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1、LTE关键技术和系统设计工 业和信息化部电信研究院通信标准研究所无线与移动研究室 沈嘉shenjia 1目 录目 录TD-LTE总体技术发展总体技术发展什么是 TD-LTE？为什么会产生 LTE？为什么会产生 ？LTE的基本特征TD-LTE无线关键技术TD LTE面临的技术挑战- 面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进2未来的无线通信将是各种接 入 手段的并存手段的并存3LTE将是未来最主流的广域宽带无线通信系统2G3G3GPP21xEV DO1xEV DOCDMA20004GOFDM/MIMO+CDMA3GPPUMTSLTE- Rev A-Rel 01XHSDPA/HSUPAWCDMA扁平
2、IP网络3GPPGSMGPRS/EDGEEvolved EDGETD-SCDMATD SCDMAWiMAXWiFi-20082005商用部署预商用部署LTE研究 标准化 测试试验2006 20094挪威、瑞典、美国、日本、香港Ericsson、华为、ALU、中兴、Moto什么是 TD-LTE？LTE=Long Term Evolution=长期演进，是 3GPP指定的下一代无线通信标准。TD-LTE=LTE的 TDD模式的 模式 。在 2004年 WiMAX对 UMTS技术产生挑战（尤其是 HSDPA技术）时， 3GPP急于开发和 WiMAX抗衡的、以 OFDM/FDMA为核心技术、支持 20
3、MHz系统带宽的、具有相似甚至更高性能的技术 长期可以在 IMT-Advanced标准化上先发制人似甚至更高性能的技术 。 长期可以在 标准化上先发制人 。LTE是以 OFDM为核心的技术，为了降低用户面延迟，取消了无线网络控制器（ RNC），采用了扁平网络架构。与其说是 3G技术的“演进”（ evolution）不如说是 “ 革命 ” （ revolution）， 不如说是 “ 革命 ” （ ） 。这场“革命”使系统不可避免的丧失了大部分后向兼容性。也就是说 从网络侧和终端侧也就是说 ， 从网络侧和终端侧都要做大规模的更新换代。因此很多公司实际上将 LTE看作4G技术范畴技术范畴 。5LTE
4、和 EPS的关系LTEEPS=Evolved Packet System6目 录目 录TD LTE总体技术发展- 总体技术发展什么是 TD-LTE？为什么会产生为什么会产生 LTE？LTE的基本特征TD-LTE无线关键技术TD-LTE面临的技术挑战面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进7为什么会出现 LTE？背景一：移动互联网业务发展的需要从话音优化到数据优化从话音优化到数据优化 除了窄带业务的效果，更要提高宽带业务效率从覆 盖 优化到容 量 优化从覆 优化到容 优化 除了保证基本业务连续覆盖，更要提高“热区”内的容量从用户容量优化到数据率容量优化 运营商收入除了依赖用户数量，更依赖业务流量从
5、均匀容量分布到不均匀容量分布： 未来 80-90%的数据容量集中在室内和热区内未来 的数据容量集中在室内和热区内 业务分布不均匀，系统能力是否有必要均匀分布？背景二 ：宽带无线接入和宽带移动通信的融合背景三 ：技术储备成熟到 20世纪末，学术界在实现 OFDM、 MIMO的理论、算法、软硬件基础方面已经积累了丰富的技术储备8面已经积累了丰富的技术储备 。宽带移动通信和宽带无线接入的融合2G、 3G已经提供了很好的语音网络， LTE的任务就是在 2G/3G网络之上叠加 一 个 “ 宽带数据接 入” 网络9叠加 个 宽带数据接 网络降低每比特成本是产业的必然发展方向10目 录目 录TD LTE总体
6、技术发展- 总体技术发展什么是 TD-LTE？为什么会产生为什么会产生 LTE？LTE的基本特征TD-LTE无线关键技术TD-LTE面临的技术挑战面临的技术挑战TD-LTE的进一步演进11LTE的设计目标支持 1.4MHz-20MHz带宽支持 带宽峰值数据率：上行50Mbps，下行100Mbps频谱效率达到 HSDPA/HSUPA的 2-4倍频谱效率达到 的 倍提高小区边缘的比特率用户面延迟 （ 单向 ） 小于 5ms， 控制面延迟小于 100ms用户面延迟 （ 单向 ） 小于 ， 控制面延迟小于降低建网成本，实现从3G的低成本演进追求后向兼容 , 但应该仔细考虑性能改进和向后兼容追求后向兼容
7、 但应该仔细考虑性能改进和向后兼容之间的平衡取消CS（电路交换）域，CS域业务在PS（包交换）域实现 如采用 VIP实现 ， 如采用 VoIP对低速移动优化系统，同时支持高速移动12LTE的标准化进程13LTE的性能评估（仿真结果）从仿真结果看， LTE全面达到了设计目标。14LTE的技术创新LTE名为演进（ Evolution），实为“革命”（ Revolution）创新一 频分多址系统创新一 ： 频分多址系统下行 OFDM：用户在一定时间内独享一段“干净”的带宽上行 SC-FDMA：具有单载波特性的改进 OFDM系统（低峰平比）创新 MIMO（ 多天线技术 ）创新 二： （ 多天线技术 ）
8、下行 MIMO： 发射分集：改善覆盖（大间距天线阵）MME/UPEMME/UPE EPC 空间复用：提高峰值速率和系统容量 波束赋形：改善覆盖（小间距天线阵） 空间多址：提高用户容量和系统容量S1上行 MIMO： 空间多址：提高用户容量和系统容量eNBeNBX2X2X2E-UTRAN 创新三：扁平网络取消 RNC（中央控制节点），只保留一层 RAN节点 eNodeBeNodeB和核心网采用基于 IP路由的灵活多重连接 S1-flex接 口eNB15和核心网采用基于 路由的灵活多重连接 接相邻 eNodeB采用 Mesh连接 X2接口目 录目 录TD LTE总体技术发展- 总体技术发展TD-LT
9、E无线关键技术TD-LTE面临的技术挑战TD LTE的进 步演进- 的进 一 步演进16LTE无线技术要点1个架构： E-UTRAN扁平架构2个帧结构： FS1（ FDD）、 FS2（ TDD）3个关键技术： OFDMA/SC-FDMA、 MIMO、小区间干扰抑制4种资源分配方式：下行集中式、下行分布式、上行集中式、上行跳频。5个物理过程：小区搜索、随机接入、功控、测量、共享信道过程个天线端6+1个天线端 口：下行 4天线 MIMO、 MBSFN、 Beamforming上行单天线上行单天线7+2个传输模式：下行 7个 MIMO传输模式上行单天线 +MU-MIMO8个物理信道： PDSCH、
10、PDCCH、 PBCH、 PCFICH、 PHICH、 PUSCH、PUCCH、 PRACH17、目录TD-LTE总体技术发展TD LTE无线关键技术- 无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术4种资源分配方式5个物理过程6+1个天线端口7+2个传输模式个物 信道8个物 理 信道TD-LTE面临的技术挑战18TD-LTE的进一步演进扁平 RAN架构36.323 PDCP36.331 RRC36 321 MAC36.322 RLCTo/From Higher Layers . 36.212 Multiplexing and channel coding 36.2xx PHY36.401 Arc
11、hitecture36.211 Physical Channels and Modulation 36.213 Physical layer procedures36.214 Physical layer Measurements36 42 X2 i t f36.41x S1 interface19. x n er aceLTE接入网络的简化UTRANRNC的大部分功能下放到E-UTRANeNodeB20目录TD-LTE总体技术发展TD LTE无线关键技术- 无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术4种资源分配方式5个物理过程个端6+1个 天线 端 口7+2个传输模式个物 信道8个物 理 信
12、道TD-LTE面临的技术挑战21TD-LTE的进一步演进2种帧结构FS1（ FDD）FS2（ TDD）222种 TDD帧结构的融合种 帧结构的融合2007年底，在国内外产业界的共同推动下， 3GPP将 2种 TDD LTE帧结构融合为 TD LTE帧结构5ms half FrameTDD FS2TDD FS110ms Frame帧结构融合为 - 。#0 #1 #18 #190.675 ms0.5 msThe single TDD FS5ms half Frame230.5 msTD-LTE帧结构上下行配比24TD-LTE帧结构特殊时隙结构配置 Normal CP Extended CPDwPT
13、S GP UpPTS DwPTS GP UpPTS0 3 10 1 3 8 11 9 4 1 8 3 12 10 3 1 9 2 13 11 2 1 10 1 14 12 1 1 3 7 25 3 9 2 8 2 26 9 3 2 9 1 2257 10 2 28 11 1 2目录TD-LTE总体技术发展TD LTE无线关键技术- 无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术4种资源分配方式5个物理过程个端6+1个 天线 端 口7+2个传输模式个物 信道8个物 理 信道TD-LTE面临的技术挑战26TD-LTE的进一步演进LTE所依赖的 3个核心技术所依赖的 个核心技术OFDMA/SC FDMA
14、-简洁的宽带扩展能力获得高峰值速率的 “ 正交传输 ”获得高峰值速率的 “ 正交传输MIMO技术的“最佳搭档 ”MIMOLTE高频谱效率的主要来源小区间干扰抑制解决 OFDMA同频组网的潜在问题缩小 MIMO带来的数据率差异性27为什么宽带数据接入要采用 OFDM和 MIMO？和 ？OFDM和MIMO的优势正是数据业务所需要的峰值速率和短时用户感受OFDM是正交系统，无用户间干扰，有利于MIMOMIMO是目前提高峰值速率的主要手段用户希望 “ 网速快 ” 哪怕只在某些环境下快也行用户希望 “ 网速快 ” ， 哪怕只在某些环境下快也行OFDM和MIMO的劣势是对数据业务相对次要的因素覆盖和公平性
15、OFDM系统的小区间干扰和高峰平比将造成更严重的小区边缘性能下降系统的小区间干扰和高峰平比将造成更严重的小区边缘性能下降使用MIMO的环境主要出现在小区中心或热点但 Internet用户 已经 习惯了 “ 尽力而为 ” 的 QoS/QoE但 用户 习惯了 尽力而为 的 Q/Q28目录TD-LTE总体技术发展TD LTE无线关键技术- 无线关键技术1个架构2个帧结构3个核心技术 OFDMA/SC-FDMA4种资源分配方式5个物理过程个端6+1个 天线 端 口7+2个传输模式个物 信道8个物 理 信道TD-LTE面临的技术挑战29TD-LTE的进一步演进OFDM是新技术吗？ 不是OFDM（正交频分复用）的本质就是一个频分系统，而频分是无线通信最朴素的实现方式是无线通信最朴素的实现方式多采用几个频率并行发送，实现宽带传输生活中的频分系统生活中的频分系统 ：CDMA是具有较深理论内涵的技术，很难用现实生活中的实例解释。30。OFDM是新技术吗？ 是传统 FDM系统中 ， 载波之间需要很大的保护带 ， 频谱效率传统 系统中 ， 载波之间需要很大的保护带 ， 频谱效率很低。OFDM系统允许载波之间紧密相临 ， 甚至部分重合 ， 可以实系统允许载波之间紧密相临 ， 甚至部分重合 ， 可以实现很高的频谱效率子载波。如何做到这一点？依赖FFT（快速傅立叶变换）为什
