LTE技术基础知识培训课件(共83张).pptx
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1、主讲人:练成栋主讲人:练成栋中国移动通信集团上海有限公司中国移动通信集团上海有限公司计划部研发中心计划部研发中心2010年年5月月About us中国移动通信集团 上海公司上海公司 计划发展部计划发展部 研究发展中心研究发展中心 3主要内容主要内容TD-LTETD-LTE系统性能仿真和评估系统性能仿真和评估2TD-LTETD-LTE物理层关键技术物理层关键技术4TD-LTETD-LTE在上海世博会中的应用在上海世博会中的应用1移动技术发展趋势移动技术发展趋势2001-2006年年 2007年年 TD-HSPA+ DL:25.2MbpsUL:19.2Mbps DL:100MbpsUL:50Mbp
2、sHSPA+DL40MBps; UL10Mbps 2010年年 2008年年 2009年年 Mobile WiMAX Wave115MbpsEV-DO Rel. 0DL: 2.4MbpsUL:153.6kbpscdma2000 1x 153.6kbpsD0 Rel. ADL: 3.1MbpsUL: 1.8MbpsDo Rev B( 多载波 DO)DL:46.5MbpsUL: 27MbpsUMB DL: 100MbpsUL: 50MbpsGREAN600kbpsMobile WiMAX Wave230MbpsTD-HSDPA2.88.4MbpsTD-HSUPA2.26.6MbpsWCDMA384
3、KbpsHSDPA1.8/3.6MbpsHSDPA7.2MbpsHSUPA1.45.8MbpsGPRS/EDGE 200kbpsLTE-TDDDL:100MbpsUL:50MbpsLTETDD+16m100Mbps1GbpsITUIMT-Advanced(4G)UMB 100Mbps-1Gbps100Mbps1GbpsLTE+B3GLTEFDDLTE概述概述n 是是3GPP 在在R8中提出的一种新的宽带中提出的一种新的宽带无线空中接口技术,可分为无线空中接口技术,可分为FDD和和TDD两种模式两种模式n TD-LTE是我国具有自主知识产权的第是我国具有自主知识产权的第三代移动通信技术三代移动通
4、信技术TD-SCDMA标准的标准的n LTE能够支持大于能够支持大于100公里半径的小区公里半径的小区覆盖,在覆盖,在20MHz频谱带宽下提供频谱带宽下提供DL 100Mbps / UL 50Mbps 的峰值速率,的峰值速率,并明显改善小区边缘用户性能并明显改善小区边缘用户性能LTE (Long Term Evolution) 长期演进技术长期演进技术 LTE背景和发展背景和发展2004年12月,研究项目,研究项目(SI)立项,立项,3GPP需要开发需要开发一套系统与一套系统与WiMAX抗衡抗衡20092009年年1 1月至今,月至今,R8的完善和进一步优化(R9)20062006年年6969
5、月月,SI阶段结束,进入工作项目(WI)阶段20082008年年1212月,月,标准化已经进入尾声,标准基本冻结LTE Long Term Evolution20082008年年4 4月至今,月至今,LTE-ALTE-A的的Study ItemStudy ItemLTE帧结构帧结构用于用于FDD用于用于TDD在TDD中,5ms半帧由有4个普通的子帧和1个特殊子帧组成特殊子帧包括3个特殊时隙:UpPTS、GP和DwPTS空口上支持FDD和TDD两种帧结构,无线帧长度均为10ms在LTE系统架构中,RAN将演进成E-UTRAN且只有一个结点:eNodeBMME/S-GWMME/S-GWeNodeB
6、eNodeBeNodeBS1EPCE-UTRANX2X2X2EPSLTE系统需求系统需求 1.25MHz-20MHz 可变带宽可变带宽带带宽宽需需求求 降低传输时延降低传输时延 用户面延迟(单用户面延迟(单 向)小于向)小于5ms 控制面延迟小于控制面延迟小于 100ms 5km内的小区半径优化内的小区半径优化 5km到到30km:可接受的:可接受的 性能下降性能下降 支持支持100km范围的小区范围的小区传传输输时时延延数数据据速速率率基站基站A基站基站B覆覆盖盖范范围围建建网网成成本本 对对0到到15km/h的低的低 速环境优化速环境优化 对对15到到120km/h保保 持高性能持高性能
7、对对120到到350甚至甚至 500km/h保持连接保持连接移移动动性性支支持持 上行峰值速率上行峰值速率50Mbps 下行峰值速率下行峰值速率100Mbps 频谱效率达到频谱效率达到3GPP R6 的的2-4倍倍 提高小区边缘用户的数据提高小区边缘用户的数据 传输速率传输速率CDMA/TDMA更高的频谱利用率更加简单的接收机OFDMA/SC-FDMASIMO/智能天线提高传输速率 MIMO16QAM更高的调制,更精细的AMC64QAM单载波1.6MHz 实际组网5MHz更大的传输带宽更高的峰值速率支持20MHz电路域更加高效的资源利用基于分组域,全IP垂直网络结构,有RNC更小的传输时延优化
8、网络结构扁平的网络结构,无RNC硬切换简化切换过程软切换多小区干扰抑制OFDM系统小区内不存在干扰多用户检测优化简化FDD/TDD独立帧结构保证共存,提高效率简化FDD/TDD双模设备实现优化的帧结构3主要内容主要内容TD-LTETD-LTE系统性能仿真和评估系统性能仿真和评估4TD-LTETD-LTE在上海世博会中的应用在上海世博会中的应用1TD-LTETD-LTE概述概述n OFDMn MIMOn 其它其它n CDMAn自干扰系统,但多用户检测可以消除部分小区内干扰自干扰系统,但多用户检测可以消除部分小区内干扰n更好的抗多普勒频移效果更好的抗多普勒频移效果n支持更高带宽时检测和均衡复杂度高
9、支持更高带宽时检测和均衡复杂度高nMIMO CDMA的检测复杂度高的检测复杂度高n OFDMA/SC-FDMAn 小区内正交小区内正交n 频选调度频选调度/AMCn 多用户频域分集多用户频域分集n MIMO OFDM的检测简单、灵活的检测简单、灵活OFDM技术的发展历史技术的发展历史2000s1990s1980s1960sOFDM在高速调制器中的应用开始研究OFDM 应用在高频军事系统OFDM应用于宽带数据通信和广播等OFDM应用于 802.11a, WiMAX, LTEOFDM技术原理技术原理OFDM的频谱的频谱n OFDM调制的调制的效率很高效率很高n不同子载波的不同子载波的频谱互相交叠频
10、谱互相交叠n但不同子载波但不同子载波之间正交之间正交OFDM系统中的保护间隔系统中的保护间隔OFDM 符号2保护时间FFT积分周期OFDM 符号1 无保护间隔时,多径会造成ISI和ICI 有保护间隔,但保护间隔不传输任何信号 可以消除多径的ISI,但仍然存在ICI为了完全消除 ISI, 每个OFDM符号需要引入一个循环前缀作为保护时间.保护时间间隔的应尽可能地小,但需要大于信道的时延扩展通常可以采用循环前缀的方式来实现每个OFDM符号的保护时间间隔,同时可以避免ICI O F D M sym b o l tim eG u a rd T im eF F T in te g ra tio n ti
11、m e保护间隔的选择保护间隔的选择为了完全消除 ISI和ICI, 引入CP作为保护.但是CP的引入会降低传输的效率: CP应尽可能地小, 但需要大于信道的时延扩展. 通常可以采用循环前缀的方式来实现每个OFDM符号 保护时间间隔,同时可以避免ICI 32QAM, 5 bit/s/Hz16QAM, 4 bit/s/Hz8QAM, 3 bit/s/HzQPSK, 2 bit/s/HzBPSK, 1 bit/s/HzThreshold LevelsSNR dB BPSK8QAM16QAMQPSKtimeExcess SNR功率控制向速率控制的转变!050100150200250300-4-20246
12、810Subcarrier indexRelative subcarrier power at receiving UE in dBAllocatedto UE 1Allocated to UE 2n 码字/时间/频率域的3维多址方式:OFDMA/CDMA/TDMATimeFrequencyOFDM-TDMATimeFrequencyUser 1User 2MC-CDMA/OFCDMTimeFrequencyOFDM-FDMAUser 1User 2Not usedTimeFrequencyOFDMA/TDMA广义称为OFDMAWiFiMobile Wimax, WiBro, FLASH-OF
13、DMOFDM的优势与不足的优势与不足可以有效的抗多径时延扩展(频率选择性衰落)更大的符号周期:M个子载波并行传输,符号周期扩大M倍;增加保护间隔CP:有效地抗多径效应高频谱效率子载波频谱相互重叠;多用户频域调度;容易实现,在基带可以全数字FFT实现 优优 点点 对频偏的敏感。频偏会导致 期望符号的幅度的降低,引 入ICI. 由于每个符号的时间周期扩 大,OFDM受时间选择性衰 落的影响(多普勒扩展和频 移)较大. 峰均比(PAPR/CM)较大,其 对功放的非线性特性比较敏 感,会降低功率的利用效率, 且提高终端的功放成本缺缺 点点LTE系统上行和下行多址方案系统上行和下行多址方案下行使用下行使
14、用OFDMAOFDMA高PAPR,功放成本高性能方面有优势,2dB左右载波分配非常灵活,可以适应 非连续的频带分配上行使用上行使用SC-FDMASC-FDMA低PAPR,对功放要求低由于载波间正交性被破坏有一定的性能损失载波分配不够灵活 时域产生信号,M点DFT变换到频域SC-FDMA发射机结构Low PAPRLow PAPRHigh PAPR每个子载波上的信号为M个符号的迭加dWxMdOFDMA与与SC-FDMA性能比较性能比较468101214161820222410-210-1100av. SNR per subcarrier(dB)PER16 QAM 1/2, Red: OFDMA,
15、Blue:IFDMA, FFT size:1024, M=1283 dB lossSC-FDMAOFDMA假设假设:指数衰减信道指数衰减信道性能性能: 在达到目标在达到目标PER时时(0.1或或0.01),OFDMA比比 SC-FDMA好好3dB原因原因: 频选衰落,频选衰落,使使SC-FDMA的正交的正交性被破坏性被破坏结论结论: OFDMA有更有更好的链路性能好的链路性能1202468101299.9%PAPR dBN = 51216subcarriers32subcarriers64subcarriers128subcarriers256subcarriers512subcarriers
16、OFDMA_16QAMDFT-S-OFDM_16QAM假设假设:IFFT的尺寸为的尺寸为512,研究占用的子载波,研究占用的子载波数数/DFT的大小。的大小。OFDMA:不同的调制不同的调制方式以及方式以及sub-carriers的的分配对分配对PAPR/CM的影响的影响很小很小,随着随着sub-carriers的的增加增加PAPR趋近于同一趋近于同一个值个值;SC-OFDM:SC-FDMA的的PAPR要比要比OFDMA低低1.52dB。OFDMA与与SC-FDMA的的PAPR比较比较OFDM基本特征总结基本特征总结n 时域循环前缀,抑制多径引起的时域循环前缀,抑制多径引起的ISIn 频域分成
17、多个子载波,与信道编码频域分成多个子载波,与信道编码结合对抗多径衰落结合对抗多径衰落n 子载波相互正交,提高频谱利用率子载波相互正交,提高频谱利用率n 时时-频二维调度,提高系统性能频二维调度,提高系统性能n 可扩展可扩展OFDMA,使系统在移动环境,使系统在移动环境中灵活适应信道中灵活适应信道带宽变化带宽变化 含含CPCP的的OFDMAOFDMA符号时域结构符号时域结构 含含CPCP的的OFDMAOFDMA符号频域子载波结构符号频域子载波结构3主要内容主要内容TD-LTETD-LTE系统性能仿真和评估系统性能仿真和评估4TD-LTETD-LTE在上海世博会中的应用在上海世博会中的应用1TD-
18、LTETD-LTE概述概述n OFDMn MIMOn 其它其它信道容量分析(信道容量分析(1/2)容量公式:系统带宽系统带宽信噪比信噪比SNR信道数信道数系统容量的提高?信道容量分析(信道容量分析(2/2)容量公式:增加带宽增加带宽提高信噪比提高信噪比增加信道数增加信道数系统容量的提高?MIMO技术的发展历史技术的发展历史Marconi利用多利用多天线来抑制信天线来抑制信道衰落,从而道衰落,从而实现无线电波实现无线电波大容量的传输大容量的传输19081996贝尔实验室的贝尔实验室的Foschini提出提出分层空时结构分层空时结构 BLAST,完成,完成MIMO信道容量信道容量的理论分析的理论分
19、析1998S. M. Alamouti提出了一种简提出了一种简单的发送分集单的发送分集技术技术STBC。利用有限的频谱资源,在空间上开发,提高频谱利用率MIMO系统收发端结构系统收发端结构MIMOMIMO(Multiple-Multiple-Input MultipleInput Multiple- -OutputOutput) 实现多路数据流并行发送,获得空间复用增益,提高传输的有效性 实现多个子信道信号的有效合并,获得空间分集增益,提高传输的可靠性利用信道利用信道空间特性空间特性MIMO信道容量分析信道容量分析不同天线数目下,不同天线数目下,Shannon容量与容量与SNR曲线曲线M:发射
20、天线数:发射天线数N:接收天线:接收天线数数信息论已经证明:信息论已经证明:n 当不同的接收天当不同的接收天线和不同的发射线和不同的发射天线之间互不相天线之间互不相关时关时n MIMO系统能够系统能够很好的提高系统很好的提高系统的抗衰落和抗噪的抗衰落和抗噪声性能,从而获声性能,从而获得巨大的容量得巨大的容量CSIT: Channel State Information known at the Transmitter;CSIR: Channel State Information known at the Receiver;MIMO技术的分类技术的分类MIMO阵列增益阵列增益 智能天线-Bea
21、mforming 扩大系统的覆盖区域 提高频谱利用率 提高接收信噪比 利用天线阵间的相关性复用增益复用增益 开环MIMO-SM 闭环MIMO-SM 提高数据传输速率 提高系统有效性 要求天线间相关性小分集增益分集增益 STBC、STTC、CDD 提高数据的可靠性 要求天线间相关性小LTE系统支持的系统支持的MIMO模式模式基于码本和公共导基于码本和公共导频频波束赋型波束赋型Beamforming复用复用Precoding主要用于中低速的业务信道分集分集SFBC基于空时编码用于控制信道和高速业务信道基于非码本和DRS主要用于中低速的业务信道TDDTDD的特有技术,的特有技术,利用互易性得到信利用
22、互易性得到信道信息,准确的波道信息,准确的波束赋型束赋型LTE系统中的系统中的MIMO方案方案开环空间复用开环空间复用MIMO-Spatial Multiplexing 普通的空间复用,接收端和发送端无信息交互 利用多天线间的独立信道衰落,增加系统容量闭环空间复用闭环空间复用线性预编码(线性预编码(Precoding)系统)系统 接收端根据信道估计得到信道信息; 按照某种准则从码本中选取最优的预编码码字; 然后将该码字的序号反馈给发射端; 发射端根据反馈的序号从码本中选取相应的预编码码字进行预编码操作空间分集的空间分集的MIMO系统(系统(1/2) 分集技术分集技术空间分集空间分集:利用多根天
23、线在不同的位置上发送和接收相同的信息,在空间域内提供信号的副本。为了保证多个发送或多个接收信号副本所经历的衰落独立,要求各根天线之间的距离足够大。频率分集频率分集:通过在不同的载波频率上发送相同信息,在频率域内提供多个信号的副本。时间分集时间分集:即在多个不同的时隙上传输相同的信息,在时间域内提供多个信号的副本。 STBC空间分集空间分集开环开环MIMO-STC系统系统 SFBC或STBC,通过编码获得空间分集增益 多个天线进行发送,提高传输的可靠性Beamforming(1/2)智能天线智能天线-Beamforming 利用数字信号处理技术和信号传输的空间特性 通过调整各天线阵元上发送信号的
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- LTE 技术 基础知识 培训 课件 83
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