td-lte无线技术原理

1、TD-LTE无线技术原理TD-LTE无线技术原理 TD-LTE需求和需求和标准发展标准发展1 目录目录 LTE基础和关键技术基础和关键技术2 TD-LTE帧结构及物理层技术帧结构及物理层技术3 TD-LTE-Advanced增强技术增强技术4 2 无线系统进步的推动力无线系统进步的推动力 保持竞争力保持竞争力 有线 不同系统 业务发展的需求业务发展的需求 更新的业务 更好的业务 降低成本降低成本 系统 终端 ？ 保持竞争力保持竞争力 有线 不同系统 业务发展的需求业务发展的需求 更新的业务 更好的业务 降低成本降低成本 系统 终端 保住工程师的饭保住工程师的饭 碗，碗，_ 移动通信系统的标准演进与发展移动通信系统的标准演进与发展 GPRS/EDGE 峰值速率(UL:DL) 0.47/0.47Mbps 小区吞吐量(UL:DL) 0.23/0.23Mbps 3GPP阵营(GSM) WCDMA 峰值速率：5.76/14.4Mbps 小区吞吐量：1.5/3Mbps HSPA TD-SCDMA 峰值速率：0.55/1.68Mbps 小区吞吐量：0.36/1Mbps TD-HSPA EV-DO R

2、el.0 峰值速率：1.8/3.1Mbps 小区吞吐量：0.4/0.8Mbps D0 Rel .A CDMA 2000 1x 3GPP2阵营(CDMA) LTE FDD 峰值速率 (220MHz)： 50M/150Mbps (注：假设上行最 高16QAM） LTE TDD 峰值速率(20MHz)： 10M/110Mbps (注：3:1配比下， 且假设上行最高 16QAM） LTE-Adv (包括包括FDD和和TDD) 峰值速率： 500M1Gbps Mobile WiMAX 802.16e 峰值速率： 75Mbps Mobile WiMAX 802.16m 峰值速率： 500M1Gbps WiMAX阵营 TDMACDMAOFDM LTE: Long Term Evolution (长期演进）； TD-LTE和FDD LTE在3GPP标准中的区别很小，主要区别体现在基本的双工方式上； 运营商出于市场竞争方面的考虑，对“4G”有不同的解读 2G3G3.9G4G 4 LTE的设计要求的设计要求 SC-FDMA OFDMA TXTX MIMO SDMA 峰值速率: 下行 100Mbps / 上

3、行 50Mbps20MHz 提升小区边缘速率 HSPA2-4倍的频谱利用率 LTE/SAE 更高速率 更小时延 无线数据包延时 10 ms (HSPA 是100ms左右） 控制平面建立延时 50 ms 全IP的扁平化结构 eNodeB S-GW P-GW MMEMME 灵活的频谱使用 适应丌同带宽 适应丌同制式（TDD和FDD） 5 LTE的标准发展的标准发展 2008200920102011 Release 8 TD-LTE：基：基 础版本础版本 多址方式 OFDMA/SC-FDMA 支持多流传输，下 行4流MIMO，上行 MU-MIMO 上下行支持64 QAM 调制 支持单流波束赋形 Release 9 TD-LTE：增强：增强 版本版本 支持双流波束赋形， 增强性能 Home eNB增强 实现自组织网络 （SON）功能 实现混合载波 eMBMS功能 Release 10 TD-LTE-Advanced：面：面 向向IMT-Advanced 增强的上下行MIMO，支持最高 下行8流/上行4流传输，配合载波 聚合实现1Gbps峰值速率 载波聚合支持最大100MHz带宽 无线中继Rel

4、ay 分层网络下的小区间干扰消除， 满足热点和家庭覆盖需求 研究节能与终端内多种无线技 术干扰共存 实现最小化路测（MDT）功能 2012 Release 11 TD-LTE-Advanced： 继续演进继续演进 上下行MIMO增强 载波聚合增强 移动Relay，支持高铁应用 TDD新频段 小区间干扰消除增强标准 化 标准化基站节能，促进节 能减排 标准化多种无线技术干扰 共存，推进四网融合 TD-LTE帧结构融合，帧结构融合， TD-LTE发展提速发展提速 形成“Type II” 帧结构：包括 DwPTS/GP/UpPTS 特殊子帧 工信部正式将LTE TDD命名为TD-LTE， 定位为TD-SCDMA 的后续演进 6 LTE vs. HSPA ？ 两大问题两大问题 TD-SCDMA TD-LTE LTE FDD TD-LTE需求和需求和标准发展标准发展1 目录目录 LTE基础和关键技术基础和关键技术2 TD-LTE帧结构及物理层技术帧结构及物理层技术3 TD-LTE-Advanced增强技术增强技术4 8 LTE概览概览 eNB MME / S-GWMME / S-GW eNB e

5、NB S1 S1 S1 S1 X2 X2 X2 E-UTRAN 支持不同带宽支持不同带宽 双工方式：双工方式：FDD，TDD 同频组网同频组网 支持支持2、4、8通道系统通道系统 性能（20MHz载波） FDD下行峰值吞吐量：150Mbps TDD下行峰值吞吐量：81Mbps (2:2配比） TDD下行峰值吞吐量：110Mbps (3:1配比） 调度周期：1ms 移动速度：最大支持350km/h 系统带宽（MHz）1.435 1015 20 传输带宽（MHz）1.08 2.74.5913.518 资源块数目615255075100 CP 长度（s） 短4.694.694.694.694.694.69 长16.6716.6716.6716.6716.6716.67 LTE基本系统参数基本系统参数 Transmission Bandwidth RB Transmission Bandwidth Configuration RB Channel Bandwidth MHz Center subcarrier (corresponds to DC in baseband) is not tra

6、nsmitted in downlink Active Resource Blocks Resource block 不同运营商的选择不同运营商的选择 DoCoMo：5MHz Verizon： 10MHz 香港公司：15MHz LTE的关键技术的关键技术 LTE的多址技术的多址技术 下行下行: OFDMA 上行上行: SC-FDMA 先进的天线解决方案先进的天线解决方案 空间空间分集分集 空间复用空间复用 波束赋形波束赋形 灵活的带宽配置灵活的带宽配置 6种可用带宽种可用带宽 支持载波聚合（支持载波聚合（LTE-A） 可选的双工方式可选的双工方式 TDD FDD（含半双工）（含半双工） SC-FDMA OFDMA TXTX 101520 MHz 31.45 fDL fUL FDD-only fDL/UL TDD-only 11 FDMA+TDMA OFDMA LTE CDMA 多址技术的发展史多址技术的发展史 第二代移动通信系统（GSM）第一代移动通信系统 第三代移动通信系统 FDMAFDMA 12 OFDM概述概述(1) 减少子载波间的保护频带，提高频谱利用率减少子载波间的保护频带，

7、提高频谱利用率 OFDM概述概述(2) 正交频分复用技术正交频分复用技术 宽频信道分成正交子信道 高速数据信号转换成并行的低速子数据流 每个子信道上传输低速子数据流 频域波形 f 宽频信道宽频信道 正交子信道正交子信道 频域调度颗粒度小（频域调度颗粒度小（180kHz） 子载波颗粒度小（子载波颗粒度小（15kHz） OFDM概述概述（3） OFDM技术的挑战技术的挑战 OFDM输出信号是多个子载波时域相加的结果，子载波数量从几十个到上千 个，如果多个子载波同相位，相加后会出现很大幅值，造成调制信号的动态 范围很大。因此对RF功率放大器提出很高的要求 高速移动引起的Doppler频移 系统设计时已通过增大导频密度（大致为每0.25ms发送一次导频，时域密度 大于TD-S）来减弱此问题带来的影响 子载波间干扰子载波间干扰(ICI） 折射、反射较多时，多径时延大于CP （循环前缀），将会引起ISI及ICI 系统设计时已考虑此因素，设计的CP能满足绝大多数传播环境下的多径时 延要求（4.68us)，从而维持符号间无干扰 ISI(符号间干扰）符号间干扰）& ICI 较高的峰均比较高的峰均比(PA

8、PR) 受频率偏差的影响受频率偏差的影响 受时间偏差的影响受时间偏差的影响 16 LTE多址方式多址方式-下行下行 将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的子载波资源分配给不 同的用户实现多址。因为子载波相互正交，所以小区内用户之间没有干扰。 分布式：分配给用户的分布式：分配给用户的RBRB不连续不连续 集中式：连续集中式：连续RBRB分给一个用户分给一个用户 优点：调度开销小 优点：频选调度增益较大 频率 用户A 用户B 用户C 在这个调度周期中，用户A 是分布式，用户B是集中式 下行多址方式下行多址方式OFDMA 时间 17 LTE多址方式多址方式-上行上行 和OFDMA相同，将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的子载波资源分配 给不同的用户实现多址。注意不同的是：任一终端使用的子载波必须连续（R8/9） 考虑到多载波带来的高PAPR会影响终端的射频成本和电池寿命，LTE上行采用Single Carrier- FDMA （即SC-FDMA）以改善峰均比。 SC-FDMA的特点是，在采用IFFT将子载波转换为时域信号之前，先对信号进行了FFT转换，从而引 入部分单载

9、波特性，降低了峰均比。 在任一调度周期中，一 个用户分得的子载波必 须是连续的 上上行多址方式行多址方式SCSC- -FDMAFDMA 频率 时间 用户A 用户B 用户C 18 LTELTE上行：上行：SCSC- -FDMAFDMA 降低峰均比 链路性能比OFDM略差 提高上行覆盖 IFDMA IFDMA 时域实现，频谱利用率低时域实现，频谱利用率低 DFTDFT- -S S- -OFDM OFDM 频域实现，频域实现，LTELTE采用采用 LTE多天线技多天线技术术 多天线传输同样信息 应用场景 提高接收的可靠性和提高覆盖 适用于需要保证可靠性或覆盖的 环境 发射分集 分集合并 接收分集 存在时间、空间和频 率多种模式 空间分集 多路空间信道同时传输 丌同信息 理论上成倍提高峰值速 率 适合信号散射多地区 接收机：使用公 共导频序列获取 空间信道 空间复用 分为开环、闭环空间复用 支持单用户和多用户模式 应用场景 20 发射端天线阵列对数据先加权再发 送，形成窄的发射波束，将能量对 准目标用户，提高目标用户的信噪 比 使用不数据一起赋形的与用参考信 号进行解调 波束赋型 应用场景 LTE多天线技多天线技术术-波束赋型波束赋型 BF1 BF2 单流单流beamforming双流双流beamforming 提高覆盖能力，可用于开阔 地区及小区边缘；另一方面 可以降低小区间干扰，提升 系统吞吐量 21 TDTD- -LTELTE产业和标准发展产业和标准发展1 目录目录 LTELTE基础和关键技术基础和关键技术2 TD-LTE帧结构及物理层技术帧结构及物理层技术3 TD-LTE-Advanced增强技术增强技术4 22 FDD LTE帧结构帧结构 TD-LTE帧结构帧结构 LTE帧结构帧结构 23 One radio frame =10 ms One half

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