LTE基本原理、关键技术与网络规划设计培训.ppt

罗锴高级网优工程师高级项目经理2012年9月 LTE基本原理 关键技术与网络规划设计培训 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 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 移动通信系统的发展趋势 无线宽带技术的发展趋势 PAN PersonalAreaNetwork LAN LocalAreaNetwork WAN WideAreaNetwork MAN MetropolitanAreaNetwork 3G IMT Advanced4G 1G 2G 低 中 高 AMPSTACS GSMcdmaOne WCDMAcdma2000TD SCDMA E3G LTEAIE WLAN 数据速率 200kbps 300kbps 10Mbps 10kbps 100Mbps 100M 1Gbps 802 11 WiFi BWA 802 16 WiMAX 3G HSDPAHSUPA1xEV DO1xEV DV 移动性 2015 2010 2005 2000 1995 1985 时间 MBWA 802 20 移动通信网与宽带无线网络融合 移动互联网发展驱动新一轮通信技术变革 什么是LTE 长期演进LTE LongTermEvolution 是3GPP主导的无线通信技术的演进 接入网将演进为E UTRAN EvolvedUMTSTerrestrialRadioAccessNetwork 连同核心网的系统架构将演进为SAE SystemArchitectureEvolution LTE的设计目标带宽灵活配置 支持1 4MHz 3MHz 5MHz 10Mhz 15Mhz 20MHz峰值速率 20MHz带宽 下行100Mbps 上行50Mbps控制面延时小于100ms 用户面延时小于5ms能为速度 350km h的用户提供100kbps的接入服务支持增强型MBMS E MBMS 取消CS域 CS域业务在PS域实现 如VOIP系统结构简单化 低成本建网 LTE背景介绍 3GPP的目标是打造新一代无线通信系统 超越现有无线接入能力 全面支撑高性能数据业务的 确保在未来10年内领先 移动通信技术的演进路线 中国移动TD LTE中国电信TD LTEorLTE FDD 中国联通LTE FDD 2G 2 5G 2 75G 3G 3 5G 3 75G 3 9G GPRS EDGE HSDPAR5 HSUPAR6 MBMS 4G MBMS CDMA20001XEV DO 802 16e 802 16m HSDPA HSPA R7 FDD TDD 4G GSM TD SCDMA WCDMAR99 802 16d CDMAIS95 CDMA20001x LTE EV DORev A EV DORev 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 NodeB 全IP RNC NodeB eNodeB SAE简介系统架构演进SAE SystemArchitectureEvolution 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 3rdGenerationPartnershipProject 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 OrganizationalPartners 目前有ARIB 日本 CCSA 中国 ETSI 欧洲 ATIS 美洲 TTA 韩国 andTTC 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 TechnicalSpecificationGroups TSGGERAN GERAN无线侧相关 2G TSGRAN 无线侧相关 3GandLTE TSGSA ServiceandSystemAspects 负责整体的网络架构和业务能力 TSGCT CoreNetworkandTerminals 负责定义终端接口以及整个网络的核心网相关部分 http www 3gpp org 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 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3GPPR6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 FDMAPAPR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 3GPPR4 3GPPR5 3GPPR6 3GPPR7 3GPPR8 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 3GPPR10 TD LTE A 业务能力 下行1Gbps 3GPPR9 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 RadioResourceControlPDCP PacketDataConvergenceProtocolRLC RadioLinkControlMAC MediumAccessControlPHY PhysicallayerEPC EvolvedPacketCoreMME MobilityManagementEntityS GW ServingGatewayP GW PDNGateway 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 AccessStratum 非接入层信令的加密和完整性保护 AS AccessStratum 接入层安全性控制 空闲状态移动性控制 EPS EvolvedPacketSystem 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 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LTER8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 900MHz 800MHz 450MHz WRC 07划分450 470MHz 等等 详细请参考36 101协议传输带宽 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TDDFDD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 ResourceBlock RB由RE ResourceElement 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 DwPTS DownlinkPilotTimeSlotGP GuardPeriodUpPTS UplinkPilotTimeSlot TDD类型无线帧结构 D DownlinksubframeU UplinksubframeS Specialsubframe 无线帧结构 2 物理信道 概述 下行信道 PhysicalBroadcastChannel 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 PhysicalDownlinkControlChannel 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 PhysicalDownlinkSharedChannel PDSCH 物理下行共享信道 承载下行用户数据 PhysicalControlFormatIndicatorChannel 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 PhysicalHybridARQIndicatorChannel PHICH 物理HARQ指示信道 承载HARQ的ACK NACK信息 PhysicalMulticastChannel PMCH 物理多播信道 承载多播信息 上行信道 PhysicalRandomAccessChannel PRACH 物理随机接入信道 承载随机接入前导 PhysicalUplinkSharedChannel PUSCH 物理上行共享信道 承载上行用户数据 PhysicalUplinkControlChannel PUCCH 物理上行控制信道 承载HARQ的ACK NACK 调度请求 SchedulingRequest 信道质量指示 ChannelQualityIndicator 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 PhysicalLayer MACLayer PhysicalLayer MACLayer 物理信号 下行 1 下行参考信号RS ReferenceSignal 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 SpecificReferenceSignal 为必选 另外两种参考信号 MBSFNSpecificRS UE SpecificRS 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 BroadcastoveraSingleFrequencyNetwork 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 SynchronizationSignal 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 PrimarySynchronizationSignal 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 SecondarySynchronizationSignal 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 ReferenceSignal 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DMRS DemodulationReferenceSignal PUSCH和PUCCH传输时的导频信号探测参考信号SRS SoundingReferenceSignal 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 DMRS只在相应的PUSCH和PUCCH分配带宽中传输 DMRS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 SoundingRS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 SoundingRS在每个子帧的最后一个符号发送 周期 带宽可以配置 SoundingRS可以通过系统调度由多个UE发送 伴随PUSCH传输的DMRS位置图DMRS占用每个时隙的第4个符号 伴随PUCCH传输的DMRS位置图 PUCCH传输ULACK信令 DMRS占用每个时隙的3个符号 伴随PUCCH传输的DMRS位置图 PUCCH传输CQI信令 DMRS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 CellSearch 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CellID LTE协议规定物理层CellID分为两个部分 小区组ID CellGroupID 和组内ID IDwithinCellGroup 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CellID其中代表小区组ID 取值范围0 167 代表组内ID 取值范围0 2 初始化小区搜索 InitialCellSearch 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 物理层过程 随机接入 随机接入 RandomAccess 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preambleindex 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preambleindex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 RandomAccessRadioNetworkTemporaryIdentifier 物理层过程 功率控制 功率控制 PowerControl 基本原理 下行功控决定了每个RE ResourceElement 上的能量EPRE EnergyperResourceElement 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 OverloadIndicator 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SoundingRS 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PPUSCH的因素有UE最大发射功率PMAX UE分配的资源MPUSCH 初始发射功率PO 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 EPRE EnergyperResourceElementDFT SOFDM DiscreteFourierTransformSpreadOFDM 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 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 OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing 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 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 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SingleCarrier 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 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MIMOLTE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 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 SingleFrequencyNetwork 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 CellInterferenceCoordination 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 SoftFrequencyReuse 和部分频率复用FFR FractionalFrequencyReuse 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 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 ResourceBlock 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 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 用户占用的RB资源数将影响覆盖 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 多样的调制编码方式对覆盖的影响 与TD SCDMAHSPA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5msTD LTEAMC 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 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 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 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Format0和4 覆盖可达14 53公里 后续若需支持更大的覆盖半径 采用其他随机接入格式即可 初期LTE网络覆盖密集城区 站间距500米左右 TDD自主知识产权 节省上行资源 得到国内厂商的支持 但在室外对室内覆盖时能力不够 FDD和TDD共用 国外厂家优先选择支持 覆盖能力好 可以作为format4的补充应用 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适用的两类不同链路预算方式 由覆盖目标计算覆盖半径 确定边缘用户占用资源确定边缘用户目标速率通过仿真获得对应的解调门限 计算发射机一定的功率配置下可覆盖的区域距离 该方法可用于覆盖规模估算 即估算覆盖目标区域面积内所需基站数量 由既定半径计算覆盖速率 根据已有站址和覆盖区域 计算系统发射机一定功率配置下覆盖区域边缘可达到的用户质量 对应于一种速率等级 该方法可用于估算已有小区 例如原有3G小区 区域内 用户可体验到的速率 我们要考虑的是前面提到的TD LTE的覆盖特性 及链路预算参数的不同 而具体的链路预算方法 公式 与以往的系统 没有区别 链路预算中涉及的主要参数 系统余量 接收端 发射端 最大发射功率 dBm 发射天线增益 dBi 发射天线馈线 接头和合路器损耗 dB 人体损耗 dB 接收天线增益 dBi 接收天线馈线 接头和合路器损耗 dB 热噪声 dBm 噪声系数 dB TargetSINR dB 干扰余量 dB 快衰落储备 dB 阴影储备 dB 穿透损耗 dB 等效全向辐射功率 EIRP dBm 用户占用的最大发射功率 dBm 发射天线增益 dBi 发射天线馈线 接头和合路器损耗 dB 人体损耗 dB 传播模型 Cost231Hata路损模型 重要损耗参考与对比 随着频率升高 穿透损耗逐渐加大 根据理论推算 2 3 1 9 2 6GHz损耗值差异1 2dB 实际链路预算中 密集城区穿透损耗通常选取为20dB 基于Cost231 Hata密集市区传播模型计算 D频段室外覆盖时路损比A频段大 约4dB考虑到室外穿透室内覆盖时的绕射能力 D频段传播特性也不如A频段 穿透损耗 传播损耗 TD LTE链路覆盖平衡分析 1 从上表可以看出 下行控制信道中覆盖受限的是PDCCH 当PDCCH采用8CCE配置 在控制信道覆盖的边缘 平均占用10RB资源时 业务信道2天线速率可达375Kbps 8天线速率可达715Kbps 下行公共信道和业务信道覆盖平衡分析 TD LTE链路覆盖平衡分析 2 上行控制信道PUCCH PRACH均存在多种格式 其中PUCCH信道采用Format2时覆盖最近 而PRACH信道采用Format4时覆盖最近 上行控制信道受限于PRACH采用Format4 对于2天线和8天线 业务速率分别为185kbps和128kbps时 达到控制和业务信道的覆盖平衡 但8天线时覆盖距离更远 上行公共信道和业务信道覆盖平衡分析 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 站址规划方式建议 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室外覆盖基本指标建议 边缘速率 在同频组网 实际用户占用50 网络资源的条件下空载时 小区边缘用户可达到1Mbps 250kbps 下行 上行 负载50 时 小区边缘用户可达500kbps 150kbps 下行 上行 在50 的邻区系统资源占用情况下小区最大同时在线用户数达到200个 用户数 在同频组网 实际用户占用50 网络资源的条件下无线接通率 基本目标 95 挑战目标 97 掉线率 基本目标 4 挑战目标 2 下行平均吞吐量20Mbps 性能 系统假设 规模试验网 D频段 20MHz同频组网 2 2时隙配比 8天线情况 10用户并发 RSRP 110dBm的概率大于90 RS SINR 同频网络空载 5dB的概率大于90 RS SINR 同频网络满载 3dB的概率大于90 覆盖指标 注 边缘速率条件为D频段20MHz同频组网 10用户同时接入 TD LTE室外覆盖方案 1 与TD SCDMA共站址建设的要求2 8天线对比及应用建议 TD LTE无线网络组网 室外TD LTE可能应用的频段 TD LTE室外应用可能使用F和D频段 与TD S通过合路方式共天馈的前提 更换或新建FAD天线 现有TD S天面需更换天线 新建站点需部署FAD天线 TD SCDMAF频段室外设备已明确要求具备同TD LTE共模能力 F频段 D频段 2 6GHzTD LTE天馈建设的两类方案 方式一 TD LTE独立建设特点 LTE网络独立考虑 基于后续商用频率和网络需求 重新建设方式二 基于AFD天线 在TD S建设中考虑引入TD LTE的需求特点 TD S建设考虑共建抱杆 共天馈需求TD LTE产品考虑设备内置合路器需求实现方式 TD LTERRU可以通过盲插接口背在天线后面 或者通过集束接口连接天线TD SRRU通过集束接口连接 综合考虑后续工程实施难度以及应用灵活性 建议推动AFD天线产品的开发 在技术成熟以及条件具备的情况下 TD SCDMA建设中尽快考虑引入AFD天线 同时 在工程条件允许的情况下 抱杆等天面资源为LTERRU预留 8天线引入D频段后合路方式的场景需求 D D FAD D AF FAD D AF Or TD LTE独立建设 AFD天线共天线建设 现有站点 有新增D频段天面的条件 FAE FA 现有站点 无新增D频段天面的条件 需共用天线 合路器 原有 新建 考虑建设和后期网络优化需求 建议 8天线引入D频段可采用共或不共天线方案考虑网络优化的便利性和有效性 优选不共天线建设方式充分考虑工程实施难度与客观条件 在不允许单独建设TD LTE天面的情况下 则采用共天线建设方式 因此后续将推动AFD天线尽快成熟 以保证共天面建设后 现网和TD LTE网络的性能 共天线合路方案综合比较 TD三 四期FA天线未内置合路器的技术原因主要是F和A频段相距较近 微带合路器实现较难 且FA双频RRU已经实现 目前天线厂家技术能力有所提升 且FA和D频段相距较远 微带合路器实现容易 未来FAD天线内置合路器具备可行性 且不影响D频段RRU设备的国际化推广 因此 后续将考虑推动天线合路方式产业化 TD LTE室外覆盖方案 1 与TD SCDMA共站址建设的要求2 8天线对比及应用建议 TD LTE无线网络组网 2 8天线应用中需要综合考虑的主要因素 多天线技术应用需要考虑的主要因素 网络性能 设备及组网成本 工程施工以及运营维护难度 77 性能覆盖 控制信道基本相当 业务信道有3 3 5dB增益吞吐量 以8天线双流BF为例 城区环境下行边缘速率提升70 平均吞吐量提升40 郊区环境增益更高在连续覆盖的多种场景下 8天线相比2天线在覆盖 吞吐量方面都具备显著优势 成本8天线相比2天线单设备成本较高 器件成本约为1 8倍 但在指定覆盖区域内 指定覆盖指标要求下 8天线所需站点数少 综合建网成本低 工程由于天线面积大124 RRU设备重67 体积大33 接头数量多 8天线相比2天线施工难度高8通道RRU设备复杂度高 设备故障概率增加正在推动优化方案 不断降低施工和运维难度 2 8天线网络性能比较 覆盖 对于业务信道 8天线相对2天线有3 4dB的增益 若考虑干扰余量则增益更大 对于业务信道覆盖受限的场景 该增益将体现为8天线的边缘和平均吞吐量对于控制信道 8天线相对2天线有1dB的差距初步仿真表明 密集城区 每小区10用户D频段同频组网 当上行边缘速率要求低于300Kbps 或下行边缘速率要求低于715kbps时 下行控制信道将成为覆盖受限因素后续考虑提升8天线增益等方式消除差距 2 8天线网络性能比较 吞吐量 比较前提 由于室内难于应用8天线 在此仅评估室外环境多天线技术性能室外环境重点考察城区和郊区 重点比较2 4 8通道多天线技术评估标准 小区频谱效率 SE 边缘频谱效率 ESE 城区仿真条件 农村仿真条件 在典型覆盖场景下 8通道比2通道在吞吐量上有较大增益 无线网络建设成本比较 网络模型 满载条件下 2 8天线建网成本比较 设备成本比较 天线 8天线比2天线设备价格高 但天线占单设备总体成本比重较低BBU 由于发射 接收天线数增加以及波束赋形等复杂算法 对基带的处理能力增加较多 但数字基带部分成本所占比重较低RRU 通道数及射频模块相应增多 但由于功率降低单个器件成本降低 总体成本相应增加综合评估 8天线产品BOM成本 器件成本 是2天线的1 8倍 无线网络建设成本比较 成本计算 注 N为2天线设备成本 M为站址配套建设成本 8天线相对2天线而言 建网成本有一定优势 2 8天线工程实施难度比较 当前8天线产品的施工难度明显高于2天线产品后续进一步推动优化方案 不断降低施工难度 室内覆盖 建议部署单 双通道产品 使用单天线发射 发射分集 空间复用 2 8天线及相应多天线技术应用场景建议 城区 郊区室外连续覆盖 建议部署8通道产品 可优选4 4双极化天线类型 在常规环境下使用波束赋形 移动速度较快的情况下 60KM h 切换到空间复用 发射分集 高速 120KM h 场景覆盖 建议部署2通道产品 使用发射分集 开环空间复用 室外热点 盲点覆盖 建议部署2通道产品 使用发射分集 空间复用 热点 盲点 82 原则上应采用三扇区配置 但可以结合各地实际情况灵活选择各站的扇区配置数量 2 8天线应用建议 一 应用场景建议 二 天面建设方式建议 8天线技术产品 室外连续覆盖场景2天线技术产品 室外单点热点覆盖 补盲 高速 室内覆盖 也可采用单天线技术产品 优选采用新建天面方式条件不具备 可采用与TD SCDMA共用天面建设方式 天线内置合路器 概要 第一章 LTE系统标准概述第二章 TD LTE无线网络组网第三章 TD LTE室内分布系统建设第四章 TD LTE试验网 网络规划 2G 3G 4G 2G 3G 4G WLAN 航线 国道 高速 高铁 以 2G 3G 4G 国道 高速 高铁 的立体覆盖构建未来网络大力推动具有国家自主知识产权的TD SCDMA TD LTE的建设和产业发展快速实现城市热点区域的高速无线网络覆盖 政府 高校 酒店 商场等热点区域 网络规划 立体化的无线接入网络 2G全面覆盖 3G 4G热区覆盖 WLAN热点覆盖无所不在 立体化的无线接入网络 TD LTE建设规划 TD LTE规模实验阶段 室内覆盖物业点应在室外连续覆盖区域选择重要室内场景建设室内分布系统 避免建设孤立的室分站点 主要覆盖以下四类物业点 5A写字楼政府办公室营业厅 旗舰店 大型会展中心 TD LTE建设规划 TD LTE国际标准建议的频段图 LTE拟用频段 第三章 TD LTE室内分布系统建设 第三章 TD LTE室内分布系统建设 第一节 TD LTE室内覆盖建设方案第二节 TD LTE室内覆盖建设原则 TD LTE室内覆盖建设方案 室外宏基站覆盖室内室外站覆盖室内的信号特征 1 2层易出现弱覆盖4 8层覆盖较好 信号质量较好高层信号杂乱 干扰较大TD LTE室外覆盖拟采用2 6GHz频段 频率较高 覆盖效果不如GSM TD SCDMA TD LTE室内覆盖建设方案 室内分布系统覆盖室内采用分布式基站 BBU RRU 实现室内场景覆盖 高话务场景的室内覆盖可优先考虑采用大容量BBU配置 并通过使用多个RRU实现大容量覆盖 对于室外宏基站附近区域具有话务需求的楼宇 可将室外宏基站的容量通过RRU引入室内 从而实现室内外协同覆盖 基于分布式基站的室内覆盖系统包括单通道室分 双通道室分 TD LTE室内覆盖建设方案 单通道室内分布系统 每个室内覆盖点只需要一条射频传输链路和一根吸顶天线进行发射和接收 通常一个楼层只使用RRU的一个通道 本方案适合规模较小的对数据需求不高的场景或难于进行室分改造的场景 TD LTE室内覆盖建设方案 双通道室内分布系统 每个室内覆盖点都需要通过一根双极化天线或者两个物理位置不同的普通单极化吸顶天线进行发射和接收 形成2 2MIMO组网 该方案有完整的MIMO特性 用户峰值速率和系统容量获得提升 双通道可更好满足室内对业务速率的需求 缺点是工程复杂度较高 TD LTE室内覆盖建设方案 面向TD LTE的室内分布系统建设总体策略新建室分场景 尽可能建设双路室分系统 减少后续扩容投资改造场景 有效保护已有投资 最小化对现有室分系统的改造和影响对于有条件的楼宇进行改造满足双通道室分要求对于单路室分系统未来综合考虑载频和工程改造成本并选择合理的扩容方案 多个场景多UE条件下 双通道室分下行平均吞吐量为单通道室分的1 6倍 双通道室分具有明显的性能优势 TD LTE室内覆盖建设方案 新建室分场景建设方式 TD LTE室内覆盖建设方案 室内分布双极化吸顶天线 产品指标 频段 800MHz 2690