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1、TD-LTE关键技术及特点,中国移动设计院四川分院无线所 赵明峰 博士,提纲,2004年11月，3GPP RAN Further Evolution Workshop 2004年12月，3GPP通过Evolved UTRA/UTRAN SI立项 (RAN#26, RP-040461) 2006年6月，3GPP通过3G Long-Term Evolution WI立项 (RAN#32, RP-060426) 2007年10月，ITU-R征集IMT-Advanced(4G)技术方案 2008年3月，3GPP通过LTE-Advanced SI立项(RAN#39, RP-080137) 2008年4月
2、，3GPP workshop on IMT-Advanced 2010年11月，3GPP LTE-Advanced (Rel-10)被ITU-R接受为4G技术 2012年6月，3GPP Workshop on Release 12 and Onward,LTE起源与里程碑,LTE设计目标与需求,设计高速率、低时延和包交换优化的无线接入技术,3GPP LTE/LTE-A 标准化时间表,LTE/LTE-A 各版本关键技术演进,LTE Rel-8,LTE Rel-9,LTE-A Rel-10,LTE-A Rel-11,LTE增强版本,LTE基本版本,LTE-A基本版本,LTE-A增强版本,Posit
3、ioning,DL MIMO Enhancement,UL MIMO,Relay,CoMP,Mobile Relay,Heterogeneous Network,CA enhancement,MIMO enhancement,TDD enhancement,Dual layer beamforming,TD-LTE网络结构,TD-L与TD-S网络结构比较 TD-L没有基站控制器（RNC，BSC），E-NodeB完成RNC+Node B的功能 扁平化网络结构的优点 时延大幅缩短：用户接入时延从2S 100ms，业务端到端时延100ms20ms 减少网络建设投资,TD-LTE网络结构,TD-SCD
4、MA网络结构,提纲,OFDM发展历史,受制于数字信号处理能力的相应芯片成熟度,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,宽频信道,正交子信道,FDM,OFDM,传统FDM:为避免载波间干扰，需要在相邻的载波间保留一定保护间隔，大大降低了频谱效率。,OFDM:各(子)载波重叠排列，同时保持(子)载波的正交性（通过FFT实现）。从而在相同带宽内容纳数量更多(子)载波，提升频谱效率。,实质就是频谱效率的显著提升,OFDM优势-对比 TD-CDMA,考虑到系统设计的复杂程度及成本，OF
5、DM更适用于宽带移动通信,OFDM不足,OFDM输出信号是多个子载波时域相加的结果，子载波数量从几十个到上千个，如果多个子载波同相位，相加后会出现很大幅值，造成调制信号的动态范围很大。因此对RF功率放大器提出很高的要求,较高的峰均比（PARP）,受频率偏差的影响,高速移动引起的Doppler频移 系统设计时已通过增大导频密度（大致为每0.25ms发送一次导频，时域密度大于TD-S）来减弱此问题带来的影响,子载波间干扰(ICI）,折射、反射较多时，多径时延大于CP(Cyclic Prefix，循环前缀)，将会引起ISI及ICI 系统设计时已考虑此因素，设计的CP能满足绝大多数传播模型下的多径时延
6、要求（4.68us)，从而维持符号间无干扰,受时间偏差的影响,ISI(符号间干扰）& ICI,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。,峰均比示意图,下行多址方式OFDMA,下行多址方式特点,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。,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
7、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SC-FDMA,上行多址方式特点,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,受限于终端的处理能力和成本及功耗,上下行资源单位,频率,CCE：Control C
8、hannel Element。CCE = 9 REG,REG：RE group，资源粒子组。REG = 4 RE,RE：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),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,多天线技术：分集、空间复用和波束赋形,多路信道传输同样信息,多路信道同时传输不同信息,多路
9、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射多地区，不适合有直射信号的情况,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,LTE传输模式-概述,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
10、速切换到模式内发射分集模式,LTE传输模式-发射分集（Mode 2）,（频率偏移发射分集）,(空频块编码）,天线端口0传原始调制符号 天线端口1传原始符号的变换符号,天线端口0与2(1与3）为一个天线端口对，二者之间为SFBC； 天线端口0与1在频域上交替传送原始信号，二者之间为FSTD; 2与3传送相应的交换信号,亦为FSTD。,发射分集利用了天线间的弱相关性，在天线对上传送原始信号及其变换符号（一般为原始符号的共轭），提高信号传输的可靠性。 既可用于业务信道，又可用于控制信道。,两天线端口-SFBC,四天线端口-SFBC+FSTD,LTE传输模式-空间复用（Mode 3,4,6）,普通的空
11、间复用，接收端和发送端无信息交互,基于非码本的预编码： 基于终端提供的SRS(探测参考信号)或DMRS(解调参考信号)获得的CSI，基站自行计算出预编码矩阵 基于码本的预编码： 基于终端直接反馈的PMI(预编码矩阵索引号)从码本中选择预编码矩阵,空间复用利用了天线间空间信道的弱相关性，在相互独立的信道上传送不同的数据流，提高数据传输的峰值速率 只应用于下行业务信道（为了确保传输，控制信道普遍采用发送分集）,开环空间复用,闭环空间复用,LTE传输模式-波束赋形（Mode 7，8）,波束赋型只应用于业务信道 控制信道仍使用发射分集保证全小区覆盖（类比于TD-SCDMA中PCCPCH也是广播发射）
12、可以不需要终端反馈信道信息 平均路损和来波方向可通过基站测量终端发射的SRS（Sounding Reference Signal，探测参考信号，类比于TD-SCDMA里的midamble码）,两个波束传递相同信息，获得分集增益+赋型增益,两个波束传递不同信息， 获得复用增益+赋型增益,产生定向波束，获得赋型增益,定义,波束赋型是发射端对数据先加权再发送，形成窄的发射波束，将能量对准目标用户，提高目标用户的信噪比，从而提高用户的接收性能。,特点,单流beamforming,双流beamforming,TD-LTE帧结构,TD-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
13、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 = 1ms,TD-LTE上下行配比表,转换周期为5ms表示每5ms有一个特殊时隙。这类配置因为10ms有两个上下行转换点，所以HARQ的反馈较为及时。适用于对时延要求较高的场景,转换周期为10ms表示每10ms有一个特殊时隙。这种配置对时延的保证略差一些，但是好处是10ms只有一个特殊时隙，所以系统损失的容量相对较小,TD-LTE帧结构和TD-SCDMA帧结构对比,子帧: 1ms,#0,特殊子帧: 1ms,#2,#3,#4,GP,UpPTS,TD-LT
14、E 半帧: 5ms,TD-LTE和TD-SCDMA帧结构主要区别： 时隙长度不同。TD-LTE的子帧（相当于TD-S的时隙概念）长度和FDD LTE保持一致，有利于产品实现以及借助FDD的产业链 TD-LTE的特殊时隙有多种配置方式，DwPTS,GP,UpPTS可以改变长度，以适应覆盖、容量、干扰等不同场景的需要。 在某些配置下，TD-LTE的DwPTS可以传输数据，能够进一步增大小区容量 TD-LTE的调度周期为1ms，即每1ms都可以指示终端接收或发送数据，保证更短的时延。而TD-SCDMA的调度周期为5ms,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DwP
15、TS，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,TD-LTE的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制约关系，可以相对独立的进行配置 目前厂家支持10:2:2（以提高下行吞吐量为目的）和3:9:2（以避免远距离同频干扰或某些TD-S配置引起的干扰为目的），随着产品的成熟，更多的特殊子帧配置会得到支持,物理信道简介,下行信道映射关系,上行信道映射关系,逻辑信道定义传送信息的类型，这些数据流是包括所有用户的数据。 传输信道是在对逻辑信道信息进行特定处理后再加上传输格式等指示
16、信息后的数据流。 物理信道是将属于不同用户、不同功用的传输信道数据流分别按照相应的规则确定其载频、 扰码、扩频码、开始结束时间等进行相关的操作，并在最终调制为模拟射频信号发射出去； 不同物理信道上的数据流分别属于不同的用户或者是不同的功用。,逻辑、传输、物理信道,信的内容,平信、挂号或快递,写上地址，贴好邮票的信件,物理信道配置,PCFICH & PHICH配置,PHICH的传输以PHICH组的形式，PHICH组的个数由PBCH指示。 Ng=1/6,1/2,1,2 PHICH组数=Ng*(100/8)（整数，取上限） =3，7，13，25 PHICH min=3 PHICH max=25 采用BPSK调制，传输上行信道反馈信息。,指示PDCCH的长度信息（1、2或3），在子帧的第一个OFDM符号上发送， 占用4个REG，均匀分布在整个系统带宽。 采用QPSK调制，携带一个子帧中用于传输PDCCH的OFDM符号数，传输格式。 小区级shift，随机化干扰。,PCFICH(物理层控制格式指示信道),PHICH(
