TD-LTE 基本原理及关键技术 中兴通讯学院.

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1 TD-LTE 基本原理及关键技术 中兴通讯学院

2 课程内容 TD-LTE概述 TD-LTE网络架构 TD-LTE协议栈 TD-LTE关键技术 TD-LTE与LTE FDD的区别

3 TD-LTE概述 LTE简介 LTE相关组织介绍 Link Adaption –AMC Fast MAC scheduler

4 LTE背景 LTE表示3GPP长期演进 ( Long Term Evolution )
2004年11月3GPP TSG RAN workshop启动LTE项目 LTE主要目标： 1、保持3GPP在移动通讯领域的技术及标准优势 2、填补第三代移动通讯系统与第四代移动通讯系统之间存在的巨大技术差距 3、希望使用已分配给第三代移动通信系统的频谱，保持无线频谱资源的优势 4、解决第三代移动通讯系统存在的专利过分集中的问题 6种LTE的标准(1)OFDMA,OFDMA(2)SC-FDMA,OFDMA(3)MC-WCDMA

5 移动通信技术的演进路线 4G 多种标准共存、汇聚集中 多个频段共存 移动网络宽带化、IP化趋势 LTE 移动通信技术的演进与融合 2G
GSM GPRS EDGE 4G LTE FDD/ TDD TD- SCDMA HSDPA HSUPA HSPA+ R7 MBMS WCDMA R99 HSDPA R5 HSUPA R6 HSPA+ R7 MBMS CDMA IS95 CDMA 2000 1x CDMA 2000 1X EV-DO EV-DO Rev. A EV-DO Rev. B 移动通信技术的演进与融合 d e m 2G 2.5G 2.75G 3G 3.5G 3.75G 3.9G 4G 多种标准共存、汇聚集中 多个频段共存 移动网络宽带化、IP化趋势

6 LTE的目标 LTE 峰值速率 DL: 100Mbps 更好的覆盖 UL: 50Mbps 低延迟 更高的频 CP: 100ms 谱效率
UP: 5ms 更低的 CAPEX & OPEX 频谱 灵活性 更高的频 谱效率 LTE 在20MHz带宽能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率 改善小区边缘用戶的性能 提升网络容量 降低系統延迟：用戶面单向延迟 (One-way user plane latency) 低于5ms、控制面 (Control plane) 从dormant到active转换时间低于50ms、从idle态到active台转换时间低于100ms 支援100Km小区半径 支持为350Km/h的高速移动用戶提供大于100kbps的服務 支持成对或非成对频谱，並可灵活配置1.25 MHz到20MHz的多种带宽

7 中兴通讯是业界唯一支持TD-LTE 20MHz带宽的系统厂商
峰值数据率 1 实现峰值速率的显著提高，峰值速率与系统占用带宽成正比 2 在20MHz 带宽内实现100Mbit/s的下行峰值速率(频谱效率5 bit/s/Hz) 3 在20MHz 带宽内实现50Mbit/s的上行峰值速率(频谱效率2.5 bit/s/Hz) 目标 中兴通讯是业界唯一支持TD-LTE 20MHz带宽的系统厂商

8 中兴通讯业界首家通过LTE高速（90Km/h）移动测试，吞吐量非常稳定！
移动性 E-UTRAN系统应能够支持: 对较低的移动速度 ( km/h ) 优化 在更高的移动速度下 ( km/h ) 可实现较高的性能 在 km/h的移动速度 (在某些频段甚至应该支持500 km/h ) 下要保持网络的移动性 在各种移动速度下，所支持的语音和实时业务的服务质量都要达到或超过UTRAN下所支持的 中兴通讯业界首家通过LTE高速（90Km/h）移动测试，吞吐量非常稳定！

9 频谱 频谱灵活性 E-UTRA系统可部署在不同尺寸的频谱中，包括1.4、 3、 5、10、15 和 20 MHz, 支持对已使用频率资源的重复利用 上行和下行支持成对或非成对的频谱 共存 与GERAN/3G系统在相同地区邻频 与其他运营商在相同地区邻频 在边境两侧重合的或相邻的频谱内 与 UTRAN 和 GERAN切换 与非 3GPP 技术 (CDMA 2000, WiFi, WiMAX)切换 广播信息里有指示信道带宽，目前小区的信道带宽，是固定的 互操作

10 LTE关键技术 频谱灵活 先进的天线解决方案 新的无线接入技术 支持更多的频段 灵活的带宽 灵活的双工方式 分集技术 MIMO技术
Beamforming技术 新的无线接入技术 OFDMA SC-FDMA SC-FDMA: 提高功放效率，减少终端成本和效率，提高覆盖。 LTE的目标是提高容量，覆盖和峰值速率。采用MIMO可以做到此。

11 TD-LTE概述 LTE简介 LTE相关组织介绍 【注】该节可酌情删除

12 LTE标准组织 功能需求 标准制定 技术验证 TSG RAN TSG SA TSG CT PCG TSG GERAN

13 3GPP组织架构 Project Co-ordination Group (PCG) RAN WG1 RAN WG2 RAN WG3
TSG GERAN TSG RAN TSG SA TSG CN GSM EDGE Radio Access Network Radio Access Network RAN WG1 Radio Layer 1 spec RAN WG2 Radio Layer 2 spec Radio Layer 3 RR spec RAN WG3 lub spec, lur spec, lu spec UTRAN O&M requirements RAN WG4 Radio Performance Protocol aspects RAN WG5 Mobile Terminal Conformance Testing Service & Systems Aspects SA WG1 Services SA WG2 Architecture SA WG3 Security SA WG4 Codec SA WG5 Telecom Management Core Network & Terminals CT WG1 MM/CC/SM (lu) CT WG3 Interworking with external networks CT WG4 MAP/GTP/BCH/SS CT WG6 Smart Card Application Aspects GERAN WG1 Radio Aspects GERAN WG2 Protocol Aspects GERAN WG3 Terminal Testing

14 Study Item Stage 1 Finish First Market Application
LTE标准化进展 LTE start Work Item Start Work Item Stage 3 Finish 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Study Item Stage 1 Finish Work Item Stage 2 Finish First Market Application LTE的标准制定是从05年开始，R8版本在今年3月已经冻结，是LTE第一个商用版本。年底将冻结R9版本，增加了家庭基站、微基站、管理、安全、SON等功能 ************************************************* HNB：Home NodeB SI（研究阶段）：主要在06年之前 WI（工作阶段）：指定规范，09.3月完成冻结 3GPP R8 定义了LTE的基本功能，该版本已于2009年3月冻结， 3GPP R9 主要完善了LTE家庭基站、管理和安全方面的性能，以及LTE微微基站和自组织管理功能，预计将于2009年年底冻结

15 NGMN简介 无线宽带创新的发动机 1、NGMN（www.ngmn.org) 是2006年初由全球7家主流运营商发起成立的非营利性组织
2、NGMN ：Next Generation Mobile Networks （Beyond HSPA&EVDO) NGMN简介 1、使全球移动通信产业链聚集在统一需求之下，引导、驱动标准研究、产品研发，促进HSPA&EVDO之后的移动网络健康发展 2、推动IPR改革，使IPR透明和费率可预见性 NGMN 愿景 NGMN 时间表 1、2008年底完成LTE（R8）标准 2、2009年测试 3、2010 提供商用 1、运营商（Members) 20家 2、制造商(Sponsors) 34家,包括设备制造商,芯片厂家和测试设备厂家 3、研究机构和大学(Advisors ) 3家 NGMN 成员

16 NGMN工作组介绍 从5个方面推动下一代移动宽带发展 寻找可统一利用的频谱 与ITU、国家、地区频谱管理部门协调、沟通 对技术进行早期验证
向LSTI提测试需求 Trial （试验） Spectrum ( 频谱） TWG (技术组） NGMN 推动IPR改革，使IPR透明和费率可预见 IPR （知识产权） 从运营的角度，提出各种需求并与制造商讨论可行性 驱动标准 Ecosystem （生态系统） 与互联网行业合作，构建“多方共赢”生态环境 从5个方面推动下一代移动宽带发展

17 LSTI 组织架构 Steering Board Steering Group WG PR WG PoC1 WG PoC2 WG IODT
WG IOT FCT Program Office NSN Remarks:

18 LSTI 工作计划 IOT IODT Trials Proof of Concept POC : Test start IOT/Trials
partially compliant Compliant over key subset Compliant Compliant +form factor UE Vendor + test UE or UE partner Vendor + UE partner pairs Multiple Partners Vendors and UE Operator + Vendor + UE partner Applications 2007 2008 2009 2010 POC IOT/Trials EPC : Test start

19 Friendly Customer Trials
LSTI各组活动里程碑 2007 2008 2009 2010 Proof of Concept M1 SIMO M2 MIMO M3 RRM M4 Mobility TDD M1 M2 M3 M4 IODT M5 start M6a Feature set M6b Agree baseline reporting M7 IODT Complete IOT M8 Tests defined reporting M9 IOT Complete Current projections for FCT Friendly Customer Trials M10 Tests defined M11 Setup M12a Radio M12b End to end trials complete PR/Marketing M1 PR CTIA ATIS CTIA Website Launch PR LTE Berlin IODT PR LTE Asia LTE USA MWC09 LTE Asia MWC10 NGMN Conf LTE London LTE Berlin IEEE Comms LTE Americas M1M2 Webcast

20 NGMN Trial和LSTI的合作关系 NGMN Trial Group Testing Requirements NGMN
LSTI （LTE/SAE Trial Initiative ) TWG Spectrum Testing Requirements Trial NGMN IPR Progress Reports Ecosystem NGMN Trial不做具体测试，只向LSTI提需求；LSTI开展测试需求，制定测试计划等 NGMN 测试包含 LTE and WiMAX； LSTI 只包含LTE 测试

21 课程内容 TD-LTE概述 TD-LTE网络架构 TD-LTE协议栈 TD-LTE关键技术 TD-LTE与LTE FDD的区别

22 LTE 网络构架 + = E-UTRAN中只有一种网元——eNode B 演进分组核心网——EPC 演进分组系统——EPS 移动性管理
MME / S-GW MME / S-GW 移动性管理 服务网关 EPC S1 MME/SGW 与 eNode B的接口 EPS eNode B Node B RNC + = eNode B E-UTRAN X2 X2 X2 eNode B eNode B间的接口 eNode B Uu 扁平化的架构 虽然扁平化，但是没有RNC，每个enodeB要自己处理切换，交互的数据量增加了 ICICl，基站间要不断进行数据交换，这是负面影响 E-UTRAN中只有一种网元——eNode B 演进分组核心网——EPC 演进分组系统——EPS

23 LTE全网架构 PCRF HSS SGSN E-UTRAN MME Serving Gateway PDN 网络结构扁平化
SGi S4 S3 S1-MME PCRF S7 S6a HSS S10 UE GERAN UTRAN SGSN LTE-Uu E-UTRAN MME S11 S5 Serving Gateway PDN S1-U Operator's IP Services (e.g. IMS, PSS etc.) Rx+ HSS：Home Subscriber Server 公用数据网(PDN) 网络结构扁平化 E-UTRAN只有一种 网元—E-Node B 全IP 媒体面控制面分离 与传统网络互通

24 E-UTRAN 和 EPC的功能划分 3GPP TS 36.300 黄色框内为逻辑节点，白色框内为控制面功能实体，蓝色框内为无线协议层
注意和TD的区别，TD的NodeB的功能

25 E-UTRAN 和 EPC的功能划分（续） eNB 功能: 无线资源管理 IP头压缩和用户数据流加密 UE附着时的MME选择
用户面数据向S-GW的路由 寻呼消息和广播信息的调度和发送 移动性测量和测量报告的配置 MME 功能: 分发寻呼信息给eNB 安全控制 空闲状态的移动性管理 SAE 承载控制 非接入层（NSA）信令的加密及完整性保护 S-GW 功能: 终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包 支持由于UE移动性产生的用户面切换

26 课程内容 TD-LTE概述 TD-LTE网络架构 TD-LTE协议栈 TD-LTE关键技术 TD-LTE与LTE FDD的区别

27 LTE物理层概述 36.3x RRC, RLC 36.4x S1,X2 物理层周围的无线接口协议结构

28 LTE无线接口 — 用户平面 与 UMTS 的PS 域相同 PDCP PDCP RLC RLC MAC MAC PHY PHY UE eNB
S-GW PDCP PDCP RLC RLC MAC MAC 【注】 此页为帮助理解使用，可删除，只保留《LTE/SAE的协议结构 》这一页 PHY PHY 与 UMTS 的PS 域相同

29 LTE无线接口 — 控制平面 UE eNB MME NAS NAS RRC RRC PDCP PDCP RLC RLC MAC MAC
【注】此页为帮助理解使用，可删除，只保留《LTE/SAE的协议结构 》这一页 NAS，UE是和MME相连，其他和eNB MAC MAC PHY PHY

30 LTE/SAE的协议结构 控制面和用户面完全分离 控制面最后到MME，用户面最后到SGW 信令流 数据流

31 无线帧结构——类型1 每个10ms无线帧被分为10个子帧 每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5ms
#0 1个无线帧 Tf = TS = 10 ms 1个时隙 Tslot=15360×TS=0.5ms #1 1个子帧 …… #2 #17 #18 #19 每个10ms无线帧被分为10个子帧 每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5ms Ts=1/(15000*2048) 是基本时间单元 任何一个子帧即可以作为上行，也可以作为下行

32 无线帧结构——类型2 1个无线帧 Tf = 307200 Ts = 10 ms 1个半帧 153600 TS = 5 ms
1个时隙 Tslot=15360TS 30720TS 子帧 #0 … 子帧 #4 子帧 #5 … 子帧 #9 1个子帧 1个子帧 对于TDD，同一个时刻，一个子帧要么分配给下行，要么分配给上行。 子帧0和子帧5总是分配给下行 子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送 支持5ms和10ms的切换周期（如果和TD同一个频点，就用5ms，避免干扰） 下行导频时隙可以做到10个OFDM符号，72个子载波传同步信号，（ ）个传数据，TD的下行导频不传数据，GP和TD类似，控制小区半径 UpPTS DwPTS UpPTS DwPTS UpPTS GP GP 每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成 特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms 支持5ms和10ms上下行切换点 子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送

33 Switch-point periodicity Extended cyclic prefix
上下行配比方式 Uplink-downlink configuration Downlink-to-Uplink Switch-point periodicity Subframe number 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5 ms D S U 10 ms “D”代表此子帧用于下行传输，“U” 代表此子帧用于上行传输，“S”是由DwPTS、GP和UpPTS组成的特殊子帧。 特殊子帧中DwPTS和UpPTS的长度是可配置的，满足DwPTS、GP和UpPTS总长度为1ms 。 Configuration Normal cyclic prefix Extended cyclic prefix DwPTS GP UpPTS 3 10 1 OFDM symbols 8 1 9 4 2 11 12 7 2 OFDM 5 6 - 1U：8D时最大136M 调整GP，保证TD和LTE时隙对整

34 系统占用带宽分析 占用带宽 = 子载波宽度 x 每RB的子载波数目 x RB数目 子载波宽度 = 15KHz 每RB的子载波数目 = 12
名义带宽 (MHz) 1.4 3 5 10 15 20 RB数目 6 25 50 75 100 实际占用带宽 1.08 2.7 4.5 9 13.5 18 占用带宽 = 子载波宽度 x 每RB的子载波数目 x RB数目 子载波宽度 = 15KHz 每RB的子载波数目 = 12

35 资源分组 RE (Resource Element) 最小的资源单位，时域上为1个符号，频域上为1个子载波 用 (k, l) 标记
RB ( Resource Block) 业务信道的资源单位，时域上为1个时隙，频域上为12个子载波 以RB为单位，根据传输带宽来配置RB的个数，当CP为Normal CP时，每个时隙有7个OFDM符号，RB数介于6—100 此外还有： （可不讲） REG ( Resource Element Group)为控制信道资源分配的资源单位，由4个RE组成 CCE ( Channel Control Element)为PDCCH资源分配的资源单位，由9个REG组成 RBG ( Resource Block Group)为业务信道资源分配的资源单位，由一组RB组成

36 LTE 上行/下行信道 下行信道 上行信道 逻辑信道 传输信道 物理信道 逻辑信道 传输信道 物理信道 BCCH PCCH CCCH
DCCH DTCH MCCH MTCH 逻辑信道 传输信道 BCH PCH DL-SCH MCH 物理信道 PBCH PDSCH PMCH 上行信道 CCCH DCCH DTCH 逻辑信道 ASN.1：ASN.1是一种 ISO/ITU-T 标准，描述了一种对数据进行表示、编码、传输和解码的数据格式。它提供了一整套正规的格式用于描述对象的结构，而不管语言上如何执行及这些数据的具体指代，也不用去管到底是什么样的应用程序。 在任何需要以数字方式发送信息的地方，ASN.1 都可以发送各种形式的信息（声频、视频、数据等等）。ASN.1 和特定的 ASN.1 编码规则推进了结构化数据的传输，尤其是网络中应用程序之间的结构化数据传输，它以一种独立于计算机架构和语言的方式来描述数据结构。 传输信道 RACH UL-SCH 物理信道 PRACH PUCCH PUSCH

37 逻辑信道 MAC向RLC以逻辑信道的形式提供服务。逻辑信道由其承载的信息类型所定义，分为CCH和TCH，前者用于传输LTE系统所必需的控制和配置信息，后者用于传输用户数据。LTE规定的逻辑信道类型如下： BCCH信道，广播控制信道，用于传输从网络到小区中所有移动终端的系统控制信息。移动终端需要读取在BCCH上发送的系统信息，如系统带宽等。 PCCH，寻呼控制信道，用于寻呼位于小区级别中的移动终端，终端的位置网络不知道，因此寻呼消息需要发到多个小区。 DCCH，专用控制信道，用于传输来去于网络和移动终端之间的控制信息。该信道用于移动终端单独的配置，诸如不同的切换消息 MCCH，多播控制信道，用于传输请求接收MTCH信息的控制信息。 DTCH，专用业务信道，用于传输来去于网络和移动终端之间的用户数据。这是用于传输所有上行链路和非MBMS下行用户数据的逻辑信道类型。 MTCH，多播业务信道，用于发送下行的MBMS业务 【注】此页作为《LTE 上行/下行信道》的具体说明，宣讲时可删除 TCH 为业务信道

38 传输信道 对物理层而言，MAC以传输信道的形式使用物理层提供的服务。 LTE中规定的传输信道类型如下：
BCH：广播信道，用于传输BCCH逻辑信道上的信息。 PCH：寻呼信道，用于传输在PCCH逻辑信道上的寻呼信息。 DL-SCH：下行共享信道，用于在LTE中传输下行数据的传输信道。它支持诸如动态速率适配、时域和频域的依赖于信道的调度、HARQ和空域复用等LTE的特性。类似于HSPA中的CPC。DL-SCH的TTI是1ms。 MCH：多播信道，用于支持MBMS。 UL-SCH：上行共享信道，和DL-SCH对应的上行信道 【注】此页作为《LTE 上行/下行信道》的具体说明，宣讲时可删除

39 物理信道和信号 上行物理信道 上行物理信号 物理信道 一系列资源粒子（RE）的集合，用于承载源于高层的信息 物理信号
一系列资源粒子（RE）的集合，这些RE不承载任何源于高层的信息 上行物理信道 PUSCH PUCCH PRACH 上行物理信号 参考信号（Reference Signal：RS） 下行物理信道 PDSCH: PBCH PMCH PCFICH PDCCH PHICH 下行物理信号 同步信号（Synchronization Signal） 参考信号（Reference Signal） 【注】此页作为《LTE 上行/下行信道》的具体说明，宣讲时可删除 LTE的信道比较少，都是共享信道，没有专用信道 参考信号相当于TD的训练序列，到处都是参考信号，需要到处进行估计

40 UL-SCH 传输的物理层模型

41 BCH 传输的物理层模型

42 DL-SCH 传输的物理层模型

43 下行RS 下行RS的作用：下行信道质量测量、下行信道估计、小区搜索
第1参考符号位于每个0.5时隙的第一个OFDM符号，第2参考符号位于每个时隙的倒数第三个OFDM符号（对于常规CP而言） 频域上每6个子载波插入一个RS，这是信道估计性能和RS开销平衡的结果 第1参考符号和第2参考符号在频域上市交错的 天线x除了发射本天线的RS以外，在其他天线发射RS的RE位置不进行任何发射，已避免对其他天线RS的干扰 单天线RS占用了4.76%的RE，双天线占用9.52%，4天线占用14.29%的RE

44 上行RS 上行RS作用：上行信道估计、上行信道质量测量 （统一解调参考信号） 和下行RS是公用的不同，上行RS是专用的。
上行RS所处的SC-FDMA块中，RS占满所有的UE发射带宽。一个0.5ms时隙的第4个块来传RS，即每个时隙的中央 信道探测参考信号（channel-sounding reference signal，SRS）是一种“宽带的”参考信号，可以对较大的带宽进行探测。为了实现上行频域调度，UE除了在本UE的数据传输带宽内发送解调RS以外，还需要在更宽带宽内发送SRS，已对信道进行探测（sounding）。SRS一般放在最后一个块

45 物理层过程——小区搜索 Step1、搜索PSCH，确定5ms定时、获得小区ID Step2、解SSCH，取得10ms定时，获得小区ID组；
Step3、检测下行参考信号，获取BCH的天线配置； 然后UE就可以读取PBCH的系统消息（PCH配置、RACH配置、邻区列表等） SCH结构基于1.25MHz固定带宽。UE必需的小区信息有：小区总发射带宽、小区ID、小区天线配置、CP长度配置、BCH带宽 PSCH用于UE取得时隙级同步，获得5ms定时钟，获得小区ID组内的具体小区ID SSCH取得帧级同步，获得无线帧时钟，小区ID组 504个小区，每个ID组包含3个小区ID，168个组 主同步序列（PSS）被映射到子帧1和子帧6的第三个OFDM符号上。 辅同步序列（SSS）被映射到子帧0和子帧5的倒数第一个OFDM符号上。不管是主同步序列还是辅同步序列，都是放在中心频域的，这两个序列是62长的序列，只占用1.25MHz带宽，对于其他位置可以传送控制信道或者数据信道。 PSS/SSS的位置任何其它信号都是不能占用的.

46 物理层过程—— 随机接入 通过PRACH发送RACH preamble
2 UE eNB Msg1: preamble on PRACH Msg2: RA response on PDCCH and PDSCH min delay 2ms 1 Msg3: connection requirement, ect 3 Delay about 5ms Msg4: contention resolution 4 Delay Based on eNB 通过PRACH发送RACH preamble UE监控PDCCH获得相应的上下行资源配置；从相应的PDSCH获取随机接入响应，包含上行授权、定时消息和分配给UE的标识 UE从PUSCH发送连接请求 eNB从PDSCH发送冲突检测

47 LTE 移动性管理 eNode B LTE UTRAN LTE GERAN Cell reselection Cell update
LTE intra-system mobility Intra-frequency handover Inter-frequency handover (same band) Inter-frequency handover (diff band) LTE <-> UTRAN inter-working Reselection LTE<-> UTRAN PS handover LTE->UTRAN PS handover UTRAN -> LTE LTE <-> GERAN inter-working Reselection LTE<-> GERAN eNACC LTE ->GERAN PS handover GERAN -> LTE eNode B LTE Intra-system HO LTE UTRAN LTE－>UTRAN UTRAN－>LTE LTE GERAN LTE－>GERAN GERAN－>LTE

48 课程内容 TD-LTE概述 TD-LTE网络架构 TD-LTE协议栈 TD-LTE关键技术 TD-LTE与LTE FDD的区别

49 TD-LTE关键技术 频域多址技术 — OFDM/SC-FDMA MIMO技术 高阶调制技术 HARQ技术 链路自适应技术 — AMC
快速MAC调度技术 Link Adaption –AMC Fast MAC scheduler

50 LTE多址技术的要求 更大的带宽和带宽灵活性 扁平化架构 便于上行功放的实现 简化多天线操作
随着带宽的增加，OFDMA信号仍将保持正交，而CDMA 的性能会受到多径的影响. 在同一个系统，使用OFDMA可以灵活处理多个系统带宽. 扁平化架构 当分组调度的功能位于基站时，可以利用快速调度、包括频域调度来提高小区容量。频域调度可通过OFDMA实现，而CDMA无法实现. 便于上行功放的实现 SC-FDMA相比较OFDMA可以实现更低的峰均比, 有利于终端采用更高效率的功放. 简化多天线操作 OFDMA相比较CDMA实现MIMO容易.

51 OFDM基本思想 OFDM将频域划分为多个子信道，各相邻子信道相互重叠，但不同子信道相互正交。将高速的串行数据流分解成若干并行的子数据流同时传输 OFDM子载波的带宽 < 信道“相干带宽”时，可以认为该信道是“非频率选择性信道”，所经历的衰落是“平坦衰落” OFDM符号持续时间 < 信道“相干时间”时，信道可以等效为“线性时不变”系统，降低信道时间选择性衰落对传输系统的影响 Q：什么是相干 A：对于两个平稳信号S1（t）和S2（t），它们的相关系数的绝对值大于0小于1时，两个信号相关，相关系数等于1时，两个信号相干。当两个信号相干时，它们之间只相差一个复常数。复常数既一有幅度成分，又有频率成分。由此我们可见，若是两个信号相干，它们其中一个可以看作是另一个的幅度的衰减，频率上衰落造成的，其实二者可以看作同一个信号。相关系数越是接近1，相关性越大。 Q：什么是相干带宽？ A：相干带宽B_c是通过多径时延定义的：B_c=1/(50*T_m)，当T_s>>T_m（即B_s<<B_m，后者为信号带宽时，即为平坦衰落（频率非选择性）。可理解为：多径时延比码元时间小得多以致码间干扰很小。 Q：什么是相干时间？ A：相关时间是由多普勒频偏定义的：T_c=9/(16*pai*B_d)，B_s>>B_d即为慢衰落。可理解为多普勒频偏比信号变化慢得多。 当两个发射信号的频率间隔小于信道的相干带宽，那么这两个经过信道后的，受到的信道传输函数是相似的，由于通常的发射信号不是单一频率的，即一路信号也是占有一定带宽的，如果，这路信号的带宽小于相干带宽，那么它整个信号受到信道的传输函数是相似的，即信道对信号而言是平坦特性的，非频率选择性衰落的，同样在相干时间内，两路信号受到的传输函数也是相似的特性，通常发射的一路信号由于多径效应，有多路到达接收机，若这几路信号的时间间隔在相干时间之内，那么他们具有很强的相关性，接收机都可以认为是有用信号，若大于相干时间，则接收机无法识别，只能认为是干扰信号。 信道扩展主要可以分为三方面：多径（时延）扩展；多谱勒扩展；角度扩展．相干带宽是描述时延扩展的：相干带宽 是表征多径信道特性的一个重要参数，它是指某一特定的频率范围，在该频率范围内的任意两个频率分量都具有很强的幅度相关性，即在相干带宽范围内，多径信道具有恒定的增益和线性相位。通常，相干带宽近似等于最大多径时延的倒数。如果相干带宽定义为频率相关函数大于0.9的某特定带宽，则相干带宽近似为：   从频域看，如果相干带宽小于发送信道的带宽，则该信道特性会导致接收信号波形产生频率选择性衰落，即某些频率成分信号的幅值可以增强，而另外一些频率成分信号的幅值会被削弱 　　而相干时间是描述多谱勒扩展的：相干时间 在时域描述信道的频率色散的时变特性。相干时间与多普勒扩展成反比，是信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值。如果基带信号的符号周期 大于信道的相干时间 （ ），则在基带信号的传输过程中信道可能会发生改变，导致接收信号发生失真，产生时间选择性衰落，也称快衰落；如果基带信号的符号周期 小于信道的相干时间 （ ），则在基带信号的传输过程中信道不会发生改变，也不会产生时间选择性衰落，也称慢衰落。 15k范围内平坦衰落，避免符号干扰，要传输大的数率，又不带来符号间干扰 CDMA的扩频码也是要正交 OFDM不需要频率保护带，提高频率

52 OFDM的正交性—时域描述 所有的子载波在一个积分区间里正交，完整的周期，后面有CP，要保持波形的完整，周期整数相差 时域上是叠加

53 OFDM的正交性—频域描述 频域上，某个子载波最大的时候，其他子载波都是0，积分
一个傅里叶变换周期里，完全正交，可以把我想要的子载波解调出来，这个子载波信号最强的时候，而其他子载波积分起来正好为0

54 保护间隔与循环前缀—无保护间隔 第1径 第2径 第1径的第2个符号与第2径的第1个符号叠加干扰
在没有保护间隔的情况下，由于多径的存在，各径之间将在交叠处产生符号间干扰(ISI) CP，2个功能，抗多径的符号干扰，和抗多径的频率干扰 如果没有保护间隔，多径会产生叠加，解调会很困难。

55 保护间隔与循环前缀——加保护间隔 保护间隔
为了最大限度地消除符号间干扰，在OFDM符号之间插入保护间隔，保护间隔长度大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量不会对下一个符号造成干扰 目的就是避免多径，保护间隔期是不采样的，过来保护间隔期再采样 LTE 载波15k，采样间隔2048，采样速率是15k*2048=30.72M，每个bit的时间是32.55nm，测试表明，常规CP（4.67nm）和扩展CP（16.67nm）抗多径的距离是4.67*光速=1.4km，扩展情况是5km。

56 保护间隔与循环前缀——无循环前缀 因多径延时的存在，空闲的保护间隔进入到FFT的积分时间内，导致积分时间内不能包含整数个波形，破坏了载波间的正交性

57 保护间隔与循环前缀——加循环前缀 FFT积分区间 15k里多径带来的符号干扰和频率干扰 广播信道里要告诉终端是常规的还是扩展CP，终端需要知道 TD里有个GP，和CP类似，CP还要复制延时这段信号 为了避免空闲保护间隔由于多径传播造成子载波间的正交性破坏，将每个OFDM符号的后时间中的样点复制到OFDM符号的前面，形成循环前缀(cyclic prefix) 只要各径的延迟不超过Tg，都能保正在FFT的积分区间内包含各径各子载波的整数个波形

58 OFDM调制的各个子载波信号在频域上正交
串行的高速数据，串行变成并行，资源映射（把信息映射到分配的子载波上，LTE的资源就是子载波，而TD是码道），LTE是时频，然后在傅里叶变换（使子载波正交），再插入CP，模数变换，射频，空中发射，接收端则相反 OFDM调制的各个子载波信号在频域上正交

59 OFDMA示意图 下行 上行 集中式 分布式 多址技术，即子载波的分布，用子载波区分用户 分布式可以获得频率的分集增益

60 上行多址技术——SC-FDMA SC-FDMA 即 DFT-spread OFDMA 峰均比小于OFDMA, 有利于提高功放效率
传输信号的瞬时功率变化 易于实现频域的低复杂度的高效均衡器 易于对FDMA采用灵活的带宽分配 SC-FDMA的频域产生方式是预编码，预编码的过程就是降峰均比的过程。OFDM前进行傅里叶变换预编码 填0以后实现频谱的搬移，目的把不同的用户分配到不同的子载波上。

61 OFDMA示例 最大支持64 QAM 通过CP解决多径干扰 兼容MIMO

62 SC-FDMA示例 最大支持 64QAM 单载波调制降低峰均比（PAPR） FDMA可通过FFT 实现

63 OFDMA与SC-FDMA的对比 OFDMA：一个时间快，如0.5ms可以给多个用户资源分配

64 SC-FDMA signal processing
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65 TD-LTE关键技术 频域多址技术 — OFDM/SC-FDMA MIMO技术 高阶调制技术 HARQ技术 链路自适应技术 — AMC
快速MAC调度技术 Link Adaption –AMC Fast MAC scheduler

66 多天线技术-MIMO 多天线技术 MIMO：多入多出 (Multiple Input Multiple Output)
SISO：单入单出 (Single Input Single Output) SIMO：单入多出 (Single Input Multiple Output) LTE的基本配置是DL 2*2 和UL 1*2 , 最大支持 4*4

67 MIMO概念 MIMO技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的带宽内由多个发射天线上同时刻发射，经过无线信道后，由多个接收天线接收，并根据各个并行数据流的空间特性（Spatial Signature），利用解调技术，最终恢复出原数据流。

68 MIMO的优点 阵列增益：可以提高发射功率和进行波束形成； 系统的分集特性：可以改善信道衰落造成的干扰；
系统的空间复用增益：可以构造空间正交的信道，从而成倍地增加数据率； 因此，充分地利用MIMO 系统的这些优秀品质能够大幅度地提高系统容量、获得相当高的频谱利用率，从而可以获得更高的数据率、更好的传输品质或更大的系统覆盖范围。

69 MU-MIMO：也称虚拟MIMO，用户端是两个UE实体，不增加每个用户的吞吐量，但是可以提供相对于SU-MIMO来说相当，甚至更多的小区容量

70 LTE下行MIMO模式 1 2 3 4 5 6 7 LTE 定义了7种下行MIMO传输模式（由高层通过传输模式通知UE）
单天线端口，端口 0 2 发射分集 3 开环空分复用 4 5 7 闭环空分复用 多用户 MIMO 单天线端口，端口 5 6 闭环 Rank =1 预编码 兼容单发射天线 提高用户峰值速率 发射分集：开环的、 闭环 Rank =1 预编码 闭环的，是特例（单流的MIMO） 提高小区吞吐量 增强小区覆盖

71 LTE下行的SU-MIMO SU-MIMO: 空分复用 两个数据流在一个TTI中传送给UE SU-MIMO: 发射分集 只传给UE一个数据流

72 LTE下行的MU-MIMO MU-MIMO 结合SDM. 给每个UE传送两个数据流. MU-MIMO 结合发射分集.

73 LTE上行中的MIMO 上行支持 MU-MIMO 目前支持的配置是1x2 或1x4. 将来支持2x2 或4x4.

74 TD-LTE关键技术 频域多址技术 — OFDM/SC-FDMA MIMO技术 高阶调制技术 HARQ技术 链路自适应技术 — AMC
快速MAC调度技术 Link Adaption –AMC Fast MAC scheduler

75 高阶调制 高阶调制可提高峰值速率. LTE 支持BPSK, QPSK, 16QAM 和64QAM.
16QAM调制的理论速率是QPSK的2倍，64QAM调制的理论速率是16QAM的1.5倍

76 TD-LTE关键技术 频域多址技术 — OFDM/SC-FDMA MIMO技术 高阶调制技术 HARQ技术 链路自适应技术 — AMC
快速MAC调度技术 Link Adaption –AMC Fast MAC scheduler

77 混合自动重传请求（ HARQ） FEC：前向纠错编码 (Forward Error Correction)
ARQ：自动重传请求(Automatic Repeat reQuest) HARQ=FEC+ARQ

78 FEC 通信系统 优势: 劣势: 更高的系统传输效率; 自动错误纠正，无需反馈及重传; 低时延. 可靠性较低; 对信道的自适应能力较低
为保证更高的可靠性需要较长的码，因此编码效率较低，复杂度和成本较高 FEC只适应于没有反向信道的系统，等于码速率，不要求重发，接收端不管译码结果如何都送给用户 发射端经过编码发出可以纠正错误的码，接收端收到这些码字以后，通过纠错译码器能自动发现并纠正传输中的错误

79 ARQ 通信系统 优势: 劣势: 复杂性较低; 可靠性较高; 适应性较高; 连续性和实时性较低; 传输效率较低;
接收端依据编码规则判决传输中有无错误产生，并通过反馈信道把判决结果通知发射端，发射端在根据判决结果重新传送信息，直到接收端认为正确为止 劣势: 连续性和实时性较低; 传输效率较低;

80 HARQ实际上整合了ARQ的高可靠性和FEC的高效率
HARQ可以实现被FEC更高的可靠性和比ARQ更高的传输效率 LTE的HARQ位于eNB的MAC层 HARQ实际上整合了ARQ的高可靠性和FEC的高效率

81 TD-LTE关键技术 频域多址技术 — OFDM/SC-FDMA MIMO技术 高阶调制技术 HARQ技术 链路自适应技术 — AMC
快速MAC调度技术 Link Adaption –AMC Fast MAC scheduler

82 链路自适应 AMC原理 QPSK, 16QAM 和64QAM. “连续”的编码速率（0.07 ～ 0.93）.

83 TD-LTE关键技术 频域多址技术 — OFDM/SC-FDMA MIMO技术 高阶调制技术 HARQ技术 链路自适应技术 — AMC
快速MAC调度技术 Link Adaption –AMC Fast MAC scheduler

84 MAC 调度 MAC 调度只在 eNodeB内 MAC 调度不仅控制复用、优先级处理和HARQ, 也控制资源分配、天线映射和MCS in PHY. 调度原理 DL: to dynamically determine which UEs are supposed to receive DL-SCH transmission and on what resources UL:to dynamically determine which UEs are to transmit data on UL-SCH and on which uplink resources MAC 调度

85 illustration of UL scheduling
MAC 调度算法呢 常用的分组调度算法 最大 C/I算法 轮询算法 (Round Robin ：RR) 正比公平算法 (PF) 其他调度算法 持续调度算法( Persistent scheduling ：PS) 半持续调度算法( Semi-persistent scheduling ：SPS) 动态调度算法( Dynamical scheduling：DS) illustration of UL scheduling

86 Handover Hard handover. That is, break before new radio connection with other serving base station. Handover to / from other RTTs: possible for multiple modes terminal. A short interruption time in the range of 20ms. It is helpful for real time services.

87 课程内容 TD-LTE概述 TD-LTE网络架构 TD-LTE协议栈 TD-LTE关键技术 TD-LTE与LTE FDD的区别

88 TD-LTE与LTE FDD技术综合对比 技术体制 TD-LTE LTE FDD 采用的相同的关键技术 信道带宽灵活配置
1.4M，3M，5M，10M，15M，20M 帧长 10ms (半帧5ms，子帧1ms) 10ms (子帧1ms) 信道编码 卷积码、Turbo码 调制方式 QPSK，16QAM，64QAM 功率控制 开环结合闭环 MIMO多天线技术 支持 技术差异 双工方式 TDD FDD 子帧上下行配置 无线帧中多种子帧上下行配置方式 无线帧全部上行或者下行配置 HARQ 个数与延时随上下行配置方式不同而不同 个数与延时固定 调度周期 随上下行配置方式不同而不同，最小1ms 1ms

89 双工方式对比 TDD FDD 在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低
用时间来分离接收和发送信道，时间资源在两个方向上进行分配，基站和移动台之间须协同一致才能顺利工作 在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低 保护间隔 下行 上行 时间 上行/下行 时间 频率 下行 上行 双工滤波器 保护带 上行/下行 频率

90 6DL:3UL，7DL:2UL，8DL:1UL ，3DL:5UL
TD-LTE 特有技术 上下行配比可调 FDD仅支持1:1上下行配比 TDD可以根据不同的业务类型调整上下行时间配比，以满足上下行非对称业务需求 周期 上下行配比 5 ms 1DL:3UL，2DL:2UL，3DL:1UL 10 ms 6DL:3UL，7DL:2UL，8DL:1UL ，3DL:5UL 特殊时隙的应用 为了节省网络开销，TD-LTE允许利用特殊时隙DwPTS和UpPTS传输系统控制信息 TDD系统中，上行sounding RS和PRACH preamble可以在UpPTS上发送，DwPTS可用于传输PCFICH、PDCCH、PHICH、PDSCH和P-SCH等控制信道和控制信息 LTE的特殊时隙和TD不一样， DwPTS除了同步信号以外还可以发数据，时隙0除了广播信道以为也可以发数据 多子帧调度/反馈 TDD当下行多于上行时，存在一个上行子帧反馈多个下行子帧，TD-LTE提出的解决方案有：multi-ACK/NAK，ACK/NAK捆绑（bundling）等 当上行子帧多于下行子帧时，存在一个下行子帧调度多个上行子帧（多子帧调度）的情况

91 TDD与FDD同步信号设计差异 LTE 同步信号的周期是5ms，分为主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS）
TD-LTE和LTE FDD帧结构中，同步信号的位置/相对位置不同 利用主、辅同步信号相对位置的不同，终端可以在小区搜索的初始阶段识别系统是TDD还是FDD FDD： 主同步信号（PSS）是TS0的最后一个OFDM符号，辅同步信号（SSS）是倒数第二个OFDM符号 TDD 今后终端FDD和TDD一样，通过判断同步信号的位置来判断是TDD还是FDD系统 同步信号在子载波是一样的，都在中心频率1.25M上

92 TDD与FDD组网对比 FDD和TDD 采用的链路级关键技术基本一致，解调性能相近
覆盖方面的对比 FDD和TDD 采用的链路级关键技术基本一致，解调性能相近 TDD系统多天线技术的灵活运用，能够较好的抗干扰并提升性能和覆盖 同频组网能力的对比 均可做到业务信道基于ICIC基础上的同频组网 信令信道和控制信道有大体相同的链路增益，理论上都能够支持同频组网 具体机制的不同 切换、功控机制相同，同步、重选、物理层信道编解码等能力上没有本质区别 系统内干扰来源 TDD系统是时分系统，上下行时隙之间可能有干扰，需要通过时隙规划来进行协调 频率规划，时隙规划 FDD只有频率规划，结合ICIC来完成 TDD系统有频率规划和时隙规划，频率规划结合ICIC来完成，时隙规划根据业务分布、 干扰隔离等方面在组网中进行考虑

93 TD-LTE的优势 频谱配置更具优势 支持非对称业务 智能天线的使用 TD-LTE系统能有效的降低终端的处理复杂性
具有上下行信道互易性（reciprocity），能够更好的采用发射端预处理技术，如预RAKE 技术、联合传输(Joint Transmission)技术、智能天线技术等，能有效地降低终端接收机的处理复杂性

94 TD-LTE的不足 使用HARQ技术时，TD-LTE使用的控制信令比LTE FDD更复杂，且平均RTT 稍长于LTE FDD的8ms
由于上下行信道占用同一频段的不同时隙，为了保证上下行帧的准确接收，系统对终端和基站的同步要求很高 为了补偿TD-LTE系统的不足，TD-LTE 系统采用了一些新技术，如：TDD支持在微小区使用更短的PRACH，以提高频谱利用率；采用multi-ACK/NACK的方式，反馈多个子帧，节约信令开销等 要求全网同步

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