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1、1 TD-LTE总体技术发展和无线关键技术总体技术发展和无线关键技术 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 TD-LTE和TD-HSPA+技术培训材料 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 TD-LTE和TD-HSPA+技术培训材料 2 目录目录 TD-LTE总体技术发展 什么是TD-LTE？ 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 TD-LTE的进一步演进 3 未来的无线通信将是各种接入手段的并存未来的无线通信将是各种接入手段的并存 4 LTE将是未来最主流的广域宽带无线通信系统将是
2、未来最主流的广域宽带无线通信系统 OFDM/ MIMO + 扁平扁平IP 网络网络 2G2G3G3G 3GPP2 CDMA 3GPP UMTS 3GPP GSM WiMAX LTE 1xEV-DO Rev A 1xEV-DO Rel 0 CDMA2000 1X GPRS /EDGE HSDPA/ HSUPA Evolved EDGE WiFi 4G4G WCDMA TD-SCDMA TD-SCDMA LTE 20082005 商用部署商用部署预商用部署预商用部署研究标准化研究标准化测试试验测试试验 20062009 挪威、瑞典、美国、日本、香港挪威、瑞典、美国、日本、香港 Ericsson、华
3、为、华为、ALU、中兴、中兴、Moto 5 什么是什么是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。 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20MHz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。 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”（evolu
4、tion）， 不如说是“革命”（revolution）。 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。 6 LTE和和EPS的关系的关系 LTE EPS=Evolved Packet System 7 目录目录 TD-LTE总体技术发展 什么是TD-LTE？ 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 TD-LTE的进一步演进 8 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 ? 除了窄带业务的效果，更要提高宽带业务效率 从
5、覆盖优化到容量优化 ? 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 ? 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。 为什么会出现为什么会出现LTE？ 9 宽带移动通信和宽带无线接入的融合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，
6、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 10 降低每比特成本是产业的必然发展方向降低每比特成本是产业的必然发展方向 11 目录目录 TD-LTE总体技术发展 什么是TD-LTE？ 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 TD-LTE的进一步演进 12 LTE的设计目标的设计目标 支持1.4MHz-20MHz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 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 降低建网成本，实现从3G的低成
7、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 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VoIP 对低速移动优化系统，同时支持高速移动 13 LTE的标准化进程的标准化进程 14 LTE的性能评估（仿真结果）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。 15 LTE的技术创新的技术创新 LTE名为演进（Evolution），实为“革命”（Revolution） 创新一：频分多址系统 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） 创新二：MIMO（多天线技
8、术） 下行MIMO： ? 发射分集：改善覆盖（大间距天线阵） ? 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 上行MIMO： ? 空间多址：提高用户容量和系统容量 创新三：扁平网络 取消RNC（中央控制节点），只保留一层RAN节点eNodeB eNodeB和核心网采用基于IP路由的灵活多重连接S1-flex接口 相邻eNodeB采用Mesh连接X2接口 eNB eNB eNB MME/UPE MME/UPE S1 X2 X2 X2 EPC E-UTRAN 16 目录目录 TD-LTE总体技术发展 TD-LTE无线关键技术 TD
9、-LTE面临的技术挑战 TD-LTE的进一步演进 17 LTE无线技术要点无线技术要点 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 6+1个天线端口： 下行4天线MIMO、MBSFN、Beamforming 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-MIMO 8个物理信道：PDSCH、PDCCH、PBCH、PCFICH、PHICH、
10、PUSCH、 PUCCH、PRACH 18 目录目录 TD-LTE总体技术发展 TD-LTE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 8个物理信道 TD-LTE面临的技术挑战 TD-LTE的进一步演进 19 扁平扁平RAN架构架构 36.211 Physical Channels and Modulation 36.212 Multiplexing and channel coding 36.213 Physical layer procedures 36.214 Physical layer Measurements
11、 To/From Higher Layers 36.323 PDCP 36.322 RLC 36.321 MAC 36.331 RRC 36.2xx PHY 36.401 Architecture 36.41x S1 interface 36.42x X2 interface 20 LTE接入网络的简化接入网络的简化 UTRAN E-UTRAN RNC的大部分功能下放到 eNodeB 21 目录目录 TD-LTE总体技术发展 TD-LTE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 8个物理信道 TD-LTE面临的技术挑战
12、 TD-LTE的进一步演进 22 2种帧结构种帧结构 FS1（FDD） FS2（TDD） 23 2种种TDD帧结构的融合帧结构的融合 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。 The single TDD FS 5ms half Frame 0.5 ms 5ms half Frame 0.675 ms TDD FS2TDD FS1 #0 #1#18 #19 10ms Frame 0.5 ms 24 TD-LTE帧结构上下行配比帧结构上下行配比 25 TD-LTE帧结构特殊时隙结构帧结构特殊时隙结构 配置Normal CPExten
13、ded CP DwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS 03101381 1941831 21031921 311211011 41211372 5392822 6932912 71022 81112 26 目录目录 TD-LTE总体技术发展 TD-LTE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 8个物理信道 TD-LTE面临的技术挑战 TD-LTE的进一步演进 27 LTE所依赖的所依赖的3个核心技术个核心技术 OFDMA/SC-FDMA 简洁的宽带扩展能力 获得高峰值速率的“正交传输” MIMO技术的“最佳
14、搭档” MIMO LTE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 28 为什么宽带数据接入要采用为什么宽带数据接入要采用OFDM和和MIMO？ 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MIMO MIMO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 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 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 使用MIMO的环境主要出现在小区中心或热点 但Interne
15、t用户已经习惯了“尽力而为”的QoS/QoE 29 目录目录 TD-LTE总体技术发展 TD-LTE无线关键技术 1个架构 2个帧结构 3个核心技术OFDMA/SC-FDMA 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 8个物理信道 TD-LTE面临的技术挑战 TD-LTE的进一步演进 30 OFDM是新技术吗？是新技术吗？不是不是 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 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： 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 。 31 OFDM是新技术吗？是新技
16、术吗？是是 传统FDM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 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） 为什么直到最近20年才逐渐实用？有赖于数字信号处理（DSP）芯 片的发展。 32 OFDM发射机结构发射机结构 OFDM发射机的两个核心模块： IFFT（逆FFT）：将大量的窄带（子载波）频域信号（频域上映射 的信号），经过IFFT后形成时域信号 加入循环前缀（CP）：将每个OFDM符号的尾部一段复制到符号之 前 33 OFDM调制的核心操作调制的核心操作 34 OFDM是为了用于多径衰落信道而设计的是为了用于多径衰落信道而设计的 多径效应 （路径损耗和时延扩展） 时域影响：符号间干扰频域影响：频率选择性衰落 时间 前一个符号符号检测窗口 多径扩展造成 的符号间干扰（ISI） 多径扩展造成的 能量损失 35 应对频选衰落：窄带并行传输应对频选
