TD_LTE基础理论技术培训

-1-TD-LTE基础理论技术培训省网优中心2012年5月-2-目录–下行OFDM技术–上行SC-FDMA技术多天线MIMO技术TD-LTE物理标准技术–发射分集–空间复用–波束赋形–物理帧结构–物理信道–终端测量量TD-LTE多址技术-3-什么是OFDM：OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing1）是一种频率复用技术2）是一种调制技术3）是一种物理层传输技术下行OFDM技术—技术介绍-4-频率节省带宽资源正交频分复用(OFDM)多载波调制技术下行OFDM技术—技术介绍传统FDM：为了避免载频之间的干扰，需要在相邻的载波间保留一定的保护间隔，从而降低了频谱效率。OFDM：正交频分复用，多载波调制的一种，各子载波重叠排列，同时保证各子载波之间的正交性（通过FFT实现），从而使得在相同的带宽内容纳数量更多的子载波，提高了频谱效率。频率传统频分复用(FDM)多载波调制技术OFDM通过将信道分成若干正交子信道，将高速数据流转换成并行的低速子数据流，调制到每个子载波上进行传输。在接收端再将正交子载波解调，恢复高速数据流。-5-时域频域矩形函数4个子载波OFDM符号周期内4个子载波011expexp-0TnmmnjtjtdtmnT（）（）下行OFDM技术—时频域分析理论上互相正交-6-OFDM符号间的保护间隔：循环前缀（CyclicPrefix）对OFDM符号的后面部分数据进行复制，放到OFDM符号的最前面，作为保护间隔，可以消除子载波间干扰ICI。TGTsT下行OFDM技术—循环前缀（CyclicPrefix）为了避免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(CyclicPrefix)。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。-7-oneslot,Nsymbol个符号个子载波,180kHzRBscNOneresourceblockresourceelementRBsymbscNN下行OFDM技术—OFDM示意图RE：最小的资源单位，时域上为1个符号，频域上为1个子载波。RB: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。当CP为NormalCP时，每个时隙有7个OFDM符号。-8-下行OFDM技术—OFDMA多址技术将传输带宽分成一系列正交的的子载波资源，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。集中式：连续RB分配给一个用户分布式：分配给用户的RB不连续–优点：调度开销小–优点：选频调度增益大在这个调度周期中，A用户是分布式的，B用户是集中式的-9-最大支持64QAM通过CP解决多径干扰兼容MIMOSub-carriersSub-frameFrequencyTimeTimefrequencyresourceforUser1TimefrequencyresourceforUser2TimefrequencyresourceforUser3SystemBandwidth下行OFDM技术—OFDMA多址技术-10-将大带宽划分成多个小带宽，可有效对抗频率选择性衰落；可以有效的对抗ISI，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输；可以最大限度的利用频谱资源，由于子载波之间的正交性，允许子信道的频谱相互重叠，提高频谱利用率；正交调制和解调可以基于IDFT和DFT来实现；对于无线数据业务的非对称性，可以通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行的不同传输速率；可以通过动态子信道分配的方法，充分利用信噪比较高的子信道，提高系统吞吐量。下行OFDM技术—主要优点-11-存在较高的峰均比（PAPR）:OFDM调制的输出是多个子信道的叠加，如果多个信号相位一致，叠加信号的瞬间功率会远远大于信号的平均功率，导致较大的峰均比，这对发射机中功率放大器的线性度提出了更高的要求，也降低了功放的效率。对频率偏差敏感：传输过程中的频率偏移（如多普勒频率），或者接收机的本振和发射机的载频之间的频差，都会破坏OFDM系统子载波之间的正交性，导致信道间的信号相互干扰对时间偏差敏感：传输过程中折射和反射较多时，多径时延大于CP，将会导致符号间干扰和子载波间干扰。系统设计时已考虑此因素，设计的CP能满足大多数传播模型下的多径时延要求（4.68us）。下行OFDM技术—主要缺点和挑战-12-OFDM系统中每个符号由多个载波符号叠加而成，因此其峰均比较大，对功放的要求相应比较高，导致整机电源效率降低，这种影响对终端的上行发送来说尤其严重。终端的配置越来越多，功能越来越强大，导致对终端电源效率提出越来越高的要求，而电池技术却一直没有突破性进展，因此对终端的节能技术提出了越来越高的要求。LTE系统中上行链路采用SC-FDMA技术，以期降低PAPR，提高功放效率，延长电池寿命。DFT-S-OFDM是SC-FDMA的频域产生方式，是OFDM在IFFT调制前进行了基于傅立叶变换的预编码。上行SC-FDMA技术-13-上行SC-FDMA技术和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接入。注意不同的是：任一终端使用的子载波必须连续。考虑到多载波带来的高PAPR会影响终端的射频器件性能和电池寿命，LTE上行采用SC-FDMA以改善PAPR。SC-FDMA的特点是，在采用IFFT将子载波转换成时域信号之前，先对信号进行了FFT转换，从而引入了部分单载波特性，降低了PAPR。-14-上行SC-FDMA技术0SingleCarrierSub-frameFrequencyTimeTimefrequencyresourceforUser1TimefrequencyresourceforUser2TimefrequencyresourceforUser3SystemBandwidth通过改变不同用户的DFT的输出到IDFT输入端的对应关系，输入数据符号的频谱可以被搬移至不同的位置，从而实现多用户多址接入。IFFT变换前的DFT操作是SC-FDMA和OFDMA的最基本区别。-15-目录–下行OFDM技术–上行SC-FDMA技术多天线MIMO技术TD-LTE物理标准技术–发射分集–空间复用–波束赋形–物理帧结构–物理信道–终端测量量TD-LTE多址技术-16-多天线技术MIMO：多入多出(MultipleInputMultipleOutput)MISO：多入单出((MultipleInputSingleOutput)SISO：单入单出(SingleInputSingleOutput)SIMO：单入多出(SingleInputMultipleOutput)LTE的基本配置是DL2*2和UL1*2，最大支持4*4。LTE中最多可支持的天线配置为4*4，基本配置为2*2。LTE中MIMO有三种不同的使用方法，即空间复用、发射分集和多流波束赋形，具体使用哪种方案取决于信道状况。多天线技术-MIMO-17-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（SpatialSignature），利用解调技术，最终恢复出原数据流。多天线技术-MIMO-18-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。多天线技术-MIMO优点-19-多天线技术-MIMO的使用模式空间分集使用多根天线进行发射和/或接收，根据收发天线数又分为发射分集、接收分集与接收发射分集。空间复用发射的高速数据被分成几个并行的低速数据流，在同一频带从多个天线同时发射出去。波束成形在发射端将待发射数据矢量加权，形成某种方向图后到达接收端。-20-发射分集就是在发射端使用多幅发射天线发射信息，通过对不同的天线发射的信号进行编码达到空间分集的目的，接收端获得比单天线高的信噪比。开环发射分集，闭环发射分集空时发射分集STTD，空频发射分集SFTD，循环延迟分集CDD。多天线技术-发射分集多天线发射分集技术通过多个信道承载相同信息的多个副本，在接收端把多径信号进行接收合并，提高链路抗衰落的能力，从而降低了在同等平均接收信号强度下的误码率。-21-空间复用：发射的高速数据被分成几个并行的低速数据流，在同一频带从多个天线同时发射出去。由于多径传播，每个发射天线对于接收机产生不同的空间签名，接收机利用这些不同的签名分离出独立的数据流，最后再复用成原始数据流。因此空间复用可以成倍提高数据传输速率。通常而言，对于M发N收，数据率相对于1发1收最高可提高min(M,N)倍。多天线技术-空间复用在发射端和接收端同时采用多天线，可以进一步提高信噪比和获得分集增益，灵活实现空间复用和空间分集/波束赋形的切换和整合，需采用自适应的MIMO方案。-22-多天线技术-空间复用空间复用分类开环（Open-Loop）空间复用：●不管信道条件，采用固定的复数流数。●由于MIMO信道的相关性有各种差异，开环空间复用的流间串扰有时很难消除，可能造成多流并行传输的性能比单天线传输还差。（TM3）闭环（Close-Loop）空间复用：●发射端事先掌握信道的先验信息，采用适合无线信道现实条件的复数流数。●可以灵活支持各种MIMO信道相关性，实现各种流数，保证空间复用的传输性能，简化接收端的干扰消除操作。(TM4)空间复用的应用效果很大程度上取决于是否能够有效区分多个天线，如果天线间干扰较大，空间复用性能甚至差于单天线发送。空间复用只应用于下行业务信道（控制信道采用发送分集保证覆盖）。-23-多天线技术-波束成形MIMO中的波束形成方式与智能天线系统中的波束形成类似，在发射端将待发射数据矢量加权，形成某种方向图后到达接收端，接收端再对收到的信号进行上行波束形成，抑制噪声和干扰；与常规智能天线不同的是，原来的下行波束形成只针对一个天线，现在需要针对多个天线。通过下行波束形成，使得信号在用户方向上得到加强，通过上行波束形成，使得用户具有更强的抗干扰能力和抗噪能力。因此，和发分集类似，可以利用额外的波束形成增益提高通信链路的可靠性，也可在同样可靠性下利用高阶调制提高数据率和频谱利用率。传统的智能天线：每个波束占用专用的时频资源，1个用户占用1个波束。（TD-SCDMA系统采用）-24-多天线技术-波束成形单用户多流波束成形：单个用户在某一时刻可以进行两个数据流传输，同时获得赋形增益和空间复用增益，可以获得比单流波束赋形技术更大的传输速率，进而提高系统容量。多用户多流波束成形：进行多用户匹配，多用户匹配完成后，按照一定的准则生成波束赋形矢量，利用得到的波束赋形矢量为每一个UE、每一个流进行赋形。利用了智能天线的波束定向原理，实现多用户的空分多址。多流波束赋形技术应用于信号散射体比较充分的条件下，是智能天线波束赋形技术（即单流波束赋形技术）和MIMO空间复用技术的有效结合根据多天线理论可知，接收天线数不能小于空间复用的数据流数。8天线双流波束赋形技术的使用，接收端至少需要有2根天线。-25-多天线技术-下行MIMO模式自适应切换各种MIMO模式都有其特点和应用场景。实际通信时，由于用户的物理位置、信道环境、移动速度、业务类型等存在着很大的差异，单独使用哪种技术都不能最佳地发挥系统的性能。无线通信系统需要在不同的模式间自适应地切换，以适应信道环境等因素的改变，从而最大限度地提升系统的性能，满足用户高质量的通信要求。Mode传输模式技术描述应用场景2发射分集同一信息的多个信号副本分别通过