna implementation,*Assuming carrier frequency of 3.4

26、GHz,33,Possible Antenna Configurations in UE （2）,PDA type UE (Smart Phone) In PDA type UEs, four antennas can be implemented assuming the carrier frequency in, e.g., the C-band, although elaborate antenna design and implementation are necessary,Example of 4 antenna implementation,*Assuming carrier f

27、requency of 3.4 GHz,5 cm ( 0.5l),11 cm ( 1.2l),34,Extension up to 8-stream transmission Rel. 8 LTE supports up to 4-stream transmission, LTE-Advanced supports up to 8-stream transmission Satisfy the requirement for peak spectrum efficiency, i.e., 30 bps/Hz Specify additional reference signals (RS) T

28、wo RSs are specified in addition to Rel. 8 common RS (CRS) Channel state information RS (CSI-RS) UE-specific demodulation RS (DM-RS) UE-specific DM-RS, which is precoded, makes it possible to apply non-codebook-based precoding UE-specific DM-RS will enable application of enhanced multi-user beamform

29、ing such as zero forcing (ZF) for, e.g., 4-by-2 MIMO,Max. 8 streams,Enhanced MU-MIMO,Higher-order MIMO up to 8 streams,CSI feedback,Enhanced Multi-antenna Techniques in Downlink,35,Introduction of single user (SU)-MIMO up to 4-stream transmission Whereas Rel. 8 LTE does not support SU-MIMO, LTE-Adva

30、nced supports up to 4-stream transmission Satisfy the requirement for peak spectrum efficiency, i.e., 15 bps/Hz Signal detection scheme with affinity to DFT-Spread OFDM for SU-MIMO Turbo serial interference canceller (SIC) is assumed to be used for eNB receivers to achieve higher throughput performa

31、nce for DFT-Spread OFDM Improve user throughput, while maintaining single-carrier based signal transmission,Max. 4 streams,SU-MIMO up to 4 streams,Enhanced Multi-antenna Techniques in Uplink,36,中继技术 （1）,系统的吞吐量随着小区数目增加呈现指数增长，但是需要考虑无线承载耗费的资源。,提高中高速率数据应用的覆盖 提高小区的吞吐量，尤其是边缘吞吐量 不采用宏NodeB和有线承载，有效的增加容量,37,按

32、照转发实现的协议层次 层1中继(Repeater) 最小的延时 (+) 资源统一使用(+) 层2中继 引入额外的延时(-) 资源分割(-) 需要额外的移动性管理机制 层3中继 等价于具有自动承载的eNB,按照是否被UE可见 透明中继 对于UE不可见，不发送广播和同步信息 复杂度低 (+) 资源统一使用(+) 非透明中继 对于UE可见，发送广播和同步信息 复杂度高(-) 分布式资源,按照中继链路和接入链路的发送协调方式 TDD中继 FDD中继,中继技术 （2）,38,中继在LTE-A中的应用（1）,中继的引入 LTE-A系统带宽很大，功率和覆盖范围严重受限 用传统的微基站方式改善各种覆盖问题成本

33、仍然较高 而普通直放站在放大信号的同时放大干扰,中继的应用场景 盲点/建筑物内/阴影/建筑峡谷/小区边缘 移动交通工具，如铁路/公共交通 临时组网,中继的优势 改善覆盖 增加容量，提升系统频谱效率 采用无线回程，无需挖沟布线，只需要供电支持,39,中继作为LTE R10的一个重要特征正在3GPP进行深入的研究 使用的频段 Inband 接入链路和中继链路使用相同的频段 Outband 接入链路和中继链路使用不同的频段 中继分为两种类型： Type1中继 具有独立的小区ID，发送自己的导频和同步信号 实际意义上的支持无线Backhaul的小型基站 用于扩展覆盖和补盲等 Type2中继 没有独立的

34、小区ID，不发送自己的导频和同步 支持不同的物理层协作通信方式 用于增加小区吞吐量和频谱效率,中继在LTE-A中的应用（2）,40,At least “Type 1” relay nodes are part of LTE-Advanced. A “type 1” relay node is an inband relaying node Relay node (RN) creates a separate cell distinct from the donor cell UE receives/transmits control signals for scheduling and HAR

35、Q from/to RN RN appears as a Rel. 8 LTE eNB to Rel. 8 LTE UEs Deploy cells in the areas where wired backhaul is not available or very expensive,eNB,RN,UE,Cell ID #x,Cell ID #y,Higher node,Type 1 Relay,41,Type 2 Relay,A “type 2” relay node is an inband relaying node characterized by the following: It

36、 does not have a separate Physical Cell ID and thus would not create any new cells. It is transparent to Rel-8 UEs; a Rel-8 UE is not aware of the presence of a type 2 relay node. It can transmit PDSCH. At least, it does not transmit CRS and PDCCH.,42,异构网络技术,异构网络（Heterogeneous Networks，HetNet ）：In order to meet the performance requirements for LTE-A , a common theme discussed by multiple companies was the incorporation in the system of new nodes wit