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1、TD-LTE 基本原理及关键技术,中兴通讯学院,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 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,课程内容TD-LTE概述,TD-LTE概述,LTE简介LTE相关组织介绍,TD-LTE概述LTE简介,LTE背景,LTE表示3GPP长期演进 ( Long Term Evolution )2004年11月3GPP TSG RAN workshop启动LTE项目,LTE背景LTE表示3GPP长期演进 ( Long Term,移动通信技术的演进路线,多种标准共存、汇聚集中多个频段共存
2、移动网络宽带化、IP化趋势,2G,2.5G,2.75G,3G,3.5G,3.75G,3.9G,GPRS,EDGE,HSDPAR5,HSUPAR6,MBMS,4G,MBMS,CDMA 2000 1X EV-DO,802.16 e,802.16 m,HSDPA,HSPA+R7,FDD/TDD,4G,GSM,TD-SCDMA,WCDMAR99,802.16 d,CDMAIS95,CDMA2000 1x,LTE,EV-DORev. A,EV-DORev. B,HSUPA,HSPA+R7,移动通信技术的演进路线多种标准共存、汇聚集中2G2.5G2.,LTE的目标,更好的覆盖峰值速率低延迟更低的频谱更高的
3、频LTELTE的目标,峰值数据率,目标,中兴通讯是业界唯一支持TD-LTE 20MHz带宽的系统厂商,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,移动性,E-UTRAN系统应能够支持:对较低的移动速度 ( 0 - 15 km/h ) 优化在更高的移动速度下 (15 - 120 km/h ) 可实现较高的性能在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,移动性E-UTRAN系统应能够支持:,频谱,频谱灵活性E-UTRA系统可部署在不
4、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上行和下行支持成对或非成对的频谱共存与GERAN/3G系统在相同地区邻频与其他运营商在相同地区邻频在边境两侧重合的或相邻的频谱内与 UTRAN 和 GERAN切换与非 3GPP 技术 (CDMA 2000, WiFi, WiMAX)切换,频谱频谱灵活性,LTE关键技术,频谱灵活支持更多的频段灵活的带宽灵活的双工方式先进的天线解决方案分集技术MIMO技术Beamforming技术新的无线接入技术OFDMASC-FDMA,LTE关键技术 频谱灵活,TD-LTE概述,LTE简介LTE相关组织介绍,T
5、D-LTE概述LTE简介,LTE标准组织,功能需求,标准制定,技术验证,LTE标准组织 功能需求标准制定技术验证 TSG RANTS,3GPP组织架构,Project Co-ordination Group (PCG),TSG GERAN,GSM EDGE Radio Access Network,GERAN WG1,Radio Aspects,GERAN WG2Protocol AspectsGERAN WG3 Terminal Testing,TSG RAN,Radio Access NetworkRAN WG1 Radio Layer 1 specRAN WG2 Radio Layer
6、2 spec Radio Layer 3 RR specRAN WG3 lub spec, lur spec, lu spec UTRAN O&M requirementsRAN WG4 Radio Performance Protocol aspectsRAN WG5 Mobile Terminal Conformance Testing,TSG SA,Service & Systems AspectsSA WG1 ServicesSA WG2 ArchitectureSA WG3 SecuritySA WG4 CodecSA WG5 Telecom Management,TSG CN,Co
7、re Network & TerminalsCT WG1 MM/CC/SM (lu)CT WG3 Interworking with external networksCT WG4 MAP/GTP/BCH/SSCT WG6 Smart Card Application Aspects,3GPP组织架构Project Co-ordination,2005,2006,2007,2008,2009,LTE标准化进展,LTE start,Work Item Start,Study Item Stage 1 Finish,Work Item Stage 3 Finish,Work Item Stage
8、2 Finish,First Market Application,3GPP R8 定义了LTE的基本功能，该版本已于2009年3月冻结，3GPP R9 主要完善了LTE家庭基站、管理和安全方面的性能，以及LTE微微基站和自组织管理功能，预计将于2009年年底冻结,2010,20052006200720082009LTE标准化进展LT,NGMN简介,NGMN 时间表,NGMN 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、200
9、9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,NGMN 成员,NGMN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),无线宽带创新的发动机,NGMN简介NGMN 时间表NGMN 愿景1、使全球移动通信,NGMN工作组介绍,NGMN,Spectrum ( 频谱）,IPR（知识产权
10、）,Ecosystem（生态系统）,TWG(技术组）,Trial（试验）,寻找可统一利用的频谱与ITU、国家、地区频谱管理部门协调、沟通,推动IPR改革，使IPR透明和费率可预见,与互联网行业合作，构建“多方共赢”生态环境,对技术进行早期验证向LSTI提测试需求,从运营的角度，提出各种需求并与制造商讨论可行性驱动标准,从5个方面推动下一代移动宽带发展,NGMN工作组介绍NGMNSpectrumIPREcosys,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TD-LTE与LTE FDD的区别,课程内容TD-LTE概述,LTE 网络构架,MME / S-
11、GW,MME / S-GW,X2,S1,EPC,E-UTRAN,EPS,eNode B,X2,X2,eNode B,eNode B,Uu,E-UTRAN中只有一种网元eNode B演进分组核心网EPC演进分组系统EPS,LTE 网络构架MME / S-GWMME / S-GWX2,E-UTRAN 和 EPC的功能划分（续）,eNB 功能:无线资源管理IP头压缩和用户数据流加密UE附着时的MME选择用户面数据向S-GW的路由寻呼消息和广播信息的调度和发送移动性测量和测量报告的配置,MME 功能:分发寻呼信息给eNB安全控制空闲状态的移动性管理SAE 承载控制非接入层（NSA）信令的加密及完整性保
12、护,S-GW 功能:终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包支持由于UE移动性产生的用户面切换,E-UTRAN 和 EPC的功能划分（续）eNB 功能:MM,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TD-LTE与LTE FDD的区别,课程内容TD-LTE概述,LTE物理层概述,物理层周围的无线接口协议结构,LTE物理层概述物理层周围的无线接口协议结构,与 UMTS 的PS 域相同,eNB,PHY,UE,PHY,MAC,RLC,MAC,S-GW,PDCP,PDCP,RLC,LTE无线接口 用户平面,与 UMTS 的PS 域相同eNBPHYUEPHYMA
13、CRL,LTE无线接口 控制平面,eNB,MAC,UE,MAC,RLC,PDCP,RLC,MME,PDCP,NAS,NAS,RRC,RRC,PHY,PHY,LTE无线接口 控制平面eNBMACUEMACRLCPD,无线帧结构类型1,每个10ms无线帧被分为10个子帧每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5msTs=1/(15000*2048) 是基本时间单元任何一个子帧即可以作为上行，也可以作为下行,无线帧结构类型1每个10ms无线帧被分为10个子帧#01,1个子帧,DwPTS,GP,UpPTS,1个半帧 153600 TS = 5 ms,1个子帧,DwPTS,GP,UpPTS,30720TS,1
14、个时隙 Tslot=15360TS,1个无线帧 Tf = 307200 Ts = 10 ms,无线帧结构类型2,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个特殊子帧组成特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms支持5ms和10ms上下行切换点子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送,1个子帧子帧 #5DwPTSGPUpPTS子帧 #91个半,上下行配比方式,“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。 特殊子帧中DwPTS和UpPTS的长度是可配置的，满足DwPTS、
15、GP和UpPTS总长度为1ms 。,Uplink-downlink Downlink-to-Up,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TD-LTE与LTE FDD的区别,课程内容TD-LTE概述,TD-LTE关键技术,频域多址技术 OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术 AMC快速MAC调度技术,TD-LTE关键技术频域多址技术 OFDM/SC-FDM,LTE多址技术的要求,更大的带宽和带宽灵活性 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. 在同一个系统，使用OFDMA
16、可以灵活处理多个系统带宽. 扁平化架构 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. 便于上行功放的实现 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. 简化多天线操作 OFDMA相比较CDMA实现MIMO容易.,LTE多址技术的要求更大的带宽和带宽灵活性,OFDM基本思想,OFDM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OFDM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”，
17、所经历的衰落是“平坦衰落”OFDM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基本思想OFDM将频域划分为多个子信道，各相邻子信道,OFDM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,OFDM调制的各个子载波信号在频域上正交下行多址技术OF,OFDMA示意图,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-FDMA,SC-FDMA 即 DFT-spread OFDMA 峰均比小于OFDMA, 有利于提高功放效率传输信号的瞬时功率变化易于实现频域的低复杂度的高效均衡器易于对FDMA采用灵活
18、的带宽分配,上行多址技术SC-FDMASC-FDMA 即 DFT-s,TD-LTE关键技术,频域多址技术 OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术 AMC快速MAC调度技术,TD-LTE关键技术频域多址技术 OFDM/SC-FDM,多天线技术-MIMO,多天线技术 MIMO：多入多出 (Multiple Input Multiple Output) SISO：单入单出 (Single Input Single Output) SIMO：单入多出 (Single Input Multiple Output) LTE的基本配置是DL 2*2 和UL 1*2 , 最
19、大支持 4*4,多天线技术-MIMO多天线技术,MIMO概念,MIMO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的空间特性（Spatial Signature），利用解调技术，最终恢复出原数据流。,MIMO概念MIMO技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并,MIMO的优点,阵列增益：可以提高发射功率和进行波束形成；系统的分集特性：可以改善信道衰落造成的干扰；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；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
20、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。,MIMO的优点阵列增益：可以提高发射功率和进行波束形成；,TD-LTE关键技术,频域多址技术 OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术 AMC快速MAC调度技术,TD-LTE关键技术频域多址技术 OFDM/SC-FDM,高阶调制,高阶调制可提高峰值速率.LTE 支持BPSK, QPSK, 16QAM 和64QAM.,高阶调制高阶调制可提高峰值速率.,TD-LTE关键技术,频域多址技术 OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术 AMC快
21、速MAC调度技术,TD-LTE关键技术频域多址技术 OFDM/SC-FDM,混合自动重传请求（ HARQ）,FEC：前向纠错编码 (Forward Error Correction)ARQ：自动重传请求(Automatic Repeat reQuest)HARQ=FEC+ARQ,混合自动重传请求（ HARQ）FEC：前向纠错编码 (For,TD-LTE关键技术,频域多址技术 OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术 AMC快速MAC调度技术,TD-LTE关键技术频域多址技术 OFDM/SC-FDM,链路自适应 AMC原理,QPSK, 16QAM 和64QAM.
22、“连续”的编码速率（0.07 0.93）.,链路自适应 AMC原理QPSK, 16QAM 和64QAM.,TD-LTE关键技术,频域多址技术 OFDM/SC-FDMAMIMO技术高阶调制技术HARQ技术链路自适应技术 AMC快速MAC调度技术,TD-LTE关键技术频域多址技术 OFDM/SC-FDM,MAC 调度,MAC 调度只在 eNodeB内MAC 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. 调度原理DL: to dynamically determine which UEs are supposed to receive DL-SCH tr
23、ansmission and on what resources UL:to dynamically determine which UEs are to transmit data on UL-SCH and on which uplink resources,MAC 调度,MAC 调度MAC 调度只在 eNodeB内MAC 调度,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TD-LTE与LTE FDD的区别,课程内容TD-LTE概述,TD-LTE与LTE FDD技术综合对比,TD-LTE与LTE FDD技术综合对比 技术体制TD-LT,双工方式对
24、比,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,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,TDD,FDD,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,TD-LTE 特有技术,FDD仅支持1:1上下行配比TDD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,上下行配比可调,多子帧调度/反馈,特殊时隙的应用,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TDD系统中，上行sounding RS和PRACH preamble可
25、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,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提出的解决方案有：multi-ACK/NAK，ACK/NAK捆绑（bundling）等 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,TD-LTE 特有技术FDD仅支持1:1上下行配比周期上下行,TDD与FDD同步信号设计差异,LTE 同步信号的周期是5ms，分为主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS）TD-LTE和LTE FDD帧结构中，同步信号的位置/相对位置不同
26、 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同步信号设计差异LTE 同步信号的周期是5ms,TDD与FDD组网对比,FDD和TDD 采用的链路级关键技术基本一致，解调性能相近TDD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,覆盖方面的对比,同频组网能力的对比,具体机制的不同,系统内干扰来源,频率规划，时隙规划,均可做到业务信道同频组网 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,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,TDD系统是时分系统，上下行时隙之间可能有干扰，
27、需要通过时隙规划来进行协调,FDD只有频率规划 TDD系统有频率规划和时隙规划,TDD与FDD组网对比 FDD和TDD 采用的链路级关键技术,TD-LTE的优势,频谱配置更具优势 支持非对称业务 智能天线的使用TD-LTE系统能有效的降低终端的处理复杂性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的优势频谱配置更具优势,TD-LTE的不足,使用HARQ技术时，TD-LTE使用的控制信令比LTE FDD更复杂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；要求全网同步,TD-LTE的不足使用HARQ技术时，TD-LTE使用的控制,TD-LTE_J基本原理及关键技术解析课件,
