TD-LTE演進及關鍵技術主講：孫克輝通信新技術專題之三中南大學物理與電子學院提綱TD-LTE主要關鍵技術TD-LTE技術的演進TD-SCDMA同TD-LTE關鍵技術比較OFDM及SC-FDMALTE-Advanced關鍵技術簡述MIMO多天線解決方案LTE成為移動通信技術演進的方向互聯網寬帶接入服務移動通信網絡更高的峰值速率更低的網絡時延更高的頻譜利用率和靈活性更高的系統容量2004年11月，3GPP和3GPP2啟動LTE。

3GPP(the3rdGenerationPartnershipProject)是領先的3G技術規范機構，是由歐洲的ETSI，日本的ARIB和TTC，韓國的TTA以及美國的T1在1998年底發起成立的，旨在研究制定并推廣基于演進的GSM核心網絡的3G標準，即WCDMA，TD-SCDMA，EDGE等。中國無線通信標準組(CWTS)于1999年加入3GPP。3GPP的目標是實現由2G網絡到3G網絡的平滑過渡，保證未來技術的后向兼容性，支持輕松建網及系統間的漫游和兼容性。

3GPP2于1999.1成立，由美國TIA、日本ARIB和TTC、韓國的TTA四個標準化組織發起，中國無線通信標準研究組（CWTS）于1999年6月在韓國正式簽字加入3GPP2,成為這個當前主要負責第三代移動通信cdma2000技術的標準組織的伙伴。中國通信標準化協會(CCSA)成立后，CWTS在3GPP2的組織名稱更名為CCSA。3GPP的目標是制訂以ANSI-41核心網為基礎，cdma2000為無線接口的移動通信技術規范。3GPP與3GPP2TD-SCDMA作為自主知識產權的移動通信技術和產業逐漸發展壯大。十年間，TD-SCDMA從一個紙面上的國際標準發展到目前近2億的用戶，從面向國內市場的非主流3G技術演進到可面向全球市場的主流4G技術，將迎來巨大的發展前景。

TD-SCDMA2004TD-SCDMA2004TD-SCDMA測試200520042013TD-SCDMA產業化2006TD-SCDMA試驗網2007TD-CDMA商用2008LTE2009TD-LTE2011TD-LTE2012TD-LTE2013移動通信十年發展歷程LTE使營運商和用戶獲益LTE使移動業務更豐富LTE成為移動通信技術演進的方向3GPPR4語音，數據N頻點3GPPR5/6/7HSPA/HSPA+MBMS3GPPLTEOFDM方案IMT-AD（TDD）基本版本增強版本長期演進版本4G版本2002-20042005-20072004-20082006-2010

TD-SCDMA是我國提出的3G國際標準，具有獨立的知識產權。其后續演進技術TD-LTE(TimeDivision-LongTermEvolution)不僅是其發展和演進的保障，而且也為我國成功實施“新一代寬帶無線移動通信網”國家重大專項奠定基礎。TD-SCDMA標準演進路線如下圖。目前三大3G移動通信標準TD-SCDMA、WCDMA以及cdma2000都將LTE作為其下一步發展的方向。2G2.5G2.75G3G3.5G3.75G3.9GGPRSEDGEeEDGEHSDPAR5HSUPAR6MBMS4GMBMSCDMA20001XEV-DO802.16e802.16mHSDPAHSPA+R7

FDD/TDD4GGSMTD-SCDMAWCDMAR99802.16dCDMAIS95CDMA20001xLTEEV-DORev.AEV-DORev.BHSUPALTE成為移動通信技術演進的方向LTE成為移動通信技術演進的方向1）通信速率高。下行峰值速率100Mbps、上行50Mbps。2）頻譜效率高。DL為5(bit/s)/Hz；UL為2.5(bit/s)/Hz。3）基于分組交換。4）QoS保證。實時業務(如VoIP)的服務質量好。5）系統部署靈活。支持1.4MHz~20MHz間多種系統帶寬。6）無線網絡時延低。子幀長度為0.5ms和0.675ms，時延達U-plan<5ms，C-plan<100ms。7）增加了小區邊界比特速率。如MBMS(多媒體廣播和組播業務)在小區邊界可提供1bit/s/Hz的數據速率。8）向下兼容。支持已有的3G系統和非3GPP規范系統的協同運作。LTE成為移動通信技術演進的方向MME/S-GWMME/S-GWX2S1移動性管理服務網關MME/SGW與eNodeB的接口EPCE-UTRANeNodeB間的接口NodeBRNC+=eNodeBEPSeNodeBX2X2eNodeBeNodeBUu下行最大速率可達100Mbits/s上行最大速率可達50Mbits/s用戶面延遲小于5ms控制面延遲小于100ms靈活的多頻段配置先進的天線解決方案新的無線接入技術提綱TD-LTE主要關鍵技術TD-LTE技術的演進TD-SCDMA同TD-LTE關鍵技術比較OFDM及SC-FDMALTE-Advanced關鍵技術簡述MIMO多天線解決方案TD-LTE關鍵技術OFDM及SC-FDMAMIMO多天線解決方案TD-LTE關鍵技術TD-LTE多址技術采用OFDMA取代CDMA作為基本的多址技術下行多址技術采用CP-OFDMA上行多址技術采用SC-FDMA1、主要是3GPP大多數公司與知識產權等利益平衡的結果2、CDMA的頻譜效率并不低于OFDMA3、OFDMA可以更好、更簡單地實現5M以上，特別是20M以上系統帶寬4、OFDMA能夠更好地對抗多徑衰落1、采用經典OFDMA技術1、相比于OFDMA具有較小的PAPR值，適用于功率較小的終端2、TD-LTE采用基于頻域生成的單載波方法——DFT擴展OFDM

（DFT-S-OFDM）作為具體實現方法。OFDM是TD-LTE區別于3G系統的最關鍵技術OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技術原理OFDM將頻域劃分為多個子信道，各相鄰子信道相互重疊，但不同子信道相互正交。將高速的串行數據流分解成若干并行的子數據流同時傳輸。采用循環前綴(CP)對抗符號間干擾OFDM符號持續時間<信道“相干時間”時，信道可以等效為“線性時不變”系統，降低信道時間選擇性衰落對傳輸系統的影響OFDM技術原理OFDM子載波的帶寬<信道“相干帶寬”時，可以認為該信道是“非頻率選擇性信道”，所經歷的衰落是“平坦衰落”單載波系統呈現頻率選擇性衰落OFDM系統對應每個子載波呈現平坦衰落OFDM主要參數子載波間隔：子載波間隔越小，OFDM符號周期Tu越長，這樣CP開銷越小。15kHz，用于單播（unicast）和多播（

MBSFN）傳輸7.5kHz，僅僅可以應用于獨立載波的MBSFN傳輸子載波數目：循環前綴長度：決定了OFDM系統的抗多徑能力和覆蓋能力。一個時隙中不同OFDM符號的循環前綴長度不同頻譜效率高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，“防患于未然”的一種方式。

CDMA采用等干擾出現后用信號處理技術將其消除，例如信道均衡、多用戶檢測等，以恢復系統的正交性相對單載波系統(CDMA)來說，多載波技術(OFDM)是更直接的實現正交傳輸的方法帶寬擴展性強-----決定性優勢OFDM信道帶寬取決于子載波的數量。

CDMA只能通過提高碼片速率或者多載波方式支持更大帶寬，使得接收機復雜度大幅度上升。抗多徑衰落相對于CDMA系統，OFDMA系統是實現簡單均衡接收機的最直接方式。OFDM技術的優點頻域調度及自適應OFDM可以實現頻域調度，相對CDMA來說靈活性更高。可以在不同的頻帶采用不同的調制編碼方式，更好的克服頻率選擇性衰落。實現MIMO技術較簡單MIMO技術的關鍵：有效避免天線之間的干擾以區分多個數據流。平坦衰落信道中實現MIMO更容易，頻率選擇性信道中，IAI和ISI混合在一起，很難將MIMO接收和信道均衡區分開OFDM技術的優點上行采用SC-FDMA的原因OFDM的峰均比較高，功放效率降低，導致整機電源效率降低；終端的配置越來越多，功能越來越強大，導致對終端電源效率提出越來越高的要求，而電池技術卻一直沒有突破性進展，因此對終端的節能技術提出了越來越高的要求。SC-FDMA及其實現方式TD-LTE系統中上行鏈路采用SC-FDMA技術，以期降低PAPR，提高功放效率，延長電池壽命；DFT-S-OFDM可以認為是SC-FDMA的頻域產生方式，是OFDM在IFFT調制前進行了基于傅立葉變換的預編碼。上行SC-FDMA多址方式SC-FDMA實現方式SC-FDMA是一種調制技術的合并，它將頻率靈活配置與OFDM的優勢相結合同時又具有非常小的PAPR值。利用DFT-S-OFDM的特點可以方便的實現SC-FDMA多址接入方式DFT和IDFT在收端或發端總是成對出現

成對的DFT=>

單載波系統=>低的峰均比（PAPR）。SC-FDMA的實現方式通過改變不同用戶的DFT的輸出到IDFT輸入端的對應關系，輸入數據符號的頻譜可以被搬移至不同的位置，從而實現多用戶多址接入分為Localized單載波和Distributed單載波兩種，二者在進行DFT變換時子載波映射方式不同SC-FDMA的實現方式SC-FDMA同OFDMA的對比SC-FDMA同OFDMA的對比SC-FDMA實質是將有限帶寬內數據做了一個相應的時域到頻域的頻譜搬移以上例中假設采用QPSK調制，載波數N=4SC-FDMA的不足SC-FDMA只能對于單用戶獲得低PAPR的意義，隨著用戶數增加將接近OFDM的方式，因此它下行鏈路中在此方面帶來的益處不大；SC-FDMA與OFDM技術相比較，在信道譯碼過程中無法利用信道信息。OFDMA及SC-FDMA性能比較鏈路級BLER比較。以上仿真結果引用廠商調研資料，僅作參考OFDMA及SC-FDMA性能比較PAPR及CM性能比較以上仿真結果引用廠商調研資料，僅作參考PAPR：峰值平均功率比CM：立方度量，表征功放功率效率的降低二者都是用來衡量傳輸技術對功放非線性的影響，LTE選用CM作為最準確方式。TD-LTE關鍵技術OFDM及SC-FDMAMIMO多天線解決方案TD-LTE關鍵技術MIMO作為提高系統輸率的最主要手段，LTE確定MIMO天線個數的基本配置是下行2×2、上行1×2，但也在考慮4×4的高階天線配置。北電網絡（加拿大）的專利技術虛擬MIMO也被LTE采納作為提高小區邊緣數據速率和系統性能的主要手段。另外，LTE也正在考慮采用小區干擾抑制技術來改善小區邊緣的數據速率和系統容量。下行方向MIMO方案相對較多，根據2006年3月雅典會議報告，LTEMIMO下行方案可分為兩大類：發射分集和空間復用兩大類。MIMO信道容量MIMO信道容量MIMO信道容量本質：等效多個正交并行子信道。MIMO信道容量特征：MIMO系統利用空間的維度能夠提升系統的極限容量MIMO系統極限容量等于多個并行子信道容量之和MIMO系統的極限容量和空間相關性有關，空間相關性越高，MIMO信道容量越小下行公共天線端口LTE系統可以支持單天線（1x）、雙天線（2x）以及4天線（4x）發送，從而提供不同級別的傳輸分集和空間復用增益。專用天線端口以及靈活的天線端口映射技術，LTE系統可以支持更多發送天線，比如8天線發送，從而提供傳輸分集、空間復用增益同時，提供波束賦形增益。MIMO配置上行目前，LTE系統上行僅支持單天線發送。可以采用天線選擇技術提供空間分集增益SC-FDMA及其實現方式。下行多天線技術傳輸分集SFBCSFBC+FSTD閉環Rank1預編碼空間復用開環空間復用閉環空間復用MU-MIMO波束賦形TD-LTE系統的多天線技術實現方式上行多天線技術上行傳輸天線選擇(TSTD)MU-MIMO發送接收分集多天線分集技術與單天線系統直觀相比并沒有增加系統吞吐量，但是由于改善了性能指標從而可以通過提高編碼率和降低重傳率提高系統容量。多天線分集技術有很好的抗衰落功能，尤其在信道散射豐富、多根天線之間相關性不高的時候，抗衰落性能會更高，因此對于天線間距要求一般大于4倍波長，而當信道相關較大的時候則只能提高信噪比，無法對抗衰落信道。多天線技術——傳輸分集多天線技術——空分復用基于預編碼的空分復用在空間復用傳輸之前，多個數據流使用一個線性的預編碼矩陣或者向量進行預編碼操作在發送天線與接收天線相等的情況下，預編碼操作可以正交化多個并行的傳輸，增加不同數據流之間的隔離度進一步，在發送天線數目大于接收天線數目的情況下，預編碼操作還可以獲得波束賦形增益/傳輸分集增益開環空間復用——Large-delayCDDeNodeB周期地分配不同的Precoding碼字到不同的數據子載波中。其中每m個子載波用不同的Precoding碼字，m為Rank數。Large-delayCDD方案只用于Rank>1支持Rank1和開環空間復用的動態Rank自適應不需要PMI反饋，兩個碼子的CQI沒有空間差異多天線技術——空分復用閉環空間復用eNodeB需要進行數據預編碼系統從預定義的碼本中選擇最適合的Precoding矩陣，預定義碼本同時保存在eNodeB和UE中UE在評估信道質量的基礎上，選擇該時刻最適合的Precoding矩陣，并將矩陣索引發送給eNodeB預編碼碼本預編碼目的：改善SNR，減少干擾反饋內容：CQI：信道質量指示，包括寬帶和窄帶PMI：預編碼矩陣指示多天線技術——空分復用碼本方案可適用于不同的天線配置相關天線和非相關天線陣列交叉極化和線性天線陣列eNB采用雙極化8天線陣列下行UE2天線接收，上行輪流發射上行eNB8天線接收，下行采用EBB算法實現波束賦形單流方案一8天線Beamforming方案二8天線2x2MIMO同極化的4天線組成某一子陣，即Ant1~Ant4和Ant5~Ant8分別構成兩個子陣子陣內采用廣播波束賦形兩個子陣間實現MIMO雙流抗干擾能力強邊緣用戶速率有保障BF與MIMO結合TD-LTE多天線方案雙極化8天線中Ant1/Ant4/Ant5/Ant8為間距最大的交叉極化4天線4天線實現MIMO雙流方案三4x2MIMO自適應切換準則：基于吞吐率最大原則根據信道相關性瞬時值、信干比等信息，分別估算BF和雙流MIMO傳輸方式下各自的瞬時吞吐量，并采用瞬時吞吐量較高的一種方式方案四自適應MIMO/BF相關性弱有利于實現MIMO自適應選擇，有利于發揮MIMO/BF性能優勢總的來說，雙流，甚至是多流波束賦性將是未來TD-LTE多天線技術的主要發展方向。雙流波束賦形技術不僅可以提高小區中心用戶的吞吐量，而且可以提高小區邊緣的用戶的服務感受。TD-LTE多天線方案多MIMO方案應用場景室