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1、第一章TD-LTE系统概述1.1移动通信系统开展与演进 简单概括，通信技术的开展可概括为3个“P到P。通信技术从早期的Place to Place 通信时代开展到了People to People移动通信阶段，未来向着Point to Point点到点开展。其中移动通信技术是20世纪末促进人类社会飞速开展的最重要的技术之一，给人们的生活方式、工作方式带来了巨大的影响。移动通信虽然只经历了30年的开展时间，却开展十分迅猛，到现在已经经历了四代的移动通信技术。图1-1简单描述了四代移动通信技术的开展过程。 1.2 TD-LTE标准化历程 TD-LTE系统的标准化主要由移动通信标准化组织3GPP来发
2、起和完成的。1998年12月，多个电信标准组织伙伴签署了?第三代伙伴方案协议?，由此产生了3GPP组织，其中包括我国的CCSA。最初3GPP组织的成立是为3G技术制定全球统一的技术标准和技术报告。随着移动通信技术的开展，3GPP的工作范围得到了扩展，目前无线侧的工作主要集中在LTE技术的标准化和增强。 3GPP制定的标准标准以Release作为版本进行管理，平均一到两年就会完成一个版本的制定，从最初的R99，之后到R4，目前已经开展到R12。TD-LTE标准，从R7阶段开始研究，在R8版本中完整，并在R9阶段进行了完善和增强。图1-2简单概括了TD-LTE标准的几个版本的开展过程。1.3 TD
3、-LTE系统需求3GPP标准化组织于2005年3月启动了LTE标准化的工作，LTE的目标是以OFDM多址技术和MIMO多天线技术为根底，开发出以传输时延更低、用户传输速率更高、并以优化分组数据域业务传输为目标的新一代无线通信标准。下表总结了LTE系统的需求分析。1.4 TD-LTE系统架构 从整体上，TD-LTE系统架构仍然分为两局部：演进后的核心网EPC和演进后的接入网E-UTRAN，如下图。与3G无线网络相比，TD-LTE省略了RNC网元，仅由eNodeB组成，提供到UE的E-UTRAN控制平面与用户平面的协议终止点。eNode B之间通过X2接口相连，eNode B通过S1接口与EPC相
4、连。其中，eNode B与MMEMobility Management Entity相连的接口叫S1-MME；eNode B与S-GWServing Gateway相连的接口叫S1-U。与3G系统的网络架构相比，接入网仅包括eNode B一种逻辑节点，网络架构中节点数量减少，网络架构更加趋于扁平化。 1.5 TD-LTE网络规划特点 网络规划分为核心网规划和无线接入网规划。本文主要研究的是无线接入网规划局部，也被称为无线网络规划。无线网络规划主要任务是根据无线接入网的技术特点、射频要求、无线传播环境等条件，运用一系列规划方法，设计出适宜的基站位置、基站参数配置、系统参数配置等，以满足网络的覆盖
5、、容量和质量的要求。TD-LTE作为新兴的4G移动通信系统，有它独有的技术特点。可以说采用TDD双工模式，以及OFDM和MIMO结合的物理层技术，决定了TD-LTE无线网络规划的大局部方法。为了满足前面章节LTE网络的需求分析，本小节将从覆盖、容量及参数规划等方面对TD-LTE的网络规划特点进行简单的表达。1.5.1 TD-LTE覆盖规划特点 TD-SCDMA系统中业务信道采用专用信道方式，直接通过链路预算方式就可计算出每种业务的最大允许路径损耗，进而得到覆盖范围。而TD-LTE系统中业务信道均是共享方式，这就需要先确定小区边缘用户的最低保障速率，根据速率要求和资源分配进行链路预算，再得到覆盖
6、范围。另外，TD-LTE中的多天线技术选用何种模式也会对覆盖产生直接的影响。 TD-LTE的覆盖规划首先需要设定链路预算的系统配置，如系统带宽、每小区用户数、天线模式等。在此根底上，确定小区边缘用户的保障速率，并由此确定边缘用户所分配到的RB数。然后通过确定系统平均带宽开销可以折算得到每个RB所需要承载的bit数，从而确定需求的SINR，作为接收机信号强度预算的输入值，SINR是覆盖估算中最关键的参数。覆盖估算的过程主要是根据系统的要求和配置，确定发射机参数、接收机参数，以及附加损耗参数，得到信道最大路径损耗，再代入无线传播模型，最后计算出信道的覆盖半径。1.5.2 TD-LTE容量规划特点
7、对于任何无线通信系统，频率资源都是系统容量最根本的决定因素。在有限的频带，通过物理层关键技术提高频谱利用率，增加系统容量是无线通信系统关键之所在。在TD-LTE系统中，采用了OFDM、MIMO等新技术，用户可以从时域、频域、空域和码域复用空中接口资源。在确定的频带内，TD-LTE系统的容量与时频分割的物理资源块数、资源单元数相关；在空域与无线信道环境、天线配置、天线发射端口数P及MIMO数据流数相关；扩频调制信道与可用码资源相关。TD-LTE空中接口分为控制面及用户面。控制面信道承载物理层上下行控制信息和高层信令信息，其容量与信道资源配置、信道格式、接入及调度算法相关；用户面承载用户上下行业务
8、数据，其容量与业务信道资源配置、业务质量要求QoS、编码调制方式MCS、无线信道传播环境相关。综上所述，TD-LTE系统容量分析具有以下特点：1空中接口物理资源是系统容量决定因素，包括：系统带宽、天线配置、系统帧结构及时隙配比、控制信道与业务信道配置等；2具有不确定性，系统调度算法、信道调制编码方式、MIMO数据流数与业务质量要求、信道环境、干扰水平等时变因素密切相关，动态地变化；3网络硬件的处理能力对于系统容量的影响不可无视；因此，对于TD-LTE系统的容量分析应客观根据时变条件对网络的影响，在理论估算系统容量的根底上，通过网络统计或系统仿真的方式进行调整修正，逼近网络实际容量。1.5.3
9、TD-LTE参数规划特点TD-LTE无线网络参数规划主要包括：邻区规划、频率规划和PCI码资源规划。邻区规划：与TD-SCDMA系统邻区规划原理根本一致，综合考虑各小区的覆盖范围及站间距、方位角等进行规划。频率规划：频率规划和无线网络中存在的干扰息息相关，TD-LTE小区内部由于OFDM技术特点，严格同步时小区内干扰较小，TD-LTE系统的干扰主要是小区间干扰。频率规划的目的就是提高频谱利用率，通过频率复用，使得可以使用较少的频率资源到达覆盖要求，同时好的频率规划可以减少系统存在的干扰。PCI码资源规划：原理上与TD-SCDMA的扰码规划类似，根本原那么是在覆盖区交叠的相邻小区不分配互相关性相
10、对较高的码字。考虑到TD-LTE的主要多址方式是OFDMA，而且系统PCI码资源充足，TD-LTE的PCI码规划比TD-SCDMA的扰码规划容易。表比照了TD-LTE和TD-SCDMA无线网络规划的特点：第二章 TD-LTE系统物理层关键技术TD-LTE系统在物理层技术上实现了重大革新，关键技术创新主要包括：以OFDMA为根本多址技术实现时频资源的灵活配置；通过采用MIMO技术实现频谱效率的大幅度提升；通过采用AMC、功率控制、HARQ等自适应技术以及多种传输模式的配置进一步实现了对不同应用环境的支持和传输性能优化；通过采用灵活的上下行控制信道设计为充分优化资源管理提供了可能。本章节首先讨论O
11、FDM和MIMO技术原理以及其在TD-LTE系统中的应用，然后介绍TD-LTE系统的帧结构、物理层信道和物理层信号。2.1 TD-LTE的OFDM技术2.1.1 OFDM 根本原理正交频分复用OFDM技术从根本上说是一种频分多址技术，但是它与普遍应用的频分复用FDM技术不同，OFDM各个载波之间相互叠加但相互正交，防止载波间干扰ICI的根底上节省了带宽资源，提高了频率利用率。从图2-1中可以更直观的看出OFDM技术与FDM技术的不同。 虽然OFDM技术比传统的FDM技术先进的多，但是OFDM并不是一个新技术，早在20世纪60年代就已经提出了。OFDM技术能够得以广泛使用，主要是两个关键技术的提
12、出离散傅里叶变化DFT和循环前缀CP。采用离散傅里叶变化DFT进行OFDM调制和解调，使OFDM各个子载波信号的生成只需要一个振荡器，从而使OFDM的调制实现简单化；在各子载波间参加循环前缀使OFDM各个子载波的调制信号在复杂的传输信道能够保持正交性。OFDM是一种特殊的多载波传输方案，它不仅仅是一种多址技术，还可以看作是一种调制技术。其主要思想是：将信道分成假设干正交子信道，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。2.1.2 OFDM 信号处理过程OFDM信号处理过程如图2-2所示，在发射机端对高速的数据流进行串并变换后，用快速傅里叶反变换将信号进行转换，调制到各
13、个子载波上，把信号的频谱变换到时域在信道中传输，并进行并串转换，加上循环前缀后构成一个OFDM符号，再经过上变频后发送出去；在接收机端将接收到的信号进行下变频后去除循环前缀，通过FFT运算将各个子载波上的信号进行解调，经过并串变换后再进行其他处理。可以发现接收端信号处理是发送端的逆过程。2.1.3 OFDM 技术特点及主要优缺点OFDM作为TD-LTE的主要多址技术，其主要优点有：1频谱利用率高2接收机的复杂度低3带宽扩展性强4易于MIMO系统的实现5易于同链路自适应技术结合虽然OFDM系统的优点是显而易见的，但是也有一些内在的局限性和问题：1峰均功率比PAPR高 由于OFDM符号是多个独立调
14、制子载波相加而成，如果在同一时刻多个子载波都处于峰值，这样合成信号可能产生比拟大的峰值功率，最终造成过高的峰均功率比。高的PAPR使射频功放的效率减低，增加了发射机射频模块的本钱和耗电量。（2） 时间和频率同步 OFDM系统是正交频分多址，子载波相互重叠，所以受同步误差的影响较大。在时域中，OFDM系统通过参加CP，对时间同步的误差敏感度有了很大的降低，但是在频域中子载波宽度较小，对频偏非常敏感，因此OFDM系统需要保持严格的频率同步，才能确保子载波之间的正交性。（3） 小区间干扰 不同于CDMA系统，OFDM能够很好的保证小区内用户的正交性，小区间干扰成为OFDM系统需要解决的重点问题。可能
15、的解决方案包括：跳频OFDMA、加扰、小区间频域协调、干扰协调等。2.1.4 TD-LTE 系统的上下行多址方式 TD-LTE系统的上下行多址方式主要是基于OFDM技术，其中下行链路由于基站规模较大，为了获得较高的数据速率可以增加本钱和复杂度来防止OFDM的一些技术弊端，所以下行链路的方式采用的是OFDMA。在上行链路的多址方式选择中，由于OFDM系统的高PAPR特点，使得终端发射功率和功放本钱存在很大的问题，在综合考虑各方面因素的影响后，TD-LTE的上行多址方式选择了SC-FDMA，也就是单载波频分多址。 通过上述分析可知，SC-FDMA主要是防止了OFDM系统中高PAPR问题。通过图2-3可以发现，SC-FDMA系统的发射过程和OFDM系统十分相似，只是比OFDMA多一个DFT预编码过程。2.2 TD-LTE 的多天线技术2.2.1 MIMO 技术简介多径效应是无线通信系统都要解决的一个问题。相比于传统单天线系统中对多径效应采取克服和防止的方法，在多天线MIMO系统中，多径效应变成了一个有利因素并被加以利用。简单来说，MIMO就是在发送端和接收端设置多根天线来发送和接收信号，发射天线和接收天线数并不一定相同，通过一系列复杂的发送接收技术，实现系统容量的提升。在MIM
