2013年LTE_TDD技术介绍

LTETDD技术介绍2目录LTE的历史背景LTE的主要技术指标LTE的关键技术LTE的传输方案LTE的网络架构总结3目录LTE的历史背景LTE的主要技术指标LTE的关键技术LTE的传输方案LTE的网络架构总结4LTE的历史背景GSM的巨大成功。人们体验到移动通信的便利“得陇望蜀”。3G的无线性能得到了较大的提高，但在知识产权的制肘、应对市场挑战（WiMax）和满足用户需求等领域，还是有很多局限。用户的需求、市场的挑战和IPR的制肘共同推动了3GPP组织在4G出现之前加速制定新的空中接口和无线接入网络标准。LTE(3.9G)应运而生。5目前世界主要运营商Vodafone、NTT、AT&T、Verizon都已经决定采用LTE技术；WiMAX正逐步扩大影响；CDMA2000/UME的阵营进一步缩小。商用LTE标准化进展测试WorkItemStudyItemLTE2008年2月中国移动宣布测试LTE3GPPLTE项目启动3GPPLTE第一版本完成2007年10月WiMAX加入3G2007年12月3GPPLTETDD两种模式合并2006年NGMN组织成立WiMAX论坛成立200320042005200620092010200720082011~20146目录LTE的历史背景LTE的主要技术指标LTE的关键技术LTE的传输方案LTE的网络架构总结7LTE的主要技术指标(1)支持1.25MHz-20MHz带宽峰值速率：下行100Mbps，上行50Mbps。频谱效率达到3GPPR6的2-4倍提高小区边缘的传输速率移动性0~15km/h(最佳性能)0～120km/h(较好性能)120km/h~350km/h(保持连接，确保不掉线)覆盖范围0~5km(较高频谱利用率)5~30km(稍差的频谱利用率)8LTE的主要技术指标(2)用户面延迟（单向）小于5ms，控制面延迟小于100ms支持增强型的广播多播业务支持增强的IMS（IP多媒体子系统）和核心网取消CS（电路交换）域，CS域业务在PS（包交换）域实现，如采用VoIP支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作9目录LTE的历史背景LTE的主要技术指标LTE的关键技术LTE的传输方案LTE的网络架构总结10LTE的关键技术物理层关键技术多载波技术(OFDM)多天线技术(MIMO)SC-FDMA(相对OFDM多了DFT预编码部分)系统级关键技术干扰抑制技术11多载波技术—OFDM高的传输速率要求较大的带宽，面临无线信道的频率选择性问题。传统解决方案：GSM中的均衡技术，CDMA系统中的RAKE接收。随着带宽增大以上方案的复杂度将变得难以接受。OFDM将高速的符号流分解为多路并行的低速符号流，在多个子载波上并行传输。支持大带宽，带宽配置灵活，实现简单，频域均衡算法简单。12多天线技术-MIMOMIMO:在发送和接收端同时使用多天线。MIMO系统可利用丰富的散射径，在不增加系统带宽的前提下，大幅度改善系统性能（提高速率或可靠性）。MIMO系统信道容量的增长与天线数目大致成线性关系。13MIMO+OFDMMIMO技术能提高传输的可靠性或提高系统容量。OFDM技术实现简单，频谱利用率高，均衡简单。MIMO-OFDM技术，可利用资源丰富：空域，频域，时域，功率。实现相对简单(可对每个载波分别频域均衡，简化了频率选择性MIMO的均衡算法)14OFDM信号的生成OFDM符号通带信号可以表示为OFDM信号的基带形式为可用IFFT实现基带的多载波调制。现阶段的IC技术可轻松的应对此复杂度，系统实现简单。12220.5()Reexp2NNciNiistdjftT1222()exp2NNiNiixtdjtT15OFDM信号的时域特点子载波数目时，承载的数据为，四个载波独立的波形和迭加后的信号4N(1,1,1,1)d00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-4-3-2-10123416OFDM信号的频谱结构17OFDM的关键问题峰均比（PAPR）原因：OFDM信号在时域是多个子载波信号的时域叠加•LTE上行采用SC-FDMA传输方案符号间干扰（ISI）原因1：无线信道多径原因2：符号同步偏差子载波间干扰（ICI）原因1：无线信道的时变性（多普勒频移）原因2：载波频率偏差原因3：采样频率偏差18SC-FDMA(DFTS-OFDM)的PAPR16QAM,占用512子载波中间的300个子载波345678910111210-410-310-210-1100PAPR(dB)CCDFOFDMDFTS-OFDM19ISI的克星—CP(1)GP（空等的方式）用于OFDM系统的效果消除了OFDM的符号间干扰导致了每OFDM符号内部的子载波间干扰！保护时间FFT积分时间子载波1延迟的子载波2OFDM符号周期子载波2对子载波1的干扰部分20ISI的克星—CP(2)OFDM符号的循环前缀结构保护时间FFT积分时间子载波1OFDM符号周期子载波2子载波321ISI的克星—CP(3)保护时间FFT积分时间OFDM符号周期相位跳变第一条到达径信号第二条到达径信号多径时延CP的引入解决了GP的缺陷两径信道中OFDM符号的传输22OFDM中的同步技术时间同步（影响ISI）OFDM符号同步•固定的载波相位偏差对性能无丝毫影响•固定采样定时偏差的影响可归入OFDM符号同步偏差的影响OFDM系统对符号定时偏差不敏感。频率同步(影响ICI)LTE规定eNB:0.05ppm,UE:0.1ppm载波频率同步采样频率同步OFDM系统对频率偏差非常敏感！！！23符号同步偏差的影响......CPCPCPOK0h1h1LhFFT起始位置24载波频率偏差的影响整数倍频偏（相对于子载波间隔）：无ICI，但检测出的符号“张冠李戴”导致严重的误码率。根据LTE对晶振稳定度的规定，此情况不会发生。小数倍频偏：本子载波的信号能量减小，同时引入了相邻子载波的干扰。()Afnf1nf1nff(a)()Afnfff(b)25采样频率偏差的影响导致ICI，且随时间的累积时间会多出或漏掉样值26MIMO空间分集（提高传输可靠性）空时块码（STBC）空频块码（SFBC）•对应LTE的发送分集空时格码（STTC）基于MIMO-OFDM的CDD空间复用（提高传输速率）V-BLAST•对应LTE中的分层后预编码矩阵为单位阵27在这种编码方案中，每组m比特信息首先调制为M=2m进制符号。然后编码器选取连续的两个符号，根据下述变换将其映射为发送信号矩阵。天线1发送信号矩阵的第一行，而天线2发送信号矩阵的第二行。*12*21xxxxXAlamoutiSTBC编码STBC编码最先是由Alamouti引入的，采用两个发射天线。这种STBC编码最大的优势在于，检测简单，并可获得满分集的增益。Tarokh进将2天线STBC编码推广到多天线形式，提出了通用的正交设计准则。STBC编码STBC译码21h22h1x2x1r2r11h12hSTBC鼻祖—Alamouti方案(1)28信道估计信号合并最大似然译码器Tx1Tx21*2xx2*1xx1h2hRx12nn1ˆh2ˆh1ˆh2ˆh1x2x1ˆx2ˆx衰落信道111221**212212rhxhxnrhxhxn最大似然检测Alamouti方案(2)~22****111221211122~22****221121221221()()xhrhrhhxhnhnxhrhrhhxhnhn12~2222112111ˆ~2222212222ˆˆˆˆargmin(1)(,)ˆˆˆargmin(1)(,)xSxSxhhxdxxxhhxdxx29空间复用技术V-BLASTSTBC编码最大的优势在于，采用简单的最大似然译码准则，可以获得满分集增益，但是不能提供编码增益分层空时码能极大的提高系统的频谱效率VBLAST编码VBLAST译码11h12h21h22h1x2x1r2r30V-BLAST的检测—MMSE算法常用的V-BLAST检测算法是MMSE算法，即最小均方误差算法。该算法的目标函数是最小化发送信号向量xt与接收信号向量线性组合wHrt之间的均方误差，即：其中w是nR×nT的线性组合系数矩阵,由于上述目标函数是凸函数，因此可以求其梯度得到最优解。令,得MMSE检测的系数矩阵为：20HttEWxWr2argminHttEWxWr222222THHHHttttttHHHttttHHHnEEEEWWxWrxWrxWrrWrrxHHIWH12THHHnWHHIH31多小区干扰抑制干扰随机化随机化邻小区干扰，改善译码器性能干扰协调协调邻小区资源，降低被干扰概率干扰消除改进物理层算法，消除邻小区干扰32目录LTE的历史背景LTE的主要技术指标LTE的关键技术LTE的传输方案LTE的网络架构总结33LTE传输方案基本传输方案物理信道定义及过程LTE物理层过程34基本传输方案TD-SCDMA3GPPLTE802.16e基本传输技术与多址技术CDMA下行OFDMA，上行SC-FDMAOFDMA双工方式TDDFDD和TDD尽可能融合，FDD半双工FDD、TDD和FDD半双工帧结构10ms无线帧分为2个5ms子帧，帧长10ms，分为10个子帧，20个时隙。规定了5ms，10ms和20ms等多种不同的帧结构子帧结构每个子帧分为7个正常时隙和DwPTS、GP、UpPTS三个特殊时隙;每个正常时隙长0.675ms下行7或6个OFDM符号上行7或6个OFDM符号每个帧分为下行子帧和上行子帧，两者之间用适当的保护时隙分隔。调制方式QPSK,16QAMQPSK，16QAM和64QAM；BPSK、QPSK、16QAM、64QAM。编码方式卷积编码和Turbo码以Turbo码为主，正在考虑LDPC码。有卷积码、卷积Turbo码和低密度奇偶校验码多天线技术智能天线基本MIMO模型：下行2×2，上行1×2个天线，考虑最多4×4配置。支持MIMO（多入多出）和AAS（自适应天线阵）两种不同的多天线实现方式。HARQChase合并与增量冗余HARQ,Chase合并与增量冗余HARQ,正在考虑异步HARQ和自适应HARQ采用最为简单的停-等（SAW）机制，HARQ的控制开销最小并且对发射和接收的缓存要求最小。35下行传输方案参数36LTETDD无线帧结构(1)每个时隙0.5ms,上行包含7个或6个SC-FDMA符号。最小时频分配单位RB：时间方向0.5ms的时隙长度，频率方向12个子载波。物理层以子帧(1ms)为单位接收，是偶数个RB的。Oneslot,Tslot=15360TsGPUpPTSDwPTSOneradioframe,Tf=307200Ts=10msOnehalf-frame,153600Ts=5ms30720TsOnesubframe,30720TsGPUpPTSDwPTSSubframe#2Subframe#3Subframe#4Subframe#0Subframe#5Subframe#7Subframe#8Subframe#95ms转换周期37LTETDD无线帧结构(2)OneslotGPUpPTSDwPTSOneradioframe=10msOnehalf-frame5msOnesubframeDwPTSSubframe#2Subframe#3Subframe#4Subframe#0Subframe#5Subframe#7Su