TD-LTE技术基本原理课件

1.TD-LTE技术技术基本原理基本原理 TD-LTETD-LTE系统概述系统概述1 TD-LTETD-LTE帧结构及物理信道帧结构及物理信道3 TD-LTETD-LTE物理层过程物理层过程4 TD-LTETD-LTE关键技术关键技术2 TD-LTETD-LTE系统概述系统概述1nLTE需求需求n3GPP标准演进标准演进nLTE体系结构体系结构nLTE技术特征技术特征LTELTE的需求的需求LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进，LTE并非人们普遍误解的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准，这种以OFDM/FDMA为核心的技术可以被看作“准4G”技术。在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。移移动互互联网网-宽带与移与移动的的结合合移移动通信向通信向宽带发展展3GPP标准的演准的演进LTE LTE 体系结构体系结构EPC：分为移动性管理实体MME和SAE接入网关两部分，具有GGSN、SGSN 节点和RNC 的部分功能，分别完成EPC的控制面和用户面功能。E-UTRA：包含唯一的节点eNB，提供E-UTRA用户面RLC/MAC/物理层协议的功能和控制面RRC协议的功能。新的LTE架构中，没有了原有的Iu和Iub以及Iur接口，取而代之的是新接口S1和X2。E-UTRANE-UTRAN和和EPCEPC的功能划分的功能划分E-UTRAN和EPC之间的功能划分图，可以从LTE在S1接口的协议栈结构图来描述，如下图所示黄色框内为逻辑节点，白色框内为控制面功能实体，蓝色框内为无线协议层。控制面协议结构控制面协议结构RRC完成广播、寻呼、RRC连接管理、RB控制、移动性功能和UE的测量报告和控制功能。RLC和MAC子层在用户面和控制面执行功能没有区别。用用户面面协议结构构用户面各协议体主要完成信头压缩、加密、调度、ARQ和HARQ等功能。下行峰值速率：100 Mb/s（20 MHz带宽），），对应 5 bps/Hz频谱效率。上行峰值速率：50Mb/s（20 MHz带宽），），对应 2.5 bps/Hz频谱效率。峰值速率：带宽5MHz时，每小区至少同时支持200 个active的用户。可容纳用户能力：对于低速 0 至15 km/h环境，系统提供最优性能。对于中速15 至120 km/h环境，系统提供较好的性能。对于高速120 km/h to 350 km/h环境，系统保证通话能力。也考虑高达500 km/h环境中的传输。移动性：一般情况，小区半径5 km,满足所有的性能要求。小区半径30 km时，允许少许性能损失，但仍能提供常规服务。也考虑小区半径高达100 km的情况。覆盖范围：支持灵活带宽配置：支持六种带宽配置：1.4MHz,3MHz,5MHz,10MHz,15MHz及20MHz。LTE基本要求基本要求LTE的需求和基本技的需求和基本技术 TD-LTETD-LTE关键技术关键技术2下行下行OFDM技术技术上行上行SC-FDMA技术技术 MIMO技术技术多天线技术多天线技术链路自适应链路自适应:速率控制速率控制动态调度：信道调度、动态调度：信道调度、HARQ支持支持FDD和和TDD两种双工方式两种双工方式OFDM发展展历史史2000s1990s1970s1960sOFDM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,802.16,LTE关键技术帧结构物理信道物理层过程OFDM概述概述 正交频分复用技术，多载波调制的一种。将一个宽频信道分成若干正交子信道，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。概念关键技术帧结构物理信道物理层过程频域波形f宽频信道信道正交子信道正交子信道OFDM概述概述 关键技术帧结构物理信道物理层过程OFDM优势-对比比 FDM与传统FDM的区别？传统传统FDM:为避免载波间干扰，需要在相邻的载波间保留一定保护间隔，大大为避免载波间干扰，需要在相邻的载波间保留一定保护间隔，大大降低了频谱效率。降低了频谱效率。FDMOFDMOFDM:各各(子子)载波重叠排列，同时保持载波重叠排列，同时保持(子子)载波的正交性（通过载波的正交性（通过FFT实现）。实现）。从而在相同带宽内容纳数量更多从而在相同带宽内容纳数量更多(子子)载波，提升频谱效率。载波，提升频谱效率。关键技术帧结构物理信道物理层过程OFDMOFDMCDMA CDMA 信号传输信号传输在整个系统带宽中可变的信号传输在整个系统带宽中固定符号周期符号周期很长-由子载波间隔和系统带宽共同可以符号周期很短-系统带宽倒数用户区分用户间通过FDMATDMA方式以子载波为单位区分所有信号传输在全部的系统带宽中频谱效率非常高的频谱效率较低的频谱效率多径检测对多径问题的检测十分简单对抗多径检测方法非常复杂OFDM优势-对比比 CDMA关键技术帧结构物理信道物理层过程考虑到系统设计的复杂程度及成本，考虑到系统设计的复杂程度及成本，OFDMOFDM更适用于宽带移动通信更适用于宽带移动通信OFDMOFDMTD-SCDMA TD-SCDMA 抗多径干扰能力可不采用或采用简单时域均衡器将高速数据流分解为多条低速数据流并使用循环前缀(CP)作为保护，大大减少甚至消除符号间干扰。对均衡器的要求较高高速数据流的符号宽度较短，易产生符号间干扰。接收机均衡器的复杂度随着带宽的增大而急剧增加与MIMOMIMO结合系统复杂度随天线数量呈线性增加每个子载波可看作平坦衰落信道，天线增加对系统复杂度影响有限系统复杂度随天线数量增加呈幂次变化需在接收端选择可将MIMO接收和信道均衡混合处理的技术，大大增加接收机复杂度。带宽扩展性带宽扩展性强，LTE支持多种载波带宽在实现上，通过调整I IFFTFFT尺寸即可改变载波带宽，系统复杂度增加不明显。带宽扩展性差需要通过提高码片速率或多载波CDMA来支持更大带宽，接收机复杂度大幅提升。频域调度频域调度灵活频域调度颗粒度小（180kHz）。随时为用户选择较优的时频资源进行传输，从而获得频选调度增益。频域调度粗放只能进行载波级调度（1.6MHz)，调度的灵活性较差。OFDM优势-对比比 TD-SCDMA关键技术帧结构物理信道物理层过程OFDM不足不足OFDM输出信号是多个子载波时域相加的结果，子载波数量从几十个到上千个，如果多个子载波同相位，相加后会出现很大幅值，造成调制信号的动态范围很大。因此对RF功率放大器提出很高的要求较高的峰均比（高的峰均比（PARP）受受频率偏差的影响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，时域密度大于TD-S）来减弱此问题带来的影响子子载波波间干干扰(ICI）折射、反射较多时，多径时延大于CP(Cyclic Prefix，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受时间偏差的影响偏差的影响ISI(符号符号间干干扰）&ICI关键技术帧结构物理信道物理层过程LTE多址方式多址方式-下行下行OFDMA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。因为子载波相互正交，所以小区内用户之间没有干扰。时域波形tpower峰均比示意图下行多址方式下行多址方式OFDMA下行多址方式特点下行多址方式特点关键技术帧结构物理信道物理层过程同相位的子载波的波形在时域上直接叠加。因子载波数量多，造成峰均比(PAPR)较高，调制信号的动态范围大，提高了对功放的要求。分布式：分配分布式：分配给用用户的的RB不不连续集中式：集中式：连续RB分分给一个用一个用户优点：调度开销小优点：频选调度增益较大频率时间用户A用户B用户C子载波在这个调度周期中，用户A是分布式，用户B是集中式LTE多址方式多址方式-上行上行SC-FDMA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。注意不同的是：任一终端使用的子载波必须连续上行多址方式上行多址方式SC-FDMA上行多址方式特点上行多址方式特点关键技术帧结构物理信道物理层过程考虑到多载波带来的高PAPR会影响终端的射频成本和电池寿命，LTE上行采用Single Carrier-FDMA（即SC-FDMA）以改善峰均比。SC-FDMA的特点是，在采用IFFT将子载波转换为时域信号之前，先对信号进行了FFT转换，从而引入部分单载波特性，降低了峰均比。频率时间用户A用户B用户C子载波在任一调度周期中，一个用户分得的子载波必须是连续的OFDM vs.SC-FDMA（上行）（上行）SC-FDMA是一种调制技术的合并，它将频率灵活配置与OFDM的优势相结合同时又具有非常小的PAPR值；关键技术帧结构物理信道物理层过程MIMOMIMO技术技术在发送端和接收端同时使用多根天线进行数据的发送和接收；在发送端每根天线上发送的数据比特不同；在多散射体的无线环境中，来自每个发射天线的信号在每个接收天线中是不相关的，并在接收机端利用这种不相关性对多个天线发送的数据进行分离和检测；可以产生多个并行的信道（信道数小于等于发射和接收的最小天线数），并且每个信道上传递的数据不同，从而提高信道容量关键技术帧结构物理信道物理层过程MIMOMIMO技术特点技术特点关键技术帧结构物理信道物理层过程空间复用空间复用-预编码技术预编码技术关键技术帧结构物理信道物理层过程基于预编码的空间复用是将多个数据流在发送之前使用一个预编码矩阵进行线性加权。预编码可以用来对多个并行传输进行正交化，从而增加在接收端的信号隔离度。预编码还提供将NL个空间复用信号映射到NT个传输天线上的作用，通过提供空间复用和波束赋形带来增益。空间复用空间复用-MU-MIMO关键技术帧结构物理信道物理层过程基站将占用相同时频资源的多个数据流发送给不同用户下行同时支持SU-MIMO和MU-MIMOSU-MIMO(SDM)SU-MIMO(SDM)MIMO与智能天与智能天线的区的区别关键技术帧结构物理信道物理层过程 不同天线上发送不同天线上发送相同的数据比特相同的数据比特不同天线上发送不同天线上发送不同的数据比特不同的数据比特提高链路可靠提高链路可靠性，充分利用性，充分利用现有的信道现有的信道增加额外信道增加额外信道利用波束赋形为特定用户提利用波束赋形为特定用户提供定向波束，降低多址干扰供定向波束，降低多址干扰提供空间多路复用增提供空间多路复用增益，提高益，提高信道容量信道容量发射天线间距发射天线间距较小较小发射天线间距足够发射天线间距足够大，与移动环境有关大，与移动环境有关关键技术帧结构物理信道物理层过程MIMOMIMO技术技术符号符号间保保护间隔隔-概述概述符号间无保护间隔时，多径会造成ISI和ICIISI:Inter-symbol Interference，符号间干扰ICI:Inter-Carrier Interference，载频间干扰无保无保护间隔隔时间幅度接收端同时收到前一个符号的多径延迟信号（紫色虚线）和下一个符号的正常信号（红色实线），影响了正常接收。时域上看受到了ISI，频域上看受到了ICI关键技术帧结构物理信道物理层过程CDMACDMA符号间保护间隔符号间保护间隔-空白间隔空白间隔有保护间隔，但保护间隔不传输任何信号可以有效消除多径的ISI，但引入了ICI有空白保有空白保护间隔隔时间幅度FFT积分周期保护间隔OFDM符号符号之间空出一段时间做为保护间隔，这样做可以消除ISI（因为前一个符号的多径信号无法干扰到下一个符号），但同时引起符号内波形无法在积分周期内积分为0，导致波形在频域上无法和其他子载波正交。应用于应用于CDMACDMA系统。因为系统。因为CDMACDMA载波间采用载波间采用传统传统FDMFDM分隔，所以频域信号即使有一定分隔，所以频域信号即使有一定偏差也没有问题偏差也没有问题关键技术帧结构物理信道物理层过程OFDM符号符号间保保护间隔隔-CP保护间隔中的信号与该符号尾部相同，即循环前缀（Cyclic Prefix,简称CP）既可以消除多径的ISI,又可以消除ICI循循环前前缀做保做保护间隔隔CP使一个符号周期内因多径产生的波形为完整的正弦波，因此不同子载波对应的时域信号及其多径积分总为0，消除载波间干扰(ICI)应用于用于OFDM系系统。每个子。每个子载波波宽度度仅为15kHz且交叠存在，子且交叠存在，子载波波间干干扰（ICI）对系系统影响影响较大，因此采用大，因此采用CP消除消除ICI关键技术帧结构物理信道物理层过程LTE系系统多天多天线技技术的的应用用多路信道传输同样信息多路信道同时传输不同信息多路天线阵列赋形成单路信号传输包括时间分集，空间分集和频率分集提高接收的可靠性和提高覆盖适用于需要保证可靠性或覆盖的环境理论上成倍提高峰值速率适合密集城区信号散射多地区，不适合有直射信号的情况最大比合并最小均方误差或串行干扰删除波束赋形（波束赋形（BeamformingBeamforming）发射分集发射分集 分集合并通过对信道的准确估计，针对用户形成波束，降低用户间干扰可以提高覆盖能力，同时降低小区内干扰，提升系统吞吐量空间复用空间复用多天线技术：分集、空间复用和波束赋形多天线技术：分集、空间复用和波束赋形关键技术帧结构物理信道物理层过程多天线分集的作用多天线分集的作用天线分集是重要的抗衰落手段 天线相距较远，与多径扩散有关（基站、终端）宏分集、微分集 空间分集、极化分集、角度分集接收分集技术是成熟的技术 主要是基站和车载台使用 接收机需做分集合并：最大比合并、等增益合并、选择性合并发送分集技术近年来受到关注 以发射机的体积、重量、功耗和复杂性的提高来换取接收机相应要求的下降；开环方式、闭环方式传输分集传输分集-TSTD-TSTD TSTD(Time Switched Transmit Diversity)TSTD(Time Switched Transmit Diversity)在任意时刻只有一个天线被激活 一个数据流在多根天线中进行选择发送LTE系统上行天线选择技术可以作为是TSTD的对照天线模式相关概念天线模式相关概念关键技术帧结构物理信道物理层过程“码字”与“流”的概念相同，LTE目前有单流或双流；信道条件好时，可使用双流-空间复用信道条件不好时，可切换成分集模式或波束赋形层与秩（rank）的概念相同，秩为1，2，3，4，表示任一时刻终端和基站间的独立传播信道的个数公共导频的逻辑天线端口有1、2、4三种情况也就是说，即便最多可使用4个逻辑天线进行空间复用传输，仍然只传输两个信息流典型传输模式中对应的基本概念典型传输模式中对应的基本概念传输模式传输模式流流秩秩逻辑天线端口数逻辑天线端口数物理天线数物理天线数CRSDRS发射分集发射分集1 11 12 2N/A2828空间复用空间复用1 11 12 22 22 228282 22 22 228283 34 48 84 44 48 8波束赋型波束赋型 1 11 12 21 18 81 12 22 22 28 8 波束赋型中的业务信道与控制信道使用的参考信号不同：业务信道使用Port 5专用参考信号（单流波束赋形）或Port 7,8(双流波束赋形）控制信道使用2天线端口发射分集模式这意味着，这意味着，TD-LTETD-LTE中的波束赋形仅仅是业务信道的（解调用参考信号在中的波束赋形仅仅是业务信道的（解调用参考信号在port 5port 5和业务信和业务信道一起发送），控制信道仍然采用全向方式发送给终端道一起发送），控制信道仍然采用全向方式发送给终端关键技术帧结构物理信道物理层过程LTELTE传输模式传输模式-概述概述ModeMode传输模式传输模式技术描述技术描述应用场景应用场景1 1单天线传输信息通过单天线进行发送无法布放双通道室分系统的室内站2 2发射分集同一信息的多个信号副本分别通过多个衰落特性相互独立的信道进行发送信道质量不好时，如小区边缘3 3开环空间复用 终端不反馈信道信息，发射端根据预定义的信道信息来确定发射信号信道质量高且空间独立性强时4 4闭环空间复用 需要终端反馈信道信息，发射端采用该信息进行信号预处理以产生空间独立性信道质量高且空间独立性强时。终端静止时性能好5 5多用户MIMO 基站使用相同时频资源将多个数据流发送给不同用户，接收端利用多根天线对干扰数据流进行取消和零陷。6 6单层闭环空间复用 终端反馈RI=1时，发射端采用单层预编码，使其适应当前的信道7 7单流Beamforming发射端利用上行信号来估计下行信道的特征，在下行信号发送时，每根天线上乘以相应的特征权值，使其天线阵发射信号具有波束赋形效果信道质量不好时，如小区边缘8 8双流Beamforming结合复用和智能天线技术，进行多路波束赋形发送，既提高用户信号强度，又提高用户的峰值和均值速率传输模式是针对单个终端的。同小区不同终端可以有不同传输模式eNB自行决定某一时刻对某一终端采用什么传输模式，并通过RRC信令通知终端模式3到模式8中均含有发射分集。当信道质量快速恶化时，eNB可以快速切换到模式内发射分集模式关键技术帧结构物理信道物理层过程LTELTE传输模式传输模式-发射分集（发射分集（Mode 2Mode 2）（频率偏移发射分集）(空频块编码）天线端口0传原始调制符号 天线端口1传原始符号的变换符号 天线端口0与2(1与3）为一个天线端口对，二者之间为SFBC天线端口0与1在频域上交替传送原始信号，二者之间为FSTD;2与3传送相应的交换信号,亦为FSTD。发射分集利用了天线间的弱相关性，在天线对上传送原始信号及其变换符号（一般为原始符号的共轭），提高信号传输的可靠性。既可用于业务信道，又可用于控制信道。两天线端口两天线端口-SFBC-SFBC四天线端口四天线端口-SFBC+FSTD-SFBC+FSTD关键技术帧结构物理信道物理层过程普通的空间复用，接收端和发送端无信息交互基于非码本的预编码：基于终端提供的SRS(探测参考信号)或DMRS(解调参考信号)获得的CSI，基站自行计算出预编码矩阵基于码本的预编码：基于终端直接反馈的PMI(预编码矩阵索引号)从码本中选择预编码矩阵 空间复用利用了天线间空间信道的弱相关性，在相互独立的信道上传送不同的数据流，提高数据传输的峰值速率只应用于下行业务信道（为了确保传输，控制信道普遍采用发送分集）开环空间复用开环空间复用闭环空间复用闭环空间复用关键技术帧结构物理信道物理层过程LTELTE传输模式传输模式-空间复用（空间复用（Mode 3,4,6Mode 3,4,6）传统波束赋形小间距的天线阵列，使用较多天线单元；提高峰值速率，小区覆盖，降低小区间干扰；关键技术帧结构物理信道物理层过程波束波束赋赋形形波束赋型只应用于业务信道控制信道仍使用发射分集保证全小区覆盖（类比于TD-SCDMA中PCCPCH也是广播发射）可以不需要终端反馈信道信息平均路损和来波方向可通过基站测量终端发射的SRS（Sounding Reference Signal，探测参考信号，类比于TD-SCDMA里的midamble码）TDDTDD的特有技术的特有技术，利用上，利用上下行信道互易性得到下下行信道互易性得到下行信道信息行信道信息两个波束传递相同信息，获得分集增益+赋型增益两个波束传递不同信息，获得复用增益+赋型增益产生定向波束，获得赋型增益定义定义波束赋型是发射端对数据先加权再发送，形成窄的发射波束，将能量对准目标用户，提高目标用户的信噪比，从而提高用户的接收性能。特点特点单流单流beamformingbeamforming双流双流beamformingbeamforming关键技术帧结构物理信道物理层过程LTELTE传输模式传输模式-波束赋形（波束赋形（Mode 7Mode 7，8 8）接收机使用来自多个信道的副本信息能比较正确的恢复出原发送信号，从而获得分集增益。手机受电池容量限制，因此在上行链路中采用接收分集也可有效降低手机发射功率LTELTE上行天线技术：接收分集上行天线技术：接收分集 MRC（最大比合并）线性合并后的信噪比达到最大化相干合并：信号相加时相位是对齐的越强的信号采用越高的权重适用场景：白噪或干扰无方向性的场景原理 IRC（干扰抑制合并）（干扰抑制合并）合并后的SINR达到最大化有用信号方向得到高的增益干扰信号方向得到低的增益适用场景：干扰具有较强方向性的场景。接收分集的主要算法：MRC&IRC由于IRC在最大化有用信号接收的同时能最小化干扰信号，故通常情况IRC优于MRC天线数越多及干扰越强时，天线数越多及干扰越强时，IRCIRC增益越大增益越大IRCIRC需进行干扰估计，计算复杂度较大需进行干扰估计，计算复杂度较大性能比较初期引入建议：初期引入建议：IRC性能较好，故建议厂商支持IRC 鉴于IRC复杂度较大，厂商初期可能较难支持，故同时要求MRC 关键技术帧结构物理信道物理层过程保证发送功率恒定的情况下，通过调整无线链路传输 的调制方式与编码速率，确保链路的传输质量当信道条件较差时选择较小的调制方式与编码速率，当信道条件较好是选择较大的调制方式，从而最大化了传输速率关键技术帧结构物理信道物理层过程链路自适应链路自适应-速率控制速率控制(AMC)(AMC)速率控制可以充分利用所有的功率基本思想基本思想对于某一块资源，选择信道传输条件最好的用户进行调度，从而最大化系统吞吐量；关键技术帧结构物理信道物理层过程信道调度信道调度LTELTE系统支持基于频域的信道调度系统支持基于频域的信道调度相对于单载波CDMA系统，LTE系统的一个典型特征是可以在频域进行信道调度和速率控制关键技术帧结构物理信道物理层过程信道调度信道调度下行：基于公共参考信号上行：基于探测参考信号FECFEC：前向纠错编码：前向纠错编码;ARQ;ARQ：自动重传请求：自动重传请求;HARQ;HARQ：ARQ+FECARQ+FEC自适应/非自适应HARQ自适应HARQ：自适应HARQ是指重传时可以改变初传的一部分或者全部属性，比如调制方式，资源分配等，这些属性的改变需要信令额外通知。非自适应HARQ：非自适应的HARQ是指重传时改变的属性是发射机与接收机实现协商好的，不需要额外的信令通知LTELTE下行采用自适应的下行采用自适应的HARQHARQLTELTE上行同时支持自适应上行同时支持自适应HARQHARQ和非自适应的和非自适应的HARQHARQ非自适应的非自适应的HARQHARQ仅仅由仅仅由PHICHPHICH信道中承载的信道中承载的NACKNACK应答信息来触发应答信息来触发自适应的自适应的HARQHARQ通过通过PDCCHPDCCH调度来实现，即基站发现接收输出错误之后，不反馈调度来实现，即基站发现接收输出错误之后，不反馈NACKNACK，而是通过调度器调度其重传所使用的参数，而是通过调度器调度其重传所使用的参数关键技术帧结构物理信道物理层过程HARQHARQLTE FDDLTE FDD的的RTTRTT确定为确定为8ms8ms，最大进程数目为，最大进程数目为8 8关键技术帧结构物理信道物理层过程HARQ HARQ RTTRTT与进程数与进程数对于TDD来说，其RTT大小不仅与传输时延、接收时间和处理时间有关，还与TDD系统的时隙比例、传输所在的子帧位置有关TDD 系统的进程数目关键技术帧结构物理信道物理层过程HARQ HARQ RTTRTT与进程数与进程数LTE系统充分使用序列的随机化避免小区间干扰一般情况下，加扰在信道编码之后、数据调制之前进行即比特级的加扰PDSCH，PUCCH format 2/2a/2b，PUSCH：扰码序列与UE id、小区id以及时隙起始位置有关PMCH：扰码序列与MBSFN id和时隙起始位置有关PBCH，PCFICH，PDCCH：扰码序列与小区id和时隙起始位置有关PHICH物理信道的加扰是在调制之后，进行序列扩展时进行加扰扰码序列与小区id和时隙起始位置有关部分物理信道和物理信号通过随机选取Cyclic shift值进行加扰PUCCH所使用的序列的循环移位值，通过伪随机序列产生，该序列与小区id有关上行解调参考信号所使用的序列的循环移位值，通过伪随机序列产生，该序列与小区id有关关键技术帧结构物理信道物理层过程小区间干扰消除小区间干扰消除-加扰加扰目前LTE上下行都可以支持跳频传输，通过进行跳频传输可以随机化小区间的干扰除了PBCH之外，其他下行物理控制信道的资源映射均于小区id有关PDSCH、PUSCH以及PUCCH采用子帧内跳频传输PUSCH可以采用子帧间的跳频传输关键技术帧结构物理信道物理层过程跳频传输跳频传输 TD-LTE TD-LTE帧结构及物理信道帧结构及物理信道3主要内容主要内容帧结构帧结构物理信道物理信道FDD Frame Structure（Type 1）-FDD 特点：适用于全双工FDD、半双工FDD和TDD，在FDD中，上行和下行具有相同的帧结构，但是使用不同的范围。（Ts=1/(15000*2048)=32.55ns）关键技术帧结构物理信道物理层过程FDD Frame Structure（Type 1）-TDDTD-LTE帧结构子帧:1ms时隙0.5ms#0DwPTS特殊子帧:1ms#2#3#4半帧:5ms半帧:5ms帧:10msGPUpPTSTD-LTE帧结构特点：无论是正常子帧还是特殊子帧，长度均为1ms。FDD子帧长度也是1ms。一个无线帧分为两个5ms半帧，帧长10ms。和FDD LTE的帧长一样。特殊子帧 DwPTS+GP+UpPTS=1msDL-UL ConfigurationSwitch-point periodicitySubframe number012345678905 msDSUUUDSUUU15 msDSUUDDSUUD25 msDSUDDDSUDD310 msDSUUUDDDDD410 msDSUUDDDDDD510 msDSUDDDDDDD65 msDSUUUDSUUD TD-LTE上下行配比表转换周期为5ms表示每5ms有一个特殊时隙。这类配置因为10ms有两个上下行转换点，所以HARQ的反馈较为及时。适用于对时延要求较高的场景转换周期为10ms表示每10ms有一个特殊时隙。这种配置对时延的保证略差一些，但是好处是10ms只有一个特殊时隙，所以系统损失的容量相对较小关键技术帧结构物理信道物理层过程TD-LTE帧结构和TD-SCDMA帧结构对比子帧:1ms#0DwPTS特殊子帧:1ms#2#3#4GPUpPTS正常时隙:0.675msGP#1#2#0#3#4#5#6DwPTSUpPTS特殊时隙总长:0.275msTD-SCDMA 半帧:5msTD-LTE 半帧:5msTD-LTE和TD-SCDMA帧结构主要区别：1.时隙长度不同。TD-LTE的子帧（相当于TD-S的时隙概念）长度和FDD LTE保持一致，有利于产品实现以及借助FDD的产业链2.TD-LTE的特殊时隙有多种配置方式，DwPTS,GP,UpPTS可以改变长度，以适应覆盖、容量、干扰等不同场景的需要。3.在某些配置下，TD-LTE的DwPTS可以传输数据，能够进一步增大小区容量4.TD-LTE的调度周期为1ms，即每1ms都可以指示终端接收或发送数据，保证更短的时延。而TD-SCDMA的调度周期为5ms关键技术帧结构物理信道物理层过程TD-LTETD-LTE和和TD-SCDMATD-SCDMA邻邻频频共存共存（1 1）TD-S=3:3根据仿真结果，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为26Mbps左右（采用10:2:2，特殊时隙可以用来传输业务）TD-LTE=2:2+10:2:2?TD-SCDMA时隙=675usDwPTS=75us GP=75us UpPTS=125usTD-LTE子帧=1ms=30720Ts10:2:2=21952Ts:4384Ts:4384Ts3:9:2=6592Ts:19744Ts:4384TsTD-SCDMATD-LTE1.025ms=2.15ms特殊时隙特殊时隙共存要求：上下行没有交叠（图中TbTa）。则TD-LTE的DwPTS必须小于0.85ms（26112Ts)。可以采用10:2:2的配置0.675ms1ms关键技术帧结构物理信道物理层过程TD-SCDMATD-LTETD-SCDMA时隙=675usDwPTS=75us GP=75us UpPTS=125usTD-LTE子帧=1ms=30720Ts10:2:2=21952Ts:4384Ts:4384Ts3:9:2=6592Ts:19744Ts:4384Ts0.7ms0.675ms1ms=1.475ms共存要求：上下行没有交叠（图中TbTa）。则TD-LTE的DwPTS必须小于0.525ms（16128Ts)，只能采用3:9:2的配置TD-S=4:2根据计算，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为28Mbps左右（为避免干扰，特殊时隙只能采用3:9:2，无法用来传输业务。经计算，为和TD-SCDMA时隙对齐引起的容量损失约为20%）计算方法：TS36.213规定，特殊时隙DwPTS如果用于传输数据，那么吞吐量按照正常下行时隙的0.75倍传输。如果采用10:2:2配置，则下行容量为3个正常时隙吞吐量+0.75倍正常时隙吞吐量。如果丢失此0.75倍传输机会，则损失的吞吐量为0.75/3.75=20%TD-LTE=3:1+3:9:2关键技术帧结构物理信道物理层过程TD-LTETD-LTE和和TD-SCDMATD-SCDMA邻邻频频共存共存（2 2）TD-S=1:5TD-LTE=1:3+3:9:2TD-SCDMATD-LTE根据计算，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为9.3M（特殊时隙无法用来传输业务）如果特殊时隙采用10:2:2，则下行扇区吞吐量为16.2M。所以为和TD-SCDMA时隙对齐引起的容量损失约为43%TD-SCDMA时隙=675usDwPTS=75us GP=75us UpPTS=125usTD-LTE子帧=1ms=30720Ts10:2:2=21952Ts:4384Ts:4384Ts3:9:2=6592Ts:19744Ts:4384Ts0.675ms1ms0.675ms=3.5ms共存要求：上下行没有交叠（图中TbTa）。TD-LTE的DwPTS必须小于0.5ms（15360Ts)。只能采用3:9:2关键技术帧结构物理信道物理层过程TD-LTETD-LTE和和TD-SCDMATD-SCDMA邻邻频频共存共存（3 3）和和TD-SCDMATD-SCDMA共存共存-小结小结根据仿真结果，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为26Mbps左右（特殊时隙可以用来传输业务）TD-S=3:3TD-LTE=2:2+10:2:2根据仿真结果，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为28Mbps左右（特殊时隙采用3:9:2，无法用来传输业务，损失20%）TD-S=4:2TD-LTE=3:1+3:9:2TD-LTE=1:3+3:9:2TD-S=1:5根据计算结果，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为9.3M（特殊时隙采用3:9:2，无法用来传输业务，损失43%）上述分析表明：1.TD-S网络3:3配置的情况下，既符合TD-LTE网络本身支持业务需求和达到自身性能最优的条件，也没有时隙对齐造成的吞吐量损失。2.由于现网TD-S为4:2的配置，若不改变现网配置，TD-LTE在需要和TD-S邻频共存的场景下，时隙配比只能为3:1+3:9:2。关键技术帧结构物理信道物理层过程特殊子帧特殊子帧TD-LTE特殊子帧继承了TD-SCDMA的特殊子帧设计思路，由DwPTS，GP和UpPTS组成。TD-LTE的特殊子帧可以有多种配置，用以改变DwPTS，GP和UpPTS的长度。但无论如何改变，DwPTS+GP+UpPTS永远等于1ms特殊子帧配置Normal CPDwPTSGPUpPTS0310119412103131121412115392693271022811121msGPDwPTSUpPTS1msGPDwPTSUpPTSTD-LTE的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制约关系，可以相对独立的进行配置目前厂家支持10:2:2（以提高下行吞吐量为目的）和3:9:2（以避免远距离同频干扰或某些TD-S配置引起的干扰为目的），随着产品的成熟，更多的特殊子帧配置会得到支持关键技术帧结构物理信道物理层过程主同步信号PSS在DwPTS上进行传输DwPTS上最多能传两个PDCCH OFDM符号（正常时隙能传最多3个）只要DwPTS的符号数大于等于9，就能传输数据（参照上页特殊子帧配置）TD-SCDMA的DwPTS承载下行同步信道DwPCH，采用规定功率覆盖整个小区，UE从DwPTS上获得与小区的同步TD-SCDMA的DwPTS无法传输数据，所以TD-LTE在这方面是有提高的。如果小区覆盖距离和远距离同频干扰不构成限制因素（在这种情况下应该采用较大的GP配置），推荐将DwPTS配置为能够传输数据DwPTSDwPTS关键技术帧结构物理信道物理层过程UpPTSUpPTSUpPTS可以发送短RACH（做随机接入用）和SRS（Sounding参考信号，详细介绍见后）根据系统配置，是否发送短RACH或者SRS都可以用独立的开关控制因为资源有限（最多仅占两个OFDM符号），UpPTS不能传输上行信令或数据TD-SCDMA的UpPTS承载Uppch，用来进行随机接入关键技术帧结构物理信道物理层过程上下行资源单位上下行资源单位信道类型信道类型信道名称信道名称资源调度单位资源调度单位资源位置资源位置控制控制信道信道PCFICHREG占用4个REG，系统全带宽平均分配 时域：下行子帧的第一个OFDM符号PHICHREG最少占用3个REG时域：下行子帧的第一或前三个OFDM符号PDCCHCCE下行子帧中前1/2/3个符号中除了PCFICH、PHICH、参考信号所占用的资源PBCHN/A频域：频点中间的72个子载波时域：每无线帧subframe 0第二个slotPUCCH位于上行子帧的频域两边边带上业务信道业务信道PDSCHPUSCHRB除了分配给控制信道及参考信号的资源频率CCE：Control Channel Element。CCE=9 REGREG：RE group，资源粒子组。REG=4 RERE：Resource Element。LTE最小的时频资源单位。频域上占一个子载波（15kHz)，时域上占一个OFDM符号(1/14ms)关键技术帧结构物理信道物理层过程RB：Resource Block。LTE系统最常见的调度单位，上下行业务信道都以RB为单位进行调度。RB=84RE。左图即为一个RB。时域上占7个OFDM符号，频域上占12个子载波时间1个OFDM符号1个子载波LTE RB资源示意图Resource Grid Resource Grid 资源单元(RE)(RE)对于每一个天线端口一个OFDM或者SC-FDMA符号上的一个子载波对应的一个单元叫做资源单元资源块(RB)(RB)一个时隙中，频域上连续的宽度为180kHz的物理资源称为一个资源块,即频率上连续的12个子载波，时域上对应1个时隙。这是LTE里调度的最小单元。物理资源概念物理资源概念资源单元组(REG)控制区域中RE集合，用于映射下行控制信道每个REG中包含4个数据RE控制信道单元（CCE）36RE，9REG组成信道带宽信道带宽支持的信道带宽（Channel Bandwidth）1.4MHz，3.0MHz，5MHz，10MHz，15MHz以及20MHzLTE系统上下行的信道带宽可以不同下行信道带宽大小通过主广播信息（MIB）进行广播上行信道带宽大小通过系统信息（SIB）进行广播物理信道物理信道下行物理信道 PDSCH：物理下行共享信道 PMCH：物理多播信道 PDCCH 物理下行控制信道 PBCH：物理广播信道 PCFICH：物理控制格式指示信道 PHICH：物理HARQ指示信道上行物理信道 PUSCH：物理上行共享信道 PUCCH：物理上行控制信道 PRACH：物理随机接入信道LTE TDD 下行物理信道及导频信号Physical ChannelsModulation SchemeCommentPDSCHQPSK,16QAM,64QAM承载数据PDCCHQPSK 控制信息PBCHQPSK系统信息（包括天线配置等）PHICHBPSKACK/NACKPCFICHQPSK确定PDCCH占用的OFDM符号个数Physical SignalsSequenceCommentReference SignalPN码信道估计Synchronisation SignalsZadoff-Chu(primary)Pseudo sequence(secondary)获取帧同步、符号同步及小区ID Physical ChannelsModulation SchemeCommentPhysical Uplink Shared Channel PUSCHQPSK,16QAM，64QAM数据传输，控制信令Physical Uplink Control Channel PUCCHBPSK/QPSK控制信令（CQI,ACK/NACK）Physical Random Access ChannelZadoff-Chu上行随机接入Physical SignalsSequenceCommentReference SignalsZadoff-Chu信道估计及探测LTE TDD LTE TDD 上行物理信道及导频信号上行物理信道及导频信号注意：注意：PUCCHPUCCH不与不与PUSCHPUSCH同时存在，当不存在上行业务时，控制信令由同时存在，当不存在上行业务时，控制信令由PUCCHPUCCH承载承载下行物理信道的下行物理信道的RERE映射映射控制区域与数据区域TDMPCFICH、PDCCH、PHICH映射在控制区域PDSCH、PMCH、PBCH映射到数据区下行信道示例下行信道示例 PCFICH,用于指示在一个子帧中传输PDCCH所使用的OFDM个数上行物理信道的上行物理信道的RERE映射映射物理信号物理信号下行物理信号同步信号 主同步信号 辅同步信号参考信号 小区专用参考信号 MBSFN参考信号 终端专用的参考信号上行物理信号上行参考信号 解调用参考信号 (DRS)探测用参考信号 (SRS）逻辑、传输、物理信道逻辑、传输、物理信道下行信道映射关系下行信道映射关系上行信道映射关系上行信道映射关系 逻辑信道逻辑信道定义传送信息的类型，这些数据流是包括所有用户的数据。传输信道传输信道是在对逻辑信道信息进行特定处理后再加上传输格式等指示信息后的数据流。物理信道物理信道是将属于不同用户、不同功用的传输信道数据流分别按照相应的规则确定其 载频、扰码、扩频码、开始结束时间等进行相关的操作，并在最终调制为模拟射频信号发射出去；不同物理信道上的数据流分别属于不同的用户或者是不同的功用。关键技术帧结构物理信道物理层过程物理信道简介物理信道简介信道类型信道类型信道名称信道名称TD-STD-S类类似信道似信道功能简介功能简介控制信道控制信道PBCH(物理广播信道）PCCPCHMIBPDCCH（下行物理控制信道)HS-SCCH传输上下行数据调度信令上行功控命令寻呼消息调度授权信令RACH响应调度授权信令PHICH(HARQ指示信道）HS-SICH传输控制信息HI（ACK/NACK)PCFICH（控制格式指示信道）N/A指示PDCCH长度的信息PRACH（随机接入信道）PRACH用户接入请求信息PUCCH（上行物理控制信道）ADPCH传输上行用户的控制信息，包括CQI,ACK/NAK反馈，调度请求等。业务信道业务信道PDSCH（下行物理共享信道）PDSCHRRC相关信令、SIB、paging 消息、下行用户数据PUSCH（上行物理控制信道）PUSCH上行用户数据，用户控制信息反馈，包括CQI,PMI,RI关键技术帧结构物理信道物理层过程物理信道配置物理信道配置关键技术帧结构物理信道物理层过程不同的同步信号来区分不同的小区，包括PSS和SSS。P-SCH P-SCH (主同步信道）：符号同步，部分Cell ID检测,3个小区ID.S-SCHS-SCH（辅同步信道）：帧同步，CP长度检测和Cell group ID检测，168个小区组ID.SCHSCH配置配置时域结构时域结构频域结构频域结构 SCH(SCH(同步信道同步信道)PSSPSS位于位于DwPTSDwPTS的第三个符号的第三个符号SSSSSS位于位于5ms5ms第一个子帧的最后一个第一个子帧的最后一个符号符号小区搜索需要支持可扩展的系统带宽：小区搜索需要支持可扩展的系统带宽：1.4/3/5/10/20MHz 1.4/3/5/10/20MHz SCH(P/S-SCH)SCH(P/S-SCH)占用的占用的7272子载波位于子载波位于系统带宽中心位置系统带宽中心位置关键技术帧结构物理信道物理层过程PCIPCI概述概述LTE系统提供504个物理层小区ID(即PCI)，和TD-SCDMA系统的128个扰码概念类似。网管配置时，为小区配置0503之间的一个号码即可。在TD-SCDMA系统中，UE解出小区扰码序列（共有128种可能性），即可获得该小区ID。LTE的方式类似，不同的是UE需要解出两个序列：主同步序列（PSS，共有3种可能性）和辅同步序列（SSS，共有168种可能性）。由两个序列的序号组合，即可获取该小区ID。因为PCI直接决定了小区同步序列，并且多个物理信道的加扰方式也和PCI相关，所以相邻小区的PCI不能相同以避免干扰。基本概念基本概念小区小区IDID获取方式获取方式配置原则配置原则关键技术帧结构物理信道物理层过程频域：对于不同的带宽，都占用中间的频域：对于不同的带宽，都占用中间的1.08MHz 1.08MHz（7272个子载波）进行传输个子载波）进行传输时域：映射在每个时域：映射在每个5ms 5ms 无线帧的无线帧的subframe0subframe0里的第二个里的第二个slotslot的前的前4 4个个OFDMOFDM符号上符号上周期：周期：PBCHPBCH周期为周期为40ms40ms，每，每10ms10ms重复发送一次，终端可以通过重复发送一次，终端可以通过4 4次中的任一次接收解次中的任一次接收解调出调出BCHBCHPBCHPBCH配置配置 PBCH(PBCH(广播信道广播信道)广播消息：广播消息：MIB&SIBMIB&SIBM MI IB B在在P PB BC CH H上上 传传 输输,包包含含了了接接入入L LT TE E系系统统所所需需要要的的最最基基本本的的信信息息：下下 行行 系系 统统 带带 宽宽P P H H I I C C H H资资 源源 指指 示示系系 统统 帧帧 号号(S SF FN N）C CR RC C使使 用用m ma as sk k的的 方方 式式天天线线数数目目的的信信息息等等SIBSIB在在DL-SCHDL-SCH上传输，映射到物理信道上传输，映射到物理信道PDSCH PDSCH，携带如下信息：携带如下信息：一个或者多个一个或者多个PLMNPLMN标识标识Track area codeTrack area code小区小区IDIDUEUE公共的无线资源配置信息公共的无线资源配置信息同、异频或不同技术网络的小区重选信息同、异频或不同技术网络的小区重选信息SIB1SIB1固定位置在固定位置在#5#5子帧上传输，携带了子帧上传输，携带了DL/ULDL/UL时隙时隙配比，以及其他配比，以及其他SIBSIB的位置与索引等信息。的位置与索引等信息。关键技术帧结构物理信道物理层过程SIB 1SIB 2SIB 38PHICHPHICH的传输以的传输以PHICHPHICH组的形式，组的形式，PHICHPHICH组的个数组的个数由由PBCHPBCH指示。指示。Ng=1/6,1/2,1,2 Ng=1/6,1/2,1,2 PHICH PHICH组数组数=Ng*(100/8)=Ng*(100/8)（整数，取上限）（整数，取上限）=3=3，7 7，1313，2525PHICH min=3 PHICH max=25PHICH min=3 PHICH max=25 采用采用BPSKBPSK调制，传输上行信道反馈信息。调制，传输上行信道反馈信息。指示指示PDCCHPDCCH的长度信息（的长度信息（1 1、2 2或或3 3），在子帧的第一个），在子帧的第一个OFDMOFDM符号上发送，符号上发送，占用占用4 4个个REGREG，均匀分布在整个系统带宽。，均匀分布在整个系统带宽。采用采用QPSKQPSK调制，携带一个子帧中用于传输调制，携带一个子帧中用于传输PDCCHPDCCH的的OFDMOFDM符号数，传输格式。符号数，传输格式。小区级小区级shiftshift，随机化干扰。，随机化干扰。PCFICH&PHICHPCFICH&PHICH配置配置PCFICH(PCFICH(物理层控制格式指示信道物理层控制格式指示信道)PHICH(PHICH(物理物理HARQHARQ指示信道指示信道)关键技术帧结构物理信道物理层过程频域：占用所有的子载波频域：占用所有的子载波 时域：占用每个子帧的前时域：占用每个子帧的前n n个个OFDMOFDM符号，符号，n=3nRSRQ=10lg100+(-82)-(-54)=-8dB LTE终端测量量-RSRQ关键技术帧结构物理信道物理层过程RS-CINR真正的RS信号质量因为RS在所有RE资源中均匀分布，所以RS-CINR一定程度上可以表征PDSCH（业务信道）信号质量因为RS-SINR没有在3GPP进行标准化，所以目前仅在外场测试中要求厂家提供RS-CINR，且不同厂家在实现中可能会有一定偏差 RS-CINR RS-CINR关键技术帧结构物理信道物理层过程上行参考信号上行参考信号可以在普通上行子帧上传输，也可以在UpPTS上传输，位于上行子帧的最后一个SC-FDMA符号，eNB配置UE在某个时频资源上发送sounding以及发送sounding的长度。DMRS（解调参考信号）（解调参考信号）在在PUCCH、PUSCH上传输，用于上传输，用于PUCCH和和PUSCH的相关解调的相关解调For PUSCH 每个每个slot(0.5ms)一个一个RS，第四个第四个OFDM symbol For PUCCHACK 每个每个slot中间三个中间三个OFDM symbol为为RS For PUCCHCQI 每个每个slot两个参考信号两个参考信号SRS（探测参考信号）（探测参考信号）Sounding作用 上行信道估计，选择MCS和 上行频率选择性调度 TDD系统中，估计上行信道矩阵H，用于下行波束赋形 Sounding周期 由高层通过RRC 信令触发UE 发送SRS，包括一次性的SRS 和周期性SRS 两种方式 周期性SRS 支持2ms,5ms,10ms,20ms,40ms,80ms,160ms,320ms 八种周期 TDD系统中，5ms最多发两次关键技术帧结构物理信道物理层过程Slot structure for ACK/NAK and its RS DMRS1 slot DMRS DMRSSlot structure for PUSCH and its RS1 slot DMRSSlot structure for CQI and its RS1 slot DMRS DMRS TD-LTE TD-LTE物理层过程物理层过程4主要内容主要内容n下行搜索与同步下行搜索与同步n随机接入随机接入n上行功控上行功控n下行功率分配下行功率分配n频选调度频选调度小区初搜小区初