LTE 技术及仿真性能（上） .ppt

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1、,NPC Confidential,新邮通信,2010.03,LTE 技术及仿真性能,NPC Confidential,LTE的演进过程LTE中物理层引入的新技术LTE物理层规范LTE链路及系统仿真性能介绍LTE链路预算介绍LTE频点规划2,目录,3,NPC Confidential,什么是LTE,到底什么是LTE呢？LTE(Long Term Evolution)是3GPP组织在UMTS演进过程中的项目名；是当前一种新的空中接口的演进发展；可以与UMTS的其它演进如HSDPA和HSUPA相共存；LTE的还有其它名字吗？Evolved UTRA(E-UTRA)/Evolved UTRAN(E-

2、UTRAN)Evolved UMTS Terrestrial Radio AccessEvolved UMTS Terrestrial Radio Access Network其它相关的名字:3.9G,Super 3G,HSOPA(Evolution of HSDPA/HSUPA with OFDM)；一些相关未有进入标准化的名字LTE核心网的名字:通常我们称其为SAE(System Architecture Evolution)。,4,NPC Confidential,无线通信标准组织的演进,5,NPC Confidential,LTE 的主要特征(优势),6,NPC Confidentia

3、l,LTE介绍：LTE演进过程定义:,LTE=Long Term Evolution：长期演进版；3GPP的一个标准，很多运营商参与标准的制定；,LTE 标准的演进历史,Release-8:从2004年开始讨论，到2008年3月基本冻结；Release-9:R-8的一些补充，以及新功能的引入；Release-10:主要特征是 LTE-Advance、(4G)；所有资料均可获取从官方网站 http:/www.3gpp.org/ftp/,7,NPC Confidential,LTE 的后续演进,4G、LTE-Advanced的后续技术：更宽的带宽足以达到10MHz(多个20MHz的汇聚，如下图)；

4、上行的MIMO技术扩展(同一设备两个发送天线)；下行的MIMO技术扩展(能够支持8x8场景)；CoMP(Coordinated multipoint transmission)技术应用，通过协同调度或者联合传输在多个不同的Cell site，以提高系统容量和小区边缘速率；,8,NPC Confidential,LTE 的后续演进IMT-Advanced要求和LTE-A的未来目标规划：,9,NPC Confidential,LTE 的后续演进LTE-A的目标与LTE的性能比较：,NPC Confidential,LTE的演进过程LTE中物理层引入的新技术LTE物理层规范LTE链路及系统仿真性能介

5、绍LTE链路预算介绍LTE频点规划10,目录,11,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 I：OFDM,12,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 I：OFDM现代无线通信系统中的多径问题：,当前现代民用通信系统中高速移动和多径信号散射是两个至关,重要问题。,a0,a1,1,a2 2,h(t)=k(t k),传统单载波系统中对抗多径的问题和方法：对于传统宽带单载波系统，需要很详细的估计出多径信道的各种信息；通常求原始信号需要使用高运算量的方法如Rake接收、JD检测中的矩阵求逆。OFDM系统中对抗多径的问题和方法：将基带调制符号持续时间延长值OFDM符号时间

6、，加入CP，从而克服了宽带系统的多径问题；接收机可通过单节均衡器实现，复杂度大大降低。,13,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 I：OFDMOFDM链路模型架构:,14,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 I：OFDMOFDM与CDMA技术的比较:CDMA:传输可以在整个系统带宽中固定的；所有信号传输在全部的系统带宽中；符号周期很短-系统带宽倒数；较低的频谱效率；对抗多径检测方法非常复杂。OFDM:传输可以在整个系统带宽中可变的；符号周期很长-由子载波间隔和系统带宽共同可以；用户间通过FDMA和TDMA方式以子载波为单位区分；非常高的频谱效率；对多径问

7、题的检测十分简单。,15,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 I：OFDMOFDM与CDMA技术的比较:链路BLER性能比较：注：其中FDE指CDMA系统使用类似于OFDM系统中信道FDE的均衡技术,16,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 I：OFDMOFDM与CDMA技术的比较:频谱效率比较：,17,NPC Confidential,高峰均比（PAPR）在FFT 中求和的过程导致了 A/D or D/A的很大的动态范围；射频功放的低效率，此效率提高的难度很大。对频域上的error非常敏感,频域上子载波之间的正交性要得到保障；OFDM符号越长将对于高速

8、Doppler的影响就会越发的敏感；敏感于频率的偏差、相位噪声等因素；所谓的高频谱效率带来的负面作用。应用,电子器件的要求=仅在LTE下行中使用关于上行UE侧功放该如何呢?要和 OFDM兼容.低 峰均比（PAPR）=单载波?,LTE引进新技术介绍 I：OFDMOFDM的局限性以及应用：局限性,18,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 I：OFDMOFDM信号受频偏和Doppler的影响：,19,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 II：SC-FDMA,为什么使用SC-FDMA(Single Carrier FDMA)？SC-FDMA是一种调制技术的合并，

9、它将频率灵活配置与OFDM的优势相结合同时又具有非常小的PAPR值；DFT和IDFT 在收端或发端总是成对出现。成对的DFT=单载波系统=低的峰均比（PAPR）；SC-FDMA实质是将有限带宽内数据做了一个相应的频谱搬移；注意 M N，成对的DFT 的维数是不同的。,20,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 II：SC-FDMA,SC-FDMA收发机链路模型：SC-FDMA与OFDM有着很相似的结构模型；SC-FDMA检测方法和OFDM结构基本一致，其均衡视为传统的单载波频域均衡的方法；多一个M点DFT模块，发射信号成为单载波属性。,21,NPC Confidential,

10、LTE引进新技术介绍 II：SC-FDMA,SC-FDMA vs.OFDMSC-FDMA的一些问题SC-FDMA只能对于单用户获得低PAPR的意义，随着用户数增加将接近OFDM的方式，因此它下行链路中在此方面带来的益处不大；在信道编码率较低的时候，信噪比(SNR)较低的时候性能相比OFDM会显著变差。,22,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 II：SC-FDMASC-FDMA vs.OFDM链路级BLER比较：,Throughput Mbps,Throughput Mbps,23,NPC Confidential,2.01.61.20.80.40.0,-8,-4,0,4,

11、8,SNR dB,2.01.61.20.80.40.0,-8,-4,0,4,8,SNR dB,LTE引进新技术介绍 II：SC-FDMASC-FDMA vs.OFDM上行链路级吞吐量比较：,24,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 II：SC-FDMASC-FDMA vs.OFDM两种技术PAPR和CM的比较：,%of users,25,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 II：SC-FDMA,SC-FDMA vs.OFDMP e r c e n ta g e o f u s e r s r e a c h in g c e r t a in B it

12、R a te,a v a ila b ility 9 0%,IS D 1 7 3 2 m,50403020100,10090807060,0.0 2,0.0 5,0.1 2,0.2 6,0.5 6,1.1 6,2.3 6,3.5 6,5.3 7,7.1 6,9.5 6,1 0.7,S C-F D M AOFDMA,上行系统级吞吐量比较：功放回退,小区半径,B it R a te M b it/s 典型宏小区中达到特定比特速率的用户百分比系统吞吐量随小区半径变化仿真结果,26,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 III：MIMO,MIMO(Multiple Input Mul

13、tiple Output)技术的分类发送接收分集(Transmit/receiver Diversity)技术；空间复用(Spatial Multiplexing)技术；单用户MIMO(SU-MIMO);多用户MIMO(MU-MIMO);波束赋形(Beamforming)技术；,27,NPC Confidential空间分集增加覆盖抗衰落，提高链路性能,波束赋形增加覆盖,抗衰落，抑制干扰,空分多址提高小区吞吐量及频,谱效率,LTE引进新技术介绍 III：MIMO空间复用提高小区吞吐量及频谱效率提高用户峰值速率针对不同信道条件，LTE可支持在分集、,复用和波束赋形等发送模式间自适应切换,LTE引

14、进新技术介绍 III：MIMO,NPC ConfidentialTD-LTE系统采用波束赋形技术利用TDD的信道互易性增加覆盖降低小区间干扰提高小区边缘覆盖速率,28,29,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 III：MIMO,发送接收分集(Transmit/Receiver Diversity)技术:多根发送和接收天线上的信息认为是一致的，但是信号有可能有不同的空间编码方式多天线分集技术与单天线系统直观相比并没有增加系统容量，但是由于改善了性能指标从而可以通过提高编码率和降低重传率提高系统容量；多天线分集技术有很好的抗衰落功能，尤其在信道散射丰富、多根天线之间相关性不高的

15、时候，抗衰落性能会更高，因此对于天线间距要求一般大于4倍波长，而当信道相关较大的时候则只能提高信噪比，无法对抗衰落信道。,30,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 III：MIMO,发送接收分集(Transmit/Receiver Diversity)技术:右图为通过多根天线信号经历不同信道，对抗衰落信道，提高接收机的SNR,BLER,QAM16 R3/4 OC 2/3,QAM16 R1 NOC 1/2,31,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 III：MIMO发送接收分集(Transmit/Receiver Diversity)技术:Performan

16、ce Comparison of 4x1 Codes(ITU-VA 30km/h,Ideal channel estimation,Turbo Code),1.00E+001.00E-011.00E-02,0,2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,SNR(dB),QAM64 SISO 1/2QAM64 R3/4 OC 2/3QAM16 SISO 1/2QPSK SISO 1/2QPSK R3/4 OC 2/3,QAM64 R1 OC 1/2QAM64 R1 NOC 1/2QAM16 R1 OC 1/2QPSK R1 OC 1/2)QPSK R1 NOC 1/2,NPC Confi

17、dential,LTE引进新技术介绍 III：MIMO空间复用(Spatial Multiplexing)技术:,上行SU-MIMO要求UE至少两个发送通道LTE R8版本不支持下行SU-MIMO要求UE至少两个接收通道提高单用户峰值速率,上行MU-MIMOUE只需一个发送通道不同的UE使用相同的物理资源，要求UE配对MIMO下行MU-MIMOUE可以只有一个接收通道不同的UE使用相同的物理资源，要求UE配对32,33,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 III：MIMO空间复用(Spatial Multiplexing)技术:,34,NPC Confidential,LT

18、E引进新技术介绍 III：MIMO,空间复用(Spatial Multiplexing)技术:MIMO的小区系统吞吐量(哈佛大学2004年参考资料),35,NPC Confidential,LTE引进新技术介绍 III：MIMO空间复用(Spatial Multiplexing)技术:注：Baseline为HSPA的标准速率，为LTE协议制定过程中公认的一个基准。,36,NPC Confidential,MIMO：Multi-Input Multi-Output,OFDM与MIMO技术的结合：为什么总是提到OFDM与MIMO的结合呢？如前所述，OFDM可以将宽带通信系统转变为窄带通信系统，而M

19、IMO的技术是非常适合于窄带通信中，因此二者便自然而然的有效结合在一起了；MIMO分离位置是在IFFT模块之前，从CDMA的角度理解为symbol级的位置；这种结合在当前(WLAN)，未来(LTE、UMB)无线通信标准中被广泛的应用。,NPC Confidential,LTE的演进过程LTE中物理层引入的新技术LTE物理层规范LTE链路及系统仿真性能介绍LTE链路预算介绍LTE频点规划37,目录,38,NPC Confidential,LTE下行(DL):物理信道和物理信号,物理信道：指信号由Layer1产生，但是所承载的数据是来自于高层。,39,NPC Confidential,LTE下行(

20、DL):物理信道和物理信号,物理信号：指信号完全由Layer1产生，而不需要上层参与的信号；,40,NPC Confidential,LTE下行(DL):物理信道和物理信号,41,NPC Confidential7种上下行时隙配置,0123456,LTE基础 I:帧结构(TDD)灵活的上下行时隙配置，特别适合非对称数据业务,42,NPC Confidential,数据传输,控制信息,数据,下行同步小区搜索,上行同步随机接入,系统信息获取广播,PDSCH,PCFICH,PDCCH,PSCH,S-SCH,PBCH,PRACH,PHICH,LTE物理层过程下行各物理信道对应功能及物理层过程：收发端通

21、信过程初始化=收发同步过程,NPC Confidential,LTE中MIMO技术的选取,原因空间复用，尤其是单用户空间复用直接增加吞吐量，使LTE更有竞争力，不可能舍弃的。虽然被写在标准中，但是由于限于接收端的能力，系统反馈开销大等因素，性能并不一定会很好。在抗无线信道衰落问题上有很强的竞争力，使用了Alamouti编码、CDD技术等，与空间复用可切换。只适合在了TDD系统，FDD系统的反馈量过大，而且天线配置方式与其它几种差别较大。原因考虑到UE侧模拟射频(尤其是功放)的考虑，目前认为多套模拟系统代价过大，因此舍弃。取代SU-MIMO而被写入标准，对于UE侧没有增加射频开销，但是系统调度复

22、杂度被加大。与SU-MIMO的考虑是一样的，受限于模拟射频器件，但是仍然允许使用天线切换技术(多根天线，一套射频电路)。同样受模拟射频器件限制，而且射频的复杂度比其它几种MIMO方式还要大。43,取舍取取取取取舍舍取舍舍,下行SU-MIMOMU-MIMO空间分集技术波束赋形上行SU-MIMOMU-MIMO空间分集技术波束赋形,NPC Confidential,LTE的演进过程LTE中物理层引入的新技术LTE物理层规范LTE链路及系统仿真性能介绍LTE链路预算介绍LTE频点规划44,目录,45,NPC Confidential,LTE链路和系统仿真介绍LTE链路仿真模型(下行),46,NPC C

23、onfidential,LTE链路和系统仿真介绍LTE链路仿真模型(上行),47,NPC Confidential,LTE链路和系统仿真介绍LTE链路仿真的指标链路级BLER性能链路级吞吐量性能随机接入正确检测概率(eNodB)小区初始化成功率(UE)频偏估计性能SINR、CQI估计误差发射机EVM,BLER,BLER,NPC Confidential,LTE链路和系统仿真介绍LTE系统链路级BLER仿真结果下行链路自适应(AMC)性能曲线：,Link Level Curve(TU,3km/h,w ith Real Channel Estimation),1.00E-04,1.00E-011.

24、00E-021.00E-03,1.00E+00,18,21,-3,0,3,6,12,15,9SNR(dB),M CS0M CS1M CS2,M CS3M CS4M CS5M CS6M CS7M CS8M CS9M CS10M CS11M CS12,M CS13,Link Level Curve(TU,30km/h,w ith Real Channel Estimation),1.00E-04,1.00E-011.00E-021.00E-03,1.00E+00,-3,0,3,6,12,15,18,21,9SNR(dB),M CS0M CS1M CS2,M CS3M CS4M CS5M CS6M

25、CS7M CS8M CS9M CS10M CS11M CS12,M CS13,TU,TU30,AMC Set48,BLER,BLER,1.00E-011.00E-021.00E-031.00E-04,-15,-10,-5,5,10,15,0SNR(dB),LTE链路和系统仿真介绍LTE系统链路级BLER仿真结果上行链路自适应(AMC)性能曲线：Link Level Curve(TU,3km/h,with Real Channel Estimation)1.00E+00M CS0,M CS1M CS2M CS3M CS4M CS5M CS6M CS7M CS8M CS9M CS10M CS11M CS12,1.00E-011.00E-021.00E-031.00E-04,1.00E+00,-15,-10,-5,5,10,15,0SNR(dB),NPC ConfidentialLink Level Curve(TU,30km/h,with Real Channel Estimation)M CS0,M CS1M CS2M CS3M CS4M CS5M CS6M CS7M CS8M CS9M CS10M CS11M CS12,TU,TU30,AMC Set49,