LTETDD物理层技术介绍.ppt

1,LTE TDD 物理层技术介绍,2,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 LTE的网络架构 总结,3,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 LTE的网络架构 总结,4,LTE的历史背景,GSM的巨大成功。人们体验到移动通信的便利“得陇望蜀”。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组织在4G出现之前加速制定新的空中接口和无线接入网络标准。LTE(3.9G)应运而生。,5,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,6,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 LTE的网络架构 总结,7,LTE的主要技术指标(1),支持1.25MHz-20MHz带宽 峰值速率：下行100Mbps，上行50Mbps。频谱效率达到3GPP R6的2-4倍 提高小区边缘的传输速率 移动性015km/h(最佳性能)0120km/h(较好性能)120km/h350km/h(保持连接，确保不掉线)覆盖范围05km(较高频谱利用率)530km(稍差的频谱利用率),8,LTE的主要技术指标(2),用户面延迟（单向）小于5ms，控制面延迟小于100ms 支持增强型的广播多播业务支持增强的IMS（IP多媒体子系统）和核心网取消CS（电路交换）域，CS域业务在PS（包交换）域实现，如采用VoIP 支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作,9,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 LTE的网络架构 总结,10,LTE的关键技术,物理层关键技术多载波技术(OFDM)多天线技术(MIMO)SC-FDMA(相对OFDM多了DFT预编码部分)系统级关键技术干扰抑制技术,11,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。,12,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。,13,MIMO+OFDM,MIMO技术能提高传输的可靠性或提高系统容量。OFDM技术较容易支持高带宽，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),14,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。,15,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,16,OFDM信号的频谱结构,17,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时域叠加LTE上行采用 SC-FDMA传输方案符号间干扰（ISI）原因1：无线信道多径原因2：符号同步偏差子载波间干扰（ICI）原因1：无线信道的时变性（多普勒频移造成的随机调频）原因2：载波频率偏差原因3：采样频率偏差,18,SC-FDMA(DFTS-OFDM)的PAPR,16QAM,占用512子载波中间的300个子载波,19,ISI的克星 CP(1),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！,20,ISI的克星 CP(2),OFDM符号的循环前缀结构,21,ISI的克星 CP(3),CP的引入解决了GP的缺陷,两径信道中OFDM符号的传输,22,OFDM中的同步技术,时间同步（影响ISI）OFDM符号同步固定的载波相位偏差对性能无丝毫影响固定采样定时偏差的影响可归入OFDM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载波频率同步采样频率同步 OFDM系统对频率偏差非常敏感！,23,符号同步偏差的影响,24,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。,25,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,26,MIMO,空间分集（提高传输可靠性）空时块码（STBC）空频块码（SFBC）对应LTE的发送分集空时格码（STTC）基于MIMO-OFDM的循环延迟分集(CDD)空间复用（提高传输速率）V-BLAST对应LTE中的分层操作,27,在这种编码方案中，每组m比特信息首先调制为M=2m进制符号。然后编码器选取连续的两个符号，根据下述变换将其映射为发送信号矩阵。天线1发送信号矩阵的第一行，而天线2发送信号矩阵的第二行。,Alamouti STBC编码 STBC编码最先是由Alamouti引入的，采用两个发射天线。这种STBC编码最大的优势在于，检测简单，并可获得满分集的增益。Tarokh进将2天线STBC编码推广到多天线形式，提出了通用的正交设计准则。,STBC鼻祖Alamouti方案(1),28,衰落信道,最大似然检测,Alamouti方案(2),29,空间复用技术 V-BLAST,STBC编码最大的优势在于，采用简单的最大似然译码准则，可以获得满分集增益，但是不能提供编码增益分层空时码能极大的提高系统的频谱效率,30,V-BLAST的检测MMSE算法,常用的V-BLAST检测算法是MMSE算法，即最小均方误差算法。该算法的目标函数是最小化发送信号向量xt与接收信号向量线性组合wHrt之间的均方误差，即：其中w是nRnT的线性组合系数矩阵,由于上述目标函数是凸函数，因此可以求其梯度得到最优解。令,得MMSE检测的系数矩阵为：,31,多小区干扰抑制,干扰随机化随机化邻小区干扰，改善译码器性能比特加扰干扰协调 协调邻小区资源，降低被干扰概率干扰消除 改进物理层算法，消除邻小区干扰,32,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 LTE的网络架构 总结,33,LTE物理层传输方案,基本传输方案物理信道定义及过程LTE物理层过程,34,LTE 物理层协议架构,35,基本传输方案,36,下行传输方案参数,37,LTE TDD无线帧结构(1),每个时隙0.5ms,上行包含7个或6个SC-FDMA符号。最小时频分配单位 RB：时间方向0.5ms的时隙长度，频率方向12个子载波。物理层以子帧(1ms)为单位接收，是偶数个RB的。,5ms转换周期,38,LTE TDD无线帧结构(2),radio frame 10ms;half-frame 5ms;subframe 1ms;slot 0.5ms;SC-FDMA 1/15k(=66.67e-6)s.,10ms转换周期,39,时隙的时间方向参数,40,资源块定义,41,上行共享信道导频图案,42,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,43,LTE传输方案,基本传输方案传输信道，物理信道的定义及过程LTE物理层过程,44,上行物理信道分类,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）,45,下行物理信道分类,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（PDCCH）物理层HARQ指示信道（PHICH）,46,传输信道到物理信道的映射,47,信道编码,删尾 卷积编码器,Turbo编码器,仅仅内交织器与TD-SCDMA不同,48,卷积码的速率匹配,49,Turbo的速率匹配,50,上行传输信道处理,UL-SCH,UCI,51,下行传输信道处理,BCH；DCI,DL-SCH;PCH;MCH,52,物理层上行共享信道过程,QPSK16QAM64QAM,DFT,IFFT,53,物理层下行共享信道过程,54,LTE传输方案,基本传输方案物理信道的定义及过程LTE的物理层过程小区搜索过程随机接入过程,55,小区搜索过程,56,随机接入过程,上行同步符号位置,符号构成,57,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 LTE的网络架构 总结,58,E-UTRAN网络拓扑结构,EPC分为控制面实体MME和用户面实体SAE Gateway,59,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,60,Thank You!,