FDD-LTE技术原理与网络规划

中国通信服务集团市场部2012年4月FDDLTE技术原理与网络规划LTE新技术培训之一2课程概述课程目的课程内容本课程主要介绍FDDLTE的技术原理与网络规划，培训对象为协同体设计院，目的在于提高协同体设计院的整体LTE技术服务水平，为渐行渐近的LTE做好技术储备。FDDLTE技术原理及与TD-LTE的对比FDDLTE关键指标FDDLTE天馈线方案FDDLTE网络规划方法及流程3目录FDDLTE技术原理及与TD-LTE的对比FDDLTE关键指标FDDLTE网络规划方法及流程FDDLTE天馈线方案4LTE关键技术—OFDMOFDM原理：正交频分复用技术，是多载波调制的一种，将一个宽频信道分成若干个正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。OFDM单载波传统多载波频域波形f宽频信道正交子信道5LTE关键技术—OFDMOFDM具有单载波系统无法比拟的优势：频谱利用率高：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。抗多径干扰：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。当CP长度大于无线信道的最大时延扩展时，前一个符号的多径分量不会对下一个符号造成干扰。抗频率选择性衰落：由于无线信道的频率选择性衰落，OFDM系统可以通过动态子载波分配，充分利用信噪比高的子载波，提高系统性能。6•OFDM信号是由多个统计独立的相互正交的子载波信号叠加而成。根据中心极限定理，当子载波数较大时，信号的幅度将趋于高斯分布。因此，OFDM存在峰均比（PAPR）过高的问题。•高峰均比对RF功率放大器提出很高的要求。•LTE上行采用SC-FDMA多址方式来抑制高峰均比问题。较高的峰均比受频率偏差的影响•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）来减弱此问题带来的影响。ICI功放设计难度增加PAPRmax＝10log10N()Afnf1nf1nff()AfnfffLTE关键技术—OFDMOFDM的不足7•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模型下的多径时延要求（4.68us)，从而维持符号间无干扰。受时间偏差的影响ISI&ICIsFFTFfN1sTf'sgsTTTsub-carriers0nNc-1symbolonsub-carriern'sTsTf1gTsT'sT•采样频率Fs•FFT点数NFFT•子载波间隔△f•有用符号时间Ts•循环前缀时间Tg•OFDM符号时间Ts’•可用子载波数目Nc关键参数：△f、Tg及Nc。采样频率以及FFT点数与实现相关。OFDM的不足LTE关键技术—OFDM8LTE关键技术—OFDM下行多址技术：OFDMA，是一种资源分配粒度更小的多址方式，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。OFDMA示意图SC-FDMA示意图上行多址技术：SC-FDMA（单载波频分多址），主要为了克服高PAPR而引入。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。与OFDMA不同的是任一终端使用的子载波必须连续分配。9LTE关键技术—OFDMP/SIFFTS/Ps(t)插入CPS/PFFTP/Sr(t)移除CPOFDM发射机OFDM接收机信道10LTE关键技术—OFDM•由于终端射频器件的限制，LTE系统上行采用基于DFT扩展OFDM（DFT-S-OFDM）技术的SC-FDMA多址方式，能够有效降低信号的峰均功率比问题。子载波映射中，M≤N：M＝N时，DFT和IDFT的互相抵消，输出普通的单载波信号；当M＜N时，采用零输入来补齐IDFT。11LTE关键技术—MIMO多天线：在发射机和接收机处设置两根或多根天线的技术，亦称为MIMO，即MultipleInputMultipleOutput。基于发射、接收端的天线数目异同，可以分为SISO、SIMO、MISO、MIMO等四类：基于MIMO的用途，多天线可以分为三类：空间分集、空间复用、波束赋形三类。发射机接收机发射机接收机SISOMISO接收机SIMO发射机发射机MIMO接收机12LTE关键技术—MIMO空间分集：利用较大间距的天线阵元之间的不相关性，发射或接收一个数据流或与该数据流有一定相关性的数据，避免单个信道衰落对整个链路的影响。DataUESFBCCellACellBCellC波束赋形: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。空间复用：利用较大间距的天线阵元之间的不相关性，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）。UE1Layer1,CW1,AMC1UE2Layer2,CW2,AMC2UE1UE2MIMOEncoderandlayermapping13LTE关键技术—MIMOLTE定义了8种天线传输模式（传输模式由高层通过传输信道通知基站和UE），但FDD只有六种。当信道质量发生变化时，eNB可以根据信道质量快速切换多天线传输模式TM编号传输模式多天线增益系统增益应用场景TM1单天线发射--用于单天线基站TM2开环发送分集分集增益提高系统覆盖固定发送分集，应用于信道质量不好场景，如小区边缘、高速移动环境，提升传输的可靠性，TM3开环空间复用分集增益复用增益提高系统容量信道质量好时采用开环复用，应用于对数据速率要求较高的场景，信道不好时回落到发送分集（根据RI反馈）TM4闭环空间复用复用增益提高系统容量信道质量好时采用闭环复用（根据PMI选择预编码向量），信道质量不好时回落到发送分集（根据RI反馈）TM5多用户空间复用复用增益提高系统容量信道质量好时多用户MIMO，信道质量不好时回落到发送分集（根据RI反馈）TM6单层闭环空间复用分集增益复用增益提高系统覆盖闭环反馈可得时采用单层闭环复用（比分集效果更佳）；闭环反馈不可得时回落到发送分集（根据RI反馈）。TM7单流BF（小天线间距阵列）赋形增益提高覆盖闭环反馈可得时采用波束赋形（比分集效果更佳）条件更好采用双流或者回落单流，闭环反馈不可得时回落到发送分集（根据RI反馈），无法分集回落到单天线。TM8(R9新增)双流BF（小天线间距阵列）赋形增益复用增益提高系统容量14LTE关键技术—链路自适应技术链路自适应技术：系统根据当前获取的信道质量信息，自适应地调整系统传输参数（调制方式、编码方式、冗余信息、发射功率、时频资源等），用以克服或适应当前信道变化带来的影响。链路自适应技术AMC技术HARQ功率控制技术信道选择性调度技术功率控制技术：根据无线信道的变化调整系统的发射功率。当信道条件较好时，降低发射功率；当信道条件较差时，提高发射功率。资源调度技术：根据无线信道的测量结果，资源分配时选择信道条件较好的空时频资源进行数据传输。调度算法有MaxCIR、RR、PF等。AMC(AdaptiveModulationandCoding):根据无线信道的变化调整传输系统的调制方式与编码速率，LTE共定义29种MCS方案供选择。当信道质量较好时，提高调制等级与编码速率；当信道质量较差时，降低调制等级和信道编码速率。HARQ(HybridAutomaticRepeat-reQuest):通过调整数据传输的冗余信息，在接收端获得重传/合并增益，实现对信道的小动态范围的、精确的、快速的自适应。HARQ分为三种类型：TypeIHARQ、TypeIIHARQ、TypeIIIHARQ。15发射端干扰抑制：发射端在获取干扰用户信道特征的基础上，通过联合信号发送，达到被干扰用户干扰抑制的目的。例如：波束赋形。接收端干扰抑制：接收端在获取干扰信号特征的基础上，通过联合检测的方法抑制邻区干扰。例如最大信干噪比合并。LTE关键技术—小区间干扰控制技术干扰随机化技术按照一定的规则和方法，协调资源（频域、时域、空域、功率）的调度和分配，尽量降低小区间干扰。干扰协调分为三种：静态干扰协调：通过预配置或网络规划办法固定限制各小区的资源调度和分配策略，避免小区间干扰。例如：部分频率复用技术为典型静态干扰协调方法。半静态干扰协调：小区间通过X2口慢速交互小区间用户功率信息、小区负载信息、资源分配信息、干扰信息等，协调资源分配和功率分配，达到干扰协调的目的。例如：ICIC为典型的半静态干扰协调技术，交互周期为几十毫秒到几百毫秒。动态干扰协调：小区间实时地进行协调调度，调度周期通常为毫秒级。但是X2口的时延为10-20ms，因此无法实现真正意义的动态干扰协调。干扰抑制技术干扰协调技术将小区间的同频干扰信号转换为随机的干扰，使窄带的干扰等效为白噪声干扰。干扰随机化方法通常分为两种：序列加扰：在时频域将数据加入伪随机序列达到干扰随机化的目的，如PCI规划。交织：通过一定的映射方法，扰乱数据在时、频域的位置实现干扰随机化。小区间干扰控制技术16LTEFDD帧结构类型1帧结构：概念：无线帧（Radioframe）、子帧(Subframe)、时隙(slot)、OFDM符号、Ts1Radioframe=10ms=10Subframes=20Slots采样间隔Ts=1/2048*15000≈0.033us（LTE中的基本时间单位）每个slot含7个OFDM符号（常规CP）或6个OFDM符号（扩展CP）常规CP:#0:[160+2048]*Ts+#1-6:[144+2048]*Ts*6=0.5ms扩展CP:#0-5:[512+2048]*Ts*6=0.5ms#0#1#2#3#19Oneslot,Tslot=15360Ts=0.5msOneradioframe,Tf=307200Ts=10ms#18OnesubframeNormalCPFDD帧结构17物理资源单元RE（ResourceElement）：最小时频资源，频域为1个子载波，时域为1个OFDM符号。RB（ResourceBlock）：在频域上连续的个子载波，时域上包含个连续的OFDM符号。RBscNDLsymbNOnedownlinkslot,TslotResourceelementOFDMsymbolsDLsymbNOFDMsymbolsDLsymbNNscsubcarriersRBResourceblockRBscDLsymbNNresourceelementsNRBDLsubcarriersNscRB系统带宽与RB关系系统带宽(MHz)1.435101520615255075100DLRBN1REG=4REs1CCE=9REGs3246扩展CP712普通CP配置DLsymbNkHz15fkHz15fkHz5.7fRBscN18下行物理信道PCFICHAddYourTextAddYourTextAddYourTextAddYourTextAddYourText下行物理信道承载信息：用于发送上/下行资源调度信息、功控命令等。时频位置：占用每个子帧的前n个OFDM符号，n=1,2,3；频域占用除RS、PCFICH、PHICH外的所有REPDCCHPMCH承载信息：用于指示一个子帧内传输PDCCH所使用的OFDM符号个数。时频位置：位于下行子帧第1个OFDM符号中的4个REG上。承载信息：承载上行共享信道（PUSCH）数据分组的HARQ应答(ACK/NACK)信息时频位置：位于下行子帧的前1~3个OFDM符号中。PHICH承载信息：广播小区基本的物理层配置信息，例如下行系统带宽、PHICH资源指示、系统帧号信息等。时频位置：位于子帧0的第2个时隙的前4个OFDM符号，带宽1.08MHz