TD-LTE-J基本原理及关键技术解析课件.ppt

1、TD-LTE 基本原理及关键技术中兴通讯学院课程内容TD-LTE概述概述 TD-LTE网络架构 TD-LTE协议栈TD-LTE关键技术TD-LTE与LTE FDD的区别nLTE简介简介nLTE相关组织介绍相关组织介绍LTE背景nLTE表示3GPP长期演进(Long Term Evolution)n2004年11月3GPP TSG RAN workshop启动LTE项目移动通信技术的演进路线n多种标准共存、汇聚集中n多个频段共存n移动网络宽带化、IP化趋势2G2.5G2.75G3G3.5G3.75G3.9GGPRSEDGEHSDPAR5HSUPAR6MBMS4GMBMSCDMA 2000 1X

2、EV-DO802.16 e802.16 mHSDPAHSPA+R7 FDD/TDD4GGSMTD-SCDMAWCDMAR99802.16 dCDMAIS95CDMA2000 1xLTEEV-DORev.AEV-DORev.BHSUPAHSPA+R7更好的覆盖更好的覆盖峰值速率峰值速率DL:100MbpsUL:50Mbps低延迟低延迟CP:100msUP:5ms更低的更低的 CAPEX&OPEX频谱频谱灵活性灵活性更高的频更高的频谱效率谱效率LTELTE的目标峰值数据率1实现峰值速率的显著提高，峰值速率与系统占用带宽成正比2在20MHz 带宽内实现100Mbit/s的下行峰值速率(频谱效率5 b

3、it/s/Hz)3在20MHz 带宽内实现50Mbit/s的上行峰值速率(频谱效率2.5 bit/s/Hz)目标目标移动性nE-UTRAN系统应能够支持:l对较低的移动速度(0-15 km/h)优化l在更高的移动速度下(15-120 km/h)可实现较高的性能l在120-350 km/h的移动速度(在某些频段甚至应该支持500 km/h)下要保持网络的移动性l在各种移动速度下，所支持的语音和实时业务的服务质量都要达到或超过UTRAN下所支持的频谱n频谱灵活性lE-UTRA系统可部署在不同尺寸的频谱中，包括1.4、3、5、10、15 和 20 MHz,支持对已使用频率资源的重复利用l上行和下行支

4、持成对或非成对的频谱n共存l与GERAN/3G系统在相同地区邻频l与其他运营商在相同地区邻频l在边境两侧重合的或相邻的频谱内l与 UTRAN 和 GERAN切换l与非 3GPP 技术(CDMA 2000,WiFi,WiMAX)切换LTE关键技术 n频谱灵活l支持更多的频段l灵活的带宽l灵活的双工方式n先进的天线解决方案l分集技术lMIMO技术lBeamforming技术n新的无线接入技术lOFDMAlSC-FDMAnLTE简介简介nLTE相关组织介绍相关组织介绍LTE标准组织 功能需求功能需求标准制定标准制定技术验证技术验证 TSG RANTSG SATSG CTPCGTSG GERAN3GP

5、P组织架构Project Co-ordination Group(PCG)TSG GERANGSM EDGE Radio Access Network GERAN WG1 Radio Aspects GERAN WG2Protocol AspectsGERAN WG3 Terminal TestingTSG RANRadio Access NetworkRAN WG1 Radio Layer 1 specRAN WG2 Radio Layer 2 spec Radio Layer 3 RR specRAN WG3 lub spec,lur spec,lu spec UTRAN O&M requ

6、irementsRAN WG4 Radio Performance Protocol aspectsRAN WG5 Mobile Terminal Conformance TestingTSG SAService&Systems AspectsSA WG1 ServicesSA WG2 ArchitectureSA WG3 SecuritySA WG4 CodecSA WG5 Telecom ManagementTSG CNCore Network&TerminalsCT WG1 MM/CC/SM(lu)CT WG3 Interworking with external networksCT

7、WG4 MAP/GTP/BCH/SSCT WG6 Smart Card Application Aspects2005 2006 2007 2008 2009LTE标准化进展LTE startWork Item StartStudy Item Stage 1 FinishWork Item Stage 3 FinishWork Item Stage 2 FinishFirst Market Applicationn3GPP R8 定义了定义了LTE的基本功能，该版本已于的基本功能，该版本已于2009年年3月冻结，月冻结，n3GPP R9 主要完善了主要完善了LTE家庭基站、管理和安全方面的性能

8、，以及家庭基站、管理和安全方面的性能，以及LTE微微微基站和自组织管理功能，预计将于微基站和自组织管理功能，预计将于2009年年底冻结年年底冻结2010NGMN简介NGMN 时间表时间表NGMN 愿景愿景1、使全球移动通信产业链聚集在统一需求之下，引导、驱动标准研究、产品研发，促进HSPA&EVDO之后的移动网络健康发展2、推动IPR改革，使IPR透明和费率可预见性1、2008年底完成LTE（R8）标准2、2009年测试3、2010 提供商用1、运营商（Members)20家2、制造商(Sponsors)34家,包括设备制造商,芯片厂家和测试设备厂家3、研究机构和大学(Advisors)3家N

9、GMN 成员成员NGMN简介简介 1、NGMN（www.ngmn.org)是2006年初由全球7家主流运营商发起成立的非营利性组织2、NGMN：Next Generation Mobile Networks（Beyond HSPA&EVDO)NGMN工作组介绍NGMNSpectrum (频谱）IPR（知识产权）Ecosystem（生态系统）TWG(技术组）Trial（试验）n 寻找可统一利用的频谱寻找可统一利用的频谱n 与与ITU、国家、地区频谱、国家、地区频谱管理部门协调、沟通管理部门协调、沟通n 推动推动IPR改革，使改革，使IPR透明和费率可预见透明和费率可预见n 与互联网行业合作，与互

10、联网行业合作，构建构建“多方共赢多方共赢”生生态环境态环境n 对技术进行早期验证对技术进行早期验证n 向向LSTI提测试需求提测试需求n 从运营的角度，提出各从运营的角度，提出各种需求并与制造商讨论种需求并与制造商讨论可行性可行性n 驱动标准驱动标准课程内容TD-LTE概述 TD-LTE网络架构网络架构 TD-LTE协议栈TD-LTE关键技术TD-LTE与LTE FDD的区别LTE 网络构架MME/S-GWMME/S-GWX2S1p 移动性管理移动性管理p 服务网关服务网关p MME/SGW 与与 eNode B的接口的接口EPCE-UTRANp eNode B间的接口间的接口Node BRN

11、C+=eNode BEPSeNode BX2X2eNode BeNode BUup E-UTRAN中只有一种网元中只有一种网元eNode Bp 演进分组核心网演进分组核心网EPCp 演进分组系统演进分组系统EPSE-UTRAN 和 EPC的功能划分（续）neNB 功能:l无线资源管理lIP头压缩和用户数据流加密lUE附着时的MME选择l用户面数据向S-GW的路由l寻呼消息和广播信息的调度和发送l移动性测量和测量报告的配置nMME 功能:l分发寻呼信息给eNBl安全控制l空闲状态的移动性管理lSAE 承载控制l非接入层（NSA）信令的加密及完整性保护nS-GW 功能:l终止由于寻呼原因产生的用户

12、平面数据包l支持由于UE移动性产生的用户面切换课程内容TD-LTE概述 TD-LTE网络架构 TD-LTE协议栈协议栈TD-LTE关键技术TD-LTE与LTE FDD的区别LTE物理层概述Radio Resource Control(RRC)Medium Access Control(MAC)Transport channelsPhysical layerControl/MeasurementsLayer 3Logical channelsLayer 2Layer 1物理层周围的无线接口协议结构与与 UMTS 的的PS 域相同域相同eNBPHYUEPHYMACRLCMAC S-GWPDCPPD

13、CPRLCLTE无线接口 用户平面LTE无线接口 控制平面eNBMACUEMACRLCPDCPRLCMMEPDCPNASNASRRCRRCPHYPHY无线帧结构类型1n每个10ms无线帧被分为10个子帧n每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5msnTs=1/(15000*2048)是基本时间单元n任何一个子帧即可以作为上行，也可以作为下行#01个无线帧 Tf=307200 TS=10 ms1个时隙 Tslot=15360TS=0.5ms#11个子帧#2#17#18#191个子帧子帧#5DwPTSGPUpPTS子帧#91个半帧 153600 TS=5 ms1个子帧子帧#0DwPTSGPUpPTS3

14、0720TS子帧#41个时隙 Tslot=15360TS1个无线帧 Tf=307200 Ts=10 ms无线帧结构类型2n每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成n特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1msn支持5ms和10ms上下行切换点n子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送Uplink-downlink configurationDownlink-to-Uplink Switch-point periodicitySubframe number012345678905 msDSUUUDSUUU15 msDSUUDD

15、SUUD25 msDSUDDDSUDD310 msDSUUUDDDDD410 msDSUUDDDDDD510 msDSUDDDDDDD65 msDSUUUDSUUD上下行配比方式n“D”代表此子帧用于下行传输，“U”代表此子帧用于上行传输，“S”是由DwPTS、GP和UpPTS组成的特殊子帧。n特殊子帧中DwPTS和UpPTS的长度是可配置的，满足DwPTS、GP和UpPTS总长度为1ms。ConfigurationNormal cyclic prefixExtended cyclic prefixDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS03101 OFDMsymbols381 OFD

16、Msymbols1948321039231121014121372 OFDMsymbols5392 OFDMsymbols82693917102-8111-课程内容TD-LTE概述 TD-LTE网络架构 TD-LTE协议栈TD-LTE关键技术关键技术TD-LTE与LTE FDD的区别n频域多址技术频域多址技术 OFDM/SC-FDMAnMIMO技术技术n高阶调制技术高阶调制技术nHARQ技术技术n链路自适应技术链路自适应技术 AMCn快速快速MAC调度技术调度技术LTE多址技术的要求n更大的带宽和带宽灵活性l 随着带宽的增加，OFDMA信号仍将保持正交，而CDMA 的性能会受到多径的影响.l

17、在同一个系统，使用OFDMA可以灵活处理多个系统带宽.n 扁平化架构l 当分组调度的功能位于基站时，可以利用快速调度、包括频域调度来提高小区容量。频域调度可通过OFDMA实现，而CDMA无法实现.n 便于上行功放的实现l SC-FDMA相比较OFDMA可以实现更低的峰均比,有利于终端采用更高效率的功放.n 简化多天线操作l OFDMA相比较CDMA实现MIMO容易.OFDM基本思想nOFDM将频域划分为多个子信道，各相邻子信道相互重叠，但不同子信道相互正交。将高速的串行数据流分解成若干并行的子数据流同时传输nOFDM子载波的带宽 信道“相干带宽”时，可以认为该信道是“非频率选择性信道”，所经历

18、的衰落是“平坦衰落”nOFDM符号持续时间 信道“相干时间”时，信道可以等效为“线性时不变”系统，降低信道时间选择性衰落对传输系统的影响OFDM调制的各个子载波信号在频域上正交调制的各个子载波信号在频域上正交下行多址技术OFDM系统框图OFDMA示意图下行上行集中式下行上行分布式上行多址技术SC-FDMAnSC-FDMA 即 DFT-spread OFDMA n峰均比小于OFDMA,有利于提高功放效率n传输信号的瞬时功率变化n易于实现频域的低复杂度的高效均衡器n易于对FDMA采用灵活的带宽分配n频域多址技术频域多址技术 OFDM/SC-FDMAnMIMO技术技术n高阶调制技术高阶调制技术nHA

19、RQ技术技术n链路自适应技术链路自适应技术 AMCn快速快速MAC调度技术调度技术多天线技术-MIMOn多天线技术l MIMO：多入多出(Multiple Input Multiple Output)l SISO：单入单出(Single Input Single Output)l SIMO：单入多出(Single Input Multiple Output)l LTE的基本配置是DL 2*2 和UL 1*2,最大支持 4*4MIMO概念nMIMO技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的带宽内由多个发射天线上同时刻发射，经过无线信道后，由多个接收天线接收，并根据各个并行数据流

20、的空间特性（Spatial Signature），利用解调技术，最终恢复出原数据流。MIMO的优点n阵列增益：可以提高发射功率和进行波束形成；n系统的分集特性：可以改善信道衰落造成的干扰；n系统的空间复用增益：可以构造空间正交的信道，从而成倍地增加数据率；n因此，充分地利用MIMO 系统的这些优秀品质能够大幅度地提高系统容量、获得相当高的频谱利用率，从而可以获得更高的数据率、更好的传输品质或更大的系统覆盖范围。n频域多址技术频域多址技术 OFDM/SC-FDMAnMIMO技术技术n高阶调制技术高阶调制技术nHARQ技术技术n链路自适应技术链路自适应技术 AMCn快速快速MAC调度技术调度技术高

21、阶调制-2-1.5-1-0.500.511.52-2-1.5-1-0.500.511.5201LTE BPSK Constellation Map-2-1.5-1-0.500.511.52-2-1.5-1-0.500.511.5200011011LTE QPSK Constellation Map-1.5-1-0.500.511.5-1.5-1-0.500.511.50000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111LTE 16QAM Constellation Map-1.5-1-0.500.511.5-1.5-1

22、-0.500.511.5000000000001000010000011000100000101000110000111001000001001001010001011001100001101001110001111010000010001010010010011010100010101010110010111011000011001011010011011011100011101011110011111100000100001100010100011100100100101100110100111101000101001101010101011101100101101101110101111

23、110000110001110010110011110100110101110110110111111000111001111010111011111100111101111110111111LTE 64QAM Constellation Mapn高阶调制可提高峰值速率.nLTE 支持BPSK,QPSK,16QAM 和64QAM.n频域多址技术频域多址技术 OFDM/SC-FDMAnMIMO技术技术n高阶调制技术高阶调制技术nHARQ技术技术n链路自适应技术链路自适应技术 AMCn快速快速MAC调度技术调度技术混合自动重传请求（HARQ）nFEC：前向纠错编码(Forward Error Co

24、rrection)nARQ：自动重传请求(Automatic Repeat reQuest)nHARQ=FEC+ARQn频域多址技术频域多址技术 OFDM/SC-FDMAnMIMO技术技术n高阶调制技术高阶调制技术nHARQ技术技术n链路自适应技术链路自适应技术 AMCn快速快速MAC调度技术调度技术链路自适应 AMC原理nQPSK,16QAM 和64QAM.n“连续”的编码速率（0.07 0.93）.n频域多址技术频域多址技术 OFDM/SC-FDMAnMIMO技术技术n高阶调制技术高阶调制技术nHARQ技术技术n链路自适应技术链路自适应技术 AMCn快速快速MAC调度技术调度技术MAC 调

25、度nMAC 调度只在 eNodeB内nMAC 调度不仅控制复用、优先级处理和HARQ,也控制资源分配、天线映射和MCS in PHY.n调度原理lDL:to dynamically determine which UEs are supposed to receive DL-SCH transmission and on what resources lUL:to dynamically determine which UEs are to transmit data on UL-SCH and on which uplink resourcesMAC 调度调度课程内容TD-LTE概述 TD-

26、LTE网络架构 TD-LTE协议栈TD-LTE关键技术TD-LTE与与LTE FDD的区别的区别TD-LTE与LTE FDD技术综合对比 技术体制技术体制TD-LTELTE FDD采用的相同的关键技术采用的相同的关键技术信道带宽灵活配置1.4M，3M，5M，10M，15M，20M1.4M，3M，5M，10M，15M，20M帧长10ms(半帧5ms，子帧1ms)10ms(子帧1ms)信道编码卷积码、Turbo码卷积码、Turbo码调制方式QPSK，16QAM，64QAMQPSK，16QAM，64QAM功率控制开环结合闭环开环结合闭环MIMO多天线技术支持支持技术差异技术差异双工方式TDDFDD子

27、帧上下行配置无线帧中多种子帧上下行配置方式无线帧全部上行或者下行配置HARQ个数与延时随上下行配置方式不同而不同个数与延时固定调度周期随上下行配置方式不同而不同，最小1ms1ms双工方式对比 上行/下行频率上行/下行时间保护间隔下行上行下行时间频率下行上行双工滤波器保护带n用时间来分离接收和发送信道，时间资源在两个方向上进行分配，基站和移动台之间须协同一致才能顺利工作 n在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低TD-LTE 特有技术lFDD仅支持1:1上下行配比lTDD可以根据不同的业务类型调整上下行时间配比，以满足上下行非对称业务需求 周期周期上下

28、行配比上下行配比5 ms1DL:3UL，2DL:2UL，3DL:1UL10 ms6DL:3UL，7DL:2UL，8DL:1UL，3DL:5UL上下行配比可调上下行配比可调多子帧调度多子帧调度/反馈反馈 特殊时隙的应用特殊时隙的应用u 为了节省网络开销，TD-LTE允许利用特殊时隙DwPTS和UpPTS传输系统控制信息uTDD系统中，上行sounding RS和PRACH preamble可以在UpPTS上发送，DwPTS可用于传输PCFICH、PDCCH、PHICH、PDSCH和P-SCH等控制信道和控制信息n TDD当下行多于上行时，存在一个上行子帧反馈多个下行子帧，TD-LTE提出的解决方

29、案有：multi-ACK/NAK，ACK/NAK捆绑（bundling）等n 当上行子帧多于下行子帧时，存在一个下行子帧调度多个上行子帧（多子帧调度）的情况TDD与FDD同步信号设计差异nLTE 同步信号的周期是5ms，分为主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS）nTD-LTE和LTE FDD帧结构中，同步信号的位置/相对位置不同 n利用主、辅同步信号相对位置的不同，终端可以在小区搜索的初始阶段识别系统是TDD还是FDD TDD与FDD组网对比 lFDD和TDD 采用的链路级关键技术基本一致，解调性能相近lTDD系统多天线技术的灵活运用，能够较好的抗干扰并提升性能和覆盖 u 均可做到业务信道

30、同频组网u 信令信道和控制信道有大体相同的链路增益，理论上都能够支持同频组网u 切换、功控机制相同，同步、重选、物理层信道编解码等能力上没有本质区别u TDD系统是时分系统，上下行时隙之间可能有干扰，需要通过时隙规划来进行协调u FDD只有频率规划u TDD系统有频率规划和时隙规划TD-LTE的优势n频谱配置更具优势 n支持非对称业务 n智能天线的使用lTD-LTE系统能有效的降低终端的处理复杂性l具有上下行信道互易性（reciprocity），能够更好的采用发射端预处理技术，如预RAKE 技术、联合传输(Joint Transmission)技术、智能天线技术等，能有效地降低终端接收机的处理复杂性 TD-LTE的不足n使用HARQ技术时，TD-LTE使用的控制信令比LTE FDD更复杂n由于上下行信道占用同一频段的不同时隙，为了保证上下行帧的准确接收，系统对终端和基站的同步要求很高n为了补偿TD-LTE系统的不足，TD-LTE 系统采用了一些新技术，如：TDD支持在微小区使用更短的PRACH，以提高频谱利用率；n要求全网同步