LTE物理层关键技术及物理层传输方案汇总课件.ppt

LTE物理层关键技术及物理层传输方案,系统架构研发部 标准部,池连刚,2,目录,LTE的历史背景 LTE的主要技术指标 LTE物理层的关键技术 LTE物理层的传输方案 总结,3,目录,LTE的历史背景 LTE的主要技术指标 LTE物理层的关键技术 LTE物理层的传输方案 总结,4,LTE的产生背景,GSM的巨大成功“得陇望蜀”。人们希望享受到更加方便快捷的移动通信服务。3G 的无线性能得到了较大的提高，但在知识产权的制肘、应对市场挑战（WiMax）和满足用户需求等领域，还是有很多局限。 用户的需求、市场的挑战和IPR的制肘共同推动了3GPP在4G出现之前加速制定新的空中接口和无线接入网标准。 LTE (3.9G)应运而生。,5,3GPP LTE是一个高数据速率、低时延和基于全分组的移动通信系统，具体目标包括：频谱带宽可配置提高小区边缘传输速率高的频谱利用率低传输迟延支持多媒体广播及多播业务全分组的包交换与现有移动通信系统共存,LTE的演进目标,6,目前世界主要运营商Vodafone、NTT、AT&T、Verizon都已经决定采用LTE技术；WiMAX正逐步扩大影响；CDMA2000/UME的阵营进一步缩小。,商用,LTE标准化进展,测试,Work Item,Study Item,LTE,2008年2月中国移动宣布测试LTE,3GPP LTE项目启动,3GPP LTE第一版本完成,7,目录,LTE的历史背景 LTE的主要技术指标 LTE物理层的关键技术 LTE的物理层传输方案总结,8,需求及技术指标,9,10,11,目录,LTE的历史背景 LTE的主要技术指标 LTE物理层的关键技术移动传播环境 LTE的物理层传输方案总结,12,无线通信核心问题,无线通信成为富有挑战性又能引起研究人员兴趣的课题。衰落现象：大尺度衰落、小尺度衰落干扰：上行链路干扰、下行链路干扰、小区间干扰核心问题：在无线环境恶劣、频谱资源有限的条件下，如何设计通信系统实现多用户、高速度、高质量的数据传输。,13,电磁波的传播特性,反射：电磁波在不同性质介质的交界处，会有一部分发生反射。绕射：接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时会发生绕射。散射：电磁波照射到粗糙的物体表面会发生散射。,反射,绕射,散射,14,无线信道的衰落,15,大尺度衰落,当移动台运动的距离与小区尺寸相当时，会出现通常与频率无关的大尺度衰落。由随距离而变化的信号路径损耗和由建筑物、山脉等大型障碍物的阴影造成的。大尺度衰落通常与基站规划之类的问题关系密切。,16,小尺度衰落,小尺度衰落频率选择性衰落时间选择性衰落空间选择性衰落,17,多径传播,用功率时延谱（PDP）表征无线信道的多径特性。,18,多普勒频移（时变性）,静止,运动,多普勒频移,相干时间,多普勒功率谱表征无线信道的时变特征,19,空间选择性（MIMO）,极化方向，角度扩展（功率角度谱），到达或离开角，相干距离 表征空间相关性。,20,目录,LTE的历史背景 LTE的主要技术指标 LTE物理层的关键技术OFDM, MIMO技术 LTE物理层的传输方案 LTE的网络架构 总结,21,LTE系统物理层关键技术,多址接入方案下行 OFDMA上行 SC-FDMA下行 MIMO技术 小区搜索技术 & 同步技术上行 随机接入 & 上行同步控制链路自适应技术HARQ技术功率控制,22,多载波技术 OFDM,高传输速率要求大带宽，面临无线信道的频率选择性问题。传统解决方案：GSM中的时域均衡技术，CDMA系统中的RAKE接收。随着带宽增大以上方案的复杂度将变得难以接受。OFDM将高速的符号流分解为多路并行的低速符号流，在多个子载波上并行传输。支持大带宽，带宽配置灵活，实现简单，频域均衡算法简单。,23,多天线技术-MIMO,MIMO: 在发送和接收端同时使用多天线。MIMO系统可利用丰富的散射径，在不增加系统带宽的前提下，大幅度改善系统性能（提高速率或可靠性）。MIMO系统信道容量的增长与天线数目大致成线性关系。,24,MIMO+OFDM,MIMO技术能提高传输的可靠性或提高系统容量。OFDM技术较容易支持大带宽，实现简单，频谱利用率高，均衡简单。MIMO-OFDM技术，可用资源丰富：空域，频域，时域，功率。实现相对简单 (可对每个载波分别频域均衡，简化了频率选择性MIMO的均衡算法),25,OFDM信号的生成,OFDM符号通带信号可以表示为OFDM信号的基带形式为 可用IFFT实现基带的OFDM多载波调制。现阶段的IC技术可轻松的应对此复杂度，系统实现简单。,26,OFDM信号的时域特点,子载波数目 时，承载的数据为 ，四个载波独立的波形和迭加后的信号,27,OFDM信号的频谱结构,28,OFDM的关键问题,峰均比（PAPR）原因：OFDM信号在时域是多个子载波信号的叠加LTE上行采用 SC-FDMA传输方案符号间干扰（ISI）原因1：无线信道多径（通过CP解决）原因2：符号同步偏差 （通过帧定时同步解决）子载波间干扰（ICI）原因1：无线信道的时变性设计合理的子载波间隔 ，多普勒分集技术原因2：设备的频率偏差：载波频率偏差 & 采样频率偏差载波同步，采样同步（晶振同源时，联合同步）,29,OFDM中GP ,GP（空等的方式）用于OFDM系统的效果消除了OFDM的符号间干扰导致了每OFDM符号内部的子载波间干扰！,30,CP 的产生,OFDM符号的循环前缀结构,31,CP对抗信道多径影响,CP的引入解决了GP的缺陷,两径信道中OFDM符号的传输,32,OFDM中的同步技术,帧同步（OFDM符号同步,影响ISI）OFDM符号同步固定采样定时偏差可归入符号同步偏差的影响OFDM系统对符号定时偏差不敏感。频率同步 (影响ICI)LTE规定 eNB:0.05ppm, UE:0.1ppm载波频率同步固定的载波相位偏差对性能无丝毫影响采样频率同步 OFDM系统对频率偏差非常敏感！,33,符号同步偏差的影响,34,帧定时同步方案,初始同步，小区搜索利用第一同步信号，互相关找峰值位置即主径的到达位置。利用导频进行信道估计，根据信道冲击影响在CP内的PDP分布，进行定时跟踪。上行同步控制：根据信道冲击影响在CP内的PDP分布，估计出发送时刻的定时提前量。,35,载波频率偏差的影响,整数倍频偏（相对于子载波间隔）：无ICI，但检测出的符号“张冠李戴”导致严重的误码率。根据LTE对晶振稳定度的规定，此情况不会发生。小数倍频偏：本子载波的信号能量减小，同时引入了相邻子载波的干扰。,36,采样频率偏差的影响,导致ICI，且随时间的累积时间会多出或漏掉样值,37,频率同步方案,小区搜索完成粗频偏补偿根据接收的导频信息估计频偏，利用锁相环进行闭环跟踪并补偿,38,MIMO技术概述,空间分集（提高可靠性）空时块码（STBC）空频块码（SFBC）空时格码（STTC）基于MIMO-OFDM的循环延迟分集(CDD)空间复用（提高速率）V-BLAST,39,目录,LTE的历史背景 LTE的主要技术指标 LTE物理层的关键技术 LTE的物理层传输方案总结,40,LTE 物理层接口,41,LTE 物理层协议架构,42,目录,LTE的历史背景 LTE的主要技术指标 LTE物理层的关键技术 LTE的物理层传输方案物理信道和调制 总结,43,帧结构,44,特殊子帧配置,45,上、下行子帧配置,46,资源块定义,47,下行的时隙参数,48,物理信道分类,上行物理层上行共享信道（PUSCH）物理层上行控制信道（PUCCH）物理层随机接入信道（PRACH）下行物理层下行共享信道（PDSCH）物理层广播信道（PBCH）物理层多播信道（PMCH）物理层控制格式指示信道（PCFICH）物理层下行控制信道（PHICH）物理层HARQ指示信道（PDCCH）,49,下行物理信道简介,PBCH广播系统信息，TTI=4 无线帧，子帧0，时隙1的前4个OFDM符号，近邻载频两边的72子载波。单发或者发送分集，用发送天线配置模式对CRC加扰。PCFICH指示PDCCH的OFDM符号数,每个下行子帧的第1OFDM符号，频域REG位置根据系统带宽和小区ID获得PHICH反馈PUSCH的ACK/NAK，该信道分组，组内用8个正交序列实现CDM，时序FDD间隔4个子帧，TDD根据上下行子帧配置查表，频域方向组位置和组内编号与各PUSCH 的频域位置，DMRS(用于UL RS的循环移位)有对应关系。PDCCH调度PDSCH，PUSCH，上行功率控制。PMCH多播信道,50,PUSCH导频图案,51,下行导频图案,不同的天线在不同的时频资源放置导频符号,52,PUSCH发送流程,QPSK16QAM64QAM,DFT,IFFT,53,SC-FDMA信号的PAPR,16QAM,占用512子载波的中间300个子载波,54,PUSCH的跳频,55,56,PUCCH发送流程,57,PRACH发送流程,58,下行物理信道发送流程,59,目录,LTE的历史背景 LTE的主要技术指标 LTE物理层的关键技术 LTE的物理层传输方案复用和信道编码 总结,60,传输信道到物理信道的映射,61,信道编码,删尾 卷积编码器,Turbo编码器,62,卷积码的速率匹配,63,Turbo的速率匹配,64,上行传输信道处理,UL-SCH,UCI,65,下行传输信道处理,BCH DCI,DL-SCH PCH MCH,66,目录,LTE的历史背景 LTE的主要技术指标 LTE的关键技术 LTE的物理层传输方案物理层过程 总结,67,小区搜索过程,68,随机接入过程,(2) 非竞争模式,(1) 竞争模式,目的: (1) 接入网络 (2) 获取上行同步,69,PRACH的物理层检测,70,PRACH 检测,为了在频域实现PRACH检测，须所有多径分量在CP内到达，并且检测能量都带落在Ncs决定的观察窗内。格式03的子载波间隔1.25k，是业务的1/12。高速时的多普勒频移很容易造成子载波间干扰。为此对高速情况下，的基本序列和循环移位的位数进行了限制。分为两类非限制集合和限制集合。,71,PDSCH 的过程,发送模式Single-antenna port; port 0Transmit diversityOpen-loop spatial multiplexingClosed-loop spatial multiplexingMulti-user MIMOClosed-loop Rank=1 precodingSingle-antenna port; port 5,72,资源分配,Type 0 （PDSCH）RBG(P个连续RB)为基本单位，bitmap指定，每bit表示一个RBG选择与否，所用的比特数为 ceil(N_RB/P)Type 1 （PDSCH）以RBG为单位，把整个带宽分割为P个RBG subset，指示用的比特数与type 0相同。首先指示用哪一个RBG subset，(余下的比特数-1)组成bitmap指示内部的RB，1bit指示从左或从右移掉多余的无法指示的RBType 2 compact方式（PDSCH: LVRB,DVRB; PUSCH: 跳频与否）,73,Type0和Type1资源指示,74,PUSCH上报CQI/PMI/RI,75,Mode 1-2对每个子带都反馈1个PMI在第一步基础上，每个码字反馈1个宽带CQI,76,Mode 2-0选出M个子带对选出的M个子带反馈1个CQI（反映所有层的信道质量） 反馈1个宽带CQI反馈M个子带的位置,77,Mode 2-2选出M个子带对选出的M个子带，反馈1个PMI和每个码字的CQI反馈宽带PMI，每个码字CQI反馈M个子带的位置,78,Mode 3-0每个子带反馈1个CQI反馈1个宽带CQI注：仅针对第一个码字,79,Mode 3-1反馈宽带PMI反馈每个码字的每个子带CQI反馈每个码字的宽带CQI,80,PUCCH反馈CQI/PMI/RI,PUCCH上报类型：类型1：支持UE选取子带的CQI反馈类型2：支持宽带CQI和PMI反馈类型3：支持RI反馈类型4：支持宽带CQI,81,PUCCH 上报,RICQI宽带CQI 或 宽带CQI+宽带PMI每个BP（连续的几个子带构成）中最优子带的CQI或 CQI+PMI,82,功率控制,上行功控制下行功率分配导频功率包含导频的OFDM符号上的数据功率不包含导频的OFDM符号上的数据功率,83,HARQ简介 (1),码合并HARQ重传方式如果是接收新数据，解速率匹配后的比特序列存入收端缓存单元。如果纠错正确，就反馈ACK信号给发端，发端确认ACK信号后送新TB数据。如果纠错失败，就反馈NAK信号给发端，发端确认NAK信号后进行如下步骤：如果达到规定的最大重传次数，终止重传操作，发送新TB数据；否则重发该TB数据。收端将本次重传数据同收端缓存单元中读出的数据进行码合并，同时存入收端缓存单元用于下一次重传处理。,84,HARQ简介 (2),递增冗余HARQ重传方式如果是接收新数据，解速率匹配后的比特序列存入收端缓存单元。如果纠错正确，就反馈ACK信号给发端，发端确认ACK信号后送新TB数据。如果纠错失败，就反馈NAK信号给发端，发端确认NAK信号后进行如下步骤：如果达到规定的最大重传次数，终止重传操作，发送新TB数据；否则，发端根据事先设定的RV冗余版本读取本次重传对应的RV索引值，确定循环缓存的起始点，根据事先设定的重传数据长度读出比特发送出去。收端将本次接收到的重传数据同收端缓存单元中读出的数据级联，重叠部分需要进行码字合并。级联、合并后的数据发给解码器，同时存入收端缓存单元用于下一次重传处理。,85,总结,LTE是3G演进的必由之路LTE的技术保障了未来能够平滑的增加容量LTE与未来4G具有良好的前后向兼容性，保证了运营商的 投资回报,LTE铺设了移动宽带的自由之路,86,Thank You !,