TD-LTE标准与关键技术分析(1).ppt

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1、TD-LTE标准与关键技术分析,200805,Dr.Wang YingminDatang Mobile Communications Equipment Co.,Ltd.,双工、多址与多天线技术,概述,基于TDD的双工技术,基于OFDM的多址接入技术,基于MIMO/SA的多天线技术,内 容,Contents,3GPP(R4)Voice/Data,3GPP(R8/9)LTE FDD/TDD,2001-,2004-,2006-,Basic,Enhanced,Long Term Evolution,IMT-Advanced.,2009-,4G,CDMA Based,OFDM Based,Phase

2、1,Phase 3,Phase 2,3GPP(R5/6/7)HSPA/HSPA+MBMS,Evolution of 3GPP Standard,WCDMA/TD-SCDMA,LTE FDD/TD-SOFDM,3GPP(R10)LTE Advanced,概述-标准演进路线,时分双工技术非成对频率，单频点工作，支持非对称业务，信道对称性应用；FDMA+TDMA+CDMA资源管理与调度灵活方便；动态信道分配（DCA）技术；智能天线技术自适应多天线技术应用，覆盖/干扰抑制/容量/数据率/谱效率；短码CDMA与低码片速率；联合检测应用，抗多址与多径干扰；小的资源单位，软件无线电；完备的时隙结构基于块的处

3、理，单个时隙完成信道估计与解调，兼容技术扩展；优化的空口过程小区搜索，随机接入，同步，功控，调度，切换，等；系统同步机制正常工作的保障，性能提升的基础；多小区间信号/干扰的协调与处理；先进多媒体广播系统：同步/短码/分时隙；,概述-TD-SCDMA技术特色,概述-移动通信系统基本特性,移动通信三大动态特性信道的动态性传播的开放性信道参量变化的时变性用户的动态性接收环境的复杂性：市区、郊区与农村；接收地点的随机可变性；业务的动态性用户可随机自由选择不同媒体的通信方式；各类用户不同媒体业务要求互不干扰；移动通信的基本要求有效性：数量指标；可靠性：质量指标（针对客观干扰）；安全性：质量指标（针对人为

4、干扰）；,大唐移动专注于TD-SCDMA系统及其演进技术、标准和产品的研究和开发工作；全面参与ITU、3GPP、CCSA、NGMN等标准化工作，重点关注和参与TDD模式核心技术及系统设计；作为TD-SCDMA标准的倡导者，大唐移动追求不断提升和完善系统性能，满足市场和应用需求；并在保持标准继承性和版本稳定性的基础上，使TD-SCDMA产业平滑演进；基于TD-SCDMA考虑发展和演进问题，把TD-LTE、IMT-Advanced TDD定位于TD-SCDMA的演进版本，延续和发展我国在3G标准上取得的成果；经过10年的积累，大唐移动在TDD研究领域已拥有了比较全面的技术优势，形成TD-SCDMA

5、、TD-LTE核心知识产权的完整体系；,概述-大唐标准战略,推进TD-SCDMA技术标准,2005,2006,2007,2008,CCSA多载波HSDPA技术及行标规范,3GPP TD-SCDMA HSUPA报告及标准,CCSATD-SCDMA无线接入网和终端(第一阶段)系列行业标准,CCSA/3GPPTD-SCDMA增强MBMS标准,CCSAHSUPA行业标准,2001年至今参加3GPP会议 共470余人次提交文稿1613篇 通过878篇,2004,2007.5-.9,2007.6-2008.6,2006.3-2007.5,2005-2006,2004,3GPPLTE TDD标准,2005-

6、2008,概述-大唐参加3GPP/CCSA活动:,概述,基于TDD的双工技术,基于OFDM的多址接入技术,基于MIMO/SA的多天线技术,内 容,Contents,双工方式需要定义六个射频参数：上行传输载波频率；上行传输时间窗口特征；上行的工作带宽；下行传输载波频率；下行传输时间窗口特征；下行的工作带宽；,基于TDD的双工技术,TDD双工方式工作过程：,基于TDD的双工技术,峰窝移动通信系统中TDD与FDD模式的基本差异分析：对频谱的需求不同：TDD需要一段单独的频带（unpaired band），FDD需要使用两段之间存在保护频带的成对频带（paired band）;收发射频设备及其工作方式

7、不同：TDD设备需要进行频繁的收发转换开关，FDD则需隔离发送和接收通道的双工滤波器；上下行信道资源分配与调整不同：TDD模式分配的是时间间隔，FDD模式分配的是频带；（在TDD/FDD设计与比较时需要归一化参数）上下行信道对称性不同：TDD的上下行信道在同一个载波上，可以认为上下行信道是对称的；FDD的上下行信道在不同的载波上，可以认为上下行信道基本上不相关；物理信道的连续性不同：TDD模式的物理传输信道被上下行交替所隔开，FDD模式的物理传输信道在每个方向上都可以是连续的；基站和终端的对称性不同：TDD的基站和终端具有相同的工作频带和收发通道，基站和终端具有对称性；FDD的基站和终端具有不

8、同的工作频带和收发通道，基站和终端没有对称性；对系统同步的要求不同：在一个TDD模式的蜂窝网中，工作的前提是要建立系统同步；FDD系统如果需要同步，则实现与TDD相似；,基于TDD的双工技术,概述,基于TDD的双工技术,基于OFDM的多址接入技术,基于MIMO/SA的多天线技术,内 容,Contents,基于OFDM的多址接入技术,OFDM技术的发展演进60年代：OFDM技术提出；70年代：使用DFT/IDFT（FFT/IFFT）；80年代：引入循环前缀；90年代：数字信号处理技术的发展；宽带有线/无线接入和广播规模应用；00年代：OFDM/MIMO技术；蜂窝移动通信组网技术；,OFDM的特点

9、及实现考虑：优点：抗多径传播和频率选择性衰落能力强；动态比特分配技术使系统达到最大传输速率；对脉冲干扰的抵抗能力比单载波系统强；频谱效率比串行系统高；易于与MIMO技术结合；缺点对符号定时和载波频率偏差比单载波系统敏感；多载波信号是多个单载波信号的叠加，因此其峰值功率比平均功率的比值大于单载波系统，对前置放大器的线性要求较高；功率效率低，发射接收设备复杂；,基于OFDM的多址接入技术,基于 OFDM 的宽带移动通信系统中的干扰问题,基于OFDM的多址接入技术,小区内的干扰问题：已有方法可以成功地消除和避免；,小区间的干扰问题：可以通过多种途径去处理，Co-ordination/Avoidanc

10、e Randomization Cancellation Freq./Time domain spreading,Methodology of ICIC,基于OFDM的多址接入技术,Block-Repeat OFDMA,基于OFDM的多址接入技术,概述,基于TDD的双工技术,基于OFDM的多址接入技术,基于MIMO/SA的多天线技术,内 容,Contents,Smart Antenna不同天线上发送相同的数据流提供赋形的增益，增强覆盖和干扰协调能力小天线间距，多径角度扩散小可以只在发送或接收的某一端采用多天线,基于MIMO/SA的多天线技术,MIMO不同天线上发送不同的数据流提供空间复用的增益

11、，提高数据速率大天线间距,小时延多径丰富发送和接收两端都需要采用多天线,为什么需要多天线?相对于UTRA，LTE要求 提高峰值数据速率和频谱效率 提高用户吞吐量，特别是小区边缘用户的吞吐量 增加覆盖 降低部署成本 多天线可以提出如下增益，从而满足LTE需求 分集增益 提供链路可靠性 波束赋形增益 增加覆盖，降低小区间干扰 空间复用增益 提供空间信号传输的自由度，支持空间并行传输,基于MIMO/SA的多天线技术,为什么需要多天线?在现有3G系统中，传输分集和波束赋形已经被广泛使用 WCDMA系统中的TxAA技术 TD-SCDMA系统中的智能天线技术 在HSPA中已经开始采用空间复用技术 D-Tx

12、AA,S-PARC,在LTE系统中，空间复用技术更是被赋予利用有限频率资源、提高系统峰值速率/吞吐量的关键技术之一,基于MIMO/SA的多天线技术,基于MIMO/SA的多天线技术,LTE系统的天线配置 下行 利用公共天线端口，LTE系统可以支持单天线发送（1x），双天线发送（2x）以及4天线发送（4x），提供不同级别的传输分集和空间复用增益 利用专用天线端口以及灵活的天线端口映射技术，LTE系统可以支持更多发送天线，比如8天线发送，从而提供传输分集、空间复用增益同时，提供波束赋形增益 上行 目前，LTE系统上行仅支持单天线发送 可以采用天线选择技术提供空间分集增益,空间复用,SISO,MISO

13、,SIMO,MIMO,传输分集 ST/FBC,STBC,SFBC,LTE系统中在2天线端口发送情况下的传输分集技术确定为SFBC,传输分集 TSTD,LTE系统上行天线选择技术可以看作是TSTD的一个特例,传输分集 FSTD,LTE系统并没有直接采用FSTD技术，而且与其他传输分集技术结合起来使用,传输分集 SFBC+FSTD,LTE系统中在2天线端口发送情况下的传输分集技术确定为SFBC,波束赋形 波束赋形技术是TD-SCDMA系统的关键技术之一。大唐移动作为最早研究和开发智能天线系统的公司之一，凭借其在波束赋形技术和TDD领域的技术优势，在推动LTE系统采用波束赋形技术的过程中，起到了关键

14、性的作用 波束赋形技术要求使用小间距的天线阵列，且天线单元数目要足够多 波束赋形技术的实现方式是将一个单一的数据流通过加权形成一个指向用户方向的波束，从而使得更多的功率可以集中在用户的方向上 波束赋形技术可以充分的利用TDD系统的信道对称性,基于预编码的空间复用 在空间复用传输之前，多个数据流使用一个线性的预编码矩阵或者向量进行预编码操作 在发送天线与接收天线相等(NL=NL)的情况下，预编码操作可以正交化多个并行的传输，增加不同数据流之间的隔离度 进一步，在发送天线数目大于接收天线数目(NLNT)的情况下，预编码操作还可以获得波束赋形增益/传输分集增益,MU-MIMO 下行MU-MIMO:将

15、多个数据流传输个不同的用户终端，多个用户终端以及eNB构成下行MU-MIMO系统 下行MU-MIMO可以在接收端通过消除/零陷的方法，分离传输给不同用户的数据流 下行MU-MIMO还可以通过在发送端采用波束赋形的方法，提前分离不同用户的数据流，从而简化接收端的操作 LTE下行目前同时支持SU-MIMO和MU-MIMO,SU-MIMOMU-MIMO,MU-MIMO 上行MU-MIMO:不同用户使用相同的时频资源进行上行发送（单天线发送），从接收端来看，这些数据流可以看作来自一个用户终端的不同天线，从而构成了一个虚拟的MIMO系统，即上行MU-MIMO LTE上行仅仅支持MU-MIMO这一种MIM

16、O模式,SU-MIMOMU-MIMO,LTE系统中的多天线传输模式 单天线端口传输模式 Port 0：纯单天线传输 Port 5：波束赋形传输 传输分集 SFBC,SFBC+FSTD 开环空间复用 闭环空间复用 闭环Rank=1的预编码传输 MU-MIMO,TD-LTE系统中的波束赋形技术 LTE系统中的FDD和TDD模式均支持采用专用导频实现的波束赋形技术 对于TD-LTE的终端来说，强制要求其支持解调波束赋形数据的能力。波束赋形技术更适合于TDD系统采用，从而充分利用其信道对称性 DOA SVD 基于DOA的波束赋形技术适用于高相关的环境（suburb,urban）以及支持终端的高速移动

17、基于SVD的波束赋形技术适用于低相关的环境（urban,indoors），终端移动速度不能过高,TD-LTE系统中的波束赋形技术 智能天线阵列可以同时支持波束赋形技术和其他多天线传输模式 这是因为多天线传输模式不仅取决于天线结构，还与如下因素有关 信道相关性 接收端信噪比 终端移动速度 干扰情况 因此，在TD-LTE系统中可以重用现有的TD-SCDMA系统的智能天线阵列，从而可以采用高效、低成本以及更快速的方式实现从TD-SCDMA系统向TD-LTE系统的演进。这也是大唐移动在LTE系统中推动波束赋形技术的初衷之一,TD-LTE系统中的波束赋形技术 TD-LTE系统采用波束赋形技术，可以获得如下增益 增加覆盖(Power gain)提供峰值数据速率(Power gain),特别是在高相关的环境，无法使用空间复用技术的情况下 降低小区间干扰 大唐移动在TD-LTE的后续版本中，将继续推动波束赋形技术的进一步演进,（一）基于波束的动态分组空分多址,（二）多流赋形MIMO系统 及仿真结果,面向4G的多天线技术展望 4G要求更高峰值数据速率和频谱效率?4G要求更高的用户吞吐量和用户数目?4G要求进一步改善小区边缘的用户体验?上行支持SU-MIMO?支持采用多流的波束赋形技术?采用多天线技术进行MBSFN传输?下行方向采用Virtual MIMO?,谢谢您的关注,