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1、TDTD- -LTELTE技术原理介绍技术原理介绍中移动研究院无线所中移动研究院无线所毛毛 剑剑 慧慧2012.9.52012.9.5内容：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OFDMOFDM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宽频信道宽频信道正交子信道正交子信道LTELTE多址方式多址方式- -下行下行将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源
2、，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OFDMAOFDMA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：分配给用户的分布式：分配给用户的RBRB不连续不连续集中式：连续集中式：连续RBRB分给一个用户分给一个用户 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
3、，用 户B是集中式LTELTE多址方式多址方式- -上行上行和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上行多址方式SCSC- -FDMAFDMA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
4、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PCFICHPCFICHREGREG占用占用4 4个个REGREG，系统全带宽平均分配，系统全带宽平均分配 时域：下行子帧的第一个时域：下行子帧的第一个OFDMOFDM符号符号PHICHPHICHREGREG最少占用最少占用3 3个个REGREG 时域：下行子帧的第一或前三个时域：下行子帧的第一或前三个OFDMOFDM符号符号PDCCHPDCCHCCECCE下行子帧中前下行子帧中前1/2/31/2/3个符号中除了个符号中除了P
5、CFICHPCFICH、PHICHPHICH、 参考信号所占用的资源参考信号所占用的资源PBCHPBCHN/AN/A频域：频点中间的频域：频点中间的7272个子载波个子载波 时域：每无线帧时域：每无线帧subframe 0subframe 0第二个第二个slotslot PUCCHPUCCH位于上行子帧的频域两边边带上位于上行子帧的频域两边边带上 业务信道PDSCHPDSCH PUSCHPUSCHRBRB除了分配给控制信道及参考信号的资源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。RE
6、G = 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
7、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LTELTE传输模式传输模式- -概述概述Mode传输模式技术描述应用场景1单天线传输单天线传输信息通过单天线进行发送信息通过单天线进行发送无法布放双
8、通道室分系统无法布放双通道室分系统 的室内站的室内站2发射分集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 的信道进行发送的信道进行发送信道质量不好时，如小区信道质量不好时，如小区 边缘边缘3开环空间复用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 定发射信号定发射信号信道质量高且空间独立性信道质量高且空间独立性 强时强时4闭环空间复用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
9、性理以产生空间独立性信道质量高且空间独立性信道质量高且空间独立性 强时。终端静止时性能好强时。终端静止时性能好5多用户多用户MIMO 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。收端利用多根天线对干扰数据流进行取消和零陷。6单层闭环单层闭环 空间复用空间复用终端反馈终端反馈RI=1时，发射端采用单层预编码，使其适应当前时，发射端采用单层预编码，使其适应当前 的信道的信道7单流单流 Beamforming发射端利用上行信号来估计下行信道的特征，在下行信号发射端利用上行信号来估计下行信道
10、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射信号具有波束赋形效果信道质量不好时，如小区信道质量不好时，如小区 边缘边缘8双流双流 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信道质量较高且具有一定 空间独立性时（信道质量空间独立性时（信道质量 介于单流介于单流beamforming与空与空 间复用之间）间复用之
11、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：
12、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，IRC增益越大增益越大 IRC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
13、信道物理层过程内容：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TDTD- -LTELTE帧结构帧结构子帧: 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 ConfigurationSwitc
14、h-point periodicitySubframe number01234567890 05 ms5 msD DS SU UU UU UD DS SU UU UU U1 15 ms5 msD DS SU UU UD DD DS SU UU UD D2 25 ms5 msD DS SU UD DD DD DS SU UD DD D3 310 ms10 msD DS SU UU UU UD DD DD DD DD D4 410 ms10 msD DS SU UU UD DD DD DD DD DD D5 510 ms10 msD DS SU UD DD DD DD DD DD DD D6 65
15、 ms5 msD DS SU UU UU UD DS SU UU UD DTD-LTE上下行配比表转换周期为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TDTD- -LTELTE和和TDTD- -SCDMASCDMA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 + 10:2:2TD-SCDMA 时隙 = 675us DwPTS= 75us GP = 75us UpPTS= 125usTD
16、-LTE 子帧= 1ms = 30720Ts 10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts 3:9:2 = 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 = 675us DwPTS= 75us GP = 75us UpPTS= 125usTD-LTE 子帧= 1ms = 30720Ts 10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts 3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts0.7ms0.675ms1ms= 1.475ms共存要
