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1、LTE技术基础知识培训,主讲人：练成栋中国移动通信集团上海有限公司计划部研发中心2010年5月,About us,中国移动通信集团 上海公司 计划发展部 研究发展中心,主要内容,TD-LTE系统性能仿真和评估,TD-LTE物理层关键技术,TD-LTE在上海世博会中的应用,TD-LTE概述,移动技术发展趋势,2001-2006年,2007年,TD-HSPA+ DL:25.2MbpsUL:19.2Mbps,DL:100MbpsUL:50Mbps,HSPA+DL40MBps; UL10Mbps,2010年,2008年,2009年,Mobile WiMAX Wave115Mbps,EV-DO Rel.
2、 0DL: 2.4MbpsUL:153.6kbps,cdma2000 1x 153.6kbps,D0 Rel. ADL: 3.1MbpsUL: 1.8Mbps,Do Rev B（ 多载波 DO）DL：46.5MbpsUL: 27Mbps,UMB DL: 100MbpsUL: 50Mbps,GREAN600kbps,Mobile WiMAX Wave230Mbps,TD-HSDPA2.88.4Mbps,TD-HSUPA2.26.6Mbps,WCDMA384Kbps,HSDPA1.8/3.6Mbps,HSDPA7.2MbpsHSUPA1.45.8Mbps,GPRS/EDGE 200kbps,LTE
3、-TDDDL:100MbpsUL:50Mbps,LTETDD+,16m100Mbps1Gbps,ITUIMT-Advanced(4G),UMB 100Mbps-1Gbps,100Mbps1Gbps,LTE+,B3G,LTEFDD,LTE概述,是3GPP 在R8中提出的一种新的宽带无线空中接口技术，可分为FDD和TDD两种模式TD-LTE是我国具有自主知识产权的第三代移动通信技术TD-SCDMA标准的后续演进技术LTE能够支持大于100公里半径的小区覆盖，在20MHz频谱带宽下提供DL 100Mbps / UL 50Mbps 的峰值速率，并明显改善小区边缘用户性能,LTE (Long Term
4、Evolution) 长期演进技术,LTE背景和发展,2004年12月，研究项目(SI)立项，3GPP需要开发一套系统与WiMAX抗衡,2009年1月至今，R8的完善和进一步优化（R9）,LTE Long Term Evolution,2008年4月至今，LTE-A的Study Item,LTE帧结构,在TDD中，5ms半帧由有4个普通的子帧和1个特殊子帧组成特殊子帧包括3个特殊时隙：UpPTS、GP和DwPTS,空口上支持FDD和TDD两种帧结构，无线帧长度均为10ms,LTE系统架构,在LTE系统架构中，RAN将演进成E-UTRAN且只有一个结点：eNodeB,LTE系统需求,1.25MH
5、z-20MHz 可变带宽,带宽需求,降低传输时延 用户面延迟（单 向）小于5ms 控制面延迟小于 100ms,5km内的小区半径优化 5km到30km：可接受的 性能下降 支持100km范围的小区,传输时延,数据速率,覆盖范围,建网成本,更高的带宽，更大的容量更高的数据传输速率更低的传输时延更低的运营成本,对0到15km/h的低 速环境优化 对15到120km/h保 持高性能 对120到350甚至 500km/h保持连接,移动性支持,上行峰值速率50Mbps 下行峰值速率100Mbps 频谱效率达到3GPP R6 的2-4倍 提高小区边缘用户的数据 传输速率,TD-LTE,3G/TD-LTE关
6、键技术比较汇总,CDMA/TDMA,更高的频谱利用率更加简单的接收机,OFDMA/SC-FDMA,SIMO/智能天线,提高传输速率,MIMO,16QAM,更高的调制，更精细的AMC,64QAM,单载波1.6MHz 实际组网5MHz,更大的传输带宽更高的峰值速率,支持20MHz,电路域,更加高效的资源利用,基于分组域，全IP,垂直网络结构，有RNC,更小的传输时延优化网络结构,扁平的网络结构，无RNC,硬切换,简化切换过程,软切换,多小区干扰抑制,OFDM系统小区内不存在干扰,多用户检测,3G,优化,简化,FDD/TDD独立帧结构,保证共存，提高效率简化FDD/TDD双模设备实现,优化的帧结构,
7、主要内容,TD-LTE系统性能仿真和评估,TD-LTE物理层关键技术,TD-LTE在上海世博会中的应用,TD-LTE概述,OFDM MIMO 其它,为什么OFDM？,CDMA自干扰系统，但多用户检测可以消除部分小区内干扰更好的抗多普勒频移效果支持更高带宽时检测和均衡复杂度高MIMO CDMA的检测复杂度高OFDMA/SC-FDMA小区内正交频选调度/AMC多用户频域分集MIMO OFDM的检测简单、灵活,OFDM技术的发展历史,OFDM在高速调制器中的应用开始研究,OFDM 应用在高频军事系统,OFDM应用于宽带数据通信和广播等,OFDM应用于 802.11a, WiMAX, LTE,OFDM
8、技术原理,OFDM的频谱,OFDM调制的效率很高不同子载波的频谱互相交叠但不同子载波之间正交,OFDM系统中的保护间隔,无保护间隔时，多径会造成ISI和ICI 有保护间隔，但保护间隔不传输任何信号 可以消除多径的ISI，但仍然存在ICI,为了完全消除 ISI, 每个OFDM符号需要引入一个循环前缀作为保护时间.保护时间间隔的应尽可能地小，但需要大于信道的时延扩展通常可以采用循环前缀的方式来实现每个OFDM符号的保护时间间隔，同时可以避免ICI,保护间隔的选择,为了完全消除 ISI和ICI, 引入CP作为保护.但是CP的引入会降低传输的效率： CP应尽可能地小， 但需要大于信道的时延扩展. 通常
9、可以采用循环前缀的方式来实现每个OFDM符号 保护时间间隔，同时可以避免ICI,宽带信道的频域信道冲击响应,OFDM中的自适应调制,32QAM, 5 bit/s/Hz,16QAM, 4 bit/s/Hz,8QAM, 3 bit/s/Hz,QPSK, 2 bit/s/Hz,BPSK, 1 bit/s/Hz,Threshold Levels,SNR dB,BPSK,8QAM,16QAM,QPSK,time,Excess SNR,功率控制向速率控制的转变！,频域多用户调度和分集增益,基于OFDM 的灵活多址方式,码字/时间/频率域的3维多址方式：OFDMA/CDMA/TDMA,Time,广义称为OF
10、DMA,WiFi,Mobile Wimax, WiBro, FLASH-OFDM,OFDM的优势与不足,可以有效的抗多径时延扩展（频率选择性衰落）更大的符号周期：M个子载波并行传输，符号周期扩大M倍；增加保护间隔CP：有效地抗多径效应高频谱效率子载波频谱相互重叠；多用户频域调度；容易实现，在基带可以全数字FFT实现,对频偏的敏感。频偏会导致 期望符号的幅度的降低，引 入ICI. 由于每个符号的时间周期扩 大，OFDM受时间选择性衰 落的影响（多普勒扩展和频 移）较大. 峰均比（PAPR/CM）较大,其 对功放的非线性特性比较敏 感，会降低功率的利用效率， 且提高终端的功放成本,LTE系统上行和
11、下行多址方案,时域产生信号，M点DFT变换到频域,多址技术:上行SC-FDMA,SC-FDMA发射机结构,Low PAPR,Low PAPR,High PAPR,每个子载波上的信号为M个符号的迭加,OFDMA与SC-FDMA性能比较,假设:指数衰减信道性能: 在达到目标PER时(0.1或0.01)，OFDMA比 SC-FDMA好3dB原因: 频选衰落，使SC-FDMA的正交性被破坏结论: OFDMA有更好的链路性能,假设：IFFT的尺寸为512，研究占用的子载波数/DFT的大小。OFDMA:不同的调制方式以及sub-carriers的分配对PAPR/CM的影响很小,随着sub-carriers
12、的增加PAPR趋近于同一个值;SC-OFDM:SC-FDMA的PAPR要比OFDMA低1.52dB。,OFDMA与SC-FDMA的PAPR比较,OFDM基本特征总结,时域循环前缀，抑制多径引起的ISI频域分成多个子载波，与信道编码结合对抗多径衰落子载波相互正交，提高频谱利用率时-频二维调度，提高系统性能可扩展OFDMA，使系统在移动环境中灵活适应信道带宽变化,含CP的OFDMA符号时域结构 含CP的OFDMA符号频域子载波结构,主要内容,TD-LTE系统性能仿真和评估,TD-LTE物理层关键技术,TD-LTE在上海世博会中的应用,TD-LTE概述,OFDM MIMO 其它,信道容量分析（1/2
13、）,容量公式：,信道容量分析（2/2）,容量公式：,增加带宽,提高信噪比,增加信道数,MIMO技术的发展历史,利用有限的频谱资源，在空间上开发，提高频谱利用率,MIMO系统收发端结构,MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）,实现多路数据流并行发送，获得空间复用增益，提高传输的有效性 实现多个子信道信号的有效合并，获得空间分集增益，提高传输的可靠性,MIMO信道容量分析,不同天线数目下，Shannon容量与SNR曲线,M：发射天线数N：接收天线数,信息论已经证明：当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时MIMO系统能够很好的提高系统的抗衰落和抗噪声性能，从
14、而获得巨大的容量,MIMO的理论容量上限：CSIT vs.CSIR,CSIT: Channel State Information known at the Transmitter;CSIR: Channel State Information known at the Receiver;,MIMO技术的分类,MIMO,LTE系统支持的MIMO模式,基于码本和公共导频,波束赋型Beamforming,复用Precoding,主要用于中低速的业务信道,基于非码本和DRS,主要用于中低速的业务信道,LTE系统中的MIMO方案,开环空间复用,MIMO-Spatial Multiplexing,普通的
15、空间复用，接收端和发送端无信息交互利用多天线间的独立信道衰落，增加系统容量,闭环空间复用,线性预编码（Precoding）系统,接收端根据信道估计得到信道信息；按照某种准则从码本中选取最优的预编码码字；然后将该码字的序号反馈给发射端；发射端根据反馈的序号从码本中选取相应的预编码码字进行预编码操作,空间分集的MIMO系统（1/2）,分集技术,空间分集：利用多根天线在不同的位置上发送和接收相同的信息，在空间域内提供信号的副本。为了保证多个发送或多个接收信号副本所经历的衰落独立，要求各根天线之间的距离足够大。,频率分集：通过在不同的载波频率上发送相同信息，在频率域内提供多个信号的副本。,时间分集：即
16、在多个不同的时隙上传输相同的信息，在时间域内提供多个信号的副本。,STBC空间分集,开环MIMO-STC系统,SFBC或STBC，通过编码获得空间分集增益多个天线进行发送，提高传输的可靠性,Beamforming（1/2）,智能天线-Beamforming,利用数字信号处理技术和信号传输的空间特性通过调整各天线阵元上发送信号的权值，产生空间定向波束，使无线信号的波束具有方向性,Beamforming（2/2）,智能天线:主波束自适应地跟踪用户主信号到达方向旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,智能天线在未来移动通信系统的应用：扩大系统的覆盖区域； 提高系统容量； 提高频谱利用效率； 降低基站发射功率
17、，节省系统 成本，减少信号间干扰与电磁环境污染,充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号,LTE系统上行虚拟MIMO复用方案,上行：Virtual MIMO (V-MIMO)UE侧天线数量受限，多个UE组成虚拟MIMO，实现多用户的复用,12天线时，传统做法是接收分集V-MIMO方案，使两个移动台可以在相同频率、相同时间发射信号，提高上行链路容量,主要内容,TD-LTE系统性能仿真和评估,TD-LTE物理层关键技术,TD-LTE在上海世博会中的应用,TD-LTE概述,OFDM MIMO 其它,LTE帧结构,在TDD中，5ms半帧由有4个普通的子帧和1个特殊子帧组成特殊子帧包括3个特殊时隙：
18、UpPTS、GP和DwPTS,空口上支持FDD和TDD两种帧结构，无线帧长度均为10ms,TD-LTE帧结构的优化,UpPTS进一步优化设计，从分利用TDD的信道的互易性短 RACH，降低开销Sounding RS获得TDD信道互易性，支持Beamforming灵活的GP 设置，可以最小化GP的开销，同时支持不同的覆盖半径110个 OFDM符号大小的GP， s最大可以支持100Km的覆盖半径灵活的上下行时隙配比，可以支持非对称业务和其它业务应用等 7 个DL/UL配置比例: 3/1, 2/2, 1/3, 6/3, 7/2, 8/1, 4/5更有利于TDD/FDD双模终端的实现,LTE链路自适应
19、(LA)技术,HARQ,LA Link Adaptation,其他。,HARQ,为充分利用信道，eNode B可以在未收到UE的ACK/NACK之前发送新的数据块使用N通道SAW协议可使用CC、FIR、PIR等软合并方式,HARQCC,HARQIR,AMC-OLLA,AMC：LTE中UE通过测量下行导频质量，可以上报15种MCS的一种（ CQI report ），而数据传输时，eNB可以选择使用29种MCS的任意一种；OLLA：发送端根据接收端反馈的ACK/NAK信息，在预测的SINR的基础上加上一定的余量（正负均可），然后根据修正后的SINR来决定数据传输的MCS，使第一次传输的误块率保持在
20、合理的水平。当收到NAK时，预测的SINR加上一个负的余量；当收到ACK时，预测的SINR加上一个正的余量。,干扰协调技术软频率复用,LTE支持同频组网,小区中心用户，同频组网小区边缘用户，采用3频组网，避免同频干扰通过频率的规划，实现用户间、小区间的干扰协调实现频率复用因子近似为1,主要内容,TD-LTE系统性能仿真和评估,TD-LTE物理层关键技术,TD-LTE在上海世博会中的应用,TD-LTE概述,Bps/Hz,比较LTE相对于HSPA，频谱效率提升23倍；基于TDD优化，TD-LTE的性能可以进一步提高30。基于R9的进一步优化和SDMA，TD-LTE的性能可进一步提升70。,TD-L
21、TE的不同演进版本与3G的性能比较,LTE vs.WiMAX vs. UMB,预编码与波束赋形的对比,适用于FDD模式,适用于TDD模式,TD-LTE的性能（频谱效率）,仿真结果解析：,1、随着天线数的增加，系统性能逐步上升,2、Case4Case3说明：在相同天线数4条件下，单流波束赋形的性 能好于单双流自适应的预编码技术。,3、Case5Case6说明：由于双极化天线的极化损失，使得波束赋形 单流的性能略有下降。,4、Case7Case5说明：波束赋形的方式也可以实现双流，并且性能 在所比较的Case中最好。,预编码技术,波束赋形技术,多入多出天线技术,单流,流自适应,流自适应,TD-LT
22、E的性能（边缘频谱效率）,仿真结果解析：,1、伴随天线数的增加，小区边缘的性能也逐步提高。,2、Case45Case23说明，单流波束赋形能够明显提高扇区覆盖能 力，提高小区边缘的用户速率。,3、Case6Case5说明，采用双极化天线后，边缘性能会有下降。,4、Case7Case6说明，采用动态的单双流自适应波束赋形，由于单双流 自适应算法的不精确性，边缘性能会有下降。,预编码技术,波束赋形技术,多入多出天线技术,Beamforming的覆盖增益,Beamforming has much gain on cell edge coverage,Data channel,Sounding时延对B
23、F性能的影响,下行信道信息通过上行SRS获得，天线切换可用于获得完全的信道状态信息.每5ms 2 个OFDM符号可以支持256个用户的5MHz带宽的Sounding（周期为20ms）3kmh的环境中， 50 ms SRS 周期也可获得较好的性能,主要内容,TD-LTE系统性能仿真和评估,TD-LTE物理层关键技术,TD-LTE在上海世博会中的应用,TD-LTE概述,2010世博会全面展示TD-LTE技术,移动高清视频,TD-LTE世博会示范网络得到了全球产业最广泛的支持,Altair,系统,芯片,数据卡和CPE,TD-LTE技术在2010年上海世博会首航,世博园区概述,规划场址：卢浦大桥中山南
24、二路南浦大桥浦东南路规划面积5.28平方公里，其中围栏区域（收取门票）范围约为3.28平方公里,园区内共规划220个各类场馆，包括“一轴四馆”、91个国家馆、17个企业馆等园区共规划8个人行出入口，其中浦西3个、浦东5个园区与周边共有5条轨道交通线，24处公交枢纽站与停车场，6个轮渡渡口世博期间总参观人数将达7000万人次，平均日参观人数为40万，高峰日为60-80万。主要分布在园区出入口、热门场馆、餐饮娱乐设施、主题活动广场和公交运输等热点区域,世博园功能片区划分,A片区,B片区,C片区,D片区,E片区,世博村,TD-LTE网络规模室外宏站,LTE室外站规模为13+1+3 13个世博2/3G
25、/LTE共建站1个藏南，为现网站3个补盲用街道站,TD-LTE网络规模室内覆盖,LTE室内覆盖9处浦东7个场馆浦西2个场馆,LTE演示网核心网建设,核心网部署机房：金桥66幢二干二机房设备厂商：共5家国际主流厂商室外覆盖建设：华为室内覆盖建设：摩托、上海贝尔、中兴、大唐、华为核心网建设周期：2009.92009.12,LTE演示网核心网建设,室外宏站网络结构,MME,SAE GW,HSS,室外,NTP-Server,CG,MSTP,eNodeB,CE1-1,防火墙1-1,CE1-2,防火墙1-2,WDM,CMNET,1626+1850,防火墙,世博园区网,世博信息专网,传送网2,网管系统,业务
26、平台,4507,CM-IMS,华为,ODF架,金桥二干二机房,二干二机房监控室,LTE演示网核心网建设,室内覆盖网络结构,室内,MSTP,ODF架,MSTP传输设备出两个GE接口（光）至核心网机房ODF架，ODF架出8个GE（光）,LTE演示网核心网建设,室内,公用防火墙1,公用防火墙2,WDM,CMNET,1626+1850,4507,CM-IMS,ODF架,WDM传输设备出两个GE接口（光）至核心网机房ODF架，ODF架出2个GE（光）到2个公用防火墙,TD-LTE演示业务,业务介绍1移动高清视频监控业务,视频采集点基站定点（4个点）（固定：拍摄重要场馆出入口）金桥机房内部（1个点）（固定
27、）公交车内部（4个点）（移动）轮渡内部（1个点）（移动） 测试车外部（1个点）（移动） 单人便携设备（2个点）（便携） 演示观看点世博局指挥中心监控室2辆TD-LTE演示车轮渡内部屏幕上,前端采集,LTE-SAE回传,业务展示,移动性、实时性,单人手持,轮渡,视频监控平台,LTE/SAE,世博监控中心,监控前端,LTE UE,LTE演示车,公交车,渡船,基站定点,测试车,金桥机房,移动高清视频监控业务分类固定前端采集的视频移动前端采集的视频单人手持便携前端采集的视频（便携视传）演示对象世博局政府领导、媒体、专家等VIP公众,业务介绍2移动高清会议业务,业务简介无线环境下720P（单屏上下行各4
28、Mbps）高清制式的远程视频会议服务，体验LTE带来的高带宽、实时交互性。演示对象政府官员、通信专家、主流媒体演示地点1号演示车（无线）2号测试车（无线）主题馆VIP室（有线）长寿5楼移动指挥中心（有线）,演示车网真系统,主题馆/长寿大楼网真系统,网真平台,误码、丢包、延时、带宽不稳定、瞬断,业务介绍3高清实景导航业务,业务简介高清实景导航业务结合了海量360度三维全景图像采集、定位、处理、传输、播放等技术，将真实世界进行实景还原。该业务通过安放于渡轮的3块移动信息屏，为参观者提供1080P高清分辨率格式的实景导航业务。参观者能在显示屏上观看到与船外类似的景观，但视角更为开阔，并且包含更丰富的
29、信息，如场馆介绍、经纬度、风向、水深等。演示对象政府官员、通信专家、主流媒体、公众演示地点渡轮内屏幕上,业务介绍4移动高清视频点播业务,业务简介点播远程服务器上的16路视频片源，以16分屏的形式同时向参观者展示出16路图像。TD-LTE网络能够在移动情况下提供平均高达8Mbps的下行带宽，保证了图像的高清晰度和流畅性。图像内容由上海文广提供演示对象政府官员、通信专家、主流媒体演示地点：1号演示车2号测试车,业务介绍5高速上网卡业务,业务简介在有室内覆盖的场馆内，向友好媒体发放TD-LTE上网卡，让媒体记者亲身感受TD-LTE带来的极速网上冲浪的快感。向普通参观者展示TD-LTE上网卡带来的无线
30、高速上网体验。打开黑豆主页，观看高清视频节目下载软件，让参观者见证下载速度演示对象友好媒体公众演示地点：主题馆美国馆（待定）信息通信馆（待定）,业务介绍6即摄即传业务,即摄即传业务根据演示对象分为即摄即传业务和即摄即播业务业务简介即摄即传业务：参观者能够实时观看到演示人员利用家用DV在园区内现场拍摄的场景即摄即播业务：媒体记者使用专业摄像机在世博园区内进行拍摄的同时能方便快捷地将正在拍摄的标清视频图像通过TD-LTE网络实时传送到位于世博中心的新华社电视导播台演示对象即摄即传业务：供政府官员、通信专家、主流媒体参观即摄即播业务：供新华社使用前端采集区域1套即摄即传设备、2套即摄即播设备在规定区
31、域内采集图像（区域待定）演示地点1号演示车观看2号测试车观看,LTE/SAE,即摄即播业务,即摄即传业务,即摄即传业务平台,LTE演示车,新华社采编播中心,演示车综合业务,2辆综合业务演示车集成了大部分TD-LTE演示业务视频监控业务高清视频监控便携视传移动高清会议业务两辆演示车相互间与长寿5楼指挥中心间与主题馆VIP室间高清视频点播业务即摄即传业务极速上网LTE宣传片播放演示地点浦东：1号演示车浦西：2号测试车,1号屏移动高清会议,2号屏视频监控便携视传观看,3号屏高清视频点播LTE宣传片,TD-LTE示范网业务体验全景,TD-LTE业务演示区域,即摄即传区域,移动视传区域,公交视频回传路线,演示车路线,轮渡导航路线,高清视频会议点,TD-LTE终端,（正面）,（背面）,基于ASIC,海思+华为,数据卡,CPE,创毅视讯+伟创力,Sequans+GemTek,创毅视讯+联想移动,基于ASIC,基于FPGA,华为,基于ASIC,谢 谢！,
