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1、罗锴 高级网优工程师 高级项目经理 2012年9月,LTE基本原理、 关键技术与网络规划设计培训,概 要,第一章：LTE基本原理 第二章：TD-LTE无线网络组网 第三章：TD-LTE室内分布系统组网 第四章：TD-LTE试验网,第一章：LTE基本原理,第一章：LTE基本原理,第一节：LTE背景及基础知识介绍 第二节：LTE网络架构及协议栈介绍 第三节：LTE物理层结构介绍 第四节：LTE空口关键技术介绍,移动通信系统的发展趋势,无线宽带技术的发展趋势,PAN (Personal Area Network),LAN (Local Area Network),WAN (Wide Area Net
2、work),MAN (Metropolitan Area Network),3G,IMT-Advanced 4G,1G,2G,低,中,高,AMPS TACS,GSM cdmaOne,WCDMA cdma2000 TD-SCDMA,E3G,LTE AIE,WLAN,数据速率,200kbps,300kbps-10Mbps,10kbps,100Mbps,100M-1Gbps,802.11/WiFi,BWA,802.16/WiMAX,3G+,HSDPA HSUPA 1xEV-DO 1xEV-DV,移动性,2015,2010,2005,2000,1995,1985,时间,MBWA,802.20,移动通信
3、网与宽带无线网络融合,移动互联网发展驱动新一轮通信技术变革,什么是LTE？ 长期演进LTE (Long Term Evolution)是3GPP主导的无线通信技术的演进。 接入网将演进为E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network)。连同核心网的系统架构将演进为SAE (System Architecture Evolution)。,LTE的设计目标 带宽灵活配置：支持1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10Mhz, 15Mhz, 20MHz 峰值速率(20MHz带宽）：下行100Mbps，上行50Mbps 控制面延时小于10
4、0ms，用户面延时小于5ms 能为速度350km/h的用户提供100kbps的接入服务 支持增强型MBMS（E-MBMS） 取消CS域，CS域业务在PS域实现，如VOIP 系统结构简单化，低成本建网,LTE背景介绍,3GPP的目标是打造新一代无线通信系统，超越现有无线接入能力，全面支撑高性能数据业务的，“确保在未来10年内领先”。,移动通信技术的演进路线,中国移动 TD-LTE 中国电信 TD-LTE or LTE-FDD ？ 中国联通 LTE-FDD,2G,2.5G,2.75G,3G,3.5G,3.75G,3.9G,GPRS,EDGE,HSDPA R5,HSUPA R6,MBMS,4G,MB
5、MS,CDMA 2000 1X EV-DO,802.16 e,802.16 m,HSDPA,HSPA+ R7,FDD/ TDD,4G,GSM,TD- SCDMA,WCDMA R99,802.16 d,CDMA IS95,CDMA 2000 1x,LTE,EV-DO Rev. A,EV-DO Rev. B,HSUPA,HSPA+ R7,LTE- Advanced,LTE的扁平化网络架构,网络结构扁平化,E-UTRAN只有一种节点网元E-Node B,全IP,RNC+NodeB=eNodeB,SAE简介 系统架构演进SAE（System Architecture Evolution），是为了实现L
6、TE提出的目标而从整个系统架构上考虑的演进，主要包括： 功能平扁化，去掉RNC的物理实体，把部分功能放在了E-NodeB，以减少时延和增强调度能力（如，单站内部干扰协调，负荷均衡等，调度性能可以得到很大提高） 把部分功能放在了核心网，加强移动交换管理，采用全IP技术，实行用户面和控制面分离。同时也考虑了对其它无线接入技术的兼容性。,LTE背景介绍,LTE背景介绍,3GPP简介 3GPP （3rd Generation Partnership Project ）成立于1998年12月，是一个无线通信技术的标准组织，由一系列的标准联盟作为成员（Organizational Partners）。目前
7、有ARIB（日本）, CCSA（中国）, ETSI（欧洲）, ATIS（美洲）, TTA（韩国）, and TTC（日本） 等。 3GPP分为标准工作组TSG和管理运维组两个部分。TSG主要负责各标准的制作修订工作，管理运维组主要负责整理市场需求，并对TSG和整个项目的运作提供支持。,TSG（Technical Specification Groups ） TSG GERAN: GERAN无线侧相关(2G)； TSG RAN: 无线侧相关(3G and LTE)； TSG SA (Service and System Aspects):负责整体的网络架构和业务能力； TSG CT (Core
8、Network and Terminals):负责定义终端接口以及整个网络的核心网相关部分。,http:/www.3gpp.org,LTE需求及目标,1.4MHz-20MHz 可变带宽,带宽需求,降低传输时延 用户面延迟（单 向）小于5ms 控制面延迟小于 100ms,5km内的小区半径优化 5km到30km：可接受的 性能下降 支持100km范围的小区,传输时延,数据速率,覆盖范围,建网成本,更高的带宽，更大的容量 更高的数据传输速率 更低的传输时延 更低的运营成本,对0到15km/h的低 速环境优化 对15到120km/h保 持高性能 对120到350甚至 500km/h保持连接,移动性支
9、持,上行峰值速率50Mbps 下行峰值速率100Mbps 频谱效率达到3GPP R6 的2-4倍 提高小区边缘用户的数据 传输速率,LTE系统物理层基础,基本参数 系统架构,双工方式,调制编码,多址方案,基本参数设计,调制方式： 上行：BPSK、QPSK、8PSK和16QAM 下行 ：QPSK、16QAM、64QAM,FDD：抗干扰性更好，芯片成熟，支持更高移动速度 TDD：不需对称频段，更好 的支持非对称的业务,下行：OFDMA 频谱效率高，有效对抗多径 上行：SC-FDMA PAPR较低，功放成本低,时隙长度为0.5ms,编码方式：Turbo,FDD与TDD参数统一,对延迟要求高,FDD和
10、TDD的差异主要来自于双工方式的差异 主要存在于物理层，且相对于3G，差异进一步缩小（小于20） 很方便FDD/TDD 双模和共芯片等,TDD技术演进,LCR,N频点,HSDPA,多载波 HSDPA,HSUPA,MBMS,HSPA+,3GPP R4,3GPP R5,3GPP R6,3GPP R7,3GPP R8,3GPP的TDD标准演进,业务能力：单载波上行2.2Mbps,业务能力：单载波下行7.2Mbps,业务能力：三载波下行8.4Mbps,多媒体广播：下行最高384kbps,业务能力：单载波下行2.8Mbps,提升整网频谱效率,电路域可视电话 分组域下行384kpbs,TD-LTE,3GP
11、P R10,TD-LTE-A,业务能力：下行1Gbps,3GPP R9,eMBMS,增强多媒体广播：下行最高384kbps？,HeNB,双流BF,全球LTE发展增速,TD-LTE全球商用最新进展,日本软银TD-LTE建设、商用节奏和部署进展,第一章：LTE基本原理,第一章：LTE基本原理,第一节：LTE背景及基础知识介绍 第二节：LTE网络架构及协议栈介绍 第三节：LTE物理层结构介绍 第四节：LTE空口关键技术介绍,LTE的网络架构,LTE的主要网元 LTE的接入网E-UTRAN由e-NodeB组成，提供用户面和控制面。 LTE的核心网EPC由MME，S-GW和P-GW组成。 LTE的网络接
12、口 e-NodeB间通过X2接口相互连接，支持数据和信令的直接传输。 S1接口连接e-NodeB与核心网EPC。其中，S1-MME是e-NodeB连接MME的控制面接口，S1-U是e-NodeB连接S-GW 的用户面接口。,RRC: Radio Resource Control PDCP: Packet Data Convergence Protocol RLC: Radio Link Control MAC: Medium Access Control PHY: Physical layer EPC: Evolved Packet Core MME: Mobility Management
13、Entity S-GW: Serving Gateway P-GW: PDN Gateway,与传统3G网络比较，LTE的网络结更加简单扁平，降低组网成本，增加组网灵活性，并能大大减少用户数据和控制信令的时延。,LTE的网元功能,e-NodeB的主要功能包括： 无线资源管理功能，即实现无线承载控制、无线许可控制和连接移动性控制，在上下行链路上完成UE上的动态资源分配（调度）； 用户数据流的IP报头压缩和加密； UE附着状态时MME的选择； 实现S-GW用户面数据的路由选择； 执行由MME发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输； 完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告。,MME的主要功能包括：
14、NAS (Non-Access Stratum)非接入层信令的加密和完整性保护； AS (Access Stratum)接入层安全性控制、空闲状态移动性控制； EPS (Evolved Packet System)承载控制； 支持寻呼，切换，漫游，鉴权。,S-GW的主要功能包括： 分组数据路由及转发；移动性及切换支持；合法监听；计费。,P-GW的主要功能包括： 分组数据过滤；UE的IP地址分配；上下行计费及限速。,LTE的协议栈介绍,LTE协议栈的两个面： 用户面协议栈：负责用户数据传输 控制面协议栈：负责系统信令传输 用户面的主要功能： 头压缩 加密 调度 ARQ/HARQ,用户面协议栈,控
15、制面协议栈,控制面的主要功能： RLC和MAC层功能与用户面中的功能一致 PDCP层完成加密和完整性保护 RRC层完成广播，寻呼，RRC连接管理，资源控制，移动性管理，UE测量报告控制 NAS层完成核心网承载管理，鉴权及安全控制,第一章：LTE基本原理,第一章：LTE基本原理,第一节：LTE背景及技术知识介绍 第二节：LTE网络架构及协议栈介绍 第三节：LTE物理层结构介绍 第四节：LTE空口关键技术介绍,LTE支持频段,TDD模式支持频段（9个）,FDD模式支持频段（19个）,根据2008年底冻结的LTE R8协议： 支持两种双工模式：FDD和TDD 支持多种频段，从700MHz到2.6GH
16、z 支持多种带宽配置，协议规定以下带宽配置：1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz 部分频段的支持情况可能会有所变动,LTE应用频带如下： 2.1GHz，1.9GHz， 1.7GHz， 2.6GHz， 900 MHz， 800 MHz， 450 MHz（WRC-07划分450470MHz）等等，详细请参考 36.101协议 传输带宽：,LTE频带,无线帧结构（1）,LTE共支持两种无线帧结构： 类型1，适用于频分双工FDD 类型2，适用于时分双工TDD FDD类型无线帧结构： FDD类型无线帧长10ms，如下图所示。每帧含有20个时隙，每时隙为0.5ms
17、。普通CP配置下，一个时隙包含7个连续的OFDM符号（Symbol）,FDD类型无线帧结构,资源块的概念： LTE具有时域和频域的资源，资源分配的最小单位是资源块RB（Resource Block），RB由RE（Resource Element）组成，如右图示 RE是二维结构，由时域符号（Symbol）和频域子载波（Subcarrier）组成 1个时隙（连续7个OFDM符号）和12个连续子载波组成一个RB,TDD类型无线帧结构： 同样采用OFDM技术，子载波间隔和时间单位均与FDD相同。 帧结构与FDD类似，每个10ms帧由10个1ms的子帧组成；子帧包含2个0.5ms时隙。 10ms帧中各个
18、子帧的上下行分配策略可以设置。如右边表格所示。,DL/UL子帧分配,DwPTS: Downlink Pilot Time Slot GP: Guard Period UpPTS: Uplink Pilot Time Slot,TDD类型无线帧结构,D: Downlink subframe U: Uplink subframe S: Special subframe,无线帧结构（2）,物理信道概述,下行信道： Physical Broadcast Channel (PBCH)：物理广播信道，承载小区ID等系统信息，用于小区搜索过程。 Physical Downlink Control Chann
19、el (PDCCH)：物理下行控制信道，承载寻呼和用户数据的资源分配信息，以及与用户数据相关的HARQ信息。 Physical Downlink Shared Channel (PDSCH)：物理下行共享信道，承载下行用户数据。 Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH)：物理控制格式指示信道，承载控制信道所在OFDM符号的位置信息。 Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH)：物理HARQ指示信道，承载HARQ的ACK/NACK信息。 Physical Multicast Channel
20、 (PMCH)：物理多播信道，承载多播信息。 上行信道： Physical Random Access Channel (PRACH)：物理随机接入信道，承载随机接入前导。 Physical Uplink Shared Channel (PUSCH)：物理上行共享信道，承载上行用户数据。 Physical Uplink Control Channel (PUCCH)：物理上行控制信道，承载HARQ的ACK/NACK，调度请求(Scheduling Request)，信道质量指示(Channel Quality Indicator)等信息,下行传输信道和物理信道的映射关系,上行传输信道和物理信道
21、的映射关系,Physical Layer,MAC Layer,Physical Layer,MAC Layer,物理信号下行（1）,下行参考信号RS（Reference Signal）： 类似CDMA的导频信号。用于下行物理信道解调及信道质量测量（CQI）。 协议指定有三种参考信号。其中，小区特定参考信号（Cell-Specific Reference Signal）为必选，另外两种参考信号（MBSFN Specific RS & UE-Specific RS）为可选。,小区特定参考信号在时频域的位置示意图,单天线端口,双天线端口,四天线端口,天线端口0,天线端口1,天线端口2,天线端口3,下
22、行参考信号特点： 小区特定参考信号由小区特定参考信号序列及频移影射得到。RS本质上是在时频域上传播的伪随机序列。 在某一天线端口上，RS的频域间隔为6个子载波。 RS离散地分布在时频域上，相当于对信道的时频域特性进行抽样，供下行信道估计和信号解调提供参考。 RS分布越密集，则信道估计越精确，但开销越大，影响系统容量。,MBSFN: Multicast/Broadcast over a Single Frequency Network,RE,该天线口不传输RS,该天线口的RS符号,R1：第一个天线口传输的RS,R2：第二个天线口传输的RS,R3：第三个天线口传输的RS,R4：第四个天线口传输的R
23、S,物理信号下行（2）,同步信号（Synchronization Signal）： 同步信号用于小区搜索过程中UE和E-UTRAN的时频同步。 同步信号包含两个部分： 主同步信号（Primary Synchronization Signal）：用于符号timing对准，频率同步，以及部分的小区ID侦测 次同步信号（Secondary Synchronization Signal）：用于帧timing对准，CP长度侦测，以及小区组ID侦测,同步信号特点： 无论系统带宽是多少，同步信号只位于系统带宽的中部，占用62个子载波。 同步信号只在每个10ms帧的第1个和第11个时隙中传送。 主同步信号位于
24、传送时隙的最后一个符号，次同步信号位于传送时隙的倒数第二个符号。,同步信号结构,上行参考信号RS（Reference Signal）： 上行的导频信号，用于E-UTRAN与UE的同步和上行信道估计。 上行参考信号有两种： 解调参考信号DM RS (Demodulation Reference Signal), PUSCH和PUCCH传输时的导频信号 探测参考信号SRS (Sounding Reference Signal), 无PUSCH和PUCCH传输时的导频信号,上行参考信号特点： 由于上行采用SC-FDMA，每个UE只占用系统带宽的一部分，DM RS只在相应的PUSCH和PUCCH分配带
25、宽中传输。 DM RS在时隙中的位置根据伴随的PUSCH和PUCCH的不同格式而有所差异。 Sounding RS的带宽比单个UE分配到的带宽要大，目的是为e-NodeB作全带宽的上行信道估计提供参考。 Sounding RS在每个子帧的最后一个符号发送，周期/带宽可以配置。Sounding RS可以通过系统调度由多个UE发送。,伴随PUSCH传输的DM RS位置图 DM RS占用每个时隙的第4个符号,伴随PUCCH传输的DM RS位置图 （PUCCH传输UL ACK信令） DM RS占用每个时隙的3个符号,伴随PUCCH传输的DM RS位置图 （PUCCH传输CQI信令） DM RS占用每个
26、时隙的2个符号,PUCCH在系统带宽的两端，并在两个时隙间跳频,某用户分配到的上行带宽,系统带宽,物理信号上行,物理层过程小区搜索,小区搜索（Cell Search）基本原理： 小区搜索是UE实现与E-UTRAN下行时频同步并获取服务小区ID的过程。 小区搜索分两个步骤： 第一步：UE解调主同步信号实现符号同步，并获取小区组内ID； 第二步：UE解调次同步信号实现帧同步，并获取CP长度和小区组ID。,关于Cell ID： LTE协议规定物理层Cell ID分为两个部分：小区组ID（Cell Group ID）和组内ID（ID within Cell Group）。目前最新协议规定物理层小区组有
27、168个，每个小区组由3个ID组成，因此共有168*3=504个独立的Cell ID 其中 代表小区组ID，取值范围0167； 代表组内ID，取值范围02,初始化小区搜索（Initial Cell Search）： UE上电后开始进行初始化小区搜索，搜寻网络。一般而言，UE第一次开机时并不知道网络的带宽和频点。 UE会重复基本的小区搜索过程，历遍整个频谱的各个频点尝试解调同步信号。这个过程耗时，但一般对此的时间要求并不严格。可以通过一些方法缩短以后的UE初始化时间，如UE储存以前的可用网络信息，开机后优先搜索这些网络。 一旦UE搜寻到可用网络并与网络实现时频同步，获得服务小区ID，即完成小区搜
28、索后，UE将解调下行广播信道PBCH，获取系统带宽、发射天线数等系统信息。 完成上述过程后，UE解调下行控制信道PDCCH，获取网络指配给这个UE的寻呼周期。然后在固定的寻呼周期中从IDLE态醒来解调PDCCH，监听寻呼。如果有属于该UE的寻呼，则解调指定的下行共享信道PDSCH资源，接收寻呼。,物理层过程随机接入,随机接入（Random Access）基本原理： 随机接入是UE与E-UTRAN实现上行时频同步的过程。 随机接入前，物理层应该从高层接收到下面的信息： 随机接入信道PRACH参数：PRACH配置，频域位置，前导（preamble）格式等； 小区使用preamble根序列及其循环位
29、移参数，以解调随机接入preamble。 物理层的随机接入过程包含两个步骤： UE发送随机接入preamble； E-UTRAN对随机接入的响应。,随机接入的具体过程： 高层请求发送随机接入preamble，继而触发物理层随机接入过程； 高层在请求中指示preamble index， preamble目标接收功率，相关的RA-RNTI，以及随机接入信道的资源情况等信息； UE决定随机接入信道的发射功率为preamble的目标接收功率+路径损耗。发射功率不超过UE最大发射功率，路径损耗为UE通过下行链路估计的值； 通过preamble index选择preamble序列； UE以计算出的发射功率
30、，用所选的preamble序列，在指定的随机接入信道资源中发射单个preamble ； 在高层设置的时间窗内，UE尝试侦测以其RA-RNTI标识的下行控制信道PDCCH。如果侦测到，则相应的下行共享信道PDSCH则传往高层，高层从共享信道中解析出20位的响应信息。,随机接入信道,随机接入前导,下行控制信道,随机接入响应,RA-RNTI: Random Access Radio Network Temporary Identifier,物理层过程功率控制,功率控制（Power Control）基本原理： 下行功控决定了每个RE（Resource Element）上的能量EPRE（Energy p
31、er Resource Element）； 上行功控决定了每个DFT-S-OFDM（上行SC-FDMA的复用调制方式）符号上的能量。,上行功控： 上行功控的方式有开环功控和闭环功控两种。 可以通过X2接口交换各小区的过载指示OI（Overload Indicator）实现小区间的集中式功控，使得功控有可能提升整个系统的性能。 上行功控可以分别控制PUSCH，PUCCH，PRACH和Sounding RS。各种信道/信号的功控大同小异，以PUSCH功控为例： PUSCH功控为慢速功控，补偿路径损耗和阴影衰落，以及控制小区间干扰。功控的原理如上式。影响PUSCH的发射功率PPUSCH的因素有UE最
32、大发射功率PMAX，UE分配的资源MPUSCH，初始发射功率PO_PUSCH，估计路径损耗PL，调制编码因子TF，系统调整因子f（开环功控时f不起作用）,下行功控： 下行RS一般以恒定功率发射，下行共享信道PDSCH的发射功率是与RS发射功率成一定比例的。 下行功控根据UE上报的CQI与目标CQI的对比，调整下行发射功率。,EPRE: Energy per Resource Element DFT-SOFDM: Discrete Fourier Transform Spread OFDM,第一章：LTE基本原理,第一章：LTE基本原理,第一节：LTE背景及基础知识介绍 第二节：LTE网络架构及
33、协议栈介绍 第三节：LTE物理层结构介绍 第四节：LTE空口关键技术介绍,双工技术,TDD方式上下行频率相同 可用于任何频段 适合于上下行非对称及对称业务 FDD方式上下行频率配对 需要成对频段 适合于上下行对称业务； LTE包括TDD-LTE 和 FDD-LTE,多址技术对比,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。,宽频信道,正交子信道,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
34、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,OFDM技术原理,概述 OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing）属于调制复用技术，它把系统带宽分成多个的相互正交的子载波，在多个子载波上并行数据传输。 各个子载波的正交性是由基带IFFT实现的。多径时延将导致符号间干扰ISI，破坏子载波之间的正交性。为此，在OFDM符号间插入保护间隔，通常采用循环前缀CP来实现。,OFDM的意义 O
35、FDM具有很多能满足E-UTRAN需求的优点，是B3G和4G的核心技术之一。因此在3GPP制定LTE标准的过程中，OFDM技术被采纳并写入标准中。 OFDM是一种调制复用技术，相应的多址接入技术为OFDMA，用于LTE的下行。OFDMA其实是TDMA和FDMA的结合。 相对应，LTE的上行采用SC-FDMA多址接入技术，其调制复用是通过DFT-Spread-OFDM实现的。,OFDM概述,OFDM与OFDMA的比较,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
36、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）
37、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,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
38、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,下行MIMO LTE下行支持MIMO技术进行空间维度的复用。空间复用支持单用户SU-MIMO模式或者多用户MU-MIMO模式。 SU-MIMO和MU-MIMO都支持通过Pre-coding的方法来降低或者控制空间复用数据流之间的干扰，从而改善MIMO技术的性能。 SU-MIMO中，空间复用的数据流调度给一个单独的用户，提升该用户的传输速率和频谱效率。MU-MIMO中，空间复用的数据流调度给多个用户，多个用户通过空分方式共享同一时频资源，系统可以通过空间维度的多用户调度获得额外的多用户分
39、集增益。,上行MIMO 受限于终端的成本和功耗，实现单个终端上行多路射频发射和功放的难度较大。因此，LTE正研究在上行采用多个单天线用户联合进行MIMO传输的方法，称为Virtual-MIMO 调度器将相同的时频资源调度给若干个不同的用户，每个用户都采用单天线方式发送数据，系统采用一定的MIMO解调方法进行数据分离。 采用Virtual-MIMO方式能同时获得MIMO增益以及功率增益（相同的时频资源允许更高的功率发送），而且调度器可以控制多用户数据之间的干扰。同时，通过用户选择可以获得多用户分集增益。,MIMO技术,MU-MIMO,Virtual-MIMO,MIMO容量,发射天线数为Nt 接收
40、天线数为Nr,等功率分配MIMO系统容量,注水分配,等功率分配算法的优点是发射端不需要已知信道矩阵，因而不用发射检验序列来估计信道矩阵，也不必使用反馈信道。对于已知发射端信道参数的MIMO信道，可用注水原理来分配各个发射天线的功率。 根据注水原理，通过给各个天线分配不同的发射功率，可以增加系统的信道容量。对于条件较好的信道，分配较多的功率；条件较差的可分配较少功率，甚至不分配功率。,注水功率分配时MIMO信道容量为：,最优功率分配注水原理,简化注水功率分配MIMO信道容量为：,MIMO与OFDM技术结合,第 47 页,OFDM能使无线信道的抗频率选择性衰落性能得到极大的提高，但是对提高通信系统
41、容量的能力有限。,MIMO采用空间复用技术，可以在理论上对系统容量无限提高，可以弥补OFDM在系统容量方面的不足,MIMO-OFDM技术可以使系统性能得到极大地改善，提高系统的频谱效率和抗衰落能力。,用户复用和调度 LTE可以支持较大的系统带宽（10/15/20MHz），通常会面临频率选择性衰落的问题。某用户的子载波在相干带宽内的衰落特性可以认为是相同的，但更远的子载波上的衰落特性就不相同了。 如果知道各个用户在各个子载波上的衰落特性，则可以为不同的用户尽量选择条件比较好的子载波进行数据传输，从而使得绝大部分用户的传播条件比较好，实现多用户分集增益，提高频谱效率。 相干带宽内的子载波具有近似的
42、衰落值，可以把相邻的一些子载波划成一个子带Subband，以子带为单位进行调度。接收方在一定的时间内针对每个子带反馈一个信号质量指示，而无需对每个子载波进行反馈，减少信令开销。 LTE的调度周期可以为一个或多个TTI长度。 为了在频域调度获得多用户分集增益，发射端必须知道所有用户在所有子载波上的瞬时衰落值，FDD系统上下行衰落不一致，必须通过反向链路将信道信息回传给发射端，这些信道质量指示均为额外开销，占用资源越少越好。,调度和链路自适应,链路自适应 LTE支持时间和频率两个维度的链路自适应，根据时频域信道质量信息对不同的时频资源选择不同的调制编码方式。 功率控制在CDMA系统中是一项重要的链
43、路自适应技术，可以避免远近效应带来的多址干扰。在LTE系统中，上下行均采用正交的OFDM技术对多用户进行复用。因此，功控主要用来降低对邻小区上行的干扰，补偿链路损耗，也是一种慢速的链路自适应机制。,E-MBMS 各个基站采用相同的频率资源并且同步发送MBMS数据。 在终端看来，不同基站的信号可以看作多径的组成部分，终端可以不必区分不同基站的信号，自动完成软合并。,增强型MBMS,E-MBMS特性 这种工作模式称为SFN（Single Frequency Network）模式。 MBMS主要受限于边缘用户的性能，SFN模式能极大改善小区边缘的接收性能，从而改善MBMS的性能。 SFN模式下，系统
44、基站间需要下行空口同步。 不同基站的传播时延差别较大，不同基站的信号合并将导致传播时延的增加，需要配置更长的CP长度。,小区干扰的原因 LTE系统中，系统中各小区采用相同的频率进行发送和接收。与CDMA系统不同的是，LTE系统并不能通过合并不同小区的信号来降低邻小区信号的影响。因此必将在小区间产生干扰，小区边缘干扰尤为严重。 小区干扰控制的方法 为了改善小区边缘的性能，系统上下行都需要采用一定的方法进行小区干扰控制。目前正在研究方法有： 干扰随机化：被动的干扰控制方法。目的是使系统在时频域受到的干扰尽可能平均，可通过加扰，交织，跳频等方法实现； 干扰对消：终端解调邻小区信息，对消邻小区信息后再
45、解调本小区信息；或利用交织多址IDMA进行多小区信息联合解调； 干扰抑制：通过终端多个天线对空间有色干扰特性进行估计和抑制，可以分为空间维度和频率维度进行抑制。系统复杂度较大，可通过上下行的干扰抑制合并IRC实现； 干扰协调：主动的干扰控制技术。对小区边缘可用的时频资源做一定的限制。这是一种比较常见的小区干扰抑制方法。,小区干扰控制,小区间干扰协调ICIC（Inter-Cell Interference Coordination） 小区间干扰协调是小区干扰控制的一种方式，本质上是一种调度策略。LTE系统可以采用频率软复用SFR（Soft Frequency Reuse）和部分频率复用FFR（F
46、ractional Frequency Reuse）等干扰协调机制来控制小区边缘的干扰。主要目的是提高小区边缘的频率复用因子，改善小区边缘的性能。 SFR方案 SFR是一种有效控制邻区干扰的方法。系统频率划分为主频和副频，不同的区域使用不同的频率及发射功率。,LTE关键技术小区干扰控制,主频通常分配给小区边缘区域的用户，eNB在主频上可高功率发射,全部带宽可以分配给小区中间的用户，eNB在副频上降功率发射，避免干扰相邻小区的主频,概 要,第一章：LTE基本原理 第二章：TD-LTE无线网络组网 第三章：TD-LTE室内分布系统组网 第四章：TD-LTE试验网,TD-LTE室外覆盖方案,1,覆盖
47、特性 链路预算与分析 站址规划方式建议 室外覆盖基本指标建议,TD-LTE共站建设,2,TD-LTE无线网络组网,TD-LTE覆盖的特性,1. 覆盖目标业务为一定速率的分组数据业务,3. 多样的调制编码方式对覆盖的影响更复杂,2. 用户占用的RB (Resource Block)数将影响覆盖,4. 系统帧结构设计支持更大更灵活的覆盖,覆盖目标业务为一定速率的分组数据业务,在R4业务中，电路域CS64K是3G的特色业务，覆盖能力最 低，一般以CS64K业务作为连续覆盖的目标业务 CS64K业务的业务速率、调制编码方式均是固定的，链路预算模型简单，可以较为便捷、确定的获得系统的覆盖半径,不存在电路
48、域业务，只有分组域业务 不同速率业务的覆盖能力不同 分组域业务调制编码方式可变 因此TD-LTE覆盖规划时： 需确定边缘用户目标速率。如：512kbps、1Mbps等 需要考虑此覆盖边缘控制信道是否受限,用户占用的RB资源数将影响覆盖,以确定的CS64K业务规划覆盖半径 为用户分配的时隙数的多少只影响用户自身的吞吐量，不影响覆盖规划指标的确定,用户占用的RB资源数由系统根据激活用户数目、资源分配算法(如正比公平，轮循等)等因素决定 用户占用的RB资源数不同，表明用户占用的频带资源不同，不仅影响用户速率，也影响用户的覆盖。 因此覆盖规划时： 需明确边缘用户目标速率，所对应的资源占用数目。,多样的
49、调制编码方式对覆盖的影响,与TD-SCDMA HSPA相比，增加了64QAM，且编码率更丰富。采用自适应调制编码方式 。,当用户分配的RB个数固定时 调制等级越低，SINR解调门限越低，覆盖越大,TD-LTE在进行覆盖规划时，可以灵活的选择用户带宽和调制编码方式组合，以应对不同的覆盖环境和规划需求。,TD-SCDMA（HSPA） AMC：16种MCS 时域调度，周期5ms TD-LTE AMC：29种MCS 时频域二维调度:获得更大的频域多用户分集增益，调度周期1ms,TD-LTE调制编码方式更多、调度更多元化、调度周期更短，更增加了链路预算的不确定性。 因此覆盖规划时： 还需要通过大量仿真与验证性测试，对小区边缘用户性能进行评估，才能确定覆盖指标要求。,TD-LTE影响小区半径因素,CP长度：容忍的时延扩展 Preamble长度：抗干扰能力、检测成功率 保护间隔GT长度：回