TD-LTE技术原理介绍

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1ms
1ms DwPTS GP UpPTS
特殊子 帧配置
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Normal CP
DwPTS GP UpPTS
3
10
1
9
4
1
10
3
1
11
2
1
12
1
1
3
9
2
9
3
2
10
2
2
11
1
2
DwPTS GP UpPTS
• TD-LTE的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制约 关系,可以相对独立的进行配置
7
单流
发射端利用上行信号来估计下行信道的特征,在下行信号 发送时,每根天线上乘以相应的特征权值,使其天线阵发
Beamforming 射信号具有波束赋形效果
信道质量不好时,如小区 边缘
8
双流
结合复用和智能天线技术,进行多路波束赋形发送,既提
Beamforming 高用户信号强度,又提高用户的峰值和均值速率
TD-LTE技术原理介绍
2019.9.5
内容:
• TD-LTE关键技术-物理层
– 基本原理 – 帧结构及物理信道 – 物理层过程
• TD-LTE关键技术-高层 • LTE-A技术的引入分析
OFDM概述
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
概念 正交频分复用技术,多载波调制的一种。将一个宽频信道分成若干正交子信道, 将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到每个子信道上进行传输。
•适合密集城区信号散射多地区,不 适合有直射信号的情况
波束赋形(Beamforming)
多路天线阵列 赋形成单路信 号传输
最大比 合并
•通过对信道的准确估计,针对用户 形成波束,降低用户间干扰
•可以提高覆盖能力,同时降低小区 内干扰,提升系统吞吐量
LTE传输模式-概述
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
多天线技术:分集、空间复用和波束赋形
发射分集
多路信道传 输同样信息
空间复用
多路信道同时 传输不同信息
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
分集合并
•包括时间分集,空间分集和频率分集 •提高接收的可靠性和提高覆盖 •适用于需要保证可靠性或覆盖的环境
最小均方误 差或串行干
扰删除
•理论上成倍提高峰值速率
TD-SCDMA 时隙 = 675us DwPTS = 75us GP = 75us UpPTS = 125us
TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存(3)
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程 • TD-SCDMA与TD-LTE邻频共存时,需要严格时隙对齐,当TD-SCDMA配置为2UL:4DL时,TD-LTE需用 配置1UL:3DL,特殊时隙3:9:2或3:10:1与其匹配 • DwPTS均仅占用3个符号,无法传输业务信道,为了提高业务信道的容量,又满足邻频共存时两个TDD系 统的GP对齐,建议增加DWPTS的符号数,在短CP情况下,增加新的特殊时隙配比6:6:2;在长CP下情况 下,增加新的特殊时隙配比5:5:2
TD-SCDMA
特殊时隙
TD-LTE 子帧= 1ms = 30720Ts 10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts 3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts
1ms
TD-LTE
共存要求:上下行没有交叠(图中Tb > Ta)。则 TD-LTE的DwPTS必须小于0.85ms(26112Ts)。 可以采用10:2:2的配置
• 一个无线帧分为两个5ms半帧,帧长10ms。和FDD LTE的帧长一样。
• 特殊子帧 DwPTS + GP + UpPTS = 1ms
TD-LTE上下行配比表
DL-UL Configuration
Switch-point periodicity
Subframe number 01234 56789
• 合并后的SINR达到最大化
• 有用信号方向得到高的增益 • 干扰信号方向得到低的增益
• 适用场景:干扰具有较强方向性的场景。
初期引入建议:
• IRC性能较好,故建议厂商支持IRC
• 鉴于IRC复杂度较大,厂商初期可能较难 支持,故同时要求MRC
内容:
• TD-LTE关键技术-物理层
– 基本原理 – 帧结构及物理信道 – 物理层过程
• 相干合并:信号相加时相位是对齐的 • 越强的信号采用越高的权重
• 适用场景:白噪或干扰无方向性的场景
性能比较
• 由于IRC在最大化有用信号接收的同时能最 小化干扰信号,故通常情况IRC优于MRC
• 天线数越多及干扰越强时,IRC增益越大 • IRC需进行干扰估计,计算复杂度较大
IRC(干扰抑制合并)
• 传输模式是针对单个终端的。同小区不同终端可以有不同传输模式
信道质量较高且具有一定 空间独立性时(信道质量 介于单流beamforming与空 间复用之间)
• eNB自行决定某一时刻对某一终端采用什么传输模式,并通过RRC信令通知终端
• 模式3到模式8中均含有发射分集。当信道质量快速恶化时,eNB可以快速切换到模式内发射分集模式
LTE上行天线技术:接收分集
关键技术
原理
接收机使用来自多个信道的副本信息能比较正确的恢复出原 发送信号,从而获得分集增益。手机受电池容量限制,因此 在上行链路中采用接收分集也可有效降低手机发射功率
帧结构
物理信道 物理层过程
接收分集的主要算法:MRC &IRC
MRC (最大比合并)
• 线性合并后的信噪比达到最大化
PCFICH
PHICH
PDCCH
PBCH PUCCH PDSCH\PUSCH
资源调度单位
REG REG CCE
N/A RB
资源位置
占用4个REG,系统全带宽平均分配 时域:下行子帧的第一个OFDM符号 最少占用3个REG 时域:下行子帧的第一或前三个OFDM符号 下行子帧中前1/2/3个符号中除了PCFICH、 PHICH、参考信号所占用的资源 频域:频点中间的72个子载波 时域:每无线帧subframe 0第二个slot 位于上行子帧的频域两边边带上 除了分配给控制信道及参考信号的资源
Mode
传输模式
技术描述
应用场景
1
单天线传输 信息通过单天线进行发送
无法布放双通道室分系统 的室内站
2
发射分集
同一信息的多个信号副本分别通过多个衰落特性相互独立 信道质量不好时,如小区
的信道进行发送
边缘
3
开环空间复用
终端不反馈信道信息,发射端根据预定义的信道信息来确 定发射信号
信道质量高且空间独立性 强时
• TD-LTE关键技术-高层 • LTE-A技术的引入分析
TD-LTE帧结构
子帧: 1ms 特殊子帧: 1ms
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
#0
DwPTS
#2
#3
#4
时隙 0.5ms
GP UpPTS
半帧: 5ms
帧: 10ms
半帧: 5ms
TD-LTE帧结构特点:
• 无论是正常子帧还是特殊子帧,长度均为1ms。FDD子帧长度也是1ms。
TD-SCDMA
1ms
TD-LTE
共存要求:上下行没有交叠(图中Tb > Ta) 。 则TD-LTE的DwPTS必须小于
TD-LTE 0.525ms(16128Ts),只能采用3:9:2的配置
子帧= 1ms = 30720Ts 10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts 3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts
CCE:Control Channel Element。CCE = 9 REG
RB:Resource Block。LTE系统最常见的调度单位,上下行 业务信道都以RB为单位进行调度。RB = 84RE。左图即为一 个RB。时域上占7个OFDM符号,频域上占12个子载波
信道类型
控制 信道
业务信道
信道名称
上下行资源单位
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
RE:Resource Element。 LTE最小的时频资源单位。频域上
频率
占一个子载波(15kHz),时域上占一个OFDM符号(1/14ms)
1个子 载波
1个 OFDM 符号
LTE RB资源示意图
时间
REG:RE group,资源粒子组。REG = 4 RE
时间
上行多址方式特点
考虑到多载波带来的高PAPR会影响终端的射频成本和电池寿命,LTE上行采用Single Carrier-FDMA (即SC-FDMA)以改善峰均比。 SC-FDMA的特点是,在采用IFFT将子载波转换为时域信号之前,先对信号进行了FFT转换,从 而引入部分单载波特性,降低了峰均比。
计算方法:TS36.213规定,特殊时隙DwPTS如果用于传输数据,那么吞吐量按照正常下行时隙的0.75倍 传输。如果采用10:2:2配置,则下行容量为3个正常时隙吞吐量+0.75倍正常时隙吞吐量。如果丢失此 0.75倍传输机会,则损失的吞吐量为0.75/3.75 = 20%
0.7ms
= 1.475ms 0.675ms
0
转换周期为5ms表示每5ms有一个特殊
时隙。
1
2
3
4
转换周期为10ms表示每10ms有一个特
殊时隙。
5
6
5 ms 5 ms 5 ms 10 ms 10 ms 10 ms 5 ms
DSUUU D SUUU DSUUD D SUUD DSUDD D SUDD DSUUU DDDDD DSUUD DDDDD DSUDD DDDDD DSUUU D SUUD
4
闭环空间复用
需要终端反馈信道信息,发射端采用该信息进行信号预处 理以产生空间独立性
信道质量高且空间独立性 强时。终端静止时性能好
5
多用户MIMO
基站使用相同时频资源将多个数据流发送给不同用户,接 收端利用多根天线对干扰数据流进行取消和零陷。
6
单层闭环 空间复用
终端反馈RI=1时,发射端采用单层预编码,使其适应当前 的信道
上行多址方式—SC-FDMA
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
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。注意不同的是:任一终端使用的
子载波必须连续 频率 用户A
子 载 波
用户B 在任一调度周期中,一个用户 分得的子载波必须是连续的
用户C
• 目前厂家支持10:2:2(以提高下行吞吐量为目的)和 3:9:2(以避免远距离同频干扰或某些TD-S配置引起 的干扰为目的),随着产品的成熟,更多的特殊子帧 配置会得到支持
DwPTS
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
• 主同步信号PSS在DwPTS上进行传输 • DwPTS上最多能传两个PDCCH OFDM符号(正常时隙能传最
TD-SCDMA 时隙 = 675us DwPTS = 75us GP = 75us UpPTS = 125us
TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存(2)
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
TD-S = 4:2
TD-LTE = 3:1 + 3:9:2
根据计算,此时TD-LTE下行扇区吞吐量为28Mbps左右 (为避免干扰,特殊时隙只能采用3:9:2,无法用来传输业务。经计算,为和TD-SCDMA时 隙对齐引起的容量损失约为20% )
TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存(1)
关键技术
帧结构
物理信道 物理层过程
TD-S = 3:3
TD-LTE = 2:2 + 10:2:2
根据仿真结果,此时TD-LTE下行扇区吞吐量为26Mbps左右 (采用10:2:2,特殊时隙可以用来传输业务)
1.025ms
特殊时隙
= 2.15ms
0.675ms
宽频信道
频域波形
正交子信道 f
LTE多址方式-下行
下行多址方式—OFDMA
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
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。因为子载波相互正交,所以小区内用户之间没有干
扰。 频率
用户A
集中式:连续RB分给一个用户
子 载
用户B
• 优点:调度开销小
波 在这个调度周
用户C
期中,用户A
分布式:分配给用户的RB不连续
是分布式,用 户B是集中式
• 优点:频选调度增益较大
时间
下行多址方式特点
power
同相位的子载波的波形在时域 上直接叠加。因子载波数量多 ,造成峰均比(PAPR)较高,调 制信号的动态范围大,提高了
对功放的要求。
时域波形
t
峰均比示意图
LTE多址方式-上行
增加新的特殊时隙配比需要修改标准,目前已经将该要求写入R11版本, 后续将考虑如何在R9版本中引入该要求。
特殊子帧
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
• TD-LTE特殊子帧继承了TD-SCDMA的特殊子ห้องสมุดไป่ตู้帧设计思路,由DwPTS,GP和UpPTS组成。
• TD-LTE的特殊子帧可以有多种配置,用以改 变DwPTS,GP和UpPTS的长度。但无论如何 改变,DwPTS + GP + UpPTS永远等于1ms
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