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1、LTE TDD LTE TDD 技术介绍技术介绍技术介绍技术介绍4G项目部 无线接入技术部目录目录v LTE的历史背景v LTE的主要技术指标v LTE的关键技术v LTE的传输方案v LTE的网络架构v 总结2目录目录v LTE的历史背景v LTE的主要技术指标v LTE的关键技术v LTE的传输方案v LTE的网络架构v 总结3LTELTE的历史背景的历史背景vGSM的巨大成功。人们体验到移动通信的便利 “得陇望蜀”。v3G 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。v用户的需求、市场的挑战和IPR的制肘共同推动了3GP
2、P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。4目前世界主要运营商目前世界主要运营商Vodafone、NTT、AT&T、Verizon都已经决定都已经决定采用采用LTE技术；技术；WiMAX正逐步扩大正逐步扩大影响；影响；CDMA2000/UME的阵营进一的阵营进一步缩小。步缩小。商用商用LTELTE标准化进展标准化进展 测试测试Work ItemStudy ItemLTE2008年年2月中月中国移动宣布测国移动宣布测试试LTE3GPP LTE项目项目启动启动3GPP LTE第一版本第一版本完成完成2007年年10月月WiMAX加入加入3G2007年年
3、12月月3GPP LTE TDD两种模式两种模式合并合并2006年年NGMN组组织成立织成立WiMAX论坛成论坛成立立200320042005200620092010 2007 2008201120145目录目录v LTE的历史背景v LTE的主要技术指标v LTE的关键技术v LTE的传输方案v LTE的网络架构v 总结6 LTELTE的主要技术指标的主要技术指标 (1)(1)v 支持1.25MHz-20MHz带宽v 峰值速率：下行100Mbps，上行50Mbps。频谱效率达到3GPP R6的2-4倍v 提高小区边缘的传输速率v 移动性015km/h(最佳性能)0120km/h(较好性能)1
4、20km/h350km/h(保持连接，确保不掉线)v 覆盖范围05km(较高频谱利用率)530km(稍差的频谱利用率)7LTELTE的主要技术指标的主要技术指标 (2)(2)v用户面延迟（单向）小于5ms，控制面延迟小于100ms v支持增强型的广播多播业务v支持增强的IMS（IP多媒体子系统）和核心网v取消CS（电路交换）域，CS域业务在PS（包交换）域实现，如采用VoIP v支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作 8目录目录v LTE的历史背景v LTE的主要技术指标v LTE的关键技术v LTE的传输方案v LTE的网络架构v 总结9LTELTE的关键技术的关键技术v物理层关键技术多
5、载波技术(OFDM)多天线技术(MIMO)SC-FDMA(相对OFDM多了DFT预编码部分)v系统级关键技术干扰抑制技术10多载波技术多载波技术 OFDM OFDMv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。v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。vOFDM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。11多天线技术多天线技术-MIMO-MIMOvMIMO:在发送和接收端同时使用多天线。vMIMO系统可利用丰富的散射径，在不增加系统带宽
6、的前提下，大幅度改善系统性能（提高速率或可靠性）。vMIMO系统信道容量的增长与天线数目大致成线性关系。12MIMO+OFDMMIMO+OFDMvMIMO技术能提高传输的可靠性或提高系统容量。vOFDM技术实现简单，频谱利用率高，均衡简单。vMIMO-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)13OFDMOFDM信号的生成信号的生成 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。14 OFDMOFDM信号的时域特
7、点信号的时域特点v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 15OFDMOFDM信号的频谱结构信号的频谱结构16OFDMOFDM的关键问题的关键问题v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v符号间干扰（ISI）原因1：无线信道多径原因2：符号同步偏差v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17 SC-FDMA(DFTS-OFDM)SC-FDMA(DFTS-OFDM)的的PAPRPAPR16QAM,占用512子载波中间的300个子载波18 IS
8、IISI的克星的克星 CP(1)CP(1)vGP（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！19ISIISI的克星的克星 CP(2)CP(2)OFDM符号的循环前缀结构 20 ISIISI的克星的克星 CP(3)CP(3)CP的引入解决了GP的缺陷两径信道中OFDM符号的传输21OFDMOFDM中的同步技术中的同步技术 v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。系统对符号定时偏差不敏感。v频率同步(影响ICI)LTE规
9、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！系统对频率偏差非常敏感！22符号同步偏差的影响符号同步偏差的影响23载波频率偏差的影响载波频率偏差的影响v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。v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。24采样频率偏差的影响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25MIMOMIMOv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
10、集空时格码（STTC）基于MIMO-OFDM的CDDv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26 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。Alamouti STBC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。STBCSTBC鼻祖鼻祖AlamoutiAl
11、amouti方案方案 (1)(1)27衰落信道衰落信道最大似然检测最大似然检测AlamoutiAlamouti方案方案 (2)(2)28空间复用技术空间复用技术 V-BLASTV-BLASTvSTBC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v分层空时码能极大的提高系统的频谱效率29V-BLASTV-BLAST的检测的检测MMSEMMSE算法算法 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nRnT的线性组合系数矩阵,由于上述目标函
12、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：30多小区干扰抑制多小区干扰抑制v干扰随机化随机化邻小区干扰，改善译码器性能v干扰协调 协调邻小区资源，降低被干扰概率v干扰消除 改进物理层算法，消除邻小区干扰31目录目录v LTE的历史背景v LTE的主要技术指标v LTE的关键技术v LTE的传输方案v LTE的网络架构v 总结32LTELTE传输方案传输方案v基本传输方案v物理信道定义及过程vLTE物理层过程33基本传输方案基本传输方案TD-SCDMA3GPP LTE802.16e基本传输技术与多址技术CDMA下行OFDMA，上行SC-FDMAOFDMA双工方式T
13、DDFDD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、
14、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22，上行12个天线，考虑最多44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。34下行传输方案参数下行传输方案参数35LTE TDD无线帧结构无线帧结构(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
15、载波。物理层以子帧(1ms)为单位接收，是偶数个RB的。v5ms转换周期36LTE TDD无线帧结构无线帧结构(2)radio frame 10ms;half-frame 5ms;subframe 1ms;slot 0.5ms;SC-FDMA 1/15k(=66.67e-6)s.v10ms转换周期37时隙的时间方向参数时隙的时间方向参数38资源块定义资源块定义资源块资源块39LTE TDD上、下行子帧分配方式上、下行子帧分配方式可根据上下行业务需求灵活进行时隙配置40上行共享信道导频图案上行共享信道导频图案41下行导频图案下行导频图案不同的天线分配不同的时频资不同的天线分配不同的时频资源放置导
16、频符号源放置导频符号42LTE传输方案传输方案v基本传输方案v物理信道的定义及过程vLTE物理层过程43上行物理信道分类上行物理信道分类v物理层上行共享信道（PUSCH）v物理层上行控制信道（PUCCH)v物理层随机接入信道（PRACH）44下行物理信道分类下行物理信道分类v物理层下行共享信道（PDSCH）v物理层广播信道（PBCH）v物理层多播信道（PMCH）v物理层控制格式指示信道（PCFICH）v物理层下行控制信道（PDCCH）v物理层HARQ指示信道（PHICH）45传输信道到物理信道的映射传输信道到物理信道的映射46信道编码信道编码TrCH编码方案码速率UL-SCHTurbo Cod
17、ing1/3DL-SCHPCHMCHBCHTailing biting CC1/3控制信息编码方案码速率DCITailing biting CC1/3CFIBlock code1/16HIRepetition1/3UCIBlock code可变Tailing biting CC1/3卷积编码器卷积编码器Turbo编码器编码器结构与结构与TD-SCDMA相同相同仅仅内交织器与仅仅内交织器与TD-SCDMA不同不同47卷积码的速率匹配卷积码的速率匹配48Turbo的速率匹配的速率匹配 49上行传输信道处理上行传输信道处理UL-SCHUCI50下行传输信道处理下行传输信道处理BCH；DCIDL-SC
18、H;PCH;MCH51物理层上行共享信道过程物理层上行共享信道过程QPSK16QAM64QAMDFTIFFT52物理层下行共享信道过程物理层下行共享信道过程与加扰序列异或QPSK16QAM64QAMIFFT分集(SFBC)复用(SM)小延迟小延迟CDDCDD大延迟大延迟CDDCDD53LTE传输方案传输方案v基本传输方案v物理信道的定义及过程vLTE的物理层过程小区搜索过程随机接入过程54小区搜索过程小区搜索过程55随机接入过程随机接入过程上行同步符号位置上行同步符号位置时域位置时域位置频域位置频域位置符号构成符号构成56目录目录v LTE的历史背景v LTE的主要技术指标v LTE的关键技术
19、v LTE的传输方案v LTE的网络架构v 总结57E-UTRAN网络拓扑结构网络拓扑结构在E-UTRAN中，eNB之间采用IP传输，在逻辑上通过X2接口互连Mesh型网络。支持UE在整个网络内的移动性，保证用户的无缝切换E-UTRAN舍弃了UTRAN的RNC-NodeB结构，完全由eNodeB组成每个每个eNBeNB通过通过S1S1接接口，和接入网关口，和接入网关Access Access GatewayGateway（aGWaGW）连接连接EPC分为控制面实体分为控制面实体MME和用和用户面实体户面实体SAE Gateway 58网络架构网络架构红色部分为e-UTRAN新增部分 1.充分考
20、虑空中接口演进引入的全网架构改革，包括接入网和核心网功能重新分配，提供更低时延的全网控制信令，支持各种基于IP的业务。2.继承全IP网络AIPN的需求，如：支持各种接入方式和可控制的接入选择，提高系统的通信时延、通信质量等基本性能，实现跨系统的QoS保证。3.提供各种接入系统间无缝移动性保证和业务的连续性。59E-UTRAN与与EPC功能划分功能划分eNB的主要功能包括空中接口的PHY、MAC、PLC、RRC各层实体、用户通信过程中的控制面和用户面的建立、管理和释放；以及部分无线资源管理（RRM）方面的功能。60EPC的实体功能描述的实体功能描述MMES-GWS-GWP-GWNAS信令处理NA
21、S信令的安全保护3GPP内不同节点之间的移动性管理空闲移动终端的跟踪TA List管理PDN GW和Serving GW选择在MME改变的切换过程中新MME的选择漫游控制安全认证承载管理（包括专有承载的建立）eNodeB之间的切换的本地锚点3GPP内不同接入技术之间的移动性锚点（S4终结点并且转接2G/3G和PDN GW之间的数据）E-UTRAN空闲模式下数据缓存以及触发网络侧Service Request流程合法监听数据路由转发基于用户、PDN和QCI粒度的上行和下行的计费包过滤合法监听IP地址分配基于业务的上行和下行的计费基于业务的上行和下行的gating控制基于业务的上行和下行速率执行non-GBR的基于AMBR的下行速率控制GBR的基于MBR的下行速率控制上行和下行的承载绑定上行承载绑定校验当在3GPP接入和非3GPP IP接入之间移动时，作为用户平面的锚定点61总结总结vLTE是3G演进的必由之路vLTE的技术保障了未来能够平滑的增加容量vLTE与未来4G具有良好的前后向兼容性，保证了运营商的 投资回报LTE铺设了移动宽带的自由之路铺设了移动宽带的自由之路6263