LTE关键技术.pptx

Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.LTE关键技术分析Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.培训目标l学完本课程后，您应该能：p了解LTE高阶调制、AMC、HARQ和宏分集技术分析p掌握OFDM的基本原理p了解OFDM和CDMA技术各自的优缺点p掌握LTE的下行多址方式和上行多址方式p掌握LTE采用的MIMO方式Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.目录1.高阶调制、AMC、HARQ和宏分集技术分析2.OFDM技术基本原理3.OFDM技术优势与不足4.下行多址技术和上行多址技术5.LTE 下行和上行MIMO技术Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.LTE的调制方式Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.LTE 关键技术_高阶调制对吞吐量的改善l PA3 Channel(64QAM vs 16QAM)p 小区边缘:0%增益。p 小区中心:0%10%增益。p 靠近基站:30%50%增益。高阶调制增益受信道条件影响较大高阶调制增益受信道条件影响较大l PB3 Channel(64QAM vs 16QAM)p 小区边缘:0%增益。p 小区中心:0%增益。p 靠近基站:10%20%增益。Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.自适应调制和编码（AMC）l信道质量的信息反馈，即Channel Quality Indicator（CQI）pUE测量信道质量，并报告（每1ms或者是更长的周期）给eNodeBpeNodeB基于CQI来选择调制方式，数据块的大小和数据速率较差的信道环境 较多的信道编码冗余Node BNode B较好的信道环境较差的信道环境较好的信道环境 较少的信道编码冗余 较低阶的调制 较高阶的调制Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.CQI索引CQI indexmodulationcode rate x 1024efficiency0out of range1QPSK780.15232QPSK1200.23443QPSK1930.37704QPSK3080.60165QPSK4490.87706QPSK6021.1758716QAM3781.4766816QAM4901.9141916QAM6162.40631064QAM4662.73051164QAM5673.32231264QAM6663.90231364QAM7724.52341464QAM8735.11521564QAM9485.5547Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.LTELTE关键技术关键技术-HARQ-HARQ传统的传统的HARQ接收端接收数据块，并解编码根据CRC解校验，得到误块率如果数据块误块率高 丢弃错误的数据块接收端要求发送端重发完整的错误的数据块混合混合HARQ接收端接收数据块，并解编码根据CRC解校验，得到误块率如果误块率较高 暂时保存错误的数据块接收端要求发送端重发接收端将暂存的数据块和重发的数据混合后再解编码HARQ with Soft Combining eNodeBUEPacket1?NPacket 1Packet 1Packet 1Packet1?+APacket2TransmitterReceiverCopyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.eNode_B中物理层的H-ARQ操作 LTE物理层中会有一个HARQ发送、速率匹配和AMC相结合的操作过程 图中的操作会做两次速率匹配Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.H-ARQ不同类型lLTE中HARQ技术主要是系统端对编码数据比特的选择重传以及终端对物理层重传数据合并。l通过RV(冗余版本)参数来选择虚拟缓存中不同编码比特的传送。不同RV参数配置支持：pCC（Chase Combining）（重复发送相同的数据）pFIR（Full Incremental Redundancy）（优先发送校验比特）l不同次重传，尽可能采用不同的rv参数，使得打孔图样尽可能错开，保证不同编码比特传送更为平均。Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Hybrid Automatic Repeat reQuest(HARQ)lChase Combining(CC)重传方式举例Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Hybrid Automatic Repeat reQuest(HARQ)lIncremental Redundancy(IR)重传方式举例Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.多进程“停-等”HARQl“停-等”（Stop-and-Wait，SaW）HARQp 对于某个HARQ进程，在等到ACK/NACK反馈之前，此进程暂时中止，待接收到ACK/NACK后，再根据是ACK还是NACK决定发送新的数据还是进行旧数据的重传。Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.目录1.高阶调制、AMC、HARQ和宏分集技术分析2.OFDM技术基本原理3.OFDM技术优势与不足4.下行多址技术和上行多址技术5.LTE 下行和上行MIMO技术Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.OFDM的由来单载波lOFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing 正交频分复用frequency传统多载波frequencyOFDMfrequencyCopyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.OFDM的核心操作Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.OFDM实现方法Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.加CP操作Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.CP长度的确定lCP长度的考虑因素：频谱效率/符号间干扰和子载波间干扰p越短越好：越长，CP开销越大，系统频谱效率越低p越长越好：可以避免符号间干扰和子载波间干扰Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.CP长度的确定Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.子载波间隔确定l考虑因素：频谱效率和抗频偏能力p子载波间隔越小，调度精度越高，系统频谱效率越高p子载波间隔越小，对多普勒频移和相位噪声过于敏感l当子载波间隔在10KHz以上，相位噪声的影响相对较低l多普勒频移影响大于相位噪声（以此为主）Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.子载波间隔确定-多普勒频移影响l2GHz频段，350km/h带来648Hz的多普勒频移，对高阶调制（64QAM）造成显著影响。l低速场景，多普勒频移不显著，子载波间隔可以较小l高速场景，多普勒频移是主要问题，子载波间隔要较大l仿真显示，子载波间隔大于11KHz，多普勒频移不会造成严重性能下降l当15KHz时，EUTRA系统和UTRA系统具有相同的码片速率，因此确定单播系统中采用15KHz的子载波间隔l独立载波MBMS应用场景为低速移动，应用更小的子载波间隔，以降低CP开销，提高频谱效率，采用7.5KHz子载波lWimax的子载波间隔为10.98KHz，UMB的子载波间隔为9.6KHzCopyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.OFDM图示Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.目录1.高阶调制、AMC、HARQ和宏分集技术分析2.OFDM技术基本原理3.OFDM技术优势与不足4.下行多址技术和上行多址技术5.LTE 下行和上行MIMO技术Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.OFDM技术的优势l频谱效率高l带宽扩展性强l抗多径衰落l频域调度和自适应l实现MIMO技术较为简单Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.OFDM技术的优势-频域调度和自适应l集中式、分布式子载波分配方式l集中式子载波分配方式：时域调度、频域调度l分布式子载波分配方式：终端高速移动或低信干噪比，无法有效频域调度Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.多载波/单载波对频率选择性衰落的适应Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.OFDM技术的优势-实现MIMO技术简单lMIMO技术关键是有效避免天线间的干扰（IAI），以区分多个并行数据流。l在平坦衰落信道可以实现简单的MIMO接收。l频率选择性衰落信道中，IAI和符号间干扰（ISI）混合在一起，很难将MIMO接收和信道均衡分开处理Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.OFDM技术存在的问题lPAPR问题l时间和频率同步l多小区多址和干扰抑制Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.OFDM不足1峰均比高l下行使用高性能功放，上行采用下行使用高性能功放，上行采用SC-FDMA以改善蜂均比以改善蜂均比Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.OFDM不足2对频率偏移特别敏感lLTE使用频率同步解决频偏问题Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.OFDM不足3-多小区多址和干扰抑制lOFDM系统虽然保证了小区内用户的正交性，但无法实现自然的小区间多址（CDMA则很容易实现）。如果不采取额外设计，将面临严重的小区间干扰（某些宽带无线接入系统就因缺乏这方面的考虑而可能为多小区组网带来困难）。可能的解决方案包括加扰、小区间频域协调、干扰消除、跳频等。Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.目录1.高阶调制、AMC、HARQ和宏分集技术分析2.OFDM技术基本原理3.OFDM技术优势与不足4.下行多址技术和上行多址技术5.LTE 下行和上行MIMO技术Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.多址技术l下行多址技术：OFDMAl上行多址技术p主要考虑因素：终端处理能力有限，尤其发射功率受限。OFDM技术由于高的PAPR问题不利于在上行实现。p单载波（SC）传输技术PAPR较低pLTE采用在频域实现的多址方式：单载波频分多址（SC-FDMA）Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.下行调制多址OFDMACopyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.E-UTRAN空口技术-上行调制多址SC_FDMACopyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.目录1.高阶调制、AMC、HARQ和宏分集技术分析2.OFDM技术基本原理3.OFDM技术优势与不足4.下行多址技术和上行多址技术5.LTE 下行和上行MIMO技术Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.目录5.LTE 下行和上行MIMO技术 5.1 MIMO技术概述 5.2 下行MIMO的实现5.3 上行MIMO的实现Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.LTE多天线技术l无线通信系统可以利用的资源：时间、频率、功率、空间lLTE系统中，对空间资源和频率资源进行了重新开发，大大提高了系统性能。l多天线技术通过在收发两端同时使用多根天线，扩展了空间域，充分利用了空间扩展所提供的特征，从而带来了系统容量的提高。Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.MIMO的定义l广义定义：多进多出（广义定义：多进多出（Multiple-Input Multiple-OutputMultiple-Input Multiple-Output）p多个输入和多个输出既可以来自于多个数据流，也可以来自于一个数据流的多个版本。p按照这个定义，各种多天线技术都可以算作MIMO技术l狭义定义：多流狭义定义：多流MIMOMIMO提高峰值速率提高峰值速率p多个信号流在空中并行传输p按照这个定义，只有空间复用和空分多址可以算作MIMOCopyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.MIMO技术的分类l从从MIMO的效果分类：的效果分类：p传输分集（Transmit Diversity）n利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，发射或接收一个数据流，避免单个信道衰落对整个链路的影响。p波束赋形（Beamforming）n利用较小间距的天线阵元之间的相关性，通过阵元发射的波之间形成干涉，集中能量于某个（或某些）特定方向上，形成波束，从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果。p空间复用（Spatial Multiplexing）n利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向一个终端/基站并行发射多个数据流，以提高链路容量（峰值速率）。p空分多址（SDMA）n利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向多个终端并向发射数据流，或从多个终端并行接收数据流，以提高用户容量。l从是否在发射端有信道先验信息分：从是否在发射端有信道先验信息分：p闭环（Close-Loop）MIMO：通过反馈或信道互异性得到信道先验信息p开环（Open-Loop）MIMO：没有信道先验信息Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.MIMO系统的极限容量lMIMO(Multiple Input Multiple Output):收发两端同时采用2天线为例l接收信号：l极限容量：Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.MIMO系统的极限容量的本质MIMO信道容量的本质信道容量的本质 等效于多个正交并行子信道等效于多个正交并行子信道发射机接收机SVD分解等价变换 为信道矩阵的奇异值，代表每个子信道衰落的幅度为信道矩阵的奇异值，代表每个子信道衰落的幅度Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.下行MIMO技术使用场景Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.目录5.LTE 下行和上行MIMO技术 5.1 MIMO技术概述 5.2 下行MIMO的实现 5.3 上行MIMO的实现Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.下行物理信道的基带信号处理l码字：经过FEC编码和QAM调制的数据流，形成于QAM调制模块的输出端。我们假定一个码字只能有一个码率（如1/3码率）和一种调制方式（如16QAM）。l层：明确的QAM调制数据流，形成于码字到层映射模块的输出端。一个层的峰值速率可以等于或低于一根传输天线的峰值速率。此外，不同的层可以传输相同或不同的比特信息。l秩（r）：若定义R为单根天线的峰值速率，则发送端可以达到的峰值速率为rR。对于空间复用秩等于层数。lLTE支持最大层数L=4，最大码字数Q=2 Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.MIMO-传输分集l最常用的传输分集技术包括：（Alamouti编码）p空时块码（STBC，Space-Time Block Codes）p空频块码（SFBC，Space-Frequency Block Codes）lLTE支持SFBC传输分集技术Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.MIMO传输分集-四天线lFSTD和SFBC结合的4发射天线传输分集lLTE支持上行天线时间切换传输分集（TSTD）。l支持FSTD和SFBC结合作为一种传输分集方式频率频率1 1 频率频率2 2 频率频率3 3 频率频率4 4天线天线1 1天线天线2 2天线天线3 3天线天线4 4Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.空间复用传输l LTE支持多码字（MCW）的空间复用传输l多码字：用于空间复用传输的来自于多个不同的独立进行信道编码的数据流，每个码字可以独立的进行速率控制，分配独立的混合自动重传请求（HARQ）进程；l单码字的空间复用传输：用于空间复用传输的多层数据流仅仅来自于一个信道编码之后的数据流。TD-LTETD-LTE关键技术关键技术-mimo-mimo模式介绍模式介绍Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.空间复用层映射l LTE支持最大层数L=4，最大码字数Q=2l码字和层映射关系：层数（L）码字数目（Q)映射关系11第1码字第1层21第1码字第1层;第1码字第2层22第1码字第1层;第2码字第2层32第1码字第1层第2码字第2层和第3层42第1码字第1层和第2层第2码字第3层和第4层Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.开环空间复用l开环空间复用模式下的Large-delay CDDpeNodeB周期地分配不同的Precoding码字到不同的数据子载波中。其中每m个子载波用不同的Precoding码字，m为Rank数。pLarge-delay CDD方案只用于Rank1p支持Rank 1和开环空间复用的动态Rank自适应l不需要PMI反馈，两个码字的CQI没有空间差异p设计用于高速场景的UEp较少的反馈开销Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.闭环空间复用leNodeB需要进行数据预编码l系统从预定义的码本中选择最适合的Precoding矩阵，预定义码本同时保存在eNodeB和UE中lUE在评估信道质量的基础上，选择该时刻最适合的Precoding矩阵，并将矩阵索引发送给eNode BCopyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.下行预编码方式l两种预编码方式：p非码本的预编码方式(non-codebook based pre-coding)p基于码本的预编码方式(codebook based pre-coding)Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Beamforming单流波束赋形单流波束赋形分组波束赋形分组波束赋形基于分组波束赋形的空分多址基于分组波束赋形的空分多址Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.双流Beamforming技术简介l该技术为R9版本定义的新技术l结合了智能天线波束赋型技术与MIMO空间复用技术l是TD-LTE的多天线增强型技术，是TD-LTE建网的主流技术Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.双流Beamforming技术简介（续）l该技术为R9版本定义的新技术l结合了智能天线波束赋型技术与MIMO空间复用技术l是TD-LTE的多天线增强型技术，是TD-LTE建网的主流技术Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.下行多用户MIMOl单用户MIMO(空分复用)：基站将占用相同时频资源的多个数据流发送给同一个用户。l多用户MIMO(空分多址)：基站将占用相同时频资源的多个数据流发送给不同用户。Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.目录5.LTE 下行和上行MIMO技术 5.1 MIMO技术概述 5.2 下行MIMO的实现 5.3 上行MIMO的实现Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.上行MIMO技术l空间复用和传输分集l基本配置1X2l上行传输天线选择l上行多用户MIMOCopyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.上行传输天线选择l开环天线选择方案l闭环天线选择方案Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.上行开环天线选择方案l共享数据信道在天线间交替发送，从而获得空间分集而避免信道的深衰落。Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.上行闭环天线选择方案l两根天线交替发送用于天线选择的导频，基站选择可以提供更高接收信号功率的天线用于后续的共享数据信道传输。Copyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.上行单用户、多用户MIMOSU-MIMOMU-MIMOCopyright 2011 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.上行多用户MIMO优势l相对于单用户MIMO，多用户MIMO可以获得更多用户分集增益。l对于单用户MIMO，所有MIMO信号来自同一终端的不同天线l对于多用户MIMO，信号来自于不同终端，更容易获得信道之间的独立性。l当终端存在多根天线时，可以把多用户MIMO和天线选择技术结合使用谢谢