四川移动讲课材料-TD-LTE技术原理介绍

正交子信道
f
频域波形
LTE多址方式-下行
关键技术
帧结构 物理信道
下行多址方式—OFDMA
物理层过程
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 频率 扰。 用户A
集中式：连续RB分给一个用户
• 优点：调度开销小
在这个调度周 期中，用户A 是分布式，用 户B是集中式 子 载 波
控制 信道
PHICH
PDCCH PBCH
REG
CCE N/A RB
业务信道
PUCCH PDSCH\PUSCH
多天线技术：分集、空间复用和波束赋形
关键技术
帧结构 物理信道
发射分集
物理层过程
多路信道传 输同样信息
空间复用
•包括时间分集，空间分集和频率分集
分集合并
•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
上行多址方式—SC-FDMA
物理层过程
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 频率
用户A
子 载 波
用户B
在任一调度周期中，一个用户 分得的子载波必须是连续的
用户C
时间
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。
帧结构
物理信道
物理层过程
#0
时隙 0.5ms
#2
#3Leabharlann #4GP UpPTS
半帧: 5ms
半帧: 5ms
帧: 10ms
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
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%
= 1.475ms
0.7ms
多路信道同时 传输不同信息
波束赋形（Beamforming） 多路天线阵列 赋形成单路信 号传输
最小均方误 差或串行干 扰删除
•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
最大比 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
原理
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
接收分集的主要算法：MRC &IRC
性能比较 • 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
上下行资源单位
关键技术
频率
帧结构
物理信道
物理层过程
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)
1个子 载波
REG：RE group，资源粒子组。REG = 4 RE
1个 OFDM 符号
LTE RB资源示意图
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。
4 5
6
5 ms
D
S
U
U
U
D
S
U
U
D
TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存（1）
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
TD-S = 3:3
TD-LTE = 2:2 + 10:2:2
根据仿真结果，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为26Mbps左右 （采用10:2:2，特殊时隙可以用来传输业务）
TD-SCDMA 时隙 = 675us DwPTS = 75us
GP = 75us UpPTS = 125us
TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存（2）
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
TD-S = 4:2
TD-LTE = 3:1 + 3:9:2
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% ）
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
关键技术
子帧: 1ms 特殊子帧: 1ms DwPTS
资源调度单位
REG
资源位置
占用4个REG，系统全带宽平均分配 时域：下行子帧的第一个OFDM符号 最少占用3个REG 时域：下行子帧的第一或前三个OFDM符号 下行子帧中前1/2/3个符号中除了PCFICH、PHICH、 参考信号所占用的资源 频域：频点中间的72个子载波 时域：每无线帧subframe 0第二个slot 位于上行子帧的频域两边边带上 除了分配给控制信道及参考信号的资源
用户B
用户C
分布式：分配给用户的RB不连续 • 优点：频选调度增益较大
时间
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。
power
t
时域波形 峰均比示意图
LTE多址方式-上行
关键技术
帧结构 物理信道
终端不反馈信道信息，发射端根据预定义的信道信息来确 定发射信号
需要终端反馈信道信息，发射端采用该信息进行信号预处 理以产生空间独立性 基站使用相同时频资源将多个数据流发送给不同用户，接 收端利用多根天线对干扰数据流进行取消和零陷。 终端反馈RI=1时，发射端采用单层预编码，使其适应当前 的信道 发射端利用上行信号来估计下行信道的特征，在下行信号 发送时，每根天线上乘以相应的特征权值，使其天线阵发 射信号具有波束赋形效果
• 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
LTE上行天线技术：接收分集
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
特殊时隙
= 2.15ms
1.025ms
0.675ms
TD-SCDMA
1ms
TD-LTE
特殊时隙
TD-LTE 子帧= 1ms = 30720Ts 10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts 3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts
共存要求：上下行没有交叠（图中Tb > Ta）。则 TD-LTE的DwPTS必须小于0.85ms（26112Ts)。 可以采用10:2:2的配置
信道质量高且空间独立性 强时
信道质量高且空间独立性 强时。终端静止时性能好
单层闭环 空间复用
单流 Beamforming
信道质量不好时，如小区 边缘 信道质量较高且具有一定 空间独立性时（信道质量 介于单流beamforming与空 间复用之间）
8
双流 Beamforming
结合复用和智能天线技术，进行多路波束赋形发送，既提 高用户信号强度，又提高用户的峰值和均值速率
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
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。
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
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
概念 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。 宽频信道
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
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
• 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