LTE基本原理、关键技术与网络规划设计培训(正式打印版)

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A,EV-DO,Rev. B,HSUPA,HSPA+,R7,LTE-,Advanced,LTE,的扁平化网络架构,网络结构扁平化,E-UTRAN,只有一种节点网元,E-Node B,全,IP,EPC,RNC+NodeB=eNodeB,SAE,简介,系统架构演进,SAE,（,System Architecture Evolution,）,，是为了实现,LTE,提出的目标而从整个系统架构上考虑的演进，主要包括：,功能平扁化，去掉,RNC,的物理实体，把部分功能放在了,E-NodeB,，以减少时延和增强调度能力（如，单站内部干扰协调，负荷均衡等，调度性能可以得到很大提高）,把部分功能放在了核心网，加强移动交换管理，采用全,IP,技术，实行用户面和控制面分离。同时也考虑了对其它无线接入技术的兼容性。,LTE,背景介绍,LTE,背景介绍,3GPP,简介,3GPP,（,3rd Generation Partnership Project,）,成立于,1998,年,12,月，是一个无线通信技术的标准组织，由一系列的标准联盟作为成员（,Organizational Partners,）。目前有,ARIB,（日本）, CCSA,（中国）, ETSI,（欧洲）, ATIS,（美洲）, TTA,（韩国）, and TTC,（日本） 等。,3GPP,分为标准工作组,TSG,和管理运维组两个部分。,TSG,主要负责各标准的制作修订工作，管理运维组主要负责整理市场需求，并对,TSG,和整个项目的运作提供支持。,TSG,（,Technical Specification Groups,）,TSG GERAN: GERAN,无线侧相关,(2G),；,TSG RAN:,无线侧相关,(3G and LTE),；,TSG SA (Service and System Aspects):,负责整体的网络架构和业务能力；,TSG CT (Core Network and Terminals):,负责定义终端接口以及整个网络的核心网相关部分。,LTE,需求及目标,1.4MHz-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,基站,A,基站,B,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,LTE,系统物理层基础,基本参数,系统架构,双工方式,调制编码,多址方案,基本参数设计,调制方式：,上行：,BPSK,、,QPSK,、,8PSK,和,16QAM,下行 ：,QPSK,、,16QAM,、,64QAM,FDD,：抗干扰性更好，芯片成熟，支持更高移动速度,TDD,：不需对称频段，更好,的支持非对称的业务,下行：,OFDMA,频谱效率高，有效对抗多径,上行：,SC-FDMA,PAPR,较低，功放成本低,时隙长度为,0.5ms,编码方式：,Turbo,FDD,与,TDD,参数统一,对延迟要求高,FDD,和,TDD,的差异主要来自于双工方式的差异,主要存在于物理层，且相对于,3G,，差异进一步缩小（小于,20,）,很方便,FDD/TDD,双模和共芯片等,TDD,技术演进,LCR,N,频点,HSDPA,多载波,HSDPA,HSUPA,MBMS,HSPA+,3GPP R4,3GPP R5,3GPP R6,3GPP R7,3GPP R8,3GPP,的,TDD,标准演进,业务能力：单载波上行,2.2Mbps,业务能力：单载波下行,7.2Mbps,业务能力：三载波下行,8.4Mbps,多媒体广播：下行最高,384kbps,业务能力：单载波下行,2.8Mbps,提升整网频谱效率,电路域可视电话,分组域下行,384kpbs,TD-LTE,3GPP R10,TD-LTE-A,业务能力：下行,1Gbps,3GPP R9,eMBMS,增强多媒体广播：下行最高,384kbps,？,HeNB,双流,BF,全球,LTE,发展增速,TD-LTE,全球商用最新进展,日本软银,TD-LTE,建设、商用节奏和部署进展,第一章：,LTE,基本原理,第一章：,LTE,基本原理,第一节：,LTE,背景及基础知识介绍,第二节：,LTE,网络架构及协议栈介绍,第三节：,LTE,物理层结构介绍,第四节：,LTE,空口关键技术介绍,LTE,的网络架构,LTE,的主要网元,LTE,的接入网,E-UTRAN,由,e-NodeB,组成，提供用户面和控制面。,LTE,的核心网,EPC,由,MME,，,S-GW,和,P-GW,组成。,LTE,的网络接口,e-NodeB,间通过,X2,接口,相互连接，支持数据和信令的直接传输。,S1,接口,连接,e-NodeB,与核心网,EPC,。其中，,S1-MME,是,e-NodeB,连接,MME,的控制面接口，,S1-U,是,e-NodeB,连接,S-GW,的用户面接口。,RRC: Radio Resource Control,PDCP: Packet Data Convergence Protocol,RLC:,Radio Link Control,MAC: Medium Access Control,PHY: Physical layer,EPC: Evolved Packet Core,MME: Mobility Management Entity,S-GW: Serving Gateway,P-GW: PDN Gateway,与传统,3G,网络比较，,LTE,的网络结更加简单扁平，降低组网成本，增加组网灵活性，并能大大减少用户数据和控制信令的时延。,LTE,的网元功能,e-NodeB,的主要功能包括：,无线资源管理功能，即实现无线承载控制、无线许可控制和连接移动性控制，在上下行链路上完成,UE,上的动态资源分配（调度）；,用户数据流的,IP,报头压缩和加密；,UE,附着状态时,MME,的选择；,实现,S-GW,用户面数据的路由选择；,执行由,MME,发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输；,完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告。,MME,的主要功能包括：,NAS (Non-Access Stratum),非接入层信令的加密和完整性保护；,AS (Access Stratum),接入层安全性控制、空闲状态移动性控制；,EPS (Evolved Packet System),承载控制；,支持寻呼，切换，漫游，鉴权。,S-GW,的主要功能包括：,分组数据路由及转发；移动性及切换支持；合法监听；计费。,P-GW,的主要功能包括：,分组数据过滤；,UE,的,IP,地址分配；上下行计费及限速。,LTE,的协议栈介绍,LTE,协议栈的两个面：,用户面协议栈：负责用户数据传输,控制面协议栈：负责系统信令传输,用户面的主要功能：,头压缩,加密,调度,ARQ/HARQ,用户面协议栈,控制面协议栈,控制面的主要功能：,RLC,和,MAC,层功能与用户面中的功能一致,PDCP,层完成加密和完整性保护,RRC,层完成广播，寻呼，,RRC,连接管理，资源控制，移动性管理，,UE,测量报告控制,NAS,层完成核心网承载管理，鉴权及安全控制,第一章：,LTE,基本原理,第一章：,LTE,基本原理,第一节：,LTE,背景及技术知识介绍,第二节：,LTE,网络架构及协议栈介绍,第三节：,LTE,物理层结构介绍,第四节：,LTE,空口关键技术介绍,LTE,支持频段,E-UTRA Band,Uplink (UL),Downlink (DL),Duplex Mode,F,UL_low, F,UL_high,F,DL_low, F,DL_high,1,1920 MHz,1980 MHz,2110 MHz,2170 MHz,FDD,2,1850 MHz,1910 MHz,1930 MHz,1990 MHz,FDD,3,1710 MHz,1785 MHz,1805 MHz,1880 MHz,FDD,4,1710 MHz,1755 MHz,2110 MHz,2155 MHz,FDD,5,824 MHz,849 MHz,869 MHz,894MHz,FDD,6,830 MHz,840 MHz,875 MHz,885 MHz,FDD,7,2500 MHz,2570 MHz,2620 MHz,2690 MHz,FDD,8,880 MHz,915 MHz,925 MHz,960 MHz,FDD,9,1749.9 MHz,1784.9 MHz,1844.9 MHz,1879.9 MHz,FDD,10,1710 MHz,1770 MHz,2110 MHz,2170 MHz,FDD,11,1427.9 MHz,1452.9 MHz,1475.9 MHz,1500.9 MHz,FDD,12,698 MHz,716 MHz,728 MHz,746 MHz,FDD,13,777 MHz,787 MHz,746 MHz,756 MHz,FDD,14,788 MHz,798 MHz,758 MHz,768 MHz,FDD,17,704 MHz,716 MHz,734 MHz,746 MHz,FDD,18,815 MHz,830 MHz,860 MHz,875 MHz,FDD,.,E-UTRA Band,Uplink (UL),Downlink (DL),Duplex Mode,F,UL_low, F,UL_high,F,DL_low, F,DL_high,33,1900 MHz,1920 MHz,1900 MHz,1920 MHz,TDD,34,2010 MHz,2025 MHz,2010 MHz,2025 MHz,TDD,35,1850 MHz,1910 MHz,1850 MHz,1910 MHz,TDD,36,1930 MHz,1990 MHz,1930 MHz,1990 MHz,TDD,37,1910 MHz,1930 MHz,1910 MHz,1930 MHz,TDD,38,2570 MHz,2620 MHz,2570 MHz,2620 MHz,TDD,39,1880 MHz,1920 MHz,1880 MHz,1920 MHz,TDD,40,2300 MHz,2400 MHz,2300 MHz,2400 MHz,TDD,41,2496 MHz,2690 MHz,2496MHz,2690 MHz,TDD,TDD,模式支持频段（,9,个）,FDD,模式支持频段（,19,个）,根据,2008,年底冻结的,LTE R8,协议：,支持两种双工模式：,FDD,和,TDD,支持多种频段，从,700MHz,到,2.6GHz,支持多种带宽配置，协议规定以下带宽配置：,1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz,部分频段的支持情况可能会有所变动,LTE,应用频带如下：,2.1GHz,，,1.9GHz,，,1.7GHz,，,2.6GHz,，,900 MHz,，,800 MHz,，,450 MHz,（,WRC-07,划分,450470MHz,）等等，详细请参考,36.101,协议,传输带宽：,Channel bandwidth,BW,Channel,MHz,1.4,3,5,10,15,20,Transmission bandwidth configuration,N,RB,6,15,25,50,75,100,LTE,频带,无线帧结构（,1,）,LTE,共支持两种无线帧结构：,类型,1,，适用于频分双工,FDD,类型,2,，适用于时分双工,TDD,FDD,类型无线帧结构：,FDD,类型无线帧长,10ms,，如下图所示。每帧含有,20,个时隙，每时隙为,0.5ms,。普通,CP,配置下，一个时隙包含,7,个连续的,OFDM,符号（,Symbol,）,FDD,类型无线帧结构,资源块的概念：,LTE,具有时域和频域的资源，,资源分配的最小单位是资源块,RB,（,Resource Block,）,，,RB,由,RE,（,Resource Element,）组成，如右图示,RE,是二维结构，由时域符号（,Symbol,）和频域子载波（,Subcarrier,）组成,1,个时隙（连续,7,个,OFDM,符号）和,12,个连续子载波组成一个,RB,TDD,类型无线帧结构：,同样采用,OFDM,技术，子载波间隔和时间单位均与,FDD,相同。,帧结构与,FDD,类似，每个,10ms,帧由,10,个,1ms,的子帧组成；子帧包含,2,个,0.5ms,时隙。,10ms,帧中各个子帧的上下行分配策略可以设置。如右边表格所示。,DL/UL,子帧分配,Uplink-downlink,configuration,Downlink-to-Uplink,Switch-point periodicity,Subframe number,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,5 ms,D,S,U,U,U,D,S,U,U,U,1,5 ms,D,S,U,U,D,D,S,U,U,D,2,5 ms,D,S,U,D,D,D,S,U,D,D,3,10 ms,D,S,U,U,U,D,D,D,D,D,4,10 ms,D,S,U,U,D,D,D,D,D,D,5,10 ms,D,S,U,D,D,D,D,D,D,D,6,5 ms,D,S,U,U,U,D,S,U,U,D,DwPTS: Downlink Pilot Time Slot,GP: Guard Period,UpPTS: Uplink Pilot Time Slot,TDD,类型无线帧结构,D: Downlink subframe,U: Uplink subframe,S: Special subframe,无线帧结构（,2,）,物理信道,概述,下行信道：,Physical Broadcast Channel (,PBCH,),：物理广播信道，承载小区,ID,等系统信息，用于小区搜索过程。,Physical Downlink Control Channel (,PDCCH,),：物理下行控制信道，承载寻呼和用户数据的资源分配信息，以及与用户数据相关的,HARQ,信息。,Physical Downlink Shared Channel (,PDSCH,),：物理下行共享信道，承载下行用户数据。,Physical Control Format Indicator Channel (,PCFICH,),：物理控制格式指示信道，承载控制信道所在,OFDM,符号的位置信息。,Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (,PHICH,),：物理,HARQ,指示信道，承载,HARQ,的,ACK/NACK,信息。,Physical Multicast Channel (,PMCH,),：物理多播信道，承载多播信息。,上行信道：,Physical Random Access Channel (,PRACH,),：物理随机接入信道，承载随机接入前导。,Physical Uplink Shared Channel (,PUSCH,),：物理上行共享信道，承载上行用户数据。,Physical Uplink Control Channel (,PUCCH,),：物理上行控制信道，承载,HARQ,的,ACK/NACK,，调度请求,(Scheduling Request),，信道质量指示,(Channel Quality Indicator),等信息,下行传输信道和物理信道的映射关系,上行传输信道和物理信道的映射关系,Physical Layer,MAC Layer,Physical Layer,MAC Layer,物理信号,下行（,1,）,下行参考信号,RS,（,Reference Signal,）：,类似,CDMA,的,导频信号,。用于下行物理信道解调及信道质量测量（,CQI,）。,协议指定有三种参考信号。其中，小区特定参考信号（,Cell-Specific Reference Signal,）为必选，另外两种参考信号（,MBSFN Specific RS & UE-Specific RS,）为可选。,小区特定参考信号在时频域的位置示意图,单天线端口,双天线端口,四天线端口,天线端口,0,天线端口,1,天线端口,2,天线端口,3,下行参考信号特点：,小区特定参考信号由小区特定参考信号序列及频移影射得到。,RS,本质上是在时频域上传播的伪随机序列,。,在某一天线端口上，,RS,的频域间隔为,6,个子载波。,RS,离散地分布在时频域上，相当于对信道的时频域特性进行抽样，供下行信道估计和信号解调提供参考。,RS,分布越密集，则信道估计越精确，但开销越大，影响系统容量,。,MBSFN: Multicast/Broadcast over a Single Frequency Network,RE,该天线口不传输,RS,该天线口的,RS,符号,R1,：第一个天线口传输的,RS,R2,：第二个天线口传输的,RS,R3,：第三个天线口传输的,RS,R4,：第四个天线口传输的,RS,物理信号,下行（,2,）,同步信号（,Synchronization Signal,）：,同步信号用于小区搜索过程中,UE,和,E-UTRAN,的时频同步。,同步信号包含两个部分：,主同步信号,（,Primary Synchronization Signal,）：用于符号,timing,对准，频率同步，以及部分的小区,ID,侦测,次同步信号,（,Secondary Synchronization Signal,）：用于帧,timing,对准，,CP,长度侦测，以及小区组,ID,侦测,同步信号特点：,无论系统带宽是多少，,同步信号只位于系统带宽的中部，占用,62,个子载波,。,同步信号只在每个,10ms,帧的第,1,个和第,11,个时隙中传送。,主同步信号位于传送时隙的最后一个符号，次同步信号位于传送时隙的倒数第二个符号。,同步信号结构,上行参考信号,RS,（,Reference Signal,）：,上行的导频信号，用于,E-UTRAN,与,UE,的同步和上行信道估计。,上行参考信号有两种：,解调参考信号,DM RS,(Demodulation Reference Signal), PUSCH,和,PUCCH,传输时的导频信号,探测参考信号,SRS,(Sounding Reference Signal),无,PUSCH,和,PUCCH,传输时的导频信号,上行参考信号特点：,由于上行采用,SC-FDMA,，每个,UE,只占用系统带宽的一部分，,DM RS,只在相应的,PUSCH,和,PUCCH,分配带宽中传输。,DM RS,在时隙中的位置根据伴随的,PUSCH,和,PUCCH,的不同格式而有所差异。,Sounding RS,的带宽比单个,UE,分配到的带宽要大，目的是为,e-NodeB,作全带宽的上行信道估计提供参考。,Sounding RS,在每个子帧的最后一个符号发送，周期,/,带宽可以配置。,Sounding RS,可以通过系统调度由多个,UE,发送。,伴随,PUSCH,传输的,DM RS,位置图,DM RS,占用每个时隙的第,4,个符号,Time,Freq,Time,Freq,Time,Freq,伴随,PUCCH,传输的,DM RS,位置图,（,PUCCH,传输,UL ACK,信令）,DM RS,占用每个时隙的,3,个符号,伴随,PUCCH,传输的,DM RS,位置图,（,PUCCH,传输,CQI,信令）,DM RS,占用每个时隙的,2,个符号,PUCCH,在系统带宽的两端，并在两个时隙间跳频,某用户分配到的上行带宽,系统带宽,物理信号,上行,物理层过程,小区搜索,小区搜索（,Cell Search,）基本原理：,小区搜索是,UE,实现与,E-UTRAN,下行时频同步并获取服务小区,ID,的过程。,小区搜索分两个步骤：,第一步：,UE,解调主同步信号实现符号同步，并获取小区组内,ID,；,第二步：,UE,解调次同步信号实现帧同步，并获取,CP,长度和小区组,ID,。,关于,Cell ID,：,LTE,协议规定物理层,Cell ID,分为两个部分：小区组,ID,（,Cell Group ID,）和组内,ID,（,ID within Cell Group,）。目前最新协议规定物理层小区组有,168,个，每个小区组由,3,个,ID,组成，因此,共有,168*3=504,个独立的,Cell ID,其中 代表小区组,ID,，取值范围,0167,；,代表组内,ID,，取值范围,02,初始化小区搜索（,Initial Cell Search,）：,UE,上电后开始进行初始化小区搜索，搜寻网络。一般而言，,UE,第一次开机时并不知道网络的带宽和频点。,UE,会重复基本的小区搜索过程，历遍整个频谱的各个频点尝试解调同步信号。这个过程耗时，但一般对此的时间要求并不严格。可以通过一些方法缩短以后的,UE,初始化时间，如,UE,储存以前的可用网络信息，开机后优先搜索这些网络。,一旦,UE,搜寻到可用网络并与网络实现时频同步，获得服务小区,ID,，即完成小区搜索后，,UE,将解调下行广播信道,PBCH,，获取系统带宽、发射天线数等系统信息。,完成上述过程后，,UE,解调下行控制信道,PDCCH,，获取网络指配给这个,UE,的寻呼周期。然后在固定的寻呼周期中从,IDLE,态醒来解调,PDCCH,，监听寻呼。如果有属于该,UE,的寻呼，则解调指定的下行共享信道,PDSCH,资源，接收寻呼。,搜索频点,同步信号,广播信道,控制信道,共享信道,物理层过程,随机接入,随机接入（,Random Access,）基本原理：,随机接入是,UE,与,E-UTRAN,实现上行时频同步的过程。,随机接入前，物理层应该从高层接收到下面的信息：,随机接入信道,PRACH,参数：,PRACH,配置，频域位置，前导（,preamble,）格式等；,小区使用,preamble,根序列及其循环位移参数，以解调随机接入,preamble,。,物理层的随机接入过程包含两个步骤：,UE,发送随机接入,preamble,；,E-UTRAN,对随机接入的响应。,随机接入的具体过程：,高层请求发送随机接入,preamble,，继而触发物理层随机接入过程；,高层在请求中指示,preamble index,，,preamble,目标接收功率，相关的,RA-RNTI,，以及随机接入信道的资源情况等信息；,UE,决定随机接入信道的发射功率为,preamble,的目标接收功率,+,路径损耗。发射功率不超过,UE,最大发射功率，路径损耗为,UE,通过下行链路估计的值；,通过,preamble index,选择,preamble,序列；,UE,以计算出的发射功率，用所选的,preamble,序列，在指定的随机接入信道资源中发射单个,preamble,；,在高层设置的时间窗内，,UE,尝试侦测以其,RA-RNTI,标识的下行控制信道,PDCCH,。如果侦测到，则相应的下行共享信道,PDSCH,则传往高层，高层从共享信道中解析出,20,位的响应信息。,随机接入信道,随机接入前导,下行控制信道,随机接入响应,RA-RNTI: Random Access Radio Network Temporary Identifier,物理层过程,功率控制,功率控制（,Power Control,）基本原理：,下行功控决定了每个,RE,（,Resource Element,）上的能量,EPRE,（,Energy per Resource Element,）；,上行功控决定了每个,DFT-S-OFDM,（上行,SC-FDMA,的复用调制方式）符号上的能量。,上行功控：,上行功控的方式有开环功控和闭环功控两种。,可以通过,X2,接口交换各小区的过载指示,OI,（,Overload Indicator,）实现小区间的集中式功控，使得功控有可能提升整个系统的性能。,上行功控可以分别控制,PUSCH,，,PUCCH,，,PRACH,和,Sounding RS,。各种信道,/,信号的功控大同小异，以,PUSCH,功控为例：,PUSCH,功控为慢速功控，补偿路径损耗和阴影衰落，以及控制小区间干扰。功控的原理如上式。影响,PUSCH,的发射功率,P,PUSCH,的因素有,UE,最大发射功率,P,MAX,，,UE,分配的资源,M,PUSCH,，初始发射功率,P,O_PUSCH,，估计路径损耗,PL,，调制编码因子,TF,，系统调整因子,f,（开环功控时,f,不起作用）,下行功控：,下行,RS,一般以恒定功率发射，下行共享信道,PDSCH,的发射功率是与,RS,发射功率成一定比例的。,下行功控根据,UE,上报的,CQI,与目标,CQI,的对比，调整下行发射功率。,UE,上报,CQI,下行发射功率,X2,上行发射功率,系统调整参数,EPRE: Energy per Resource Element,DFT-SOFDM: Discrete Fourier Transform Spread OFDM,第一章：,LTE,基本原理,第一章：,LTE,基本原理,第一节：,LTE,背景及基础知识介绍,第二节：,LTE,网络架构及协议栈介绍,第三节：,LTE,物理层结构介绍,第四节：,LTE,空口关键技术介绍,双工技术,TDD,方式,上下行频率相同,可用于任何频段,适合于上下行非对称及对称业务,FDD,方式,上下行频率配对,需要成对频段,适合于上下行对称业务；,LTE,包括,TDD-LTE,和,FDD-LTE,多址技术对比,OFDM,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。,频域波形,f,宽频信道,正交子信道,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”，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,技术原理,概述,OFDM,（,Orthogonal Frequency Division Multiplexing,）,属于调制复用技术，它把系统带宽分成多个的相互正交的子载波，在多个子载波上并行数据传输。,各个子载波的正交性是由基带,IFFT,实现的。多径时延将导致符号间干扰,ISI,，破坏子载波之间的正交性。为此，在,OFDM,符号间插入保护间隔，通常采用循环前缀,CP,来实现。,OFDM,的意义,OFDM,具有很多能满足,E-UTRAN,需求的优点，是,B3G,和,4G,的核心技术之一。因此在,3GPP,制定,LTE,标准的过程中，,OFDM,技术被采纳并写入标准中。,OFDM,是一种调制复用技术，相应的多址接入技术为,OFDMA,，用于,LTE,的下行。,OFDMA,其实是,TDMA,和,FDMA,的结合。,相对应，,LTE,的上行采用,SC-FDMA,多址接入技术，其调制复用是通过,DFT-Spread-OFDM,实现的。,OFDM,概述,OFDM,与,OFDMA,的比较,LTE,多址方式,-,下行,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,t,power,峰均比示意图,下行多址方式,OFDMA,下行多址方式特点,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：分配给用户的,RB,不连续,集中式：连续,RB,分给一个用户,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,-,上行,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,SC-FDMA,上行多址方式特点,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,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（,Beamforming,）,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,多天线技术：分集、空间复用和波束赋形,下行,MIMO,LTE,下行支持,MIMO,技术进行空间维度的复用。空间复用支持单用户,SU-MIMO,模式或者多用户,MU-MIMO,模式。,SU-MIMO,和,MU-MIMO,都支持通过,Pre-coding,的方法来降低或者控制空间复用数据流之间的干扰，从而改善,MIMO,技术的性能。,SU-MIMO,中，空间复用的数据流调度给一个单独的用户，提升该用户的传输速率和频谱效率。,MU-MIMO,中，空间复用的数据流调度给多个用户，多个用户通过空分方式共享同一时频资源，系统可以通过空间维度的多用户调度获得额外的多用户分集增益。,上行,MIMO,受限于终端的成本和功耗，实现单个终端上行多路射频发射和功放的难度较大。因此，,LTE,正研究在上行采用多个,单天线用户,联合进行,MIMO,传输的方法，称为,Virtual-MIMO,调度器将相同的时频资源调度给若干个不同的用户，每个用户都采用单天线方式发送数据，系统采用一定的,MIMO,解调方法进行数据分离。,采用,Virtual-MIMO,方式能同时获得,MIMO,增益以及功率增益（相同的时频资源允许更高的功率发送），而且调度器可以控制多用户数据之间的干扰。同时，通过用户选择可以获得多用户分集增益。,MIMO,技术,MU-MIMO,Virtual-MIMO,MIMO,容量,信道模型,等效模型,经数学推导将,MIMO,信道等效为,min(Nt,，,Nr),个独立信道,信道容量,由,min(Nt,Nr),个独立信道，使用香农公式计算总体容量可得：,当信道满秩且,H,为单位矩阵时：,信道容量近乎,成倍增大,发射天线数为,Nt,接收天线数为,Nr,等功率分配,MIMO,系统容量,注水分配,等功率分配算法的优点是发射端不需要已知信道矩阵，因而不用发射检验序列来估计信道矩阵，也不必使用反馈信道。对于已知发射端信道参数的,MIMO,信道，可用注水原理来分配各个发射天线的功率。,根据注水原理，通过给各个天线分配不同的发射功率，可以增加系统的信道容量。对于条件较好的信道，分配较多的功率；条件较差的可分配较少功率，甚至不分配功率。,注水功率分配时,MIMO,信道容量为：,最优功率分配注水原理,简化注水功率分配,MIMO,信道容量为：,MIMO,与,OFDM,技术结合,第,47,页,OFDM,能使无线信道的抗频率选择性衰落性能得到极大的提高，但是对提高通信系统容量的能力有限。,MIMO,采用空间复用技术，可以在理论上对系统容量无限提高，可以弥补,OFDM,在系统容量方面的不足,MIMO-OFDM,技术可以使系统性能得到极大地改善，提高系统的频谱效率和抗衰落能力。,用户复用和调度,LTE,可以支持较大的系统带宽（,10/15/20MHz,），通常会面临频率选择性衰落的问题。某用户的子载波在相干带宽内的衰落特性可以认为是相同的，但更远的子载波上的衰落特性就不相同了。,如果知道各个用户在各个子载波上的衰落特性，则可以为不同的用户尽量选择条件比较好的子载波进行数据传输，从而使得绝大部分用户的传播条件比较好，实现多用户分集增益，提高频谱效率。,相干带宽内的子载波具有近似的衰落值，可以把相邻的一些子载波划成一个子带,Subband,，以子带为单位进行调度。接收方在一定的时间内针对每个子带反馈一个信号质量指示，而无需对每个子载波进行反馈，减少信令开销。,LTE,的调度周期可以为一个或多个,TTI,长度。,为了在频域调度获得多用户分集增益，发射端必须知道所有用户在所有子载波上的瞬时衰落值，,FDD,系统上下行衰落不一致，必须通过反向链路将信道信息回传给发射端，这些信道质量指示均为额外开销，占用资源越少越好。,调度和链路自适应,链路自适应,LTE,支持时间和频率两个维度的链路自适应，根据时频域信道质量信息对不同的时频资源选择不同的调制编码方式。,功率控制在,CDMA,系统中是一项重要的链路自适应技术，可以避免远近效应带来的多址干扰。在,LTE,系统中，上下行均采用正交的,OFDM,技术对多用户进行复用。因此，功控主要用来降低对邻小区上行的干扰，补偿链路损耗，也是一种慢速的链路自适应机制。,E-MBMS,各个基站采用相同的频率资源并且同步发送,MBMS,数据。,在终端看来，不同基站的信号可以看作多径的组成部分，终端可以不必区分不同基站的信号，自动完成软合并。,增强型,MBMS,E-MBMS,特性,这种工作模式称为,SFN,（,Single Frequency Network,）模式。,MBMS,主要受限于边缘用户的性能，,SFN,模式能极大改善小区边缘的接收性能，从而改善,MBMS,的性能。,SFN,模式下，系统基站间需要下行空口同步。,不同基站的传播时延差别较大，不同基站的信号合并将导致传播时延的增加，,需要配置更长的,CP,长度,。,小区干扰的原因,LTE,系统中，系统中各小区采用相同的频率进行发送和接收。与,CDMA,系统不同的是，,LTE,系统并不能通过合并不同小区的信号来降低邻小区信号的影响。因此必将在小区间产生干扰，小区边缘干扰尤为严重。,小区干扰控制的方法,为了改善小区边缘的性能，系统上下行都需要采用一定的方法进行小区干扰控制。目前正在研究方法有：,干扰随机化：,被动的干扰控制方法。目的是使系统在时频域受到的干扰尽可能平均，可通过加扰，交织，跳频等方法实现；,干扰对消：,终端解调邻小区信息，对消邻小区信息后再解调本小区信息；或利用交织多址,IDMA,进行多小区信息联合解调；,干扰抑制：,通过终端多个天线对空间有色干扰特性进行估计和抑制，可以分为空间维度和频率维度进行抑制。系统复杂度较大，可通过上下行的干扰抑制合并,IRC,实现；,干扰协调：,主动的干扰控制技术。对小区边缘可用的时频资源做一定的限制。这是一种比较常见的小区干扰抑制方法。,小区干扰控制,小区间干扰协调,ICIC,（,Inter-Cell Interference Coordination,）,小区间干扰协调是小区干扰控制的一种方式，本质上是一种调度策略。,LTE,系统可以采用频率软复用,SFR,（,Soft Frequency Reuse,）和部分频率复用,FFR,（,Fractional Frequency Reuse,）等干扰协调机制来控制小区边缘的干扰。主要目的是提高小区边缘的频率复用因子，改善小区边缘的性能。,SFR,方案,SFR,是一种有效控制邻区干扰的方法。系统频率划分为主频和副频，不同的区域使用不同的频率及发射功率。,LTE,关键技术,小区干扰控制,主频通常分配给小区边缘区域的用户，,eNB,在主频上可高功率发射,副频,副频,Cell 2,4,6,主频,Cell 1,主频,副频,副频,Cell 3,5,7,主频,系统全部带宽,全部带宽可以分配给小区中间的用户，,eNB,在副频上降功率发射，避免干扰相邻小区的主频,概 要,第一章：,LTE,基本原理,第二章：,TD-LTE,无线网络组网,第三章：,TD-LTE,室内分布系统组网,第四章：,TD-LTE,试验网,TD-LTE,室外覆盖方案,1,覆盖特性,链路预算与分析,站址规划方式建议,室外覆盖基本指标建议,TD-LTE,共站建设,2,TD-LTE,无线网络组网,TD-LTE,覆盖的特性,1.,覆盖目标业务为一定速率的分组数据业务,3.,多样的调制编码方式对覆盖的影响更复杂,2.,用户占用的,RB (Resource Block),数将影响覆盖,4.,系统帧结构设计支持更大更灵活的覆盖,覆盖目标业务为一定速率的分组数据业务,TD-SCDMA,在,R4,业务中，电路域,CS64K,是,3G,的特色业务，覆盖能力最 低，一般以,CS64K,业务作为连续覆盖的目标业务,CS64K,业务的业务速率、调制编码方式均是固定的，链路预算模型简单，可以较为便捷、确定的获得系统的覆盖半径,不存在电路域业务，只有分组域业务,不同速率业务的覆盖能力不同,分组域业务调制编码方式可变,因此,TD-LTE,覆盖规划时：,需确定,边缘用户目标速率,。,如：,512kbps,、,1Mbps,等,需要考虑,此覆盖边缘控制信道是否受限,TD-LTE,用户占用的,RB,资源数将影响覆盖,TD-SCDMA,以确定的,CS64K,业务规划覆盖半径,为用户分配的时隙数的多少只影响用户自身的吞吐量，不影响覆盖规划指标的确定,用户占用的,RB,资源数由系统根据激活用户数目、资源分配算法,(,如正比公平，轮循等,),等因素决定,用户占用的,RB,资源数不同，表明用户占用的频带资源不同，不仅影响用户速率，也影响用户的覆盖。,因此覆盖规划时：,需明确边缘用户目标速率，所,对应的资源占用数目,。,TD-LTE,多样的调制编码方式对覆盖的影响,与,TD-SCDMA HSPA,相比，增加了,64QAM,，且编码率更丰富。采用自适应调制编码方式 。,当用户分配的,RB,个数固定时,调制等级越低，,SINR,解调门限越低，覆盖越大,TD-LTE,在进行覆盖规划时，可以灵活的选择用户带宽和调制编码方式组合，以应对不同的覆盖环境和规划需求。,TD-SCDMA,（,HSPA,）,AMC,：,16,种,MCS,时域调度，周期,5ms,TD-LTE,AMC,：,29,种,MCS,时频域二维调度,:,获得更大的频域多用户分集增益，调度周期,1ms,TD-LTE,调制编码方式更多、调度更多元化、调度周期更短，更增加了链路预算的不确定性。,因此覆盖规划时：,还需要通过大量,仿真与验证性测试,，对小区边缘用户性能进行评估，才能确定覆盖指标要求。,随机接,入格式,TD-LTE,影响小区半径因素,CP,长度：容忍的时延扩展,Preamble,长度：抗干扰能力、检测成功率,保护间隔,GT,长度：回环时延，决定了覆盖的距离,GP,长度,系统帧结构设计支持更大更灵活的覆盖,上下行保护间隔，,GP,越大，小区半径越大,上下行回环时延，决定了覆盖的距离,避免下行对上行数据产生干扰,小区半径的影响因素,GP,长度,GP,长度固定为,96chips,（,75us,），对应的覆盖半径为：,11.25km,（通过,UpShifting,方案，可增大至,30km,）,GP,可以灵活配置时域长度，,极限情况下的覆盖半径为：,当,GP=1,个,符号,，支持的小区半径为,10.7km,当,GP=10,个,符号,，支持的小区半径为,107km,TD-LTE,的,GP,设计更大的覆盖范围，考虑特殊时隙,10:2:2,的,常规配置，覆盖达,21.43,公里,，若特殊场景广覆盖需更大的覆盖半径，采用其他,GP,配置即可。,TD-SCDMA,系统,TD-LTE,系统,小区半径的影响因素,随机接入格式,Preamble Format,CP,长度,（,us/,样点）,Preamble,(us/,样点数,),GT,长度,（,us/,样点）,支持小区半径,（,km,）,0,103.13/3168,800/24576,96.88/2976,14.53,1,684.38/21024,800/24576,515.63/15840,77.34,2,203.13/6240,1600/2x24576,196.88/6048,29.53,3,684.38/21024,1600/2x24576,715.63/21984,100.16,4,14.58/448,133.33/4096,9.38/288,1.41,小区半径,=GT(us)X300(m/us)/2,综合考虑产品实现、覆盖能力、资源利用率、自主知识产权等因素，初期,TD-LTE,网络优先支持