LTE及LTE-A关键技术

交流课程总体概述1、移动通信网络规划与设计基础2、LTE概述及规模试验网简介3、LTE及LTE-A关键技术4、LTE组网技术5、TD-S向TD-L演进方案6、TD-LTE室外无线网络规划及实例7、TD-LTE室内覆盖解决方案及实例8、TD-LTE工程设计及实例9、深圳大运会场馆无线网络（G/TD-S/TD-L/WLAN）一体化解决方案后续视情况，可能增加关于LTE网络优化和测试的内容。交流课程共九个专题，涉及移动通信基础、网络规划、设计、组网等内容LTE技术系列培训LTE及LTE-A关键技术马哲锐中国通信建设集团设计院有限公司课程目标掌握LTE系统中的关键技术MIMO、OFDM、AMC、ICIC、SON等了解LTE-A系统中的关键技术Relay、CoMP、CA、增强型MIMO等LTE/LTE-A关键技术概述可变带宽低时延高速率高效率下行：5bit/s/Hz上行：2.5bit/s/Hz控制面：100ms用户面：10ms下行：100Mbps上行：50Mbps1.4、3.0、5、10、15、20MHzLTE需求指标LTE/LTE-A关键技术概述目标实现手段:AdvancedTransmissionTechnologies先进传输技术：MIMO、OFDM、SC-FDMA、QAM、SON、Relay、CoMP、CALTE关键技术之OFDM1LTE关键技术之MIMO2LTE关键技术之AMC3LTE其它关键技术4LTE-A关键技术5大纲致谢6关键技术之OFDMOFDM技术发展历史20世纪的五六十年代，美国军方创建了世界上第一个多载波调制并行数据传输的系统，即OFDM的雏形。1971年，Weinstein和Ebert把离散傅里叶变换（DFT）应用到并行传输系统中，作为调制和解调的一部分，这样就不再利用带通滤波器而是经过基带处理就可以实现FDM。从而导致系统实现复杂度大大降低，使得该技术开始广泛应用，即OFDM初步形成。20世纪80年代中期，欧洲在数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）方案中采用了这种并行传输方法，使得OFDM开始受到关注并且得到广泛应用。进入20世纪后期，随着大规模集成电路的应用，OFDM被广泛应用于移动通信系统中，比如WLAN,WiMAX,LTE等OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）是一种特殊的多载波传输方案，结合了多载波调制(MCM)和频移键控(OFSK)，把高速的数据流分成多个平行的低速数据流，把每个低速的数据流分到每个单子载波上,在每个子载波上进行FSK。关键技术之OFDMƒƒ2ƒ1ƒnƒƒ2ƒ1ƒnMCMOFSKOFDM频率=f1的正弦和余弦波频率=f2的正弦和余弦波频率=fn的正弦和余弦波ΣOFDM信号并转串数据关键技术之OFDM相对于单载波传输而言，多载波传输是使用多个载波并行传输数据，步骤有三：1：把一串高速数据流分解为若干个低速的子数据流——每个子数据流，将具有低得多的速率；2：将子数据流放置在对应的子载波上；3：将多个子载波合成，一起进行传输；OFDM技术原理③①②数学定理：对于任意两个函数S1(t)和S2(t)，如果有,0)()(021TdttStS则函数S1(t)和S2(t)在区间(0,T)上正交。对于OFDM，设相邻子载波的频率间隔Tf1，T是符号的持续时间。那么，任意一对子载波可以分别表示为正整数。可以得到，两个子载波的内积，满足：和，其中K1和K2是212102201121kkkkdteeTTtTkjtTkjtTkje12tTkje22即，子载波tTkje12和tTkje22正交。OFDM正交性解释关键技术之OFDMOFDM正交性解释关键技术之OFDM矩形函数OFDM符号周期内，4个子载波tfje020dtfje121dtfjNe121Nd串/并+)(tS信道1210,,Nddddtfje020dtfje12tfjNe121Nd积分积分积分1d并/串1210,,Ndddd0d关键技术之OFDMOFDM系统基本模型图Ttt0)()(s)(210或sttfjNkktttSedtSskOFDM调制可以用用IDFT实现Page13P/SIFFTS/Ps(t)插入CPn(t)S/PFFTP/Sr(t)移除CPOFDM发射机OFDM接收机信道关键技术之OFDMOFDM通信系统组成IFFT(逆FFT)：将大量的窄带（子载波）频域信号，经过IFFT后形成时域信号加入CP(循环前缀)，将每个OFDM符号的尾部的一段复制到符号之前Page14OFDM处理基本流程关键技术之OFDM关键技术之OFDML．21L．21L．21L．21L．21信息符号载波fc扩频序列扩频后信号串并变换子载波f1子载波f2.子载波cNf并行数据符号cdsNTTCDMA时域扩频调制OFDM调制示意图关键技术之OFDM保护间隔•符号间无保护间隔时，多径会造成ISI和ICI•ISI:Inter-symbolInterference，符号间干扰（时域上）•ICI:Inter-CarrierInterference，载频间干扰（频域上）一个OFDM符号时间幅度接收端同时收到前一个符号的多径延迟信号（虚线）和下一个符号的正常信号（实线），影响了正常接收。时域上看受到了ISI，频域上看受到了ICI。前一个符号下一个符号为了最大限度地消除符号间干扰，在OFDM符号之间插入保护间隔，保护间隔长度大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量不会对下一个符号造成干扰。每个OFDM符号前所加的保护间隔可以有两种不同的形式一种是不发射信号的GI(GuardInterval)，也就是有保护间隔，但保护间隔不传输任何信号可以有效消除多径的ISI，但引入了ICI时间幅度FFT积分周期保护间隔OFDM符号符号之间空出一段时间做为保护间隔，这样做可以消除ISI（因为前一个符号的多径信号无法干扰到下一个符号），但同时引起符号内波形无法在积分周期内积分为0，导致波形在频域上无法和其它子载波正交。应用于CDMA系统。因为CDMA载波间采用传统FDM分隔，所以频域信号即使有一定偏差也没有问题。关键技术之OFDM符号间保护间隔－CP每个OFDM符号前所加的保护间隔可以有两种不同的形式一种是将OFDM符号周期内的后面一部分拷贝到前面去，形成循环前缀CP(CyclicPrefix)既可以消除多径的ISI,又可以消除ICIPage18CP使一个符号周期内因多径产生的波形为完整的正弦波，因此不同子载波对应的时域信号及其多径积分总为0，消除载波间干扰(ICI)FFT积分周期一个OFDM符号应用于OFDM系统。每个子载波宽度仅为15kHz且交叠存在，子载波间干扰（ICI）对系统影响较大，因此采用CP消除ICI幅度时间保护间隔优点频谱利用率高抗多径干扰抗频率选择性衰落缺点对频率偏移特别敏感多普勒频谱扩展会引起ICIOFDM系统的PAPR较大关键技术之OFDM关键技术之OFDMOFDM系统中各个子载波之间是彼此重叠、相互正交的，从而极大提高了频谱利用率优点1：频谱利用率高频谱效率低：单位带宽内载波数量少，且载波间需要保护间隔，通过滤波器区分载波频谱效率高：单位带宽内载波数量多，通过不同频率子载波积分为零确保正交性关键技术之OFDM优点2：有效抵抗多径衰落DataCPCPDataDatacpTFFTTFFT积分时间时间符号N符号N-1符号N+1为了最大限度地消除符号间干扰，在OFDM符号之间插入循环前缀CP（CyclicPrefix），CP长度大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量不会对下一个符号造成干扰。动态子载波分配技术:在衰落子载波上不传数据或者采用较低阶调制。频域调度灵活。频域调度颗粒度小（180kHz/RB=12*15KHz）。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。OFDM优势3：有效抵抗频率选择性衰落某UE可用频率某UE不用的频率或低MCS频率资源分配图：频率选择性衰落深衰落关键技术之OFDM没有偏差A（f）产生偏差A（f）OFDM技术最大的缺点是对频率偏移特别敏感，收发两端晶振的不一致会引起ICI，虽然在接收端可以通过频率同步来获取频率偏移并进行校正，但由于频偏估计的不精确而引起的残留频偏将会使信号检测性能下降。解决方法:LTE使用频率同步解决频偏问题OFDM缺点1：对频率偏移特别敏感关键技术之OFDM-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8-1.5-1-0.500.511.52-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8-1.5-1-0.500.511.522.53时域-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81峰均比示意图时域波形时间功率解决方法:下行使用高性能功放解决，上行使用SC-FDMA解决。OFDM系统中由于载波数比较多，同相位的子载波的波形在时域上直接叠加。因子载波数量多，造成峰均比(PAPR，PeaktoAveragePowerRatio)较高，调制信号的动态范围大，提高了对功放的要求。OFDM缺点2：时域信号的峰均比较高关键技术之OFDMPage25关键技术之OFDMOFDMA是一种资源分配粒度更小（最小资源：RB）的多址方式，同时支持多个用户。它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。实际上是TDMA+FDMA的多址方式。分布式：分配给用户的RB不连续集中式：连续RB分给一个用户•优点：调度开销小•优点：频选调度增益较大下行多址技术：OFDMA子载波TTI：1ms频率时间用户1的时频资源用户2的时频资源用户3的时频资源系统带宽子频段：12个子载波Page26DocumentTitleSecurityLevel0单载波TTI：1ms频率时间用户1的时频资源用户2的时频资源用户3的时频资源系统带宽子频段：12个子载波在任一调度周期中，一个用户分得的子载波必须是连续的SC-FDMA(SingleCarrier-FrequencyDivisionMultipleAccess)，单载波频分多址，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。关键技术之OFDM上行多址技术：SC-FDMA时域CP插入子载波映射频域Page27DFT符号时域IFFT0000000上行多址技术：SC-FDMA信号生成过程关键技术之OFDMSC-FDMA，又称为DFT-S-OFDM，可以看出与OFDM不同的是在调制之前先进行了DFT的转换，这样最终发射的时域信号会大大减小PAPR•以长度为M的数据符号块为单位,首先通过DFT离散傅里叶变换，获取与这个长度为M的离散序列相对应的长度为M的频域序列；•DFT的输出信号送入N点的离散傅里叶反变换IDFT中去，其中NM。IDFT的长度比DFT的长度长，IDFT多出的那一部分输入为用0补齐；•在IDFT之后，为避免符号干扰同样为这一组数据添加循环前缀。OFDMMMNOFDMAvs.SC-FDMA关键技术之OFDMOFDMA与SC-FDMA性能比较468101214161820222410-210-1100av.SNRpersubcarrie