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1、Slide from Email: 2010-09-03TD_LTE及其技术演进LTE Long Term Evolution 宽带移动通信标准发展趋势 TD-LTE关键技术和性能 TD-LTE与TD-SCDMA TD-LTE的后续演进 总结内容提要移动通信标准发展趋势2001-2006年 2007年 TD-HSPA+ DL:25.2Mbps UL:19.2MbpsDL:100Mbps UL:50MbpsHSPA+ DL40MBps;UL10Mbps2010年 2008年 2009年 Mobile WiMAX Wave1 15MbpsEV-DO Rel. 0 DL: 2.4Mbps UL:15
2、3.6kbpscdma2000 1x 153.6kbpsD0 Rel. A DL: 3.1Mbps UL: 1.8MbpsDo Rev B （ 多载波 DO） DL：46.5Mbps UL: 27MbpsGREAN 600kbpsMobile WiMAX Wave2 30MbpsTD-HSDPA 2.88.4MbpsTD-HSUPA 2.26.6Mbp sWCDMA 384KbpsHSDPA 1.8/3.6MbpsHSDPA 7.2Mbps HSUPA 1.45.8MbpsGPRS/EDGE200kbpsLTE-TDD DL:100Mbps UL:50MbpsTD-LTE-A16m 100Mb
3、ps 1GbpsITU IMT-Advanced(4G)100Mbps 1GbpsLTE-AB3GLTE FDDTDD技术演进 LCRN频点HSDPA多载波 HSDPAHSUPAMBMSHSPA+3GPP R4 3GPP R5 3GPP R63GPP R7 3GPP R8 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384kpbsTD-LTE 业务能力：下行 96Mbps，上行 24Mbps3GPP R10TD-L
4、TE-A 业务能力：下行 1Gbps3GPP R9eMBMS增强多媒体广播： 下行最高384kbps ？HeNB双流BF 宽带移动通信标准发展趋势 TD-LTE关键技术和性能 TD-LTE与TD-SCDMA TD-LTE的后续演进 总结内容提要2004年12月，研究项目(SI)立项，3GPP需要开发一套系统与WiMAX抗衡2009年1月至今，R8的完善和进一步优化（R9）2006年69月，SI阶段结束，进入工作项目（WI） 阶段2008年12月，标准化已经进入尾声，标准基本冻结LTE Long Term Evolution2008年4月至今，LTE-A的Study Item 1.4MHz-20
5、MHz 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，更大的容量更高的带宽，更大的容量更高的数据传输速率更高的数据传输速率更低的传输时延更低的传输时延更低的运营成本更低的运营成本 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
6、R6 的2-4倍 提高小区边缘用户的数据传输速率9Network Architecture网络架构l分组域 支持传统的电路式业务，如VoIP lLTE 网元 EPC, Evolved Packet Core eNodeB UE l平坦的网络架构 合并NodeB 和 RNC 为eNB，提供 更低的控制和用户面时延LTE概述(2)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、64QAMFDD：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
7、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n FDD和TDD的差异主要来自于双工方式的差异 n 主要存在于物理层，且相对于3G，差异进一步缩小（小于20） n 很方便FDD/TDD 双模和共芯片等灵活的带宽分配OFDM技术 克服多径，增加系统的可靠性； 技术简洁，便于使用MIMO技术；MIMO技术 显著提高传输速率和频谱利用率；OFDMMIMO2000s1990s1980s1960sOFDM在高速调制器中的应用开始研究OFDM 应用在高频军事系统OFDM应用于宽带数据通信和广播等OFD
8、M应用于 802.11a, WiMAX, LTE时域循环前缀，抑制多径引起的ISI 频域分成多个子载波，与信道编码结合对抗多径衰落 子载波相互正交，提高频谱利用率 时-频二维调度，提高系统性能 可扩展带宽，充分利用不同带宽的频谱含CP的OFDMA符号时域结构 含CP的OFDMA符号频域子载波结构n OFDM的高PAPR在上行链路的应用受到较大的限制 功率效率和覆盖半径， 终端功放的成本。n 3GPP在上行链路采用单载波技术作为基本的传输方式，SC -FDMA 低PAPR (Peak-to-average power ratio) 可以在有限的功率 条件下获得更大的覆盖范围 频域均衡使用CP可以
9、压缩多径间的干扰,由于载波间正交 性被破坏有一定的性能损失多址技术:上行SC-FDMA 时域产生信号，M点DFT变换到频域SC-FDMA发射机结构Low PAPRLow PAPRHigh PAPR每个子载波上的信号为M个符号的迭加3 dB lossSC-FDMAOFDMA假设:指数衰减信道性能: 在达到目标 PER时(0.1或0.01)， OFDMA比SC-FDMA好3dB原因: 频选衰落， 使SC-FDMA的正交 性被破坏结论: OFDMA有更 好的链路性能OFDM中的自适应调制32QAM, 5 bit/s/Hz16QAM, 4 bit/s/Hz8QAM, 3 bit/s/HzQPSK, 2
10、 bit/s/HzBPSK, 1 bit/s/HzThreshold LevelsSNR dB BPSK8QAM16QAMQPSKtimeExcess SNR功率控制向速率控制的转变！容量公式：系统带宽信噪比SNR信道数 系统容量的提高？容量公式：增加带宽提高信噪比增加信道数系统容量的提高？Marconi利用多 天线来抑制信 道衰落，从而 实现无线电波 大容量的传输19081996贝尔实验室的 Foschini提出分 层空时结构 BLAST，完成 MIMO信道容量的 理论分析1998S. M. Alamouti 提出了一种简 单的发送分集 技术STBC 。利用有限的频谱资源，在空间上开 发，提
11、高频谱利用率MIMO（Multiple-Input Multiple-Output） 实现多路数据流并行发送，获得空间复用增益， 提高传输的有效性 实现多个子信道信号的有效合并，获得空间分集 增益，提高传输的可靠性利用信道 空间特性信息论已经证明： 当不同的接收天线和 不同的发射天线之间 互不相关时，MIMO 的容量与收发两端的 最小天线数成正比。 MIMO系统能够很好 的提高系统的抗衰落 和抗噪声性能，从而 获得巨大的容量不同天线数目下，Shannon容量与SNR曲线M：发射天线数 N：接收天线数CSIT: 发送端已知信道 信息;CSIR: 接收端已知信道 信息;MIMO阵列增益 智能天线-
12、Beamforming 扩大系统的覆盖区域 提高频谱利用率 提高接收信噪比 利用天线阵间的相关性复用增益 开环MIMO-SM 闭环MIMO-SM 提高数据传输速率 提高系统有效性 要求天线间相关性小分集增益 STBC、STTC、CDD 提高数据的可靠性 要求天线间相关性小基于码本和公共导频波束赋型 Beamforming复用 Precoding主要用于中低速的业务信道分集 SFBC基于空时编码用于控制信道和高速业务信道基于非码本和DRS主要用于中低速的业务信道TDD的特有技术， 利用互易性得到信 道信息，准确的波 束赋型LTE系统中的 MIMO 方案分集技术空间分集：利用多根天线在不同的 位置
13、上发送和接收相同的信息，在 空间域内提供信号的副本。为了保 证多个发送或多个接收信号副本所 经历的衰落独立，要求各根天线之 间的距离足够大。频率分集：通过在不同的载波频率 上发送相同信息，在频率域内提供 多个信号的副本。时间分集：即在多个不同的时隙上 传输相同的信息，在时间域内提供 多个信号的副本。 开环MIMO-STBC/SFBC 提高可靠性：同一信息经过正交编码后从 两根天线或多根天线（STBC）或者多个 频率（SFBC）上发送出去基于码本的precodingn 接收端根据信道估计 得到的信道信息； n 按照某种准则从码本 中选取最优的预编码 码字； n 然后将该码字的序号 反馈给发射端；
14、 n 发射端根据反馈的序 号从码本中选取相应 的预编码码字进行预 编码操作。利用信道的互易性（基于上行的SRS，eNB获得基站下行 传输的CSI（信道状态信息），生成下行发送加权向量 ，通过调整各天线阵元上发送信号的权值，产生空间定向 波束，将无线电信号导向期望的方向Uplink Time SlotDownlink Time SlotLegend: D上下行同频TDDDD DDDFDD上行下行DD D DLTELTE热点热点 覆盖覆盖LTELTE中度中度 覆盖覆盖LTELTE全覆全覆 盖盖 Beamforming: 主波束自适应地跟踪用户主信号到达方向 旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向 Beam
15、forming在移动通信系 统的应用： 扩大系统的覆盖区域； 提高系统容量； 提高频谱利用效率； 降低基站发射功率，节省系统成本，减少信号间干扰与电磁环 境污染 充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号属性基于码本的PrecodingBeamforming上下行信道互易性不依赖依赖天线校准不需要需要 码本量化损失有码本量化损失无量化损失干扰水平干扰水平较高能够较好抑制干扰 天线间距一般采用大天线间距一般采用小天线间距 信号反馈机制PMI&RankSounding TDD/FDD同时适用FDD/TDD更适用于TDD 调度周期5ms1ms天线数2448适用于适用于FDDFDD模式模式适用于适用于TDDTDD模式模式Beamforming可以大大改善小区边缘的覆盖Bps/Hzn 比较 n LTE相对于HSPA，频谱 效率提升23倍； n 基于TDD优化，TD-LTE 的性能可以进一步提高 30。 n 基于R9的进一步优化和 SDMA，TD-LTE的性能 可进一步提升70。LTE与3G的综合性能比较nUpPTS进一步优化设计，从分利用TDD的信道的互易性 n 短 RACH，降低开销 n Sounding RS获得TDD
