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1、TD-LTE技术原理介绍中移动研究院无线所毛 剑 慧2012.9.5内容： TD-LTE关键技术 -物理层 基本原理 帧结构及物理信道 物理层过程 TD-LTE关键技术 -高层 LTE-A技术的引入分析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。概念关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程频域波形f宽频信道正交子信道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tpower峰均
2、比示意图下行多址方式 OFDMA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 S
3、C-FDMA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上下行资源单位信道类型 信道名称 资源调度单位 资源位置控制信道PCFICH REG 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
4、符号PHICH REG 最少占用 3个 REG时域：下行子帧的第一或前三个 OFDM符号PDCCH CCE 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PBCH N/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 PDSCHPUSCH RB 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。 L
5、TE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
6、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关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程LTE传输模式 -概述Mode 传输模式 技术描述 应用场景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 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 开环空间复用 终端不反馈信道信息，发射端根据预定义的
7、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 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 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 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 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 双流Beamforming 结合复用
8、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信道质量较高且具有一定空间独立性时（信道质量介于单流 beamforming与空间复用之间） 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
9、功率LTE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） 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， IRC增益越大 IRC需进行干扰估计，计算复杂度较大性能比较初期引入建议： IRC性能较好，故建议厂商支持 IRC 鉴于
10、 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 物理层过程内容： TD-LTE关键技术 -物理层 基本原理 帧结构及物理信道 物理层过程 TD-LTE关键技术 -高层 LTE-A技术的引入分析TD-LTE帧结构子帧 : 1ms时隙0.5ms#0 DwPTS特殊子帧 : 1ms#2 #3 #4半帧 : 5ms 半帧 : 5ms帧 : 10msGP UpPTSTD-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 DwPT
11、S + GP + UpPTS = 1msDL-UL ConfigurationSwitch-point periodicitySubframe number0 1 2 3 4 5 6 7 8 90 5 ms D S U U U D S U U U1 5 ms D S U U D D S U U D2 5 ms D S U D D D S U D D3 10 ms D S U U U D D D D D4 10 ms D S U U D D D D D D5 10 ms D S U D D D D D D D6 5 ms D S U U U D S U U DTD-LTE上下行配比表转换周期为
12、5ms表示每 5ms有一个特殊时隙。转换周期为 10ms表示每 10ms有一个特殊时隙。关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程TD-LTE和 TD-SCDMA邻 频 共存 （ 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 + 10:2:2TD-SCDMA时隙 = 675usDwPTS = 75us GP = 75us UpPTS = 125usTD-LTE子帧 = 1ms = 30720Ts10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts3:9:2 = 65
13、92Ts : 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 Tb Ta）。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 = 6592
14、Ts : 19744Ts : 4384Ts0.7ms 0.675ms1ms= 1.475ms共存要求：上下行没有交叠（图中 Tb Ta） 。 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，
15、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-LTE和 TD-SCDMA邻 频 共存 （ 2）TD-LTE和 TD-SCDMA邻频共存（ 3） TD-SCDMA与 TD-LTE邻频共存时，需要严格时隙对齐，当 TD-SCDMA配置为 2UL:4DL时， TD-LTE需用配置 1UL:3DL，特殊时隙 3:9:2或 3:10:1与其匹配 DwPTS均仅占用 3个符号，无法传输业务信道 ， 为了提高业务信道的容量，又满足邻
16、频共存时两个 TDD系统的 GP对齐，建议增加 DWPTS的符号数，在短 CP情况下， 增加新的特殊时隙配比 6:6:2；在长 CP下情况下，增加新的特殊时隙配比 5:5:2增加新的特殊时隙配比需要修改标准，目前已经将该要求写入 R11版本，后续将考虑如何在 R9版本中引入该要求。关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程特殊子帧 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 CPDwPTS GP UpPTS0 3 10 11 9 4 12 10 3 13 11 2 14
