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TD-LTE无线技术原理(%20研究院)


TD-LTE 无线技术原理
研究院 无线所 2012年9月 联系人:史志华 shizhihua@chinamobile.com

目录

1 2 3

TD-LTE需求和标准发展 LTE基础和关键技术 TD-LTE帧结构及物理层技术

4

TD-LTE-Advance

d增强技术
2

无线系统进步的推动力

保持竞争力
? 有线 ? 不同系统

业务发展的需求
? 更新的业务 ? 更好的业务

降低成本
? 系统 ? 终端

保住工程师的饭 ? 碗,^_^

移动通信系统的标准演进与发展
2G
TDMA
GPRS/EDGE

3G
CDMA
WCDMA HSPA

3.9G
OFDM

4G

LTE FDD
峰值速率 (2×20MHz): 50M/150Mbps (注:假设上行最 高16QAM)

? 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)

? 峰值速率:5.76/14.4Mbps ? 小区吞吐量:1.5/3Mbps TD-SCDMA TD-HSPA

LTE-Adv
(包括FDD和TDD)
峰值速率: 500M~1Gbps

? 峰值速率:0.55/1.68Mbps ? 小区吞吐量:0.36/1Mbps
EV-DO Rel.0 D0 Rel .A

LTE TDD
峰值速率(20MHz): 10M/110Mbps (注:3:1配比下, 且假设上行最高 16QAM)

CDMA 2000 1x

3GPP2阵营(CDMA)

? 峰值速率:1.8/3.1Mbps ? 小区吞吐量:0.4/0.8Mbps

Mobile WiMAX 802.16e WiMAX阵营 峰值速率: 75Mbps

Mobile WiMAX 802.16m 峰值速率: 500M~1Gbps

? 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

4

LTE的设计要求
更高速率
– 峰值速率: 下行 > 100Mbps / 上行 > 50Mbps@20MHz – 提升小区边缘速率 – HSPA2-4倍的频谱利用率
OFDMA SC-FDMA TX TX

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

MIMO SDMA

全IP的扁平化结构
eNodeB S-GW P-GW

灵活的频谱使用
– 适应不同带宽 – 适应不同制式(TDD和FDD)
MME MME

LTE/SAE

5

LTE的标准发展

2008

2009

2010

2011

2012

TD-LTE帧结构融合, TD-LTE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

Release 8 TD-LTE:基 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 Release 10 TD-LTE-Advanced:面 向IMT-Advanced 版本 ? 支持双流波束赋形, ?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 增强性能 聚合实现1Gbps峰值速率 ? Home eNB增强 ?载波聚合支持最大100MHz带宽 ? 实现自组织网络 ?无线中继Relay (SON)功能 ?分层网络下的小区间干扰消除, ? 实现混合载波 满足热点和家庭覆盖需求 eMBMS功能 ?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

Release 11 TD-LTE-Advanced: 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

6

两大问题

LTE vs. HSPA ? TD-SCDMA TD-LTE LTE FDD

目录

1 2 3

TD-LTE需求和标准发展 LTE基础和关键技术 TD-LTE帧结构及物理层技术

4

TD-LTE-Advanced增强技术
8

LTE概览
?同频组网 ?MIMO + OFDM ?支持不同带宽 ?双工方式:FDD,TDD ?支持2、4、8通道系统

MME / S-GW

MME / S-GW

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

X2
eNB eNB

S1

eNB

X2

S1
S1
X2

S1

E-UTRAN

世界主要运营商的同频组网情况
TDD
国家 日本 美国 印度 运营商 Softbank CLW RIL 频率 2.5G 2.6G 2.6G 组网 同频 同频 同频 国家 美国 美国 德国 运营商 Verizon AT&T VDF

FDD
频率 700M 700M 2.6G/800M 组网 同频 同频 同频

印度
沙特 英国 俄罗斯 巴西 尼日利亚 赞比亚 印度 沙特

Bharti
Mobily UKB Antaras Sky-TV Zodafone Massnet Augere STC

2.6G
2.6G 3.5G 1.9G 2.6G 2.6G 2.6G 2.3G 2.3G

同频
同频 同频 同频 同频 同频 同频 同频 同频

德国
挪威 瑞典

O2
Telenor

2.6G/800M
2.6G/800M 2.6G/900M 700M 1800M/2.6G

同频
同频 同频 同频 同频

Net4Mobi lity Bell&Tel 加拿大 us 阿联酋 Etisalat

波兰
丹麦/瑞典

Aero2
Hi3G

2.6G
2.6G

同频
同频

? 据调研,世界范围内所有的LTE(包括TD-LTE 和LTE FDD)商用网和实验网绝大部分采用同 频组网。 ? 一般情况下, TDD与FDD 相同DCI格式的 PDCCH相差3bits, 主要是由于HARQ process number (FDD 3 bits,TDD 4bits)和, DAI (TDD 2bit, FDD 0bit),TDD和FDD解调门限相差不超 过0.5dB。TD-LTE与FDD LTE同频组网能力基本 相当。

LTE基本系统参数
系统带宽(MHz) 传输带宽(MHz) 资源块数目 CP 长度(μ s) 短 长 1.4 1.08 6
4.69

3 2.7 15
4.69

5 4.5 25
4.69

10 9 50
4.69

15 13.5 75
4.69

20 18 100
4.69

16.67

16.67

16.67

16.67

16.67

16.67

Channel Bandwidth [MHz] Transmission Bandwidth Configuration [RB] Transmission Bandwidth [RB]
Resource block

不同运营商的选择 ? DoCoMo:5MHz

? Verizon: 10MHz
? 香港公司:15MHz

Active Resource Blocks

Center subcarrier (corresponds to DC in baseband) is not transmitted in downlink

LTE的关键技术
? LTE的多址技术
? 下行: OFDMA ? 上行: SC-FDMA
OFDMA

SC-FDMA

? 先进的天线解决方案
? 空间分集 ? 空间复用 ? 波束赋形

TX

TX

? 灵活的带宽配置
? 6种可用带宽 ? 支持载波聚合(LTE-A)

? 可选的双工方式
? TDD ? FDD(含半双工)
1.4 3 5 10 15 fDL/UL 20 MHz

FDD-only
fDL fUL

TDD-only

? ICIC,干扰随机化
12

多址技术的发展史
FDMA FDMA+TDMA

第一代移动通信系统

第二代移动通信系统(GSM)

CDMA

OFDMA

LTE

第三代移动通信系统

13

OFDM概述(1)
减少子载波间的保护频带,提高频谱利用率

OFDM概述(2)
? 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
宽频信道

子载波颗粒度小(15kHz) 频域调度颗粒度小(180kHz)

正交子信道

f
频域波形

OFDM概述(3)

保护间隔

FFT积分周期 一个OFDM符号

t

OFDM优势-对比 CDMA
OFDM 抗多径 干扰能力 可不采用或采用简单时域均衡器 ?将高速数据流分解为多条低速数据流并使 用循环前缀(CP)作为保护,大大减少甚至消 除符号间干扰。 系统复杂度随天线数量呈线性增加 ?每个子载波可看作平坦衰落信道,天线增 加对系统复杂度影响有限 带宽扩展性强,LTE支持多种载波带宽 ?在实现上,通过调整IFFT尺寸即可改变载波 带宽,系统复杂度增加不明显。 频域调度灵活 ?频域调度颗粒度小(180kHz)。随时为用 户选择较优的时频资源进行传输,从而获得 频选调度增益。 CDMA 对均衡器的要求较高 ?高速数据流的符号宽度较短,易产生符号 间干扰。接收机均衡器的复杂度随着带宽 的增大而急剧增加 系统复杂度随天线数量增加呈幂次变化 ?需在接收端选择可将MIMO接收和信道均 衡混合处理的技术,大大增加接收机复杂 度。 带宽扩展性差 ?需要通过提高码片速率或多载波CDMA来 支持更大带宽,接收机复杂度大幅提升。 频域调度粗放 ?只能进行载波级调度(1.6MHz),调度的 灵活性较差。

与MIMO 结合 带宽 扩展性

频域调度

考虑到系统设计的复杂程度及成本,OFDM更适用于宽带移动通信

OFDM技术的挑战(1)
较高的峰均比(PAPR)
? 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

power

t
时域波形 峰均比示意图

18

OFDM技术的挑战(2)
受频率偏差的影响
子载波间干扰(ICI)

? 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

受时间偏差的影响

ISI(符号间干扰)& 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

19

LTE多址方式-下行
下行多址方式—OFDMA

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。

频率
用户A

集中式:连续RB分给一个用户 ? 优点:调度开销小 分布式:分配给用户的RB不连续 ? 优点:频选调度增益较大

用户B

用户C

时间

在这个调度周期中,用户A 是分布式,用户B是集中式

20

LTE多址方式-上行
上行多址方式—SC-FDMA

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)
频率
用户A

用户B

用户C

在任一调度周期中,一 个用户分得的子载波必 须是连续的

时间
? 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 CarrierFDMA (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 入部分单载波特性,降低了峰均比。

21

LTE上行:SC-FDMA

? 降低峰均比 ? 链路性能比OFDM略差 ? 提高上行覆盖

? IFDMA – 时域实现,频谱利用率低 ? DFT-S-OFDM – 频域实现,LTE采用

LTE多天线技术
空间分集
发射分集
多天线传输同样信息
分集合并

接收分集

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

存在时间、空间和频 率多种模式

空间复用
多路空间信道同时传输 不同信息
接收机:使用公 共导频序列获取 空间信道

应用场景
? 理论上成倍提高峰值速 率 ? 适合信号散射多地区

分为开环、闭环空间复用 支持单用户和多用户模式

多天线技术决定了LTE的传输模式
23

MIMO系统容量
? 管道的数量:能够支持的并行数据流数目 ? 管道的口径:子信道的传输能力

? 管道的空间分布

LTE多天线技术-波束赋型 波束赋型
? 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 使用与数据一起赋形的专用参考信 号进行解调 单流beamforming

应用场景
? 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

?

双流beamforming
BF1

BF2

25

目录
1 2 3 TD-LTE产业和标准发展 LTE基础和关键技术 TD-LTE帧结构及物理层技术

4

TD-LTE-Advanced增强技术
26

LTE帧结构
FDD LTE帧结构
#0 slot Sub-frame One radio frame = 10ms #1 #2 #18 #19

TD-LTE帧结构
One radio frame =10 ms
One half frame =5 ms

移动标准化 最大贡献,奠定 FDD和TDD融合 发展的技术基础
#7 #8 #9

1 ms #0 #2 #3 #4 #5

DwPTS GP UpPTS

27

DwPTS GP UpPTS

TD-LTE的子帧配比
转换周期为5ms表示每5ms有一个特殊时隙。这类配 置因为10ms有两个上下行转换点,所以HARQ的反馈 较为及时。适用于对时延要求较高的场景
DL-UL Configuration Switch-point periodicity 0 1 2 3 Subframe number 4 5 6 7 8 9

0 1 2 3 4 5 6

5 ms 5 ms 5 ms 10 ms 10 ms 10 ms 5 ms

D D D D D D D

S S S S S S S

U U U U U U U

U U D U U D U

U D D U D D U

D D D D D D D

S S S D D D S

U U U D D D U

U U D D D D U

U D D D D D D

转换周期为10ms表示每10ms有一个特殊时隙。这 种配置对时延的保证略差一些,但是好处是10ms 只有一个特殊时隙,所以系统损失的容量相对较小

28

TD-LTE和TD-SCDMA帧结构对比
TD-LTE 半帧: 5ms
子帧: 1ms 特殊子帧: 1ms DwPTS GP

TD-L和TD-S帧结构区别:
1.时隙长度不同。TD-L的子帧(相当 #4 于TD-S的时隙概念)长度和FDD LTE保 持一致(1ms),有利于产品实现以及借 助FDD的产业链。 2.在一些配置下,TD-L的DwPTS可以传 输数据,进一步增大小区容量

#0

#2
UpPTS

#3

TD-SCDMA 半帧: 5ms
正常时隙: 0.675ms

3.TD-L的调度周期为1ms,即每1ms都 可以指示终端接收或发送数据,保证 更短的时延。而TD-S的调度周期为 5ms。 4.TD-L的特殊时隙有多种配置方式, DwPTS,GP,UpPTS可以改变长度,以适

#0

#2

#3

#4

#5

#6

#7

DwPTS

GP

UpPTS

应覆盖、容量、干扰等不同场景的需 要。

特殊时隙总长: 0.275ms

TD-LTE特殊子帧配置
? TD-LTE特殊子帧继承了TD-SCDMA的特 殊子帧设计思路,由DwPTS,GP和 UpPTS组成。 ? TD-LTE特殊子帧可有多种配置,用以改变 DwPTS,GP和UpPTS的长度。但无论如 何改变,DwPTS + GP + UpPTS等于1ms
1ms

特殊子帧配 置
0 1 2 3 4 5 6 7

Normal CP DwPT S 3 9 10 11 12 3 9 10 GP 10 4 3 2 1 9 3 2 UpPT S 1 1 1 1 1 2 2 2

DwPTS

GP UpPTS

1ms

8
9

11
6

1
6

2
2

DwPTS

GP UpPTS

30

? TD-LTE的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制 约关系,可以相对独立的进行配置 ? 目前厂家支持10:2:2(以提高下行吞吐量为目的) 和3:9:2(以避免远距离同频干扰或某些TD-S配 置引起的干扰为目的),随着产品的成熟,更多 的特殊子帧配置会得到支持

TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存(1)

TD-S = 3:3

TD-LTE = 2:2 + 10:2:2
根据仿真结果,此时TD-LTE下行扇区吞吐量为26Mbps左右 (采用10:2:2,特殊时隙可以用来传输业务)

特殊时隙

= 2.15ms
1.025ms
0.675ms

TD-SCDMA

1ms

TD-LTE

特殊时隙
TD-LTE 子帧= 1ms = 30720Ts 10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts 3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts

共存要求:上下行没有交叠(图中Tb > Ta)。则 TD-LTE的DwPTS必须小于0.85ms(26112Ts)。 可以采用10:2:2的配置
TD-SCDMA 时隙 = 675us DwPTS = 75us GP = 75us UpPTS = 125us

实际上,还需要减 去TD-S的GP(75us)

TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存(2)

TD-S = 4:2

TD-LTE = 3:1 + 3:9:2

根据计算,此时TD-LTE下行扇区吞吐量为28Mbps左右 (为避免干扰,特殊时隙只能采用3:9:2,无法用来传输业务。经计算,为和TD-SCDMA时 隙对齐引起的容量损失约为20% )
计算方法:TS36.213规定,特殊时隙DwPTS如果用于传输数据,那么吞吐量按照正常下行时隙的0.75倍 传输。如果采用10:2:2配置,则下行容量为3个正常时隙吞吐量+0.75倍正常时隙吞吐量。如果丢失此 0.75倍传输机会,则损失的吞吐量为0.75/3.75 = 20%
= 1.475ms 0.7ms
0.675ms

TD-SCDMA

1ms

TD-LTE

TD-LTE 子帧= 1ms = 30720Ts 10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts 3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts

共存要求:上下行没有交叠(图中Tb > Ta) 。 则TD-LTE的DwPTS必须小于 0.525ms(16128Ts),可采用3:9:2的配置
TD-SCDMA 时隙 = 675us DwPTS = 75us

Rel-11中引入6:6:2的动机 目前推动更早版本也引入
GP = 75us UpPTS = 125us

TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存(3)

TD-S = 1:5
如果特殊时隙采用10:2:2,则下行扇区吞吐量为16.2M。 所以为和TD-SCDMA时隙对齐引起的容量损失约为43%

TD-LTE = 1:3 + 3:9:2
根据计算,此时TD-LTE下行扇区吞吐量为9.3M (特殊时隙无法用来传输业务)

= 3.5ms 0.675ms

TD-SCDMA
0.675ms

1ms

TD-LTE

共存要求:上下行没有交叠(图中Tb > Ta) 。TD-LTE的 DwPTS必须小于0.5ms(15360Ts)。可采用 3:9:2
TD-LTE 子帧= 1ms = 30720Ts 10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts 3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts TD-SCDMA 时隙 = 675us DwPTS = 75us

也可采用6:6:2
GP = 75us UpPTS = 125us

TD-L和TD-S临频共存 小结 TD-LTE = 2:2 + 10:2:2
根据仿真结果,此时TD-LTE下行扇区吞吐量为26Mbps左右 (特殊时隙可以用来传输业务)

TD-S = 3:3 TD-S = 4:2 TD-S = 1:5
上述分析表明:

根据仿真结果,此时TD-LTE下行扇区吞吐量为28Mbps左右 (特殊时隙采用3:9:2,无法用来传输业务,损失20%; 若采用6:6:2,可以传输业务,损失10%)

TD-LTE = 3:1 + 3:9:2 TD-LTE = 1:3 + 3:9:2

根据计算结果,此时TD-LTE下行扇区吞吐量为9.3M (特殊时隙采用3:9:2,无法用来传输业务,损失43%; 若采用6:6:2,可以传输业务,损失21.5% )

1.TD-S网络3:3配置的情况下,既符合TD-LTE网络本身支持业务需求和达到自身性 能最优的条件,也没有时隙对齐造成的吞吐量损失。 2.由于现网TD-S为4:2的配置,若不改变现网配置,TD-LTE在需要和TD-S邻频共存的 场景下,时隙配比只能为3:1+3:9:2。未来若设备支持,可以采用6:6:2特殊时隙配 比以提高系统性能。

DwPTS与UpPTS作用

? DwPTS
– 主同步信号PSS在DwPTS上进行传输 – DwPTS上最多能传两个PDCCH OFDM符号(正常时隙能传最多3个)

– 只要DwPTS的符号数大于等于9,就能传输数据(R11新引入了6:6:2配置)

? UpPTS
– 可以发送短RACH(做随机接入用)和SRS(Sounding参考信号) – 因为资源有限(最多仅占两个OFDM符号),UpPTS不能传输上行信令或数据 35

物理资源划分
频率
PRB 7个符号 0.5ms

12个 子载波, 180kHz

RE (Resource Element),频域 上占一个子载波, 时域上占一个 OFDM符号

时间

? PRB(Physical Resource Block,即“物理资源块”),是LTE系统中调度 用户的最小单位; ? 一个PRB由频域上连续12个子载波(子载波宽度15kHz),时域上连续7 个OFDM符号构成 ? 每子帧包含的PRB资源数由系统带宽决定。20M带宽的系统,每子帧包 36 含100个PRB对

LTE物理层主要功能

下行同步 系统信息 上行同步

? 同步信号 ? 物理层广播信道 ? 系统信息块 ? 随机接入前导信号

控制信息

? 上行控制信息 ? 下行控制信息
? ? ? ? ? 调制与编码 资源映射 传输模式 重传机制 信道信息反馈

数据传输

逻辑、传输、物理信道
下行信道映射关系
PCCH BCCH CCCH DCCH DTCH MCCH MTCH

上行信道映射关系
CCCH DCCH DTCH

Downlink Logical channels

Uplink Logical channels

PCH

BCH

DL- SCH

MCH

Downlink Transport channels
RACH UL - SCH

Uplink Transport channels

-

PDCCH

PBCH

PDSCH

PMCH

Downlink Physical channels

PUCCH

PRACH

PUSCH

Uplink Physical channels

? 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。

物理信道简介
信道类型 信道名称
PBCH(物理广播信道)

TD-S对应信道
PCCPCH

功能简介
系统主广播信息(MIB)
? ? ? ? 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令 RACH响应调度授权信令

PDCCH(下行物理控制信道)

HS-SCCH

控制信道

PHICH(HARQ指示信道) PCFICH(控制格式指示信道) PRACH(随机接入信道) PUCCH(上行物理控制信道)

HS-SICH N/A PRACH ADPCH

传输控制信息HI(ACK/NACK) 指示PDCCH长度的信息 用户接入请求信息 传输上行用户的控制信息,包括 CQI, ACK/NAK反馈,调度请求等 。 下行用户数据、RRC相关信令、 SIB、paging 消息 上行用户数据,用户控制信息反馈 ,包括CQI,PMI,RI

PDSCH(下行物理共享信道)

PDSCH PUSCH

业务信道
PUSCH(上行物理共享信道)

39

下行同步信道
核心网
子帧0(下行) 特殊子帧 子帧2(上行)

#2

S1

SSC(Secondary Synchronization Channel)
20-MHz bandwidth SCH

PSC(Primary Synchronization Channel)

下行同步

10-MHz bandwidth

下行同步是UE进入小区后要完 成的第一步,只有完成下行同步, 才能开始接收其他信道(如广播 信道)并进行其他活动。

5-MHz bandwidth

2.5-MHz bandwidth

1.25-MHz bandwidth

主同步信号(PSS)
? 3个 ? OFDM符号同步 ? 频率同步 ? 小区标识(部分)

辅同步信号(SSS)
? 168个 ? 无线帧同步 ? 小区标识 ? CP长度

40

下行同步过程

LTE
? 第一步:UE用3个已知的主同步序列和接收信号做相关,找到最大相关峰值,从而获得该小区的主同步序列以及
主同步信道位置(PSC,即上图的紫色位置),达到OFDM符号同步。PSC每5ms发射一次,所以UE此时还不能确定 哪里是整个帧的开头。另外,小区的主同步序列是构成小区ID的一部分。 ? 第二步:UE用已知的辅同步序列在特定位置(上图中的蓝色位置,即SSC)和接收信号做相关,找到该小区的辅 同步序列。SSC每5ms发射一次,但一帧里的两次SSC发射不同的序列。UE据此特性获得帧同步。辅同步序列也是构 成小区ID的一部分。 ? 第三步:到此,下行同步完成。同时UE已经获取了该小区的小区ID (3*168 =504)

TD-S
TD-SCDMA中主要依靠Sync_DL进行下行同步 ? UE在DwPTS上粗搜SYNC_DL位置(与TD-LTE相同每5ms帧发送一次),与可能的32个sync_DL做相关,确定 SYNC_DL的码型(每个Sync_DL对应4个midamble码和扰码序列) ? 获取SYNC_DL之后,在TS0继续通过做相关来获取当前小区midamble码 ? 获取midamble码后,便可建立TS0同步并读取PCCPCH获取小区广播信息,得到扰码

41

小区物理ID(PCI)
基本概念
LTE系统提供504个物理层小区ID(即PCI),和TD-SCDMA系统的128个扰码概念类似。 网管配置时,为小区配置0~503之间的一个号码即可

小区ID获取方式
? 在TD-SCDMA系统中,UE解出小区扰码序列(共有128种可能性),即可获得该 小区物理ID ? LTE的方式类似,UE需要解出两个序列:
? ? 主同步序列(PSS,即主同步信道P-SCH中传播的序列,共有3种可能性) 辅同步序列(SSS,即辅同步序列S-SCH中传播的序列,共有168种可能性)

? 由两个序列的序号组合,即可获取该小区ID

配置原则
因为PCI和小区同步序列关联,并且多个物理信道的加扰方式也和PCI相关,所以相 邻小区的PCI不能相同以避免干扰。

PBCH概述
PBCH(广播信道)
? 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subframe0里的第二个slot的前4个OFDM符号上 ? 周期: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BCH

广播消息:MIB&SIB
MIB在PBCH上传输,含 接入LTE系统所需要的最 基本信息: ? 下行系统带宽 (3) ? PHICH资源指示(3) ? 系统帧号SFN(8) ? 预留(10) ? 公共导频数目有PBCH 的CRC确定(盲检测)

SIB在DL-SCH上传输,映射到物理信道PDSCH ,携 带如下信息:
?一个或者多个PLMN标识 ?Track area code SIB 1 ?小区ID SIB 2 ?UE公共的无线资源配置信息 ?同频/异频或不同异系统小区重选信息 SIB 3~8

SIB1固定位置在#5子帧上传输,携带了DL/UL时隙配 比,以及其他SIB的位置与索引等信息。 43

PBCH流程

PCFICH & PHICH
PCFICH(物理控制格式指示信道)
? 指示PDCCH的长度信息(1、2或3),在子帧的第一个OFDM符号上发送; ? 均匀分布在整个系统带宽; ? 采用QPSK调制,指示一个子帧中用于传输PDCCH的OFDM符号数、传输格式; ? 小区级shift,随机化干扰

PHICH(物理HARQ指示信道)
? PHICH的传输以PHICH组的形式, PHICH组的个数由PBCH指示。 ? 采用BPSK调制,传输上行信道反馈信息。

45

PDCCH
PDCCH(物理下行控制信道)
? 频域:占用全带宽; ? 时域:占用每个子帧的前n个OFDM符号,n<=3 ? 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。

? DCI占用的物理资源可变,范围为1~8 个CCE( 36个RE/CCE ) ? 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

46

PDCCH配置---容量
以两天线端口为例计算PDCCH在20MHz带宽下可调度用户数
信道及信号 PCFICH PHICH RS min max 两天线端口 1 symbol 2 symbol 3 symbol RE 4*4=16 3*4=12 25*4=100 4*100=400 12*100=1200 2*1200=2400 3*1200=3600 2:2 2 两天线端口 PDCCH占OFDM SYMBOL数目 1 max min max min max min 10ms调度次数 10ms 调度 用户 数 36 33 99 96 143 136

1CCE 126 114 330 312 462 444

2CCE 60 54 162 156 230 220

4CCE 30 24 78 78 114 110

8CCE 12 12 36 36 56 52

3

支持用户数的计算假定: 1. 用户每10ms被调度一次 2. 用户分布如下: ? 10%用户采用1CCE ? 20%用户采用2CCE ? 20%用户采用4CCE ? 50%用户采用8CCE

1

max
min max min max min

168
152 440 416 638 614

80
72 216 208 318 304

40
32 104 104 158 152

16
16 48 48 78 72

48
44 132 128 198 188

3:1

2

3

PDCCH可用资源有限,每个DCI占用资源越多,将导致PDCCH支持用户容量下降

随机接入过程
核心网
在UE收取了小区广播信息之后,当需要接入系统 时,UE即在PRACH信道发送Preamble码,开始 触发随机接入流程

S1

Preamble

随机接入信令流程对比
TD-LTE
PRACH信道

UE

eNB
发送preamble, 请求接入 确认收到请求,并指 示UE调整上行同步 UE发送IMSI或TMSI, 正式请求RRC连接 确认收到请求并返回该 UE的IMSI(TMSI)以解决 竞争问题(如果两个UE都 以为自己能获得接入, 那么通过此消息的IMSI 就能挑出真正获准接入 的UE

UE

TD-SCDMA
SYNC-UL
Uppch信道

NodeB

Preamble

Random Access Response
PDSCH(公共业务信道)

Sync_UL Response
FPACH信道

RRC连接请求
PUSCH(公共业务信道)

RRC 连接请求
PRACH信道

RRC连接建立
PDSCH(公共业务信道)

RRC连接建立
DCCH信道

对比来看,TD-SCDMA和TD-LTE的随机接入在理念上是类似的,这里只列出区别: ? TD-SCDMA中Uppch的SYNC-UL可在UpPTS上发射,为避免Up干扰开启Up-shifting后Uppch在上行业务时隙 发送
? 典型3载波小区,偏移1个时隙,本小区容量损失17%,但通过干扰消除算法可消除、抑制Up与业务共时隙的干扰

? TD-LTE可以用UpPTS,也可以占用常规时隙资源,在上行业务时隙传输 ? PRACH配置为非Format 4,20MHz载波带宽,上下行时隙比2:2情况下,PRACH配置为非Format 4上行 理论吞吐量损失1.5%

PRACH
子帧0(下行)

特殊子帧

子帧2(上行)

短Preamble

长Preamble

CP
TCP

Sequence
TSEQ

PRACH (物理随机接入信道)
? 频域:1.08MHz带宽(72个子载波), ? 时域:UpPTS(format 4)及普通上行 子帧中(format 0~3)。每个子帧采用 频分方式可传输多个随机接入资源。

PRACH
PRACH格式
考虑初期应用场景为城区,格式0/4即可 满足覆盖要求,故初期仅要求格式0/4
格式 0 1 2 3 4 时间长度 1ms 2ms 2ms 3ms 0.157ms 覆盖范围 15km 77km 80km 100km 1.4km

接入类型建议
? 每小区的Preamble码共64个,分为 “竞争”和“非竞争”两种类型; ? 建议:竞争/非竞争两种接入类型均要 求,在切换场景下使用非竞争接入。
应用场景
IDLE态初始接入

接入类型
竞争

无线链路失败后初始接入
连接态上行失步后发送上行数据 小区切换 连接态上行失步后接收下行数据

竞争
竞争 竞争/非竞争 竞争/非竞争

64个preamble码部分会被分配为仅供切换用户使用(即非竞争接入), 以提高切换成功率。所以小区内用于初始随机接入的preamble码可 能会少于64个。 51

PUCCH概述
假设系统为20MHz带宽(100RB),且1ms上行帧配置4对PUCCH。

NRB = 99 NRB = 98

PUCCH(0) PUCCH(3)

PUCCH(1) PUCCH(2)

PUSCH

PUSCH

? 在带宽最外侧,1个RB pair构成一个 PUCCH信道。在子帧的两个slot上下边 带跳频,获得频率分集增益; ? 码分复用,可将多个用户的控制信息在 同一个PUCCH信道上发送;
PUCCH format 1 1a 1b 2 2a 2b 3 Modulation scheme N/A BPSK QPSK QPSK QPSK+BPSK QPSK+QPSK QPSK
NRB = 1 NRB = 0 PUCCH(2) PUCCH(1) 0.5 ms 时隙 PUCCH(3) PUCCH(0) 0.5 ms 时隙

Number of bits per subframe, N/A 1 2 20 21 22 48

SR ACK/NACK ACK/NACK CSI ACK/NACK+CSI ACK/NACK+CSI CA ACK/NACK

UE发送带宽

PUCCH基本传输方式
Format 1/1a/1b

Format 2/2a/2b

PUCCH与PUSCH
? R8/9不同时传输 ? R10支持同时传输 ? 信号可在PUSCH传输

54

物理信道位置

55

下行资源分配类型

下行传输模式

LTE传输模式-发射分集(Mode 2)
两天线端口---SFBC 四天线端口---SFBC+FSTD
(频率偏移发射分集)
Si ? 7

(空频块编码)
Si ? 7 S i?6 * Si ?6 * ?Si ?7 * Si ? 4 * ? S i ?5 * Si ? 2 * ? Si ?3 S i*

Si ? 6
频域

Si ? 6* ? Si ? 7*

频域

Si ? 5 Si ? 4 Si ? 3 Si ? 2 Si ? 1 Si

Si ? 5
Si ? 4

Si ? 4*
Si ? 3
Si ? 2

子载 波

一个

? Si ? 3*
Si*

Si ? 1

* ?S i ?1
天线端口1

S

i

? Si ? 1*
天线端口1 天线端口2 天线端口3

空资源元素

天线端口0

天线端口0

? 天线端口0传原始调制符号

? 天线端口0与2(1与3)为一个天线端口对,二者之间为SFBC;
?天线端口0与1在频域上交替传送原始信号,二者之间为FSTD; 2与3传送相应的交换信号,亦为FSTD。

? 天线端口1传原始符号的变换符号

? 发射分集利用了天线间的弱相关性,在天线对上传送原始信号及其变换符号(一般为原 始符号的共轭),提高信号传输的可靠性。 ? 既可用于业务信道,又可用于控制信道。 ? 发射分集鲁棒性较好

一个

Si ? 2*

子载



? Si ? 5*

LTE传输模式-空间复用(Mode 3,4,6)
开环空间复用
Stream 1 Stream 2 Stream 3 Stream 4 1 Stream 1

闭环空间复用
Stream 1 Stream 2 Stream 3 Stream 4 1 Stream 1

发 送 端

2 3 4

接 收 机

Stream 2 Stream 3

预 处 理

2 3 4

接 收 机

Stream 2 Stream 3

Stream 4

Stream 4

反馈信道信息

?普通的空间复用,接收端和发送端无信息交互

? 基于非码本的预编码:
? 基于终端提供的SRS(探测参考信号)或DMRS(解调参考 信号)获得的CSI(信道状态指示),基站自行计算出预 编码矩阵

? 基于码本的预编码:
? 基于终端直接反馈的PMI(预编码矩阵索引号)从码本中 选择预编码矩阵

? 空间复用利用了天线间空间信道的弱相关性,在相互独立的信道上传送不同的数据流,

提高数据传输的峰值速率 ?只应用于下行业务信道(为了确保传输,控制信道普遍采用发送分集)

LTE传输模式-波束赋形(Mode 7,8)
定义

TDD的特有技术,利用 上下行信道互易性得到 下行信道信息

? 波束赋型是发射端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,从而提高用户的接收性能。 特点
?波束赋型只应用于业务信道
? 控制信道仍使用发射分集保证全小区覆盖(类比于TD-SCDMA中PCCPCH也是广播发射)

?不需要终端反馈信道信息
? 平均路损、来波方向和完整的信道信息通过基站测量终端发射的SRS获得(Sounding Reference Signal,探测参 考信号,类比于TD-SCDMA里的midamble码)

单流beamforming

双流beamforming
BF1

BF1

BF2

BF2

产生定向波束, 获得赋型增益

两个波束传递相同信息, 获得分集增益+赋型增益

两个波束传递不同信息, 获得复用增益+赋型增益

基于双流波束赋型的传输方案

Rel-10和Rel-9多用户方案一样

上行资源分配类型

类型0: Rel-8/9 类型1: Rel-10

上行传输模式

TM1: Rel-8/9 TM2: Rel-10

LTE上行天线技术:接收分集
原理
接收机使用来自多个信道的副本信息能比较正确的恢复出原 发送信号,从而获得分集增益。手机受电池容量限制,因此 在上行链路中采用接收分集也可有效降低手机发射功率

接收分集的主要算法:MRC &IRC

性能比较 ? 由于IRC在最大化有用信号接收的同时能最 小化干扰信号,故通常情况IRC优于MRC ? 天线数越多及干扰越强时,IRC增益越大 ? IRC需进行干扰估计,计算复杂度较大

MRC (最大比合并)
? 线性合并后的信噪比达到最大化 ? 相干合并:信号相加时相位是对齐的 ? 越强的信号采用越高的权重 适用场景:白噪或干扰无方向性的场景

?

IRC(干扰抑制合并)
? 合并后的SINR达到最大化
? 有用信号方向得到高的增益 ? 干扰信号方向得到低的增益

? 适用场景:干扰具有较强方向性的场景

初期引入建议: ? IRC性能较好,故建议厂商支持IRC ? 鉴于IRC复杂度较大,厂商初期可能较难 支持,故同时要求MRC

下行参考信号 (CRS)
R1 R3 R0 R1 R2 R0

12 sub-carriers

R0

R2

R1

R0

R3

R1

R1

R3

R0

R1

R2

R0

R0

R2

R1

R0

R3

R1

14 OFDM Symbols

R0

Cell specific Port0

R1

Cell specific Port1

R2

Cell specific Port2

R3

Cell specific Port3

UE specific Port5

Data

PDCCH

CRS
位置 作用 分布于下行子帧全带宽上 ?下行信道估计 ?调度下行资源 ?切换测量 ?发射分集、开环空间复用、基于码本的MIMO传输 ?控制信道

应用

下行参考信号 – DRS,DMRS
R5 R5 R5 R5 R5 R5
l?0 l ?6 l ?0
even-numbered slots odd-numbered slots

R5 R5 R5 R5 R5 R5
l ?6

DRS,DMRS 位置 分布于用户传输所占用的带宽上

作用
应用

波束赋形或者R10 新的MIMO传输时 ,用于UE解调 1. 业务信道 2. 未来也可以用于增强型控制信道

Antenna port 5

上行参考信号 (DMRS)
DMRS(解调参考信号)
?在PUCCH、PUSCH上传输,用于PUCCH和PUSCH的相关解调
For PUSCH
?每个slot(0.5ms) 一个RS,第 四个OFDM symbol
Slot structure for PUSCH and its RS
DMRS

? For PUCCH-ACK ? 每个slot中间三个OFDM
symbol为RS

Slot structure for ACK/NAK and its RS
DMRS DMRS DMRS

1 slot Slot structure for CQI and its RS
DMRS DMRS

? For PUCCH-CQI ? 每个slot两个参考信号
One uplink slot Tslot

1 slot

1 slot

UL N symb SC-FDMA symbols

RB subcarriers N sc

Data

Reference signal

上行参考信号 - SRS
Subframe = 1 ms

SR

SR

a2 k

b SRS r SRS (k ) k
k0 , l

RS 0,1,..., M sc 1

. . .
SR

0

otherwise

SR

SRS(探测参考信号)
? 可以在普通上行子帧上传输,也可以在UpPTS上传输,位于上行子帧的最后一个SC-FDMA 符号,eNB配置UE在某个时频资源上发送sounding以及发送sounding的长度。

? Sounding作用
? 上行信道估计,选择MCS和 上行频率选择性调度

? Sounding周期
? 由高层通过RRC 信令触发UE 发送SRS,包括一次性的 SRS 和周期性SRS 两种方式 ? 周期性SRS 支持2ms,5ms,10ms, 20ms, 40ms, 80ms, 160ms, 320ms 八种周期 ? TDD系统中,5ms最多发两次

? TDD系统中,估计上行信道 矩阵H,用于下行波束赋形

参考信号
TD-LTE
下 行 参 考 信 号

TD-SCDMA

? 用于下行信道估计 TS0时隙 ? 下行导频,用作信 ? 用于发送分集、基于码本的 CRS 相同点:都是公共导频,分布于全带宽内 Midamble 道估计 MIMO模式下的数据解调。 ? 用于控制信道检测 ?用作切换测量 相同点:主要用于业务信道的解调 DRS ? 出现于波束赋型模式和 R10 业务时隙 不同点:TD-L 系统是宽带系统,本身存在多个子载波, DMRS ? 信道估计、测 的MIMO模式,用于UE解调 Midamble 故DRS及DMRS分布于用户占用的子载波带宽内。 量。 ?DRS:仅用于BF模式下业务信道的解调 ? 位于每个时隙 ?DMRS:用于上行控制信道和业务信道的解调 上 ? 用于上行控制和数据信道 DMRS 数据部分之间 行 的相关解调 参 ? 估计上行信道, 考 ? 用于估计上行信道频域信息, 做下行波束赋 相同点:均基于上行信道估计,进行下行波束赋型 SRS 型 信 做频率选择性调度 不同点:TD-L 中的SRS还可用于频选调度 号 ? 用于估计上行信道,做下行 波束赋形

LTE终端测量
测量量
LTE终端执行的标准化测量量为: RSRP ? 表示信号强度,类比于TD-SCDMA的RSCP RSRQ ? 表示信号质量。TD-SCDMA里没有对应测量量

使用场景
小区选择 ? 基于RSRP值 Release 9对小区选择/重选进行了优化, 小区选择/重选也可基于RSRQ 切换可以基于RSRQ,避免了TDSCDMA中切换只能基于RSCP带来的信 道质量未知的问题 70

小区重选 ? 基于RSRP值
切换 ? 基于RSRP或RSRQ

LTE终端测量量-RSRP
RSRP: Reference Signal Received Power 参考信号的接收功率
PDCCH PDSCH

注意:RSRP是RE级别的功率,RE 带宽为15kHz。所以RSRP值比RSCP 偏小,一般为-70dBm到-120dBm 之间。
One antenna port

R0

R0

R0

R0

RSRP:R0平均值

R0

R0

R0

R0

l?0

l?6 l?0

l?6

LTE终端测量量-RSRQ
RSRQ: Received Signal Received Quality 接收信号质量
RSRQ数学公式:
注: RSSI测量带宽是多少,分子上的N就 相应取值为测量带宽对应的PRB数 实测示例:RSRP=-82dB、RSSI=-54dB、N=100 =>RSRQ=10lg100+(-82)-(-54)=-8dB

分母是RSSI——接收带宽上的总功率,分子是接收带宽上的参考信号功率 。一定程度上可以认为反映了信道质量。 但是分母RSSI因为既包含RS的功率,又包含那些PDSCH的RE的功率,所 以事实上RSRQ并不能准确无误的指示RS的信号质量。

RS-CINR
RS-CINR——真正的RS信号质量

? 因为RS在所有RE资源中均匀分布,所以RS-CINR一定程度上可以表征 PDSCH(业务信道)信号质量 ? RS-CINR是一些3GPP提案中的说法,在实际测试中业界较习惯采用RSSINR(或简称SINR)。两者是等效的。

? 因为RS-SINR没有在3GPP进行标准化,所以目前在外场测试中要求厂家 提供的RS-SINR依厂家实现不同而有一定偏差。在规模试验中将推动RSSINR测量的统一化

上行功控概述
功控目的

? 降低小区间干扰 ? 补偿路径损耗和阴影衰落,适应信道变化
功控信道

? PUSCH/PUCCH/SRS/PRACH
功控方案

? 开环功控 (补偿路径损耗和阴影衰落)
? 明确基站希望收到的信号强度,通过广播消息下发(参数:P0,alpha)。 UE计算路损,自动在发射时调整发射功率,以达到开环功控要求;

? 闭环功控(快速适应信道变化)
? eNodeB通过测量PUCCH/PUSCH/SRS信号的SINR,和目标值SINRtarget比 较,在PDCCH中快速调整相应子帧的上行发送信号的发射功率;

? 外环功控
? 根据BLER的统计值动态调整闭环功控中使用的目标值SINRtarget

74

下行功率分配概述(1)
功率分配原因

? 下行业务信道若进行功控,则会出现业务信道功率与导频功率无固定关系。使 得UE反馈的CQI信息不能正确反映业务信道的实际质量
功率分配信道 PDSCH 注:
1.规范没有规定PBCH等控制信道的功率如何控制,应该取决于厂家实现。 2.在3GPP定义规范时,经过长期的讨论,认为关键的控制信道如PBCH,PDCCH不会存在覆盖 问题

功率分配方式
半静态
? 分配RS和PDSCH的功率比值,保证RS和PDSCH的功率分配合理

75

下行功率分配概述(2)
意义 系统可以配置RS功率、PDSCH功率,以达到优化性能、降低干扰的目的 参数

? RS发射功率 RS:小区级参数(SIB2广播),由网管配置。一旦确定就不会受其他参 数影响而改变。可以看做是下行功率分配功能的基准功率;
? ρA是UE级参数,可以随时改变。由于RS发射功 率不变,所以ρA变化造成的结果是 变化; ? ρA越小表示A类PDSCH发射功率相对RS功率越 小。
RS

? ρA =
RS

RS

?

? PB =

PB是小区级参数(SIB2广播),一旦配置 就不会改变。意味着 需要随 变化而 变化,以保持PB比值不变

RS

RS

A类PDSCH B类PDSCH

空RE, 不占用发射功率

76

PDSCH功率分配
PDSCH
分为两类:有RS的PDSCH、无RS的PDSCH
?B / ? A ?
有RS的PDSCH上每个RE的功率 无RS的PDSCH上每个RE的功率

RS
? ? RS EPRE在整个系统带宽内是常数 (-60,50)dBm;且在所有子帧 内是常数( PB=0 ) 在覆盖范围较大时,可能会出现因 导频功率不足,而导致覆盖受限的 场景。故可采用导频功率增强方案, 即Power boosting,提高信道估计 的性能,从而扩大覆盖 (PB=1,2,3)

PB
0 1 2 3

单天线端口 1 4/5 3/5 2/5

2、4天线端口 5/4 1 3/4 1/2

两天线端口为例
P

PDCCH PDSCH RS

? 每个symbol上的最大发射功率为43dBm(20W); ? 无power boosting时 ? Power boosting时,

? 有RS的PDSCH EPRE=10lg[(5/4)*20*1000/*(12*100)]=13dBm ? RS EPRE=(总功率-PDSCH功率)/2=12dBm ? 有RS的PDSCH EPRE=10lg[20*1000/*(12*100)]=12dBm ? RS EPRE=(总功率-PDSCH功率)/2=15dBm

? 激活Powerboosting时,RS的功率可以配置为比PDSCH 的功率高3dB或6dB
PRB中各信道RE及导频分布图

频选调度增益
原理介绍
OFDM系统作为多子载波系统,可以通过频率选择性调度,为用户分配信道质量较好的频 率资源,从而获得频率分集增益

增益影响因素
移动速率
f

引入建议
? 系统支持下行频选调度,在低速 时开启此功能,且开启门限值可 配; ? 上行频选比下行频选增益小、代 价高,不做要求,但必须支持上 行跳频以获得频率分集增益

? 由于频选调度需要终端反馈信道信息,如果反 馈时延大于信道变化时间,那么频选调度增益 将不明显; ? 移动速率越高,UE反馈的CQI信息越不准确, 因此频选增益只能在一定移动速率下获得

系统开销
? 要获得上行频选增益,要求终端周期发送信道 探测(Sounding)信号,但sounding信号的 发送会增大终端耗电 ? 要获得下行频选增益,需要终端及时反馈信道 信息

UE类别
Category 峰值速率 DL 1 10 2 50 3 100 4 150 5 300

UL
DL

5

25

50

50

75
QPSK 16QAM 64QAM

QPSK,16QAM,64QAM QPSK,16QAM

调制方式

UL DL DL DL 不支 持

2天线接收 分集 2*2 MIMO 4*4 MIMO

支持(以RAN4性能指标来强制要求) 支持 不支持 支持

目录
1 2 3 TD-LTE产业和标准发展 LTE基础和关键技术 TD-LTE帧结构及物理层技术

4

TD-LTE-Advanced增强技术
80

TD-LTE-Advanced增强技术
优化和增强
基站与终端间Single Hop

无线中继(Relay)
高阶 MIMO

更好的频谱效率 更好的边缘覆盖 更平衡的DL/UL性能

MIMO

上行无单用户MIMO

上行单用户MIMO 更高峰值速率

支持1.4~20MHz带宽
小区间干扰消除

载波聚合
增强小区间干扰消除

最大带宽100MHz
更高的VoIP 容量 分层网络

81

增强的MIMO技术
LTE多天线技术(Rel.8) 下行基于码本的MIMO (最大支持4流) LTE多天线技术(Rel.9) LTE-A多天线技术(Rel.10) 下行基于码本的高阶MIMO (最大支持8流)

下行单流BF (只支持1流)

下行双流BF (最大支持2流)
下行MU-BF (最大支持4流 每个用户最大2流)

下行多流BF (最大支持8流) 下行MU-BF (最大支持4流 每个用户最大2流) 上行MIMO (最大支持4流)

上行SIMO (只支持1流)

载波聚合
CC1 CC2 CC3

LTE UE

LTE UE

LTE-A UE LTE-A UE

LTE-A通过载波聚合,能够充分利用频谱资源,提高系统性能
? 以R8最大系统带宽20MHz为基础,支持最多5载波聚合,系统带宽100MHz,最 大峰值速率-DL(3Gbps)/UL(1.5Gbps) ? 支持频带内连续/非连续载波聚合和跨频段载波聚合,充分利用运营商频谱 ? Rel-10中成员载波均为后向兼容载波,允许R8/R9终端接入,便于系统升级

? 未来可以支持非后向兼容载波,以便于支持零散频谱和感知无线电等应 用场景
? 载波间可以协作调度,提高了调度灵活性和干扰协调能力 ? 跨载波调度

83

无线中继(Relay)技术
? Relay是一种无线中继技术,Relay 节点对来自基站或者从属终端的无 线信号基带处理后再通过空口转发 给从属终端或者基站
? Relay技术特点
?工作在移动通信频段 ?通过定向天线等技术,能够抑制干扰 与噪声 ?部署灵活,方便,无需光纤机房

室内覆盖扩展
基站 基站
基站
中继站

接入环 基站

光纤
微波

?室外覆盖扩展

?中继站

中继站 中继站

84

分层网络的优势和挑战
LTE网络部署 ? 网络部署第一阶段:用户少,站址稀疏,覆盖半径较大 具有渐进性 ? 网络部署后续阶段:用户数逐步增加,面临扩容需求,需要增加站址
增加站址的 策略选择

普通宏基站广域部署可实现较好 分层网络部署 ? 传统同构网络扩容方法:小区裂变,调整现有站址覆盖,增加站址,重新 的网络覆盖,但网络容量有限 规划以满足网络覆盖区域完整性,
具有灵活性 ? 引入分层网络扩容方法:维持既有网络覆盖不变,网络覆盖区域完整性不 和简单性 变,可以有针对性的增加新的站址
更高数据速率

分层网络 ? 通常状态:业务需求相对稳定,Macro小区和Pico小区间无需特殊协调, 伴随移动互联网业务发展,带宽 可提高网 按照传统策略吸纳用户 需求不断增长,宏基站网络可以 络负载均 ? 异动状态:业务需求出现一定程度增长或临时性增长,Macro小区和Pico 在一定程度内满足要求
衡灵活性
小区相互间协调,使Pico小区吸纳更多用户
更大的容量

挑战:解决 移动互联网用户的井喷,导致热 可能的覆盖 ? Femto小区(CSG)属于非运营商完全控制节点,非授权用户进入其覆 点小区容量需求超越宏基站能力, 盖区域时,但仍然只能连接到Macro小区,在此情况这些用户将受到 空洞问题 需要引入小功率节点 Femto小区的强干扰,甚至无法正常接入
极高的系统容量

? 部分传输节点属于非网络运营商完全控制节点:

非常高的 数据速率

85

分层网络下的干扰消除示例
控制信道区域
宏基站覆盖 微微基站覆盖

控制信道区域

数据信道区域

数据信道区域 控制信道

?

可扩展区域 微微基站覆盖

调度受限区域 ABS 控制信道

数据信道区域
(Pico小区边缘UE 优先被调度区域)

Macro-pico场景:
干扰协调基于Macro-Pico基站间的X2接口信令,可以有效的根 据网络负载均衡的需求更改配置。典型场景下系统(4 Pico) 平均吞吐量约提高1.5倍

控制信道
数据信道区域

数据信道区域
Macro @ Frequency 1

Pico @ Frequency 1

86

参考及推荐

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