LTE基本原理PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,TD-LTE,介绍,1,Page,2,前 言,LTE,技术由,3Gpp,定义，作为第四代移动通信的技术,LTE,正式名称：,EPS,，即演进型的分组系统，有两部分组成,LTE,（,Long-Term Evolution,，长期演进）,SAE,（,System Architecture Evolution,，系统架构演进）,Page,3,LTE,主要设计目标：三高、两低,三高,高,峰值速率,：下行峰值,100Mbps,，上行峰值,50Mbps,高,频谱效率,：频谱效率是,3G,的,2,5,倍,高,移动性,支持,350 km/h,（在某些频段甚至支持,500km/h,）,两低,低,时延,：控制面,IDLE-ACTIVE:100ms,，用户面传输,:10ms,低成本,：设备成本、运维成本,TD-LTE,与,TD-SCDMA,系统性能比较,Page,4,TD-SCDMA HSPA,2:4,时隙配比,单载波,1.6MHz,TD-LTE,1:3,时隙配比,20MHz,带宽，,22MIMO,TD-LTE,相对于,TD-SCDMA,性能提升,下行峰值速率,1.7Mbps,90Mbps,60,倍,下行平均速率,0.9Mbps,左右,25Mbps,左右,25,倍,频谱效率,0.8,1.3,1.2,5,2,倍,4,倍,LTE,在用户体验和网络效率上都有很大的提升,LTE,系统结构的特点：扁平化,Page,5,HLR,SGSN/GGSN,MSC,Server,MGW,IP/ATM,骨干网,IP/ATM,回传网,NodeB,NodeB,NodeB,UE,UE,UE,RNC,Iu,接口,Iub,接口,IP,承载网,HSS,SGW/PGW,MME,IMS,e,NodeB,e,NodeB,e,NodeB,扁平化的网络结构，提升了业务传送的效率,LTE,无线侧的主要接口,Page,6,eNodeB,MME/S-GW,MME/S-GW,X2,X2,X2,S1,S1,S1,S1,E-UTRAN,eNodeB,eNodeB,核心网,Page,7,频谱效率提升关键技术：,OFDM,单载波,OFDM,：正交频分复用（,Orthogonal Frequency Division Multiplexing),多采用几个频率并行发送，以实现宽带的传输,frequency,frequency,frequency,传统多载波,OFDM,OFDM,各个子载波相互交叠、正交，从而提高了频谱利用率,正交频分复用,OFDM,时域,频域,时域,频域,子载波,1,子载波,2,子载波,3,子载波,4,OFDM,在,LTE,系统的应用,频率,时间,PRB,（,Physical Resource Block,，即,“,物理资源块,”,）是,LTE,系统中调度用户的最小单位,；,一个,PRB,由频域上连续,12,个子载波（子载波宽度,15kHz,），时域上连续,7,个,OFDM,符号构成,12,个,子载波,180kHz,7,个符号,0.5ms,RE,(Resource Element),，频域上占一个子载波，时域上占一个,OFDM,符号,PRB,LTE,多址方式,-,下行,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。,分布式：分配给用户的,RB,不连续,集中式：连续,RB,分给一个用户,优点,：,调度开销小,优点,：,频选调度增益较大,在这个调度周期中，用户,A,是分布式，用户,B,是集中式,下行多址方式,OFDMA,频率,用户,A,用户,B,用户,C,时间,OFDM,系统中各个子载波相互交叠，互相正交，从而极大的提高了频谱利用率,OFDM,优点,频谱利用率高，配置灵活,Page,11,工信部电信研究院,-TD-LTE,无线关键技,.,frequency,OFDM,频谱,传统,FDM,频谱,如果某频点衰落较大，可以将用户调度到其它子载波上,OFDM,优点,对抗频率选择性衰落,某,UE,可用频率,某,UE,不用的频率或低,MCS,频率资源分配图：,深衰落,频,率,选,择,性,衰,落,Page,12,空口速率提升技术高阶调制,调制的作用：,把需要发送的信息通过调制符号进行表示,高阶调制的优点：,每符号能表示更多的信息,Page,13,TD-LTE,采用,64QAM,调制方式，效率,是,QPSK,的,3,倍，也,比,16QAM,峰值速率,提升,50,，,为什么要“,AMC,”,(,自适应调制和编码方式,),高阶调制的缺点：,越是高性能（速率高）的调制方式，其对信,道,质量的要求也越,高,AMC:,基于信道质量，选择最合适的调制方式，编码方式：,好的信道条件,-,减少冗余，高阶调制,坏的信道条件,-,增加冗余，低阶调制,Page,14,Fast Scheduling,快速调度算法,快速调度：快速的信道重分配,调度资源的基本原则,兼顾效率，公平性及业务,QoS,可选择的调度原则,轮询算法,Round Robin(RR),：,“大锅饭”,最大信噪比算法,(Max C/I),：“强者恒强”,部分公平算法,Proportional Fair,(PF),：,“和谐社会”,Page,15,LTE,采用,1ms,子帧作为调度周期，更加快速灵活的适配各种场景,快速调度是各种关键技术的前提,MIMO,：多天线技术,Page,16,双声道立体声,身临其境的感觉真好,两只喇叭,+,两只耳朵,双发双收,MIMO,，让上网速率翻番,两副接收天线,+,两副发射天线,MIMO,的工作模式,复用模式,不同天线发射不同的数据，可以直接增加容量22MIMO,方式容量提高,1,倍,分集模式,不同天线发射相同的数据，在,弱信号,条件下提高用户的速率,Page,17,UE,A B C D E F G H,I J K L M N O P,A B C D E F G H,A B C D E F G H,A B C D E F G H,UE,MIMO,可以在复用模式和分集模式之间自适应动态转变,多天线之,Beam Forming,没有智能天线的情况下，小区间用户干扰严重,使用智能天线的情况下，小区间用户干扰得到极大改善,Page,18,Beamforming,和,MIMO,结合使用，既改善覆盖，又提升容量,LTE,天线传输模式,LTE,采用了多天线,MIMO,技术，可以有不同的传输模式,模式,1,单天线,无法获得多天线的好处，可以作为各种传输模式的性能对比参考,模式,2,传输分集,SFBC,具有一定的分集增益，,FSTD,带来频率选择增益，这有助于降低其所需的解调门限，从而提高覆盖性能,模式,3,开环空间复用,对信噪比要求较高，会使其要求的解调门限升高，降低覆盖性能,模式,4,闭环空间复用,对信道估计要求较高，且对时延敏感，这导致其解调门限要求较高，覆盖性能反而下降,模式,5,MU-MIMO,对于单用户而言，其传输的数据仍然是单层单码字数据流，覆盖性能相比,mode1,应该不会有太大的提升,模式,6,rank=1,的闭环预编码,解调性能应比,mode4,在多层多码字传输时要好，相对,mode1,的覆盖性能应该仍然会有所下降,模式,7,波束赋形,该模式应该具有较好的覆盖性能,模式,8,双流波束赋形,双流波束赋形可支持模式内流间自适应，可用于小区边缘也可以应用于其他场景。,TD-LTE,帧结构,帧长度：,10ms,，包含,10,个子帧,TDD,帧结构引入了特殊子帧的概念。特殊子帧中包括DwPTS（下行导频时隙）、GP（保护周期）和UpPTS（上行导频时隙）。特殊子帧各部分的长度可以配置，但总时长固定为1ms,Page,20,TD-LTE,无线帧的配置,配置,切换时间间隔,子帧编号,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,5ms,D,S,U,U,U,D,S,U,U,U,1,5ms,D,S,U,U,D,D,S,U,U,D,2,5ms,D,S,U,D,D,D,S,U,D,D,3,10ms,D,S,U,U,U,D,D,D,D,D,4,10ms,D,S,U,U,D,D,D,D,D,D,5,10ms,D,S,U,D,D,D,D,D,D,D,6,5ms,D,S,U,U,U,D,S,U,U,D,Page,21,根据场景和话务量，选择子帧的配比，推荐配置,2,，即,3:1,ICIC,：小区间干扰协调,Page,22,主频通常分配给小区边缘区域的用户，,eNB,在主频上可高功率发射,副频,副频,Cell 2,4,6,主频,Cell 1,主频,副频,副频,Cell 3,5,7,主频,系统全部带宽,全部带宽可以分配给小区中间的用户，,eNB,在副频上降功率发射，避免干扰相邻小区的主频,ICIC,技术的优点：,降低邻区干扰；提升小区边缘数据吞吐量，改善小区边缘用户体验,ICIC,改善小区边缘用户吞吐率达,40%,以上,ICIC,的实现,Page,23,配置工具,ICIC,配置,传统,ICIC,（静态）,OSS,ICIC,配置,测量,自适应,ICIC,静态,ICIC,：,每个模式固定,1/3,边缘用户频带，每个小区的边缘频带模式由用户手工配置确定,自适应,ICIC,：,不需要人工配置和操作，,OSS,自动配置各小区的边缘频带模式，场景实用性强,频段情况,我公司现有,TDD,频段规划，未来可根据,TD-LTE,发展进程即时调整,A,频段（,TD,主频段）,F,频段,E,频段,D,频段,TD-SCDMA,2010-2015MHz,2015-2025MHz,室内,室外,1880-1920MHz,2320-2370MHz,TD-LTE,2575-2615MHz,注：,F,频段后,20M,（,19001920MHz,）目前被,PHS,占用，将逐步完成清频,A,频段仅,15M,带宽（,10M,室外，,5M,室内），考虑到在一定时间内,TD-SCDMA,与,TD-LTE,长期共存，,A,频段目前用于,TD,主频点,LTE,主要使用,D/E/F,频段,共用,TD-LTE,原理介绍,2014,年,01,月,27,LTE,网络结构,扁平化网络架构,28,核心网,BSC,核心网,eNodeB,BTS,eNodeB,由,2G/3G,二级转发变为,一级转发,NodeB,RNC,2G/3G,网络,LTE,网络,TD-LTE,网络架构,29,SGSN,2G,TD,LTE,HSS,BTS,BSC/PCU,NodeB,RNC,eNodeB,S1-U,S6a,Gx,Gb,Iu,S1-MME,S11,SGi,MME,PCRF,S9,Internet,PS Service,Serving GW,PDN GW,S5/8,SAE GW,S6d,S10,BOSS,CG,S4,S3,AF,Rx,UE,E-UTRAN,EPC,EPS,负责无线资源管理,负责移动性管理功能,负责用户面接入功能,提供承载控制、计费、地址分配和非,3GPP,接入等功能,根据用户特点和业务需求提供数据业务资源管控,提供鉴权和签约等功能,用户设备,(UE),接入网,(E-UTRAN),核心网,(EPC),整个,TD-LTE,系统由,3,部分组成,30,网元功能,接入网：,扁平化，,IP,化，去掉,RNC,的物理实体，功能实体分解到基站和核心网元,大部分功能放在了,E-NodeB,，以减少时延和增强调度能力,少部分功能放在了核心网，加强移动性管理,核心网：,用户面和控制面分离,原有,SGSN,实体分解为,MME(,控制面实体,),和,Gateway,（用户面实体）,e-NodeB,的主要功能包括：,无线资源管理功能，即实现无线承载控制、无线许可控制和连接移动性控制，在上下行链路上完成,UE,上的动态资源分配（调度）,用户数据流的,IP,报头压缩和加密,UE,附着状态时,MME,的选择,实现,S-GW,用户面数据的路由选择,执行由,MME,发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输,完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告,MME,的主要功能包括：,NAS(Non-Access Stratum),非接入层信令的加密和完整性保护；,AS(Access Stratum),接入层安全性控制、空闲状态移动性控制；,EPS(,Evolved Packet System,),承载控制；,支持寻呼，切换，漫游，鉴权。,S-GW,的主要功能包括：,分组数据路由及转发；移动性及切换支持；合法监听；计费。,P-GW,的主要功能包括：,分组数据过滤；,UE,的,IP,地址分配；上下行计费及限速。,31,LTE,的接入网架构,LTE,的主要网元,E-UTRAN(,接入网,),：,e-NodeB,组成,EPC(,核心网,),：,MME,，,S-GW,，,P-GW,LTE,的网络接口,X2,接口：,e-NodeB,之间的接口，支持数据和信令的直接传输,S1,接口：,连接,e-NodeB,与核心网,EPC,的接口,S1-MME,是,e-NodeB,连接,MME,的控制面接口,S1-U,是,e-NodeB,连接,S-GW,的用户面接口,与传统,3G,网络比较，,LTE,的网络结更加简单扁平，降低组网成本，增加组网灵活性，并能大大减少用户数据和控制信令的时延。,提纲,32,LTE,特点与关键技术,LTE,的特点,33,LTE,的关键技术,LTE,的多址方式,下行,:OFDMA,上行,:SC-FDMA,先进的天线解决方案,发射分集,MIMO,波束赋形,灵活的带宽配置,6,种可用带宽,可选的双工方式,TDD&FDD,34,SC-FDMA,OFDMA,TX,TX,10,15,20 MHz,3,1.4,5,f,DL,f,UL,FDD-only,f,DL/UL,TDD-only,OFDM,技术,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,。,频域波形,f,宽频信道,正交子信道,频域调度颗粒度小（,180kHz,）,子载波颗粒度小（,15kHz,）,OFDM,优势,-,对比,FDM,传统,FDM,:,为避免载波间干扰，需要在相邻的载波间保留一定保护间隔，大大降低了频谱效率。,FDM,OFDM,OFDM,:,各子载波重叠排列，同时保持子载波的正交特性。从而在相同带宽内容纳数量更多子载波，提升频谱效率。,高阶调制,37,调制方式,38,多天线技术,39,多天线技术的优势,40,阵列增益,（,Array gain,）,分集增益,（,Diversity gain,）,空间复用增益,（,Spatial multiplexing gain,）,干扰抑制增益,（,co-channel interference reduction,）,改善系统覆盖,改善系统容量,提高峰值速率,提,高,频,谱,利,用,率,多天线技术,41,传输模式,42,传输模式,43,1.TM1,，单天线端口传输：主要应用于单天线传输的场合。为普通单天线传输模式。,2.TM2,，发送分集,(Diversity),：适合于小区边缘信道情况比较复杂，干扰较大的情况，有时候也用于高速的情况，分集能够提供分集增益,.,用来提高信号传输的可靠性，主要是针对小区边缘用户。,3.TM3,，开环空间分集,(MIMO),：合适于终端（,UE,）高速移动的情况。,4.TM4,，闭环空间分集：适合于信道条件较好的场合，用于提供高的数据率传输。,5.TM5,，,MU-MIMO,传输模式：主要用来提高小区的容量。,6.TM6,，,Rank1,的传输：主要适合于小区边缘的情况。,FDD,7.TM7,，,Port5,的单流,Beamforming,模式：主要也是小区边缘，能够有效对抗干扰。,TDD,8.TM8,，双流,Beamforming,模式：可以用于小区边缘也可以应用于其他场景。,9.TM9,传输模式,9,是,LTE-A,中新增加的一种模式，可以支持最大到,8,层的传输，主要为了提升数据传输速率。,UE,能力,44,现网,UE,为类型,3.,上下行差别大的原因主要是上行没有,MIMO,。,2,3,4,基本一致，主要差异是手机缓存，也是影响速率的主要原因。,45,自优化,SON,可以实现自配置、自优化、自愈合功能。,提纲,46,LTE,帧结构,LTE,帧结构,FDD LTE,帧结构,TD-LTE,帧结构,#0,帧,:10ms,子帧,:1ms,时隙,0.5ms,#1,#2,#3,#4,#5,#6,#7,#8,#919,子帧,:1ms,时隙,0.5ms,#0,DwPTS,特殊子帧,:1ms,#2,#3,#4,半帧,:5ms,半帧,:5ms,帧,:10ms,GP,UpPTS,LTE,的两种无线帧结构,sss,pss,TD-LTE,帧结构,两种帧结构的异同点,LTE,双工方式,相同点,不同点,无线帧,长度,子帧,长度,时隙,半帧,特殊子帧,TDD,10ms,1ms,0.5ms,5ms,DwPTS、GP、UpPTS,FDD,N/A,N/A,LTE,帧结构,49,LTE,特殊子帧,50,GP,要求大于,2,倍的上下行传输时延之和,小区覆盖范围,=(GP/2)*,光速,LTE,特殊子帧,51,RB,52,RE53,RB,54,TD-LTE,整体协议栈结构,55,没有,RNC,，空中接口的控制平面（,RRC,）功能由,eNodeB,进行管理和控制,控制面协议栈,用户面和控制面协议栈均包含,PHY,MAC,RLC,和,PDCP,层，控制面向上还包含,RRC,层和,NAS,层,没有了,RNC,，空中接口的用户平面（,MAC/RLC,）功能由,eNodeB,进行管理和控制,用户面协议栈,TD-LTE,整体协议栈结构,56,LTE,支持频段,57,中国移动,TDD,频段,频段,范围,带宽,目前应用情况,F,频段（,band 39,）,1880-1900MHz,20M,室外,E,频段（,band40,）,2320-2370MHz,50M,室内,D,频段（,band 38,）,2575-2635MHz,60M,室外,目前中国移动,TDD,频率资源情况,中国移动,TDD,频段,59,Channel bandwidth,BW,Channel,MHz,1.4,3,5,10,15,20,Transmission bandwidth configuration,N,RB,6,15,25,50,75,100,LTE,频率与频点转换,60,E-UTRA Operating,Band,Downlink,Uplink,F,DL_low,(MHz),N,Offs-DL,F,UL_low,(MHz),N,Offs-UL33,1900,36000,36000 36199,1900,36000,36000 36199,34,2010,36200,36200 36349,2010,36200,36200 36349,35,1850,36350,36350 36949,1850,36350,36350 36949,36,1930,36950,36950 37549,1930,36950,36950 37549,37,1910,37550,37550 37749,1910,37550,37550 37749,38,2570,37750,37750 38249,2570,37750,37750 38249,39,1880,38250,38250-38649,1880,38250,38250-38649,40,2300,38650,38650-39649,2300,38650,38650-39649,NOTE:The channel numbers that designate carrier frequencies so close to the operating band edges that the carrier extends beyond the operating band edge shall not be used.This implies that the first 7,15,25,50,75 and 100 channel numbers at the lower operating band edge and the last 6,14,24,49,74 and 99 channel numbers at the upper operating band edge shall not be used for channel bandwidths of 1.4,3,5,10,15 and 20 MHz respectively.,F,DL,=F,DL_low,+0.1(N,DL,N,Offs-DL,),F,UL,=F,UL_low,+0.1(N,UL,N,Offs-UL),省略了,FDD,部分（,FDD,同,TDD),：,使用频率,=,F,low,+0.1(,使用频点,N,Offs-DL,),提纲,61,LTE,物理层介绍,物理信道,62,LTE,信道,63,LTE,的信道分为逻辑信道，传输信道与物理信道三种：,逻辑信道,MAC,通过逻辑信道为上层提供数据传送服务。,传输信道物理层通过传输信道为上层提供数据传送服务。,物理信道映射在物理层的信道。,LTE,信道映射,64,PSS/SSS,65,PSS:,半帧同步（,5ms),，,Cell ID,SSS:,帧同步,(10ms),，,Cell ID Group,均只有下行,PCI,的个数,=3,*,168,小区搜索与同步,66,PBCH,67,LTE,系统消息,68,MIB:,下行带宽，,PHICH,的配置,(,Physical Hybrid ARQ Indicator CHannel,),SFN,帧号,SIB1:PLMN ID,小区全球,ID,Cell,禁止状态,小区选择参数,SI,调度信息,valuetag.,（小区选择）,SIB2:,上行频率,上行带宽，公共无线资源的配置,寻呼消息,.,（接入）,SIB3:,小区重选信息,(,服务小区信息,速度相关信息,),（重选）,SIB4/5/6/7/8:,相邻小区信息,(intra-f,inter-f,inter-RAT:UTRA,GSM,CDMA).,（,4,5,邻区列表，,6,7,8,异系统重选）,SIB9:,heNB,标示,（,家庭基站,）,SIB10:,ETWS,主通知信息,（地震，海啸预警）,SIB11:,ETWS,辅通知信息,层,1,，层,2,控制信道,69,PCFICH,指示了,PDCCH,占用的,OFDM,符号数。,PDCCH,占用的符号数越多，能够调度的用户数越多，但是占用的,PDSCH,资源变多。,层,1,，层,2,控制信令占用整个系统带宽,层,1,，层,2,控制信道,70,71,感谢聆听！,