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TD-LTE 基本原理及关键技术

TD-LTE 基本原理及关键技术. 中兴通讯学院. 课程内容. TD-LTE 概述 TD-LTE 网络架构 TD-LTE 协议栈 TD-LTE 关键技术 TD-LTE 与 LTE FDD 的区别. TD-LTE 概述. LTE 简介 LTE 相关组织介绍. LTE 背景. LTE 表示 3GPP 长期演进 ( Long Term Evolution ) 2004 年 11 月 3GPP TSG RAN workshop 启动 LTE 项目. 移动通信技术的演进路线. 4G. GSM. GPRS. EDGE. LTE. FDD/ TDD.

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TD-LTE 基本原理及关键技术

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Presentation Transcript

  1. TD-LTE 基本原理及关键技术 中兴通讯学院

  2. 课程内容 TD-LTE概述 TD-LTE网络架构 TD-LTE协议栈 TD-LTE关键技术 TD-LTE与LTE FDD的区别

  3. TD-LTE概述 • LTE简介 • LTE相关组织介绍

  4. LTE背景 • LTE表示3GPP长期演进 ( Long Term Evolution ) • 2004年11月3GPP TSG RAN workshop启动LTE项目

  5. 移动通信技术的演进路线 4G GSM GPRS EDGE LTE FDD/ TDD TD- SCDMA HSDPA HSUPA HSPA+ R7 MBMS WCDMA R99 HSDPA R5 HSUPA R6 HSPA+ R7 MBMS CDMA IS95 CDMA 2000 1x CDMA 2000 1X EV-DO EV-DO Rev. A EV-DO Rev. B 802.16 d 802.16 e 802.16 m 3.5G 2G 2.5G 2.75G 3G 3.75G 3.9G 4G • 多种标准共存、汇聚集中 • 多个频段共存 • 移动网络宽带化、IP化趋势

  6. 更好的覆盖 峰值速率 DL: 100Mbps UL: 50Mbps LTE 更高的频 谱效率 低延迟 CP: 100ms UP: 5ms 频谱 灵活性 更低的 CAPEX & OPEX LTE的目标

  7. 1 2 3 实现峰值速率的显著提高，峰值速率与系统占用带宽成正比 在20MHz带宽内实现100Mbit/s的下行峰值速率(频谱效率5 bit/s/Hz) 在20MHz带宽内实现50Mbit/s的上行峰值速率(频谱效率2.5 bit/s/Hz) 峰值数据率 目标 中兴通讯是业界唯一支持TD-LTE 20MHz带宽的系统厂商

  8. 移动性 • E-UTRAN系统应能够支持: • 对较低的移动速度 ( 0 - 15 km/h) 优化 • 在更高的移动速度下 (15 - 120 km/h ) 可实现较高的性能 • 在120 - 350 km/h的移动速度 (在某些频段甚至应该支持500 km/h ) 下要保持网络的移动性 • 在各种移动速度下，所支持的语音和实时业务的服务质量都要达到或超过UTRAN下所支持的 中兴通讯业界首家通过LTE高速（90Km/h）移动测试，吞吐量非常稳定！

  9. 频谱 • 频谱灵活性 • E-UTRA系统可部署在不同尺寸的频谱中，包括1.4、 3、 5、10、15 和 20 MHz, 支持对已使用频率资源的重复利用 • 上行和下行支持成对或非成对的频谱 • 共存 • 与GERAN/3G系统在相同地区邻频 • 与其他运营商在相同地区邻频 • 在边境两侧重合的或相邻的频谱内 • 与 UTRAN 和 GERAN切换 • 与非 3GPP 技术 (CDMA 2000, WiFi, WiMAX)切换

  10. 频谱灵活 支持更多的频段 灵活的带宽 灵活的双工方式 先进的天线解决方案 分集技术 MIMO技术 Beamforming技术 新的无线接入技术 OFDMA SC-FDMA LTE关键技术

  11. TD-LTE概述 • LTE简介 • LTE相关组织介绍

  12. PCG TSG GERAN TSG RAN TSG SA TSG CT LTE标准组织 功能需求 标准制定 技术验证

  13. 3GPP组织架构 Project Co-ordination Group (PCG) TSG GERAN TSG RAN TSG SA TSG CN GSM EDGE Radio Access Network Radio Access Network RAN WG1 Radio Layer 1 spec RAN WG2 Radio Layer 2 spec Radio Layer 3 RR spec RAN WG3 lub spec, lur spec, lu spec UTRAN O&M requirements RAN WG4 Radio Performance Protocol aspects RAN WG5 Mobile Terminal Conformance Testing Service & Systems Aspects SA WG1 Services SA WG2 Architecture SA WG3 Security SA WG4 Codec SA WG5 Telecom Management Core Network & Terminals CT WG1 MM/CC/SM (lu) CT WG3 Interworking with external networks CT WG4MAP/GTP/BCH/SS CT WG6 Smart Card ApplicationAspects GERAN WG1 Radio Aspects GERAN WG2 Protocol Aspects GERAN WG3 Terminal Testing

  14. LTE标准化进展 LTE start Work Item Stage 3 Finish Work Item Start 2005 2006 2007 2008 2010 2009 Study Item Stage 1 Finish Work Item Stage 2 Finish First Market Application • 3GPP R8 定义了LTE的基本功能，该版本已于2009年3月冻结， • 3GPP R9 主要完善了LTE家庭基站、管理和安全方面的性能，以及LTE微微基站和自组织管理功能，预计将于2009年年底冻结

  15. NGMN简介 无线宽带创新的发动机 1、NGMN（www.ngmn.org) 是2006年初由全球7家主流运营商发起成立的非营利性组织 2、NGMN ：Next Generation Mobile Networks （Beyond HSPA&EVDO) NGMN简介 1、使全球移动通信产业链聚集在统一需求之下，引导、驱动标准研究、产品研发，促进HSPA&EVDO之后的移动网络健康发展 2、推动IPR改革，使IPR透明和费率可预见性 NGMN愿景 NGMN 时间表 1、2008年底完成LTE（R8）标准 2、2009年测试 3、2010 提供商用 • 1、运营商（Members) 20家 • 2、制造商(Sponsors) 34家,包括设备制造商,芯片厂家和测试设备厂家 • 3、研究机构和大学(Advisors ) 3家 NGMN成员

  16. NGMN工作组介绍 • 寻找可统一利用的频谱 • 与ITU、国家、地区频谱管理部门协调、沟通 • 对技术进行早期验证 • 向LSTI提测试需求 Trial （试验） Spectrum ( 频谱） TWG (技术组） • 推动IPR改革，使IPR透明和费率可预见 NGMN IPR （知识产权） • 从运营的角度，提出各种需求并与制造商讨论可行性 • 驱动标准 Ecosystem （生态系统） • 与互联网行业合作，构建“多方共赢”生态环境 从5个方面推动下一代移动宽带发展

  17. Steering Board Steering Group Program Office NSN WG PR WG PoC1 WG PoC2 WG IODT WG IOT FCT LSTI 组织架构

  18. 2007 2008 2009 2010 POC : Test start IODT IOT/Trials EPC Applications Proof of Concept Trials IODT IOT Compliant over key subset Compliant+form factor UE partially compliant Compliant Vendor + test UEor UE partner Operator + Vendor + UE partner Vendor +UE partner pairs Multiple Partners Vendors and UE LSTI工作计划

  19. LSTI各组活动里程碑 2007 2008 2009 2010 Proof of Concept M4 Mobility M1 SIMO M3 RRM M2 MIMO TDD M1 M2 M3 M4 IODT M7 IODT Complete M5 start M6b Agree baseline M6a Feature set reporting IOT M8 Tests defined reporting M9 IOT Complete Current projections for FCT Friendly Customer Trials M12a Radio M12b End to end trials complete M10 Tests defined M11 Setup PR/Marketing ATIS CTIA CTIA M1 PR Website MWC09 MWC10 LTE Asia LTE Asia IODT PR LTE USA LTE Berlin LTE Berlin Launch PR NGMN Conf LTE London IEEE Comms LTE Americas M1M2 Webcast

  20. NGMN Trial和LSTI的合作关系 NGMN Trial Group LSTI （LTE/SAE Trial Initiative ) Spectrum TWG Testing Requirements Trial NGMN IPR Progress Reports Ecosystem NGMN Trial不做具体测试，只向LSTI提需求；LSTI开展测试需求，制定测试计划等 NGMN 测试包含 LTE and WiMAX； LSTI 只包含LTE 测试

  21. 课程内容 TD-LTE概述 TD-LTE网络架构 TD-LTE协议栈 TD-LTE关键技术 TD-LTE与LTE FDD的区别

  22. 移动性管理 • 服务网关 • MME/SGW 与 eNode B的接口 RNC Node B eNode B + = • eNode B间的接口 LTE 网络构架 MME / S-GW MME / S-GW EPC S1 EPS eNode B E-UTRAN X2 X2 X2 eNode B eNode B Uu • E-UTRAN中只有一种网元——eNode B • 演进分组核心网——EPC • 演进分组系统——EPS

  23. GERAN SGSN HSS UTRAN S6a S3 S1-MME MME PCRF S4 S7 Rx+ S11 S10 LTE-Uu SGi S5 PDN Serving Operator's IP Services E-UTRAN UE Gateway Gateway (e.g. IMS, PSS etc.) S1-U LTE全网架构 • 网络结构扁平化 • E-UTRAN只有一种 网元—E-Node B • 全IP • 媒体面控制面分离 • 与传统网络互通

  24. E-UTRAN 和 EPC的功能划分 3GPP TS 36.300

  25. eNB 功能: 无线资源管理 IP头压缩和用户数据流加密 UE附着时的MME选择 用户面数据向S-GW的路由 寻呼消息和广播信息的调度和发送 移动性测量和测量报告的配置 E-UTRAN 和 EPC的功能划分（续） • MME 功能: • 分发寻呼信息给eNB • 安全控制 • 空闲状态的移动性管理 • SAE 承载控制 • 非接入层（NSA）信令的加密及完整性保护 • S-GW 功能: • 终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包 • 支持由于UE移动性产生的用户面切换

  26. 课程内容 TD-LTE概述 TD-LTE网络架构 TD-LTE协议栈 TD-LTE关键技术 TD-LTE与LTE FDD的区别

  27. LTE物理层概述 物理层周围的无线接口协议结构

  28. LTE无线接口 — 用户平面 UE eNB S-GW PDCP PDCP RLC RLC MAC MAC PHY PHY 与 UMTS 的PS 域相同

  29. LTE无线接口 — 控制平面 eNB MME UE NAS NAS RRC RRC PDCP PDCP RLC RLC MAC MAC PHY PHY

  30. LTE/SAE的协议结构 信令流 数据流

  31. 1个无线帧 Tf = 307200 TS = 10 ms 1个时隙 Tslot=15360×TS=0.5ms #0 #1 #2 …… …… #17 #18 #19 1个子帧 无线帧结构——类型1 • 每个10ms无线帧被分为10个子帧 • 每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5ms • Ts=1/(15000*2048) 是基本时间单元 • 任何一个子帧即可以作为上行，也可以作为下行

  32. … … 子帧 #0 子帧 #5 子帧 #4 子帧 #9 无线帧结构——类型2 1个无线帧 Tf = 307200 Ts = 10 ms • 每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成 • 特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms • 支持5ms和10ms上下行切换点 • 子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送 1个半帧 153600 TS = 5 ms 1个时隙 Tslot=15360TS 30720TS 1个子帧 1个子帧 DwPTS UpPTS DwPTS UpPTS GP GP

  33. “D”代表此子帧用于下行传输，“U” 代表此子帧用于上行传输，“S”是由DwPTS、GP和UpPTS组成的特殊子帧。 特殊子帧中DwPTS和UpPTS的长度是可配置的，满足DwPTS、GP和UpPTS总长度为1ms 。 上下行配比方式

  34. 系统占用带宽分析 • 占用带宽 = 子载波宽度 x 每RB的子载波数目 x RB数目 • 子载波宽度 = 15KHz • 每RB的子载波数目 = 12

  35. RE (Resource Element) 最小的资源单位，时域上为1个符号，频域上为1个子载波 用 (k, l) 标记 RB ( Resource Block) 业务信道的资源单位，时域上为1个时隙，频域上为12个子载波 资源分组

  36. LTE 上行/下行信道 下行信道 PCCH CCCH DCCH DTCH MCCH MTCH BCCH 逻辑信道 传输信道 DL-SCH MCH BCH PCH 物理信道 PBCH PDSCH PMCH 上行信道 CCCH DCCH DTCH 逻辑信道 传输信道 RACH UL-SCH 物理信道 PRACH PUSCH PUCCH

  37. 逻辑信道 • MAC向RLC以逻辑信道的形式提供服务。逻辑信道由其承载的信息类型所定义，分为CCH和TCH，前者用于传输LTE系统所必需的控制和配置信息，后者用于传输用户数据。LTE规定的逻辑信道类型如下： • BCCH信道，广播控制信道，用于传输从网络到小区中所有移动终端的系统控制信息。移动终端需要读取在BCCH上发送的系统信息，如系统带宽等。 • PCCH，寻呼控制信道，用于寻呼位于小区级别中的移动终端，终端的位置网络不知道，因此寻呼消息需要发到多个小区。 • DCCH，专用控制信道，用于传输来去于网络和移动终端之间的控制信息。该信道用于移动终端单独的配置，诸如不同的切换消息 • MCCH，多播控制信道，用于传输请求接收MTCH信息的控制信息。 • DTCH，专用业务信道，用于传输来去于网络和移动终端之间的用户数据。这是用于传输所有上行链路和非MBMS下行用户数据的逻辑信道类型。 • MTCH，多播业务信道，用于发送下行的MBMS业务

  38. 传输信道 • 对物理层而言，MAC以传输信道的形式使用物理层提供的服务。 • LTE中规定的传输信道类型如下： • BCH：广播信道，用于传输BCCH逻辑信道上的信息。 • PCH：寻呼信道，用于传输在PCCH逻辑信道上的寻呼信息。 • DL-SCH：下行共享信道，用于在LTE中传输下行数据的传输信道。它支持诸如动态速率适配、时域和频域的依赖于信道的调度、HARQ和空域复用等LTE的特性。类似于HSPA中的CPC。DL-SCH的TTI是1ms。 • MCH：多播信道，用于支持MBMS。 • UL-SCH：上行共享信道，和DL-SCH对应的上行信道

  39. 物理信道和信号 • 物理信道 • 一系列资源粒子（RE）的集合，用于承载源于高层的信息 • 物理信号 • 一系列资源粒子（RE）的集合，这些RE不承载任何源于高层的信息 • 上行物理信道 • PUSCH • PUCCH • PRACH • 上行物理信号 • 参考信号（Reference Signal：RS） • 下行物理信道 • PDSCH: • PBCH • PMCH • PCFICH • PDCCH • PHICH • 下行物理信号 • 同步信号（Synchronization Signal） • 参考信号（Reference Signal）

  40. UL-SCH 传输的物理层模型

  41. BCH 传输的物理层模型

  42. DL-SCH 传输的物理层模型

  43. 下行RS

  44. 上行RS

  45. 物理层过程——小区搜索 • Step1、搜索PSCH，确定5ms定时、获得小区ID • Step2、解SSCH，取得10ms定时，获得小区ID组； • Step3、检测下行参考信号，获取BCH的天线配置； • 然后UE就可以读取PBCH的系统消息（PCH配置、RACH配置、邻区列表等） • SCH结构基于1.25MHz固定带宽。UE必需的小区信息有：小区总发射带宽、小区ID、小区天线配置、CP长度配置、BCH带宽

  46. 通过PRACH发送RACH preamble UE监控PDCCH获得相应的上下行资源配置；从相应的PDSCH获取随机接入响应，包含上行授权、定时消息和分配给UE的标识 UE从PUSCH发送连接请求 eNB从PDSCH发送冲突检测 UE eNB 1 Msg1: preamble on PRACH min delay 2ms Msg2: RA response on PDCCH and PDSCH 2 Delay about 5ms Msg3: connection requirement, ect 3 Delay Based on eNB Msg4: contention resolution 4 物理层过程—— 随机接入

  47. LTE－>GERAN LTE Intra-system HO LTE GERAN eNode B eNode B GERAN－>LTE LTE－>UTRAN LTE UTRAN UTRAN－>LTE LTE 移动性管理

  48. 课程内容 TD-LTE概述 TD-LTE网络架构 TD-LTE协议栈 TD-LTE关键技术 TD-LTE与LTE FDD的区别

  49. TD-LTE关键技术 • 频域多址技术 — OFDM/SC-FDMA • MIMO技术 • 高阶调制技术 • HARQ技术 • 链路自适应技术 — AMC • 快速MAC调度技术

  50. LTE多址技术的要求 • 更大的带宽和带宽灵活性 • 随着带宽的增加，OFDMA信号仍将保持正交，而CDMA 的性能会受到多径的影响. • 在同一个系统，使用OFDMA可以灵活处理多个系统带宽. • 扁平化架构 • 当分组调度的功能位于基站时，可以利用快速调度、包括频域调度来提高小区容量。频域调度可通过OFDMA实现，而CDMA无法实现. • 便于上行功放的实现 • SC-FDMA相比较OFDMA可以实现更低的峰均比, 有利于终端采用更高效率的功放. • 简化多天线操作 • OFDMA相比较CDMA实现MIMO容易.

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