1、TD-SCDMA長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù) LTE關(guān)鍵技術(shù),TD網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)部 梁晉仲 2008年11月,內(nèi)容,OFDM 多天線技術(shù) 鏈路自適應(yīng) 信道調(diào)度與調(diào)度信令 HARQ 小區(qū)間干擾消除,OFDM,下行OFDM 上行SC-FDMA,OFDM即正交頻分多路復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），與傳統(tǒng)的多載波調(diào)制（MCM）相比，OFDM調(diào)制的各個(gè)子載波間可相互重疊，并且能夠保持各個(gè)子載波之間的正交性。,OFDM原理,OFDM的基本原理是將高速的數(shù)據(jù)流分解為N個(gè)并行的低速數(shù)據(jù)流，在N個(gè)子載波上同時(shí)進(jìn)行傳輸。這些在N子載波上同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號(hào)，構(gòu)成一個(gè)OFDM

2、符號(hào),Bandwidth,OFDM原理,IDFT,IFFT,OFDM調(diào)制,OFDM解調(diào),OFDM FFT實(shí)現(xiàn),采樣頻率Fs 采樣周期Ts FFT點(diǎn)數(shù)NFFT 子載波間隔f 有用符號(hào)時(shí)間Tu 循環(huán)前綴時(shí)間Tcp OFDM符號(hào)時(shí)間TOFDM 可用子載波數(shù)目Nc,關(guān)鍵參數(shù)： f , Tcp以及Nc 采樣頻率以及FFT點(diǎn)數(shù)與實(shí)現(xiàn)相關(guān),OFDM主要參數(shù),子載波間隔 15kHz，用于單播（unicast）和多播（MBSFN）傳輸 7.5kHz，僅僅可以應(yīng)用于獨(dú)立載波的MBSFN傳輸 子載波數(shù)目 循環(huán)前綴長(zhǎng)度 一個(gè)時(shí)隙中不同OFDM符號(hào)的循環(huán)前綴長(zhǎng)度不同,LTE系統(tǒng)中，利用NFFT=2048的采樣周期定義基

3、本時(shí)間單元：Ts = 1/Fs = 1/(15000 x2048) 秒,LTE OFDM主要參數(shù),頻譜效率高 OFDM采用多載波方式避免用戶的干擾，只是取得用戶間正交性的一種方式，“防諱于未然”的一種方式未然式 CDMA采用等干擾出現(xiàn)后用信號(hào)處理技術(shù)將其消除，例如信道均衡、多用戶檢測(cè)等；以恢復(fù)系統(tǒng)的正交性 相對(duì)單載波系統(tǒng)(CDMA)來說，多載波技術(shù)(OFDM)是更直接的實(shí)現(xiàn)正交傳輸?shù)姆椒?帶寬擴(kuò)展性強(qiáng)-決定性優(yōu)勢(shì) OFDM信道帶寬取決于子載波的數(shù)量 CDMA只能通過提高碼片速率或者多載波方式支持更大帶寬，使得接收機(jī)復(fù)雜度大幅度上 抗多徑衰落 相對(duì)于CDMA系統(tǒng)，OFDMA系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單均衡接收

4、機(jī)的最直接方式,OFDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì),頻域調(diào)度及自適應(yīng) OFDM可以實(shí)現(xiàn)頻域調(diào)度，相對(duì)CDMA來說靈活性更高 可以在不同的頻帶采用不同的調(diào)制編碼方式，更好的適應(yīng)頻率選擇行衰落 實(shí)現(xiàn)MIMO技術(shù)較簡(jiǎn)單 MIMO技術(shù)的關(guān)鍵：有效避免天線之間的干擾以區(qū)分多個(gè)數(shù)據(jù)流 水平衰落信道中實(shí)現(xiàn)MIMO更容易、頻率選擇性信道中，IAI和ISI混合在一起，很難將MIMO接受和信道均衡區(qū)分開,OFDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì),PAPR問題 高PAPR給系統(tǒng)很多不利：增加模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換的復(fù)雜度、降低RF功放的效率、增加發(fā)射機(jī)功放的成本等未然式 降低PAPR的方法： 信號(hào)預(yù)失真技術(shù)：如消峰(Clipping)、峰加窗 編碼技術(shù)、加擾技

5、術(shù) 時(shí)間和頻率同步 時(shí)間偏移會(huì)導(dǎo)致OFDM子載波的相位偏移，所以引入CP 載波頻率偏移帶來兩個(gè)影響：降低信號(hào)幅度、造成ICI 多小區(qū)多址和干擾抑制,OFDM技術(shù)的缺點(diǎn),單載波特性： a) 信號(hào)具有低的峰均比 b) 傳輸帶寬取決于M,DFT-S-OFDM原理,子載波間隔 15kHz 子載波數(shù)目 循環(huán)前綴長(zhǎng)度 一個(gè)時(shí)隙中不同DFTS-OFDM符號(hào)的循環(huán)前綴長(zhǎng)度不同,LTE DFTS-OFDM關(guān)鍵參數(shù),內(nèi)容,OFDM 多天線技術(shù) 鏈路自適應(yīng) 信道調(diào)度與調(diào)度信令 HARQ 小區(qū)間干擾消除,下行 利用公共天線端口，LTE系統(tǒng)可以支持單天線發(fā)送（1x），雙天線發(fā)送（2x）以及4天線發(fā)送（4x），從而提供不

6、同級(jí)別的傳輸分集和空間復(fù)用增益 利用專用天線端口以及靈活的天線端口映射技術(shù)，LTE系統(tǒng)可以支持更多發(fā)送天線，比如8天線發(fā)送，從而提供傳輸分集、空間復(fù)用增益同時(shí)，提供波束賦形增益 上行 目前，LTE系統(tǒng)上行僅支持單天線發(fā)送 可以采用天線選擇技術(shù)提供空間分集增益,LTE系統(tǒng)的天線配置,下行多天線技術(shù) 傳輸分集 SFBC, SFBC+FSTD，閉環(huán)Rank1預(yù)編碼 空間復(fù)用 開環(huán)空間復(fù)用，閉環(huán)空間復(fù)用以及MU-MIMO 波束賦形 上行多天線技術(shù) 上行傳輸天線選擇(TSTD) MU-MIMO,多天線技術(shù),ST/FBC,STBC,SFBC,LTE系統(tǒng)中在2天線端口發(fā)送情況下的傳輸分集技術(shù)確定為SFBC,

7、傳輸分集,TSTD,LTE系統(tǒng)上行天線選擇技術(shù)可以看作是TSTD的一個(gè)特例,傳輸分集,FSTD,LTE系統(tǒng)并沒有直接采用FSTD技術(shù)，而且與其他傳輸分集技術(shù)結(jié)合起來使用,傳輸分集,SFBC+FSTD,LTE系統(tǒng)中在4天線端口發(fā)送情況下的傳輸分集技術(shù)采用SFBC與FSTD結(jié)合的方式,傳輸分集,SISO,MISO,SIMO,MIMO,空間復(fù)用,多碼字傳輸 多碼字傳輸即復(fù)用到多根天線上的數(shù)據(jù)流可以獨(dú)立進(jìn)行信道編碼和調(diào)制 單碼字傳輸是一個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行信道編碼和調(diào)制之后再?gòu)?fù)用到多根天線上 LTE支持最大的碼字?jǐn)?shù)目為2。 為了降低反饋的量,單碼字 多碼字,空間復(fù)用,在空間復(fù)用傳輸之前，多個(gè)數(shù)據(jù)流使用一個(gè)線性

8、的預(yù)編碼矩陣或者向量進(jìn)行預(yù)編碼操作 在發(fā)送天線與接收天線相等(NL=NL )的情況下，預(yù)編碼操作可以正交化多個(gè)并行的傳輸，增加不同數(shù)據(jù)流之間的隔離度 進(jìn)一步，在發(fā)送天線數(shù)目大于接收天線數(shù)目(NLNT )的情況下，預(yù)編碼操作還可以獲得波束賦形增益/傳輸分集增益,基于預(yù)編碼的空間復(fù)用,下行MU-MIMO: 將多個(gè)數(shù)據(jù)流傳輸個(gè)不同的用戶終端，多個(gè)用戶終端以及eNB構(gòu)成下行MU-MIMO系統(tǒng) 下行MU-MIMO可以在接收端通過消除/零陷的方法，分離傳輸給不同用戶的數(shù)據(jù)流 下行MU-MIMO還可以通過在發(fā)送端采用波束賦形的方法，提前分離不同用戶的數(shù)據(jù)流，從而簡(jiǎn)化接收端的操作 LTE下行目前同時(shí)支持SU-

9、MIMO和MU-MIMO,SU-MIMOMU-MIMO,MU-MIMO,上行MU-MIMO: 不同用戶使用相同的時(shí)頻資源進(jìn)行上行發(fā)送（單天線發(fā)送），從接收端來看，這些數(shù)據(jù)流可以看作來自一個(gè)用戶終端的不同天線，從而構(gòu)成了一個(gè)虛擬的MIMO系統(tǒng)，即上行MU-MIMO LTE上行僅僅支持MU-MIMO這一種MIMO模式,SU-MIMOMU-MIMO,MU-MIMO,波束賦形技術(shù)要求使用小間距的天線陣列，且天線單元數(shù)目要足夠多 波束賦形技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式是將一個(gè)單一的數(shù)據(jù)流通過加權(quán)形成一個(gè)指向用戶方向的波束，從而使得更多的功率可以集中在用戶的方向上 波束賦形技術(shù)可以充分的利用TDD系統(tǒng)的信道對(duì)稱性 DOA

10、 SVD,波束賦形,主要在下行方向，上行方向雖然支持MU-MIMO，但是每一個(gè)UE來看，其與單天線傳輸沒有區(qū)別 統(tǒng)一流程如下,層（Layer）有不同的解釋 在使用單天線傳輸、傳輸分集以及波束賦形時(shí)，層數(shù)目等于天線端口數(shù)目；在使用空間復(fù)用傳輸時(shí)，層數(shù)目等于空間信道的Rank數(shù)目，即實(shí)際傳輸?shù)牧鲾?shù)目,LTE多天線技術(shù)具體實(shí)現(xiàn)方式,內(nèi)容,OFDM 多天線技術(shù) 鏈路自適應(yīng) 信道調(diào)度與調(diào)度信令 HARQ 小區(qū)間干擾消除,速率控制 功率控制,鏈路自適應(yīng)技術(shù)一般指速率控制技術(shù)，即自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù),鏈路自適應(yīng),通過動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)射功率，維持接收端一定的信噪比，從而保證鏈路的傳輸質(zhì)量 當(dāng)信道條件較差時(shí)需要增加發(fā)射

11、功率，當(dāng)信道條件較好時(shí)需要降低發(fā)射功率，從而保證了恒定的傳輸速率,功率控制可以很好的避免小區(qū)內(nèi)用戶間的干擾,功率控制,保證發(fā)送功率恒定的情況下，通過調(diào)整無線鏈路傳輸?shù)恼{(diào)制方式與編碼速率，確保鏈路的傳輸質(zhì)量 當(dāng)信道條件較差時(shí)選擇較小的調(diào)制方式與編碼速率，當(dāng)信道條件較好是選擇較大的調(diào)制方式，從而最大化了傳輸速率,速率控制可以充分利用所有的功率,速率控制(即AMC),LTE下行方向的鏈路自適應(yīng)技術(shù)基于UE反饋的CQI，從預(yù)定義的CQI表格中具體的調(diào)制與編碼方式,下行方向鏈路自適應(yīng),為了節(jié)省上行控制信道的開銷，CQI反饋與其他上行反饋量PMI以及RI組合起來反饋 CQI，PMI以及RI的反饋分為周期性

12、反饋和非周期性反饋 CQI，PMI以及RI的反饋可以使用PUCCH，也可以使用PUSCH 當(dāng)UE上行沒有PUSCH時(shí)使用PUCCH 當(dāng)使用PUSCH時(shí)，該P(yáng)USCH可以存在對(duì)應(yīng)的UL-SCH，也可以沒有,CQI反饋機(jī)制,上報(bào)模式 Single-antenna port: Modes 1-0, 2-0 Transmit diversity: Modes 1-0, 2-0 Open-loop spatial multiplexing: Modes 1-0, 2-0 Closed-loop spatial multiplexing : Modes 1-1, 2-1 上報(bào)類型 RI以及寬帶CQI/PM

13、I不能在同一個(gè)子幀進(jìn)行反饋,使用PUCCH format 2/2a/2b進(jìn)行反饋,PUCCH反饋 CQI/PMI/RI,上報(bào)模式 Single-antenna port: Modes 2-0, 3-0 Transmit diversity: Modes 2-0, 3-0 Open-loop spatial multiplexing: Modes 2-0, 3-0 Closed-loop spatial multiplexing : Modes 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2,PUSCH反饋 CQI/PMI/RI,LTE 上行方向的鏈路自適應(yīng)技術(shù)基于基站測(cè)量的上行信道質(zhì)量，直接確

14、定具體的調(diào)制與編碼方式,上行方向的鏈路自適應(yīng),內(nèi)容,OFDM 多天線技術(shù) 鏈路自適應(yīng) 信道調(diào)度與調(diào)度信令 HARQ 小區(qū)間干擾消除,基本思想 對(duì)于某一塊資源，選擇信道傳輸條件最好的用戶進(jìn)行調(diào)度，從而最大化系統(tǒng)吞吐量,多用戶分集,信道調(diào)度,LTE系統(tǒng)支持基于頻域的信道調(diào)度 相對(duì)于單載波CDMA系統(tǒng)，LTE系統(tǒng)的一個(gè)典型特征是可以在頻域進(jìn)行信道調(diào)度和速率控制,下行：基于公共參考信號(hào) 上行：基于探測(cè)參考信號(hào),信道調(diào)度,定時(shí)關(guān)系 下行調(diào)度信令控制本子幀的資源分配 對(duì)于FDD，在子幀n傳輸?shù)纳闲姓{(diào)度信令，控制子幀n+4上的資源分配 對(duì)于TDD，在子幀n傳輸?shù)纳闲姓{(diào)度信令，控制子幀n+k (k3)上的資源

15、分配,調(diào)度信令,UL Grant,調(diào)度信令,DL Allocation DCI format 1 for SIMO,調(diào)度信令,DL Allocation DCI format 1A for SIMO (compact),調(diào)度信令,DL Allocation DCI format 2 for MIMO,調(diào)度信令,資源分配類型 類型0：使用bitmap指示具體分配的資源塊組（RBG），每一個(gè)資源塊組的大小為P，與系統(tǒng)帶寬有關(guān) 類型1： (1) 基于資源塊分組，形成P個(gè)子集 (2)在一個(gè)子集中使用1比特表示是從左側(cè)，還 是從右側(cè)開始選取RB (3) 使用bitmap指示在一個(gè)子集中具體分配的資源塊（

16、RB）,50 RBs example P=3 2 bits表示子集 1 bits表示左/右 14比特bitmap,調(diào)度信令,資源分配類型 類型2：使用RB起點(diǎn)，以及包含RB的個(gè)數(shù)，指示調(diào)度的多個(gè)連續(xù)的物理/虛擬RB,調(diào)度信令,內(nèi)容,OFDM 多天線技術(shù) 鏈路自適應(yīng) 信道調(diào)度與調(diào)度信令 HARQ 小區(qū)間干擾消除,FEC：前向糾錯(cuò)編碼 ARQ：自動(dòng)重傳請(qǐng)求 HARQ：ARQ+FEC 單路停等協(xié)議與多路并行停等協(xié)議 同步HARQ協(xié)議與異步HARQ協(xié)議 自適應(yīng)的HARQ與非自適應(yīng)的HARQ,HARQ基本概念,LTE采用多路并行停等協(xié)議 FDD: RTT包括下行信號(hào)傳輸時(shí)間TP，下行信號(hào)接收時(shí)間Tsf，

17、下行信號(hào)處理時(shí)間TRX，上行ACK/NACK傳輸時(shí)間TP，上行ACK/NACK接收時(shí)間TTX，上行ACK/NACK處理時(shí)間TRX，即RTT = 2*TP + 2*Tsf + TRX + TTX FDD:進(jìn)程數(shù)等于RTT中包含的下行子幀數(shù)目，即Nproc = RTT / Tsf,下行HARQ RTT與進(jìn)程數(shù)(FDD),HARQ RTT與進(jìn)程數(shù),LTE FDD的RTT確定為8ms，最大進(jìn)程數(shù)目為8,上行HARQ RTT與進(jìn)程數(shù)(FDD),HARQ RTT與進(jìn)程數(shù),對(duì)于TDD來說，其RTT大小不僅與傳輸時(shí)延、接收時(shí)間和處理時(shí)間有關(guān)，還與TDD系統(tǒng)的時(shí)隙比例、傳輸所在的子幀位置有關(guān) TDD 系統(tǒng)的進(jìn)程

18、數(shù)目,HARQ RTT與進(jìn)程數(shù),ACK/NACK定時(shí)：對(duì)于子幀n中的數(shù)據(jù)傳輸，其ACK/NACK在n+k子幀中傳輸，對(duì)于FDD，k=4，對(duì)于TDD，k3。,ACK/NACK PDSCH,ACK/NACK PUSCH,HARQ定時(shí)關(guān)系,重傳與初傳之間的定時(shí)關(guān)系：同步HARQ協(xié)議；異步HARQ協(xié)議 LTE上行為同步HARQ協(xié)議：如果重傳在預(yù)先定義好的時(shí)間進(jìn)行，接收機(jī)不需要顯示告知進(jìn)程號(hào)，則稱為同步HARQ協(xié)議 根據(jù)PHICH傳輸?shù)淖訋恢?，確定PUSCH的傳輸子幀位置 與PDCCHPUSCH的定時(shí)關(guān)系相同 LTE下行為異步HARQ協(xié)議：如果重傳在上一次傳輸之后的任何可用時(shí)間上進(jìn)行，接收機(jī)需要顯示告

19、知具體的進(jìn)程號(hào)，則稱為異步HARQ協(xié)議,HARQ定時(shí)關(guān)系,自適應(yīng)HARQ：自適應(yīng)HARQ是指重傳時(shí)可以改變初傳的一部分或者全部屬性，比如調(diào)制方式，資源分配等，這些屬性的改變需要信令額外通知。 非自適應(yīng)HARQ：非自適應(yīng)的HARQ是指重傳時(shí)改變的屬性是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)實(shí)現(xiàn)協(xié)商好的，不需要額外的信令通知 LTE下行采用自適應(yīng)的HARQ LTE上行同時(shí)支持自適應(yīng)HARQ和非自適應(yīng)的HARQ 非自適應(yīng)的HARQ僅僅由PHICH信道中承載的NACK應(yīng)答信息來觸發(fā) 自適應(yīng)的HARQ通過PDCCH調(diào)度來實(shí)現(xiàn)，即基站發(fā)現(xiàn)接收輸出錯(cuò)誤之后，不反饋NACK，而是通過調(diào)度器調(diào)度其重傳所使用的參數(shù),自適應(yīng)/非自適應(yīng)HA

20、RQ,單純HARQ機(jī)制中，接收到的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包都是直接被丟掉的 HARQ與軟合并結(jié)合：將接收到的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包保存在存儲(chǔ)器中，與重傳的數(shù)據(jù)包合并在一起進(jìn)行譯碼，提高傳輸效率,CC合并,HARQ與軟合并,IR合并,LTE支持使用IR合并的HARQ，其中CC合并可以看作IR合并的一個(gè)特例,HARQ與軟合并,內(nèi)容,OFDM 多天線技術(shù) 鏈路自適應(yīng) 信道調(diào)度與調(diào)度信令 HARQ 小區(qū)間干擾消除,加擾 跳頻傳輸 發(fā)射端波束賦形以及IRC 小區(qū)間干擾協(xié)調(diào) 功率控制,小區(qū)間干擾消除,LTE系統(tǒng)充分使用序列的隨機(jī)化避免小區(qū)間干擾 一般情況下，加擾在信道編碼之后、數(shù)據(jù)調(diào)制之前進(jìn)行即比特級(jí)的加擾 PDSCH，PUCCH

21、 format 2/2a/2b，PUSCH：擾碼序列與UE id、小區(qū)id以及時(shí)隙起始位置有關(guān) PMCH：擾碼序列與MBSFN id和時(shí)隙起始位置有關(guān) PBCH，PCFICH，PDCCH：擾碼序列與小區(qū)id和時(shí)隙起始位置有關(guān) PHICH物理信道的加擾是在調(diào)制之后，進(jìn)行序列擴(kuò)展時(shí)進(jìn)行加擾 擾碼序列與小區(qū)id和時(shí)隙起始位置有關(guān),加擾,部分物理信道和物理信號(hào)通過隨機(jī)選取Cyclic shift值進(jìn)行加擾 PUCCH所使用的序列的循環(huán)移位值，通過偽隨機(jī)序列產(chǎn)生，該序列與小區(qū)id有關(guān) 上行解調(diào)參考信號(hào)所使用的序列的循環(huán)移位值，通過偽隨機(jī)序列產(chǎn)生，該序列與小區(qū)id有關(guān),加擾,上行參考信號(hào)所使用的序列通過G

22、roup hopping以及Sequence hopping進(jìn)行加擾 上行參考信號(hào)序列被劃分為30組，每組包括不同長(zhǎng)度的多個(gè)基序列 在某一個(gè)時(shí)隙中的序列組號(hào)由group hopping pattern和sequence-shift pattern決定 Group hopping pattern通過偽隨機(jī)序列產(chǎn)生，該序列與小區(qū)id有關(guān)。Group hopping可以被關(guān)閉 Sequence-shift pattern與小區(qū)id有關(guān)，PUCCH和PUSCH所使用的Sequence-shift pattern不同，具體由高層配置 當(dāng)參考信號(hào)序列長(zhǎng)度大于等于72時(shí)，且Group hopping被關(guān)閉，

23、可以使用Sequence hopping 即在一個(gè)序列組中通過偽隨機(jī)序列選取具體的參考信號(hào)序列，該偽隨機(jī)序列與小區(qū)id有關(guān) Sequence hopping也可以被關(guān)閉。此時(shí)選取組內(nèi)的第一個(gè)序列,加擾,下行參考信號(hào)序列由偽隨機(jī)序列通過簡(jiǎn)單計(jì)算產(chǎn)生 小區(qū)專用參考信號(hào)的偽隨機(jī)序列與時(shí)隙位置、參考信號(hào)所在OFDM符號(hào)位置以及小區(qū)id有關(guān) MBSFN參考信號(hào)的偽隨機(jī)序列與時(shí)隙位置、參考信號(hào)所在OFDM符號(hào)位置以及MBSFN id有關(guān) UE專用參考信號(hào)的偽隨機(jī)序列與時(shí)隙位置、小區(qū)id和UE id有關(guān),加擾,目前LTE上下行都可以支持跳頻傳輸，通過進(jìn)行跳頻傳輸可以隨機(jī)化小區(qū)間的干擾 除了PBCH之外，其他下行物理控制信道的資源映射均于小區(qū)id有關(guān) PDSCH、PUSCH以及PUCCH采用子幀內(nèi)跳頻傳輸 PUSCH可以采用子幀間的跳頻傳輸,跳頻傳輸,提高期望用戶的信號(hào)強(qiáng)度 降低信號(hào)對(duì)其他用戶的干擾 特別的，如果波束賦形時(shí)已經(jīng)知道被干擾用戶的方位，可以主動(dòng)降低對(duì)該方向輻射能量,發(fā)射端波束賦形,當(dāng)接收端也存在多根天線時(shí)，接收端也可以利用多根天線降低用戶間干擾，其主要的原理是通過對(duì)接收信號(hào)