TD-LTE和TD-HSPA+培训资料-TD-LTE无线关键技术.pdf

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1、1TD-LTE总体技术发展和无线关键技术总体技术发展和无线关键技术工业和信息化部电信研究院通信标准研究所无线与移动研究室 沈嘉TD-LTE和TD-HSPA+技术培训材料工业和信息化部电信研究院通信标准研究所无线与移动研究室 沈嘉TD-LTE和TD-HSPA+技术培训材料2目录目录TD-LTE总体技术发展什么是TD-LTE？为什么会产生LTE？LTE的基本特征TD-LTE无线关键技术TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进3未来的无线通信将是各种接入手段的并存未来的无线通信将是各种接入手段的并存4LTE将是未来最主流的广域宽带无线通信系统将是未来最主流的广域宽带无线通信系统OFDM/M

2、IMO+扁平扁平IP网络网络2G2G3G3G3GPP2CDMA3GPPUMTS3GPPGSMWiMAXLTE1xEV-DO Rev A1xEV-DORel 0CDMA20001XGPRS/EDGEHSDPA/HSUPAEvolved EDGEWiFi4G4GWCDMATD-SCDMATD-SCDMALTE20082005商用部署商用部署预商用部署预商用部署研究标准化研究标准化测试试验测试试验20062009挪威、瑞典、美国、日本、香港挪威、瑞典、美国、日本、香港Ericsson、华为、华为、ALU、中兴、中兴、Moto5什么是什么是TD-LTE？LTE=Long Term Evolution=

3、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。在2004年WiMAX对UMTS技术产生挑战（尤其是HSDPA技术）时，3GPP急于开发和WiMAX抗衡的、以OFDM/FDMA为核心技术、支持20MHz系统带宽的、具有相似甚至更高性能的技术。长期可以在IMT-Advanced标准化上先发制人。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）。这场“革命”使系统不可避免的丧失了大部分后向兼容性。也就是说，从网络侧和终端侧

4、都要做大规模的更新换代。因此很多公司实际上将LTE看作4G技术范畴。6LTE和和EPS的关系的关系LTEEPS=Evolved Packet System7目录目录TD-LTE总体技术发展什么是TD-LTE？为什么会产生LTE？LTE的基本特征TD-LTE无线关键技术TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进8背景一：移动互联网业务发展的需要从话音优化到数据优化?除了窄带业务的效果，更要提高宽带业务效率从覆盖优化到容量优化?除了保证基本业务连续覆盖，更要提高“热区”内的容量从用户容量优化到数据率容量优化?运营商收入除了依赖用户数量，更依赖业务流量从均匀容量分布到不均匀容量分布：?未来8

5、0-90%的数据容量集中在室内和热区内?业务分布不均匀，系统能力是否有必要均匀分布？背景二：宽带无线接入和宽带移动通信的融合背景三：技术储备成熟到20世纪末，学术界在实现OFDM、MIMO的理论、算法、软硬件基础方面已经积累了丰富的技术储备。为什么会出现为什么会出现LTE？9宽带移动通信和宽带无线接入的融合宽带移动通信和宽带无线接入的融合2G、3G已经提供了很好的语音网络，LTE的任务就是在2G/3G网络之上叠加一个“宽带数据接入”网络10降低每比特成本是产业的必然发展方向降低每比特成本是产业的必然发展方向11目录目录TD-LTE总体技术发展什么是TD-LTE？为什么会产生LTE？LTE的基本

6、特征TD-LTE无线关键技术TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进12LTE的设计目标的设计目标支持1.4MHz-20MHz带宽峰值数据率：上行50Mbps，下行100Mbps频谱效率达到HSDPA/HSUPA的2-4倍提高小区边缘的比特率用户面延迟（单向）小于5ms，控制面延迟小于100ms降低建网成本，实现从3G的低成本演进追求后向兼容,但应该仔细考虑性能改进和向后兼容之间的平衡取消CS（电路交换）域，CS域业务在PS（包交换）域实现，如采用VoIP对低速移动优化系统，同时支持高速移动13LTE的标准化进程的标准化进程14LTE的性能评估（仿真结果）的性能评估（仿真结果）从仿真

7、结果看，LTE全面达到了设计目标。15LTE的技术创新的技术创新LTE名为演进（Evolution），实为“革命”（Revolution）创新一：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）创新二：MIMO（多天线技术）下行MIMO：?发射分集：改善覆盖（大间距天线阵）?空间复用：提高峰值速率和系统容量?波束赋形：改善覆盖（小间距天线阵）?空间多址：提高用户容量和系统容量上行MIMO：?空间多址：提高用户容量和系统容量创新三：扁平网络取消RNC（中央控制节点），只保留一层RAN节点eNodeBeNodeB和核心

8、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eNBeNBeNBMME/UPEMME/UPE S1X2X2X2EPC E-UTRAN 16目录目录TD-LTE总体技术发展TD-LTE无线关键技术TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进17LTE无线技术要点无线技术要点1个架构：E-UTRAN扁平架构2个帧结构：FS1（FDD）、FS2（TDD）3个关键技术：OFDMA/SC-FDMA、MIMO、小区间干扰抑制4种资源分配方式：下行集中式、下行分布式、上行集中式、上行跳频。5个物理过程：小区搜索、随机接入、功控、测量、共享信道过程6+1个天线

9、端口：下行4天线MIMO、MBSFN、Beamforming上行单天线7+2个传输模式：下行7个MIMO传输模式上行单天线+MU-MIMO8个物理信道：PDSCH、PDCCH、PBCH、PCFICH、PHICH、PUSCH、PUCCH、PRACH18目录目录TD-LTE总体技术发展TD-LTE无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术4种资源分配方式5个物理过程6+1个天线端口7+2个传输模式8个物理信道TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进19扁平扁平RAN架构架构 36.211 Physical Channels and Modulation 36.212 Multiplexi

10、ng and channel coding 36.213 Physical layer procedures36.214 Physical layer Measurements To/From Higher Layers 36.323 PDCP36.322 RLC36.321 MAC36.331 RRC36.2xx PHY36.401 Architecture36.41x S1 interface36.42x X2 interface20LTE接入网络的简化接入网络的简化UTRANE-UTRANRNC的大部分功能下放到eNodeB21目录目录TD-LTE总体技术发展TD-LTE无线关键技术1个

11、架构2个帧结构3个核心技术4种资源分配方式5个物理过程6+1个天线端口7+2个传输模式8个物理信道TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进222种帧结构种帧结构FS1（FDD）FS2（TDD）232种种TDD帧结构的融合帧结构的融合2007年底，在国内外产业界的共同推动下，3GPP将2种TDD LTE帧结构融合为TD-LTE帧结构。The single TDD FS5ms half Frame0.5 ms5ms half Frame0.675 msTDD FS2TDD FS1#0#1#18#1910ms Frame0.5 ms24TD-LTE帧结构上下行配比帧结构上下行配比25TD-

12、LTE帧结构特殊时隙结构帧结构特殊时隙结构配置Normal CPExtended CPDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS031013811941831210319213112110114121137253928226932912710228111226目录目录TD-LTE总体技术发展TD-LTE无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术4种资源分配方式5个物理过程6+1个天线端口7+2个传输模式8个物理信道TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进27LTE所依赖的所依赖的3个核心技术个核心技术OFDMA/SC-FDMA简洁的宽带扩展能力获得高峰值速率的“正交传输”MIM

13、O技术的“最佳搭档”MIMOLTE高频谱效率的主要来源小区间干扰抑制解决OFDMA同频组网的潜在问题缩小MIMO带来的数据率差异性28为什么宽带数据接入要采用为什么宽带数据接入要采用OFDM和和MIMO？OFDM和MIMO的优势正是数据业务所需要的峰值速率和短时用户感受OFDM是正交系统，无用户间干扰，有利于MIMOMIMO是目前提高峰值速率的主要手段用户希望“网速快”，哪怕只在某些环境下快也行OFDM和MIMO的劣势是对数据业务相对次要的因素覆盖和公平性OFDM系统的小区间干扰和高峰平比将造成更严重的小区边缘性能下降使用MIMO的环境主要出现在小区中心或热点但Internet用户已经习惯了“

14、尽力而为”的QoS/QoE29目录目录TD-LTE总体技术发展TD-LTE无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术OFDMA/SC-FDMA4种资源分配方式5个物理过程6+1个天线端口7+2个传输模式8个物理信道TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进30OFDM是新技术吗？是新技术吗？不是不是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：CDMA是具有较深理论内涵的技术，很难用现实生活中的实例解释。31OFDM是新技术吗？是新技术吗？是是传统FDM系统中，载波之间需要很大的保护带，频谱效率很低

15、。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。32OFDM发射机结构发射机结构OFDM发射机的两个核心模块：IFFT（逆FFT）：将大量的窄带（子载波）频域信号（频域上映射的信号），经过IFFT后形成时域信号加入循环前缀（CP）：将每个OFDM符号的尾部一段复制到符号之前33OFDM调制的核心操作调制的核心操作34OFDM是为了用于多径衰落信道而设计的是为了用于多径衰落信道而设计的多径效应（路径损耗和时延扩展）时域影响：符号间干扰频域影响：频率选

16、择性衰落时间前一个符号符号检测窗口多径扩展造成的符号间干扰（ISI）多径扩展造成的能量损失35应对频选衰落：窄带并行传输应对频选衰落：窄带并行传输化零为整，简化接收机的信道均衡操作避免符号间干扰和天线间干扰相互混杂，有效分离信道均衡和MIMO检测36应对符号间干扰：插入应对符号间干扰：插入CP时间前一个符号符号检测窗口多径扩展造成的符号间干扰（ISI）多径扩展造成的能量损失插入CP-?37OFDM的优势的优势频谱效率高（值得商榷）来源于正交传输，采用CP回避用户间干扰，但单载波系统也有干扰消除手段小区内频谱效率高，小区间未必带宽扩展性强（基本正确）大带宽：复杂度呈线性增长颗粒度：原理上支持子载

17、波级的带宽分配，实际上支持子带级分配，确有助于适应各种频谱抗多径衰落（条件性正确）均衡器复杂度随带宽呈线性增长5MHz以上优势较明显，5MHz以下不明显（LTE结论）频域调度（条件性正确）频域调度和多用户调度结合，在用户带宽较小时增益明显高速移动下增益降低（CQI反馈速率跟不上）MIMO操作简单（条件性正确）和接收机的类型有很大关系采用简单接收机时，OFDM复杂度明显要小38OFDM的潜在问题的潜在问题PAPR（不是不能解决）当N个具有相同相位的信号叠加在一起时，峰值功率是平均功率的N倍。没有调制的信号的PAPR应为0dB。增加模数转换和数模转换的复杂度，降低RF功率放大器的效率，增加发射机功

18、放的成本和耗电量，不利于在上行链路实现（终端成本和耗电量受到限制）信号预失真技术、编码技术、加扰技术LTE采用DFT扩展技术时间和频率同步（已经解决的较好）频率偏移和相位噪声?载波间干扰（ICI）时间失步?符号间干扰（ISI）和ICI可以通过CP缓解，但CP主要解决多径扩展问题OFDM系统需要保持精确的时间和频率同步，但目前OFDM系统的同步信道、导频和信令设计已能满足要求。小区间干扰OFDM本身无法提供小区间多址能力，需要依赖其它技术的辅助抑制小区间干扰。这可能是OFDM系统面临的最棘手的问题。39OFDM参数设计参数设计设计要求受影响的参数设计要求受影响的参数带宽扩展性资源块大小传输延迟T

19、TI长度，时隙（子帧）长度频谱效率子载波间隔，CP长度覆盖范围CP长度移动速度子载波间隔限制选项的数量尽可能将每个参数的可能值限制在少数几种选择需要设计的参数：频域：子载波间隔、资源块大小CP长度、时隙/子帧长度40OFDM子载波间隔子载波间隔f设计设计f不能太小：必须能容忍需要支持的车速下的多普勒频移（器件相位噪声相对影响很小）f不能太大：T过小，则CP开销过大典型f值：10-20kHzLTE：15kHz（符号长度66.67s）；WiMAX：10.98kHz；UMB：9.6kHz41OFDM CP长度设计长度设计CP不能太小：必须能覆盖主要多径的时延扩展，容忍一定的定时误差。CP不能太大：开

20、销过大CP可以采用多个选项：LTE：?常规CP：4.687ms?扩展CP：16.67ms?超长CP：33.33ms42复用和多址的概念复用和多址的概念CDM：在码域复用多个数据流CDMA：在码域复用多个用户将复用的多个数据流用于多个用户将复用的多个数据流用于多个用户TDM：在时域复用多个数据流TDMA：在时域复用多个用户将复用的多个数据流用于多个用户将复用的多个数据流用于多个用户FDM：在频域复用多个数据流FDMA：在频域复用多个用户将复用的多个数据流用于多个用户将复用的多个数据流用于多个用户复用（复用（DM）概念：）概念：不强调复用的多个数据流是用于一个用户还是多个。多址（多址（DMA）概念

21、：）概念：强调如何复用多个用户的数据。43从从FDM/FDMA到到OFDM/OFDMA传统传统FDMAOFDMA单位频谱可以复用更多用户单位频谱可以复用更多用户传统传统FDM单位频谱可以复用更多数据流单位频谱可以复用更多数据流OFDM系统通过IFFT人为建立载波间正交性，允许载波紧密相临，甚至部分重合，可以实现很高的频谱效率OFDM系统通过IFFT人为建立载波间正交性，允许载波紧密相临，甚至部分重合，可以实现很高的频谱效率传统FDM系统中，载波之间需要很大的保护带，频谱效率很低。OFDM频谱效率大大提高频谱效率大大提高44目录目录TD-LTE总体技术发展TD-LTE无线关键技术1个架构2个帧结

22、构3个核心技术MIMO4种资源分配方式5个物理过程6+1个天线端口7+2个传输模式8个物理信道TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进45MIMO的定义的定义广义定义：多进多出（Multiple-Input Multiple-Output）多个输入和多个输出既可以来自于多个数据流，也可以来自于一个数据流的多个版本。按照这个定义，各种多天线技术都可以算作MIMO技术狭义定义：多流MIMO提高峰值速率多个信号流在空中并行传输按照这个定义，只有空间复用和空分多址可以算作MIMO特例：SIMO（单进多出）和MISO（多进单出）46MIMO技术的分类技术的分类从MIMO的效果分类：空间分集（S

23、patial Diversity）?利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，发射或接收一个数据流，避免单个信道衰落对整个链路的影响。波束赋形（Beamforming）?利用较小间距的天线阵元之间的相关性，通过阵元发射的波之间形成干涉，集中能量于某个（或某些）特定方向上，形成波束，从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果。空分复用（Spatial Multiplexing）?利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向一个终端/基站并行发射多个数据流，以提高链路容量（峰值速率）。空分多址（SDMA）?利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向多个终端并向发射数据流，或从

24、多个终端并行接收数据流，以提高用户容量。从是否在发射端有信道先验信息分（CQI不算）：闭环（Close-Loop）MIMO：通过反馈或信道互异性得到信道先验信息开环（Open-Loop）MIMO：没有信道先验信息47空间分集基本原理空间分集基本原理48空间分集的分类空间分集的分类通过天线之间的不相关性（天线间距通常10以上），采用多个天线发射或接收一个数据流，避免单个信道衰落对整个链路的影响。分集的目的是提高链路质量（BLER），而非提高链路容量，但可以通过改进链路预算，增大小区覆盖。接收分集：采用多个天线接收一个信号流，避免单个天线陷入深度衰落。最广泛采用的MIMO技术发射分集：采用多个天线

25、发送一个信号流，避免单个天线陷入深度衰落。简单分集：多个天线发送完全相同的样本（不需要标准化）编码分集：多个天线发送一个数据流的不同版本（如不同相位）选择分集：在同一时间只选择一个信道较好的天线发送（经常用于终端侧，适于只有一个发射功放的终端）波束分集：由预编码赋形波束，而非实体天线进行分集操作发射分集一般采用开环方式，所以非常适合在广播信道/控制信道中及高速移动场景中采用（此时尚无法获得信道反馈）。49空间分集算法空间分集算法最常用的发射分集技术包括：空时块码（STBC，Space-Time Block Codes）时间1 时间2空频块码（SFBC，Space-Frequency Block

26、 Codes）频率1 频率2循环延迟分集（CDD，Cyclic Delay Diversity）?天线阵元之间采用不同的发射延迟，加强信道的频率选择性，以获得更大的频域调度增益和频率选择性增益。1221xxxx天线1天线2天线1天线21221xxxx天线1天线2天线1天线250空间复用基本原理空间复用基本原理51空间复用要求的天线类型空间复用要求的天线类型利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向一个终端/基站并行发射多个数据流，以提高链路容量（峰值速率）。大天线间距阵列（10以上）：用于空间复用和空间分集小天线间距阵列（/2）：用于波束赋形或基于波束赋形的空间复用52空间复用的干

27、扰问题空间复用的干扰问题可以看到：空间复用的应用效果取决于是否能有效区分多个天线，如果天线间干扰过大，甚至性能差于单天线发送。解决方法：事后处理：干扰消除（性能好的算法复杂度较高，如迭代干扰消除）事前处理：自适应MIMO（在天线相关性较高的场景，降低复用流数，甚至退化到单流，此时多余的天线还可以用来进行空间分集或波束赋形）53空间复用的应用场景空间复用的应用场景拉大天线间距也不能保证天线信道之间的低相关性，还取决于是否有足够的散射体为多个天线提供足够的信道差异：富散射环境：基站或/和终端周围的散射体很多，存在相当数量的NLOS径，角度扩展较大，比较容易生成信道差异。非富散射环境：基站和终端周围

28、的缺乏足够的散射体，NLOS径很少，角度扩展较小，很难生成信道差异。观点：MIMO只能用于室内？MIMO只能用于微小区？对传统网规的挑战：选址的原则可能改变。54空间复用技术分类空间复用技术分类解决空间复用适用性，灵活实现空间复用和空间分集/波束赋形的切换和整合，需采用闭环自适应MIMO方法：开环（Open-Loop）空间复用?不管信道条件，采用固定的复用流数。?由于MIMO信道的相关性有各种差异，能够支持的复用层数也不同。所以开环空间复用的流间串扰有时很难消除，性能很难保证，可能造成多流并行传输的性能比单天线传输还差。闭环（Close-Loop）空间复用?发射端事先掌握信道的先验信息（通常通

29、过基于Sounding RS的信道探测获得），采用适合无线信道现实条件的复用流数。?可以灵活支持各种MIMO信道相关性，实现各种流数，保证空间复用的传输性能，简化接收端的干扰消除操作。最常用的闭环空间复用技术：预编码（Precoding）技术通过预编码矩阵动态配置各发射天线的发射权值和相位，形成和信道条件相匹配的流数（通常用信道相关矩阵的秩指示）的“波束”（和“波束赋形”的波束生成方法相似，但内在原理不同）。55预编码空间复用预编码空间复用码本预编码：主要用于FDD系统，系统将可能会使用的典型预编码向量变成一个“码本”（codebook），终端根据基站发送的RS对信道进行探测，在码本中选择最适

30、合的预编码向量，将其编号（PMI）反馈给基站，基站根据PMI从码本中选择对应的预编码向量进行传输。非码本预编码：主要用于TDD系统，由于上下行信道具有互异性，激战可以通过终端的探测RS对上行信道进行探测，直接生成适合的预编码矩阵（不受码本容量的限制），用于下行预编码传输。56波束赋形基本原理波束赋形基本原理利用较小间距的天线阵元之间的相关性（天线间距通常为/2），通过阵元发射的波之间形成干涉，集中能量于某个（或某些）特定方向上，形成波束，从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果。57其他类型的波束赋形天线其他类型的波束赋形天线圆阵智能天线阵列（用于全向小区）WiFi用智能天线0.50.50.5双极化智

31、能天线阵列（可使阵列宽度减半，或用于双流空间复用）双极化智能天线阵列（可使阵列宽度减半，或用于双流空间复用）58防务技术中的波束赋形防务技术中的波束赋形红旗9（中国的红旗9（中国的“爱国者爱国者”）的相控阵雷达赴索马里护航舰队中，负责舰队防空的驱逐舰）的相控阵雷达赴索马里护航舰队中，负责舰队防空的驱逐舰“海口号海口号”（中国的神盾级）的相控阵雷达，可引导（中国的神盾级）的相控阵雷达，可引导59波束赋形的分类波束赋形的分类波束赋形包括：动态波束赋形（俗称智能天线）固定波束赋形（又称高阶扇区化）60波束赋形算法波束赋形算法和预编码技术相似，波束赋形系统的波束也是通过预编码方法生成的，但和码本预编码

32、MIMO不同，动态波束赋形的权值仅仅需要匹配信道的慢变化，比如来波方向（Direction Of Arrival，DOA）和平均路损。因此生成的是实际波束，而预编码技术生成的是虚拟的波束。在TDD系统中，可以不依赖终端来反馈所需信息，来波方向和路损信息可以在基站侧通过测量上行接收信号获得，比FDD系统更有利于波束赋形的使用。61多流波束赋形多流波束赋形基于波束赋形的空间复用每个波束占用专用的时频资源，1个用户占用1个波束。1个终端占用多个波束，这些波束共享相同的的时频资源。62空分多址的原理空分多址的原理利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向多个终端并向发射数据流，或从多个终端

33、并行接收数据流，以提高用户容量。又可以称为多用户MIMO（MU-MIMO），相对单用户MIMO（SU-MIMO），空分多址可以获得更大的多用户分集增益，也更适合于用户数量较多，数据率较低的情况（如提高VoIP用户容量）。63上行和下行空分多址上行和下行空分多址下行空分多址：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。64空分多址的实现空分多址的实现基于预编码的空分多址：下行空分多址：如果2个终端反馈的PMI现实他们的预编码向量具有较好的正交性（如两个预编码向量处于码本的1个预编码矩阵中），则可以将这2个用户“配成一对”，进行

34、空间多址传输。?基站也可以根据需要，对选中不完全正交的PMI的用户进行强制配对（overriding）。虽然配对的效果会受到影响，但仍可能提高用户容量。上行空分多址：通常采用较简单的方法，上行空分多址：多个终端共享相同的时频资源向基站发送。当每个用户只采用单天线发送时，也可称为“虚拟MIMO”（Virtual MIMO）。可以采用各种技术实现：?预编码配对?虚拟发射分集?虚拟天线选择65LTE系统对系统对MIMO技术的使用技术的使用映射关系（Mapping）：天线端口（Antenna Port）层（Layer）码字（Code Word）4种技术发射分集（下行）：?2天线：SFBC?4天线：SF

35、BC+FSTD空间复用（下行）：单用户MIMO（SU-MIMO）?开环空间复用：大延迟CDD?闭环空间复用：自适应预编码（码本）最多4个层，2个码字波束赋形（下行）：非码本预编码?主要用于TD-LTE?单层（R9会扩展到2层，R10（LTE-Advanced）会扩展到多层）空间多址（上行、下行）：多用户MIMO（MU-MIMO）7种传输模式（Transmission Mode）3种反馈：CQI、RI、PMI66目录目录TD-LTE总体技术发展TD-LTE无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术小区间干扰抑制4种资源分配方式5个物理过程6+1个天线端口7+2个传输模式8个物理信道TD-LTE面

36、临的技术挑战TD-LTE的进一步演进67OFDM小区间干扰抑制技术小区间干扰抑制技术OFDM系统本身不提供小区间多址能力，可以通过几种方法抑制小区间干扰：小区间加扰：包括扩频后加扰，如CDMA干扰协调：相邻小区在小区边缘使用不同的频率资源干扰消除：多用户检测智能天线：自然具有一定干扰回避的效果正交序列：如零相关序列68干扰随机化干扰随机化小区间加扰小区间加扰单纯加扰只能白化干扰，不能降低干扰能量单纯加扰只能白化干扰，不能降低干扰能量噪声噪声干扰白化干扰干扰69干扰消除和智能天线干扰消除和智能天线智能天线的干扰回避作用智能天线的干扰回避作用干扰消除干扰消除70小区间干扰协调小区间干扰协调传统频率

37、复用传统频率复用频谱效率过低传统频率复用传统频率复用频谱效率过低软频率复用软频率复用静态半静态（下行）：基于X2接口动态（上行）：基于X2接口71基于正交序列的小区间干扰抑制基于正交序列的小区间干扰抑制CAZAC序列：多径环境中的零相关/低相关序列Zadoff-Chu序列是最常用的CAZAC序列，采用不同的ZC序列或不同的ZC序列循环位移版本，可以获得低相关性。用于LTE的参考信号、控制信道等。72目录目录TD-LTE总体技术发展TD-LTE无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术4种资源分配方式5个物理过程6+1个天线端口7+2个传输模式8个物理信道TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的

38、进一步演进73LTE资源分配单位资源分配单位基本资源单位：RE（资源粒子）=1个OFDM符号*1个子载波（颗粒度过细，无法使用）共享信道资源单位：资源块（RB）时隙长度要满足延迟要求?LTE：0.5ms频域上取决于最小数据流（如VoIP）的需要?LTE：12个子载波1个RB对=2个RB（1ms）下行控制信道资源单位：资源粒度更小1个REG=4个RE1个CCE=9个REG74频分系统资源分配方式频分系统资源分配方式资源分配可分为2种：Localized和DistributedLocalized：通过频域调度获得调度增益和多用户增益Distributed：通过扩展频谱获得频率分集增益可通过从虚拟资

39、源块（VRB）向物理资源块（PRB）的映射实现。PRB总是Localized的，VRB分为LVRB和DVRB。75LTE的资源分配的资源分配4种资源分配方式：下行集中式分配（Localized）下行分布式分配（Distributed）：上行集中式分配上行跳频调度方式：频率选择性调度?基于CQI反馈进行调度半持续调度（SPS，Semi-Persistent Scheduling）?在激活SPS时，系统固定使用预定的调度资源，直至SPS去激活。?主要用于VoIP业务。?类似用调度实现的“电路域传输”调度算法：Round RobinMAX C/IProportional Fair76PDSCH资源分

40、配方式资源分配方式通过PRB（物理资源块）和VRB（虚拟资源块）2阶资源指示结构来实现。集中式：1个VRB对映射到1个localized的PRB对分布式：1个VRB对映射到2个distributed的PRB对仍以RB为单位，并没有形成梳状频谱77PDSCH资源指示方式资源指示方式三种资源指示方式Type1：Bitmap方式，用于集中式映射Type2：分组指示方式，用于分布式映射Type3：Compact方式，树状指示，用于2种方式78PUSCH资源分配方式资源分配方式集中式分配跳频分配Intra-TTI hoppingInter-TTI hopping79目录目录TD-LTE总体技术发展TD-

41、LTE无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术4种资源分配方式5个物理过程6+1个天线端口7+2个传输模式8个物理信道TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进805个物理过程个物理过程无线系统的物理过程尤为复杂，也非常重要。因为：适应无线信道的不断变化，调整系统参数。针对各种自适应操作，完成各种配置的预设和调整。当终端移动时，实现切换和漫游。在终端开机、重新激活时，和系统“握手”。LTE定义的物理过程：小区搜索随机接入功率控制测量共享信道物理过程81目录目录TD-LTE总体技术发展TD-LTE无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术4种资源分配方式5个物理过程小区搜索6+1个天线

42、端口7+2个传输模式8个物理信道TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进82小区搜索和下行同步小区搜索和下行同步3种目的：下行同步：子帧时钟?帧时钟小区ID获取：504个ID=3*168BCH解调信息2种信号：PSS和SSS时频位置：?时域FDD和TDD的不同?频域位于中央序列设计：?PSS：频域Zadoff-Chu序列?SSS：2进制M序列83同步信号时域位置同步信号时域位置FDD LTETD-LTE84同步信号总是位于系统带宽的中心同步信号总是位于系统带宽的中心85目录目录TD-LTE总体技术发展TD-LTE无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术4种资源分配方式5个物理过程随

43、机接入6+1个天线端口7+2个传输模式8个物理信道TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进86随机接入和上行同步随机接入和上行同步随机接入的目的：获得上行同步信息：TA获得系统的上行传输资源分配信息随机接入的场景：开机Idle?Active切换随机接入需要解决的问题：在上行失步情况下进行上行发送，无法控制终端距离基站远近差异造成的接收窗错位。?时域采用特殊的Preamble结构多个终端同时发起接入，造成碰撞?采用低相关性序列：ZC序列（只用于同步，不携带信息）上行同步保持TA的周期性获取同步随机接入：即上行资源请求87随机接入设计随机接入设计随机接入Preamble的时频资源频域：P

44、UCCH内侧时域：可配置随机接入流程88目录目录TD-LTE总体技术发展TD-LTE无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术4种资源分配方式5个物理过程功率控制6+1个天线端口7+2个传输模式8个物理信道TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进89OFDM系统中功控的作用系统中功控的作用功控对小区内性能贡献不大：OFDM在小区内为正交传输，不存在CDMA系统中的远近效应功控只能用于补偿路损和阴影，因此只需采用慢功控采用功控反而可能扰乱CQI（信道质量指示）的反馈，和频域调度有一定矛盾LTE下行不采用功控，上行采用慢功控OFDM系统中的功控主要用于抑制小区间干扰适当减小在可能对相邻小

45、区产生干扰的RB上的发射功率或者说，避免在可能对相邻小区产生干扰的RB上随意增大功率对路损进行补偿部分功控90LTE系统中的功率控制系统中的功率控制下行无功控，采用功率分配：RS RE和数据RE的功率比?RS power boostingRNTP测量上行功控：用于路损补偿和小区间干扰协调（部分功控）通过PDCCH中的TPC信令进行功率控制PUSCH功控?UE上报功控余量PUCCH功控SRS功控：高层控制的半静态功控PRACH功控：开环功控91目录目录TD-LTE总体技术发展TD-LTE无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术4种资源分配方式5个物理过程测量6+1个天线端口7+2个传输模式8个

46、物理信道TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进92测量测量基站侧：用于小区间干扰协调的测量：HII测量OI测量终端侧：和切换相关的测量：RSSI（系统带宽内场强，主要用于干扰测量）RSRP（某些RB内的接收功率，主要用于切换时判断信号强度）RSRQ（某些RB内的SINR，更精确的切换判据）同频测量、异频测量周期性上报、事件触发型上报93目录目录TD-LTE总体技术发展TD-LTE无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术4种资源分配方式5个物理过程共享信道物理过程6+1个天线端口7+2个传输模式8个物理信道TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进94共享信道相关过程共享信

47、道相关过程共享信道过程PDSCH相关过程PUSCH相关过程共享信道相关的主要操作是数据的传输和自适应：数据收发调度频域资源分配调度自适应MIMO配置自适应调制与编码（AMC）HARQCQI/RI/PMI的反馈95AMC和CDMA系统不同，OFDM系统可以在不同频带采用不同的调制编码方式（MCS）不同频带上分别测量、反馈CQI选择一：1个用户的所有RB采用均一MCS，性能差一些，但信令少选择二：1个用户的不同RB采用不同MCS，性能好一些，但信令多LTE采用选择一，因为选择二性能增益不明显CQI是通过信道探测（Sounding，采用信道探测RS）得到的。AMC适合调度、功控、自适应MIMO、HA

48、RQ等一起，由基站调度器同时实施的。96LTE采用的调制编码方式采用的调制编码方式调制：下行：BPSK、QPSK、16QAM、64QAM上行：BPSK、QPSK、16QAM、64QAM（可选）信道编码：数据信道：Turbo码控制信道：卷积码物理信道调制方式QPSK16QAM64QAMQPSK16QAM64QAMPDCCHQPSKPCFICHQPSKPHICHBPSKPBCHQPSKQPSK16QAM64QAMBPSKPUCCHQPSKPUSCHPMCHPDSCH97HARQ在LTE系统中，采用Stop-And-Wait HARQ：HARQ类型下行采用异步的自适应HARQ上行采用同步HARQHA

49、RQ算法：CC（Chase Combining）：?数据重发，获得能量积累，逐渐提高解码SINR。IR（增量冗余）：?逐步发送不同的冗余版本，逐步降低信道编码速率，逐渐提高编码增益。98HARQ时序控制时序控制HARQ进程数：取决于一个HARQ进程的RTTMultiple ACK/NACK：由于TDD系统并非在希望反馈ACK/NACK时总能碰到合适的“时隙”，因此需要在将多个ACK/NACK一并发送。两种方式：?ACK/NACK multiplexing?ACK/NACK Bundling99目录目录TD-LTE总体技术发展TD-LTE无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术4种资源分配方式

50、5个物理过程共享信道物理过程6+1个天线端口7+2个传输模式8个物理信道TD-LTE面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进100下行下行6个天线端口个天线端口天线端口以参考信号（RS）进行区分UE可以根据RS区分不同的“天线”天线端口0、1、2、3天线端口5天线端口4101OFDM参考符号设计参考符号设计tDffDtfttDffDt(a)(b)(c)信道估计是接收机均衡、检测、解调接收信号的基础：发射机通过一组接收机已知的导频（又称参考符号，RS）对信道进行探测。接收机基于参考符号逆向解出信道响应OFDM系统需要估计信道的频域响应和时域变化为了降低开销，只能在少数RE上放置RS没有放置RS的R