TD-LTE技术原理介绍,中移动研究院无线所毛 剑 慧2012.9.5,内容：,TD-LTE关键技术-物理层基本原理帧结构及物理信道物理层过程TD-LTE关键技术-高层LTE-A技术的引入分析,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,关键技术,帧结构,物理信道,物理层过程,宽频信道,正交子信道,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,上下行资源单位,频率,CCE：Control Channel 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,多路信道传输同样信息,多路信道同时传输不同信息,多路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,多天线技术：分集、空间复用和波束赋形,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可以快速切换到模式内发射分集模式,接收机使用来自多个信道的副本信息能比较正确的恢复出原发送信号，从而获得分集增益。手机受电池容量限制，因此在上行链路中采用接收分集也可有效降低手机发射功率,LTE上行天线技术：接收分集,MRC （最大比合并）线性合并后的信噪比达到最大化相干合并：信号相加时相位是对齐的越强的信号采用越高的权重适用场景：白噪或干扰无方向性的场景,原理,IRC（干扰抑制合并）合并后的SINR达到最大化有用信号方向得到高的增益干扰信号方向得到低的增益适用场景：干扰具有较强方向性的场景。,接收分集的主要算法：MRC &IRC,由于IRC在最大化有用信号接收的同时能最小化干扰信号，故通常情况IRC优于MRC天线数越多及干扰越强时，IRC增益越大IRC需进行干扰估计，计算复杂度较大,性能比较,初期引入建议： IRC性能较好，故建议厂商支持IRC 鉴于IRC复杂度较大，厂商初期可能较难支持，故同时要求MRC,内容：,TD-LTE关键技术-物理层基本原理帧结构及物理信道物理层过程TD-LTE关键技术-高层LTE-A技术的引入分析,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。,转换周期为10ms表示每10ms有一个特殊时隙。,TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存（1）,TD-S = 4:2,根据计算，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为28Mbps左右（为避免干扰，特殊时隙只能采用3:9:2，无法用来传输业务。经计算，为和TD-SCDMA时隙对齐引起的容量损失约为20% ）计算方法：TS36.213规定，特殊时隙DwPTS如果用于传输数据，那么吞吐量按照正常下行时隙的0.75倍传输。如果采用10:2:2配置，则下行容量为3个正常时隙吞吐量+0.75倍正常时隙吞吐量。如果丢失此0.75倍传输机会，则损失的吞吐量为0.75/3.75 = 20%,TD-LTE = 3:1 + 3:9:2,TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存（2）,TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存（3）,TD-SCDMA与TD-LTE邻频共存时，需要严格时隙对齐，当TD-SCDMA配置为2UL:4DL时，TD-LTE需用配置1UL:3DL，特殊时隙3:9:2或3:10:1与其匹配 DwPTS均仅占用3个符号，无法传输业务信道，为了提高业务信道的容量，又满足邻频共存时两个TDD系统的GP对齐，建议增加DWPTS的符号数，在短CP情况下，增加新的特殊时隙配比6:6:2；在长CP下情况下，增加新的特殊时隙配比5:5:2,增加新的特殊时隙配比需要修改标准，目前已经将该要求写入R11版本，后续将考虑如何在R9版本中引入该要求。,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DwPTS，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,主同步信号PSS在DwPTS上进行传输DwPTS上最多能传两个PDCCH OFDM符号（正常时隙能传最多3个）只要DwPTS的符号数大于等于6，就能传输数据（参照上页特殊子帧配置）TD-SCDMA的DwPTS承载下行同步信道DwPCH，采用规定功率覆盖整个小区，UE从DwPTS上获得与小区的同步TD-SCDMA的DwPTS无法传输数据，所以TD-LTE在这方面是有提高的。如果小区覆盖距离和远距离同频干扰不构成限制因素（在这种情况下应该采用较大的GP配置），推荐将DwPTS配置为能够传输数据,DwPTS,UpPTS,UpPTS可以发送短RACH（做随机接入用）和SRS（Sounding参考信号，详细介绍见后）根据系统配置，是否发送短RACH或者SRS都可以用独立的开关控制因为资源有限（最多仅占两个OFDM符号），UpPTS不能传输上行信令或数据TD-SCDMA的UpPTS承载Uppch，用来进行随机接入,逻辑、传输、物理信道,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。,物理信道简介,物理信道配置,同步信号用来确保小区内UE获得下行同步。同时，同步信号也用来表示小区物理ID（PCI），区分不同的小区 P-SCH (主同步信道）：UE可根据P-SCH获得符号同步 S-SCH（辅同步信道）：UE根据S-SCH最终获得帧同步,SCH配置,时域结构,频域结构,PSS位于DwPTS的第三个符号SSS位于5ms第一个子帧的最后一个符号,SCH (P/S-SCH)占用的72子载波位于系统带宽中心位置,SCH(同步信道),小区物理ID（PCI）,LTE系统提供504个物理层小区ID(即PCI)，和TD-SCDMA系统的128个扰码概念类似。网管配置时，为小区配置0503之间的一个号码即可,基本概念,小区ID获取方式,在TD-SCDMA系统中，UE解出小区扰码序列（共有128种可能性），即可获得该小区物理IDLTE的方式类似，UE需要解出两个序列：主同步序列（PSS，即主同步信道P-SCH中传播的序列，共有3种可能性）辅同步序列（SSS，即辅同步序列S-SCH中传播的序列，共有168种可能性）由两个序列的序号组合，即可获取该小区ID,配置原则,因为PCI和小区同步序列关联，并且多个物理信道的加扰方式也和PCI相关，所以相邻小区的PCI不能相同以避免干扰。,频域：对于不同的系统带宽，都占用中间的1.08MHz （72个子载波）时域：每5ms 无线帧的subframe0的第二个slot的前4个OFDM符号上周期：40ms。每10ms重复发送一次，终端可以通过4次中的任一次接收解调出BCH,PBCH配置,PBCH(广播信道),广播消息,MIB在PBCH上传输,包含了接入LTE系统所需要的最基本的信息：系统带宽系统帧号(SFN）PHICH配置,指示上行传输数据是否正确收到 采用BPSK调制,指示PDCCH的占几个symbol(1、2或3)，在每子帧的第一个OFDM符号上发送采用QPSK调制随物理小区ID(PCI)不同而在频域位移不同位置，以便随机化干扰,PCFICH & PHICH配置,PCFICH(物理层控制格式指示信道),PHICH(物理HARQ指示信道),频域：所有子载波 时域：每个子帧的前n 个OFDM符号，n=3用于发送上/下行调度信息、功控命令等通过下行控制信息块DCI下发命令。不同用户使用不同的DCI,PDCCH配置-覆盖,PDCCH(物理下行控制信道),DCI占用的物理资源可变，范围为18个CCEDCI占用资源不同，则解调门限不同，资源越多，解调门限越低，覆盖范围越大PDCCH可用资源有限，单个DCI占用资源越多，将导致PDCCH支持用户容量下降,技术原理PDCCH链路自适应/PCFICH功控,PDCCH受到诸多因素影响：CCE聚合度、DCI Format、邻小区干扰、天线数及发送方式等PDCCH/PCFICH功控：由于PDCCH/PCFICH采用QPSK调制方式进行发送，因此可对PDCCH/PCFICH进行下行功控；针对边缘用户的PDCCH/PCFICH信息发送，可通过借用中心用户控制信道的功率，增大边缘户用下行功率的方式，从而扩大覆盖范围,PDCCH链路自适应：将PDCCH自适应与功率控制结合起来保证在恶劣无线条件下的PDCCH性能，以SINR作为触发门限，即当SINR低于一定门限，PDCCH会采用8CCE+power boostingPCFICH功控：同PDCCH功控，可以有效提升在恶劣无线条件下的PCFICH性能以上功能TD-LTE/LTE-FDD设备均可使用,