TDDLTE基本原理.ppt
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1、2019/6/17,C&Wi售前网络规划部,LTE 基本原理,HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.,,Page 2,了解LTE产生的背景及网络架构 掌握LTE物理层和层2的基本原理 了解LTE空口关键技术,目 标,Page 3,Charter 1 LTE背景介绍 Charter 2 LTE网络架构及协议栈介绍 Charter 3 LTE物理层结构介绍 Charter 4 LTE层2结构介绍,内 容,Page 4,Charter 1 LTE背景介绍 1.1 LTE的概念和设计目标 1.2 LTE的标准化进程 1.3 SAE简介 1.4 SON简介 1.5 3GPP简介,内
2、容,Page 5,什么是LTE? 长期演进LTE (Long Term Evolution)是3GPP主导的无线通信技术的演进。 接入网将演进为E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network)。连同核心网的系统架构将演进为SAE (System Architecture Evolution)。,LTE的设计目标 带宽灵活配置:支持1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10Mhz, 15Mhz, 20MHz 峰值速率(20MHz带宽):下行100Mbps,上行50Mbps 控制面延时小于100ms,用户面延时小于5ms 能为速度35
3、0km/h的用户提供100kbps的接入服务 支持增强型MBMS(E-MBMS) 取消CS域,CS域业务在PS域实现,如VOIP 系统结构简单化,低成本建网,LTE背景介绍,3GPP的目标是打造新一代无线通信系统,超越现有无线接入能力,全面支撑高性能数据业务的,“确保在未来10年内领先”。,Page 6,LTE的标准化进程 2004年12月3GPP正式成立了LTE的研究项目。 原定2006年6月完成的研究项目SI(Study Item)推迟到2006年9月。完成可行性研究,并输出技术报告。 2006年9月正式开始工作项目WI(Work Item)/标准制定阶段,原定为2007年9月完成第一个标
4、准版本,现已延期。 目前LTE处于Stage3 (Protocol)研究阶段,正在各个子组会议上热烈的讨论。 预计2008年年底会推出首个商用协议版本。LTE主要涉及36.xxx系列协议。 目前协议仍在不断完善中。,LTE背景介绍,Page 7,SAE简介 系统架构演进SAE(System Architecture Evolution),是为了实现LTE提出的目标而从整个系统架构上考虑的演进,主要包括: 功能平扁化,去掉RNC的物理实体,把部分功能放在了E-NodeB,以减少时延和增强调度能力(如,单站内部干扰协调,负荷均衡等,调度性能可以得到很大提高) 把部分功能放在了核心网,加强移动交换管
5、理,采用全IP技术,实行用户面和控制面分离。同时也考虑了对其它无线接入技术的兼容性。,LTE背景介绍,Page 8,LTE背景介绍,SON简介 自组织网络SON(Self Organization Network)是由下一代移动网NGMN(Next Generation Mobile Network)运营商发起的要求LTE实现的功能。 运营商站在自己利益和感受的角度出发,鉴于早期通信系统在O&M兼容性和经济性比较差,而对LTE提出新的要求,主要集中于FCAPSI的管理(Fault, Configuration, Alarm, Performance, Security, Inventory):
6、 自规划(Self-planning) 自配置(Self-deployment) 自优化(Self-optimization) 自维护(Self-maintenance),SON的优势 运营商可以减少规划、优化、维护的成本,降低OPEX。 设备商可以促进性能特性、工具等的销售,降低交付后网络优化的成本;低附加值和低技术含量的工作收益将减少。,Page 9,LTE背景介绍,3GPP简介 3GPP (3rd Generation Partnership Project )成立于1998年12月,是一个无线通信技术的标准组织,由一系列的标准联盟作为成员(Organizational Partners
7、)。目前有ARIB(日本), CCSA(中国), ETSI(欧洲), ATIS(美洲), TTA(韩国), and TTC(日本) 等。 3GPP分为标准工作组TSG和管理运维组两个部分。TSG主要负责各标准的制作修订工作,管理运维组主要负责整理市场需求,并对TSG和整个项目的运作提供支持。,TSG(Technical Specification Groups ) TSG GERAN: GERAN无线侧相关(2G); TSG RAN: 无线侧相关(3G and LTE); TSG SA (Service and System Aspects):负责整体的网络架构和业务能力; TSG CT (C
8、ore Network and Terminals):负责定义终端接口以及整个网络的核心网相关部分。,http:/www.3gpp.org,Page 10,Charter 1 LTE背景介绍 Charter 2 LTE网络架构及协议栈介绍 Charter 3 LTE物理层结构介绍 Charter 4 LTE层2结构介绍,内 容,Page 11,Charter 2 LTE网络架构及协议栈介绍 2.1 LTE的网络架构 2.2 LTE的网元功能 2.3 LTE的协议栈介绍,内 容,Page 12,LTE的网络架构,LTE的主要网元 LTE的接入网E-UTRAN由e-NodeB组成,提供用户面和控制
9、面。 LTE的核心网EPC由MME,S-GW和P-GW组成。 LTE的网络接口 e-NodeB间通过X2接口相互连接,支持数据和信令的直接传输。 S1接口连接e-NodeB与核心网EPC。其中,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。,RRC: Radio Resource Control PDCP: Packet Data Convergence Protocol RLC: Radio Link Control MAC: Medium Access Control PHY: Physical layer EPC: Evolved
10、 Packet Core MME: Mobility Management Entity S-GW: Serving Gateway P-GW: PDN Gateway,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。,Page 13,LTE的网元功能,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
11、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。,Page 14,LTE的协议栈介绍,LTE协议栈的两个面: 用户面协议栈:负责用户数目传输
12、 控制面协议栈:负责系统信令传输 用户面的主要功能: 头压缩 加密 调度 ARQ/HARQ,用户面协议栈,控制面协议栈,控制面的主要功能: RLC和MAC层功能与用户面中的功能一致 PDCP层完成加密和完整性保护 RRC层完成广播,寻呼,RRC连接管理,资源控制,移动性管理,UE测量报告控制 NAS层完成核心网承载管理,鉴权及安全控制,Page 15,Charter 1 LTE背景介绍 Charter 2 LTE网络架构及协议栈介绍 Charter 3 LTE物理层结构介绍 Charter 4 LTE层2结构介绍,内 容,Page 16,Charter 3 LTE物理层结构介绍 3.1 LTE
13、支持频段 3.2 无线帧结构 3.3 物理信道 3.4 物理信号 3.5 物理层过程,内 容,Page 17,LTE支持频段,TDD模式支持频段,FDD模式支持频段,根据2008年底冻结的LTE R8协议: 支持两种双工模式:FDD和TDD 支持多种频段,从700MHz到2.6GHz 支持多种带宽配置,协议规定以下带宽配置:1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz 协议还在更新中,部分频段的支持情况可能会有所变动,Page 18,无线帧结构(1),LTE共支持两种无线帧结构: 类型1,适用于频分双工FDD 类型2,适用于时分双工TDD FDD类型无线帧结构
14、: LTE 采用OFDM技术,子载波间隔为f=15kHz,2048阶IFFT,则帧结构的时间单位为 Ts=1/(2048* 15000)秒 FDD类型无线帧长10ms,如下图所示。每帧含有20个时隙,每时隙为0.5ms。普通CP配置下,一个时隙包含7个连续的OFDM符号(Symbol),FDD类型无线帧结构,资源块的概念: LTE具有时域和频域的资源,资源分配的最小单位是资源块RB(Resource Block),RB由RE(Resource Element)组成,如右图示 RE是二维结构,由时域符号(Symbol)和频域子载波(Subcarrier)组成 1个时隙和12个连续子载波组成一个R
15、B,Page 19,TDD类型无线帧结构: 同样采用OFDM技术,子载波间隔和时间单位均与FDD相同。 帧结构与FDD类似,每个10ms帧由10个1ms的子帧组成;子帧包含2个0.5ms时隙。 10ms帧中各个子帧的上下行分配策略可以设置。如右边表格所示。,DL/UL子帧分配,DwPTS: Downlink Pilot Time Slot GP: Guard Period UpPTS: Uplink Pilot Time Slot,TDD类型无线帧结构,D: Downlink subframe U: Uplink subframe S: Special subframe,无线帧结构(2),Pa
16、ge 20,无线帧结构(3),CP长度配置: 为克服OFDM系统所特有的符号间干扰ISI,LTE引入了循环前缀CP(Cyclic Prefix)。 CP的长度与覆盖半径有关,一般情况下下配置普通CP(Normal CP)即可满足要求;广覆盖等小区半径较大的场景下可配置扩展CP(Extended CP)。 CP长度配置越大,系统开销越大。,上下行CP长度配置,上下行普通CP配置下时隙结构 (f=15kHz),上下行扩展CP配置下时隙结构 (f=15kHz),下行扩展CP配置下时隙结构 (f=7.5kHz),Page 21,LTE资源块基本概念,RE (Resource Element) 物理层资
17、源的最小粒度 时域:1个OFDM符号,频域:1个子载波 RB(Resource Block) 物理层数据传输的资源分配频域最小单位 时域:1个slot,频域:12个连续子载波(Subcarrier) TTI 物理层数据传输调度的时域基本单位 1 TTI = 1 subframe = 2 slots 1 TTI = 14个OFDM符号 (Normal CP) 1 TTI = 12个OFDM符号 (Extended CP) CCE Control Channel Element 控制信道的资源单位 1 CCE = 36 REs 1 CCE = 9 REGs (1 REG = 4 REs),TDD-
18、LTE 特殊子帧介绍,TD-LTE特殊子帧继承了TD-SCDMA的特殊子帧设计思路,由DwPTS,GP和UpPTS组成。 TD-LTE的特殊子帧可以有多种配置,用以改变 DwPTS,GP和UpPTS的长度。但无论如何改变, DwPTS + GP + UpPTS永远等于1ms,TD-LTE的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制约关系 可以相对独立的进行配置,主同步信号PSS在DwPTS上进行传输 DwPTS上最多能传两个PDCCH OFDM符号(正常时隙能传最多3个) 只要DwPTS的符号数大于等于9,就能传输数据(参照上页特殊子帧配置) TD-SCDMA的DwPTS承载下行同步信道DwPCH,采
19、用规定功率覆盖整个小区,UE从DwPTS上获得与 小区的同步 TD-SCDMA的DwPTS无法传输数据,所以TD-LTE在这方面是有提高的。如果小区覆盖距离和远距离同 频干扰不构成限制因素(在这种情况下应该采用较大的GP配置),推荐将DwPTS配置为能够传输数据,DwPTS,UpPTS,UpPTS可以发送短RACH(做随机接入用)和SRS(Sounding参考信号,详细介绍见后) 根据系统配置,是否发送短RACH或者SRS都可以用独立的开关控制 因为资源有限(最多仅占两个OFDM符号),UpPTS不能传输上行信令或数据 TD-SCDMA的UpPTS承载Uppch,用来进行随机接入,TD-LTE
20、帧结构和TD-SCDMA帧结构对比,TD-LTE和TD-SCDMA帧结构主要区别: 时隙长度不同。TD-LTE的子帧(相当于TD-S的时隙概念)长度和FDD LTE保持一致,有利于产品实现以及借助FDD的产业链; TD-LTE的特殊时隙有多种配置方式,DwPTS,GP,UpPTS可以改变长度,以适应覆盖、容量、干扰等不同场景的需要; 在某些配置下,TD-LTE的DwPTS可以传输数据,能够进一步增大小区容量; TD-LTE的调度周期为1ms,即每1ms都可以指示终端接收或发送数据,保证更短的时延。而TD-SCDMA的调度周期为5ms;,TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存(1),TD-S =
21、 4:2,根据计算,此时TD-LTE下行扇区吞吐量为28Mbps左右(为避免干扰,特殊时隙只能采用3:9:2,无法用来传输业务。经计算,为和TD-SCDMA时隙对齐引起的容量损失约为20% ) 计算方法:TS36.213规定,特殊时隙DwPTS如果用于传输数据,那么吞吐量按照正常下行时隙的0.75倍传输。如果采用10:2:2配置,则下行容量为3个正常时隙吞吐量+0.75倍正常时隙吞吐量。如果丢失此0.75倍传输机会,则损失的吞吐量为0.75/3.75 = 20%,TD-LTE = 3:1 + 3:9:2,TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存(2),Page 28,物理信道概述,下行物理信道,
22、上行物理信道,信道映射关系,Page 30,各个物理信道的使用,小区搜索涉及的物理信道 SCH - PBCH - PCFICH - PDCCH - PDSCH (获取DBCH) 随机接入涉及的物理信道 PRACH - PCFICH - PDCCH - PDSCH - PUSCH 下行数据传输涉及的物理信道 PCFICH - PDCCH - PDSCH - PUCCH 上行数据传输涉及的物理信道 PCFICH - PDCCH - PUSCH - PHICH,Page 31,物理信道下行,下行信道处理过程 加扰:物理层传输的码字都需要经过加扰; 调制:对加扰后的码字进行调制,生成复数值的调制符号;
23、 层影射:将复数调制符号影射到一个或多个发射层中; 预编码:对每个发射层中的复数调制符号进行预编码,并影射到相应的天线端口; RE影射:将每个天线端口的复数调制符号影射到相应的RE上; OFDM信号生成:每个天线端口信号生成OFDM信号。,下行信道的调制方式 如右表所示,Page 32,下行参考信号,下行参考信号RS (Reference Signal): 类似CDMA/UMTS的导频信号,用于下行物理信道解调及信道质量测量 协议指定有三种参考信号 小区特定参考信号(Cell-Specific Reference Signal)为必选 CQI测量总基于CRS 另外两种参考信号(MBSFN Sp
24、ecific RS & UE-Specific RS)为可选,LTE下行参考信号特点: RS本质上是终端已知的伪随机序列 对于每个天线端口,RS的频域间隔为6个子载波 被参考信号占用的RE,在其它天线端口相同RE上必须留空 天线端口增加时,系统的导频总开销也增加,可用的数据RE减少 LTE的参考信号是离散分布的,而CDMA/UMTS的导频信号是连续的 RS分布越密集,则信道估计越精确,但开销越大,影响系统容量,Page 33,Page 33,下行公共参考信号示意图,小区特定参考信号在时频域的位置示意图,单天线端口,双天线端口,四天线端口,天线端口0,天线端口1,天线端口2,天线端口3,RE,该
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