TD-LTE技术基本原理-研究院-李新
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1、TD-LTE技术技术基本原理基本原理研究院 无线所2010年12月2 TD-LTETD-LTE关键技术关键技术1 TD-LTE TD-LTE帧结构及物理信道帧结构及物理信道2主要内容主要内容 TD-LTETD-LTE物理层过程物理层过程3nOFDMnMIMO3OFDM发展历史发展历史2000s1990s1970s1960sOFDM在高速调制器中的应用开始研究OFDM 应用在高频军事系统OFDM应用于宽带数据通信和广播等OFDM应用于 802.11a, 802.16, LTE关键技术帧结构物理信道物理层过程4OFDM概述概述 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，
2、将高速数正交频分复用技术，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。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。概念概念关键技术帧结构物理信道物理层过程频域波形f宽频信道宽频信道正交子信道正交子信道5OFDM优势优势-对比对比 FDM与传统FDM的区别？ 传统传统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。降低了频谱效率。 FDMOFDM OFDM:各各(子子)载波重叠排列，同时保持载波重叠排列，同时保持(
3、子子)载波的正交性（通过载波的正交性（通过FFT实现）。实现）。从而在相同带宽内容纳数量更多从而在相同带宽内容纳数量更多(子子)载波，提升频谱效率。载波，提升频谱效率。关键技术帧结构物理信道物理层过程6考虑到系统设计的复杂程度及成本，考虑到系统设计的复杂程度及成本，OFDMOFDM更适用于宽带移动通信更适用于宽带移动通信OFDMOFDMTD-SCDMA TD-SCDMA 抗多径抗多径干扰能力干扰能力可不采用或采用简单时域均衡器将高速数据流分解为多条低速数据流并使用循环前缀(CP)作为保护，大大减少甚至消除符号间干扰。对均衡器的要求较高高速数据流的符号宽度较短，易产生符号间干扰。接收机均衡器的复
4、杂度随着带宽的增大而急剧增加与与MIMOMIMO结合结合系统复杂度随天线数量呈线性增加每个子载波可看作平坦衰落信道，天线增加对系统复杂度影响有限系统复杂度随天线数量增加呈幂次变化需在接收端选择可将MIMO接收和信道均衡混合处理的技术，大大增加接收机复杂度。带宽带宽扩展性扩展性带宽扩展性强，LTE支持多种载波带宽在实现上，通过调整IFFT尺寸即可改变载波带宽，系统复杂度增加不明显。带宽扩展性差需要通过提高码片速率或多载波CDMA来支持更大带宽，接收机复杂度大幅提升。频域调度频域调度频域调度灵活频域调度颗粒度小（180kHz）。随时为用户选择较优的时频资源进行传输，从而获得频选调度增益。频域调度粗
5、放只能进行载波级调度（1.6MHz)，调度的灵活性较差。OFDM优势优势-对比对比 CDMA关键技术帧结构物理信道物理层过程7OFDM不足不足 OFDM输出信号是多个子载波时域相加的结果，子载波数量从几十个到上千个，如果多个子载波同相位，相加后会出现很大幅值，造成调制信号的动态范围很大。因此对RF功率放大器提出很高的要求较高的峰均比（较高的峰均比（PARPPARP）受频率偏差的影响受频率偏差的影响 高速移动引起的Doppler频移 系统设计时已通过增大导频密度（大致为每0.25ms发送一次导频，时域密度大于TD-S）来减弱此问题带来的影响子载波间干扰子载波间干扰(ICI(ICI） 折射、反射较
6、多时，多径时延大于CP(Cyclic Prefix，循环前缀)，将会引起ISI及ICI 系统设计时已考虑此因素，设计的CP能满足绝大多数传播模型下的多径时延要求（4.68us)，从而维持符号间无干扰受时间偏差的影响受时间偏差的影响ISI(ISI(符号间干扰）符号间干扰）& ICI& ICI关键技术帧结构物理信道物理层过程8LTE多址方式多址方式-下行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。用户实现多址。因为子载波相
7、互正交，所以小区内用户之间没有干扰。时域波形tpower峰均比示意图下行多址方式下行多址方式OFDMAOFDMA下行多址方式特点下行多址方式特点关键技术帧结构物理信道物理层过程同相位的子载波的波形在时域上直接叠加。因子载波数量多，造成峰均比(PAPR)较高，调制信号的动态范围大，提高了对功放的要求。分布式：分配给用户的分布式：分配给用户的RBRB不连续不连续集中式：连续集中式：连续RBRB分给一个用户分给一个用户 优点：调度开销小 优点：频选调度增益较大频率时间用户A用户B用户C子载波在这个调度周期中，用户A是分布式，用户B是集中式9LTE多址方式多址方式-上行上行和和OFDMAOFDMA相同
8、，将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的子载波资相同，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。注意不同的是：任一终端使用的子载波必须连续源分配给不同的用户实现多址。注意不同的是：任一终端使用的子载波必须连续上行多址方式上行多址方式SC-FDMASC-FDMA上行多址方式特点上行多址方式特点关键技术帧结构物理信道物理层过程考虑到多载波带来的高PAPR会影响终端的射频成本和电池寿命，LTE上行采用Single Carrier-FDMA （即SC-FDMA）以改善峰均比。SC-FDMA的特点是，在采用IFFT将子载波转换为时域信号之前，先对信号进
9、行了FFT转换，从而引入部分单载波特性，降低了峰均比。频率时间用户A用户B用户C子载波在任一调度周期中，一个用户分得的子载波必须是连续的10符号间保护间隔符号间保护间隔-概述概述符号间无保护间隔时，多径会造成ISI和ICI ISI: Inter-symbol Interference，符号间干扰 ICI: Inter-Carrier Interference，载频间干扰无保护间隔无保护间隔时间幅度接收端同时收到前一个符号的多径延迟信号（紫色虚线）和下一个符号的正常信号（红色实线），影响了正常接收。时域上看受到了ISI，频域上看受到了ICI关键技术帧结构物理信道物理层过程11CDMA符号间保护间
10、隔符号间保护间隔-空白间隔空白间隔有保护间隔，但保护间隔不传输任何信号可以有效消除多径的ISI，但引入了ICI有空白保护间隔有空白保护间隔时间幅度FFT积分周期保护间隔OFDM符号符号之间空出一段时间做为保护间隔，这样做可以消除ISI（因为前一个符号的多径信号无法干扰到下一个符号），但同时引起符号内波形无法在积分周期内积分为0，导致波形在频域上无法和其他子载波正交。应用于应用于CDMACDMA系统。因为系统。因为CDMACDMA载波间载波间采用传统采用传统FDMFDM分隔，所以频域信号即使分隔，所以频域信号即使有一定偏差也没有问题有一定偏差也没有问题关键技术帧结构物理信道物理层过程12OFDM
11、符号间保护间隔符号间保护间隔-CP保护间隔中的信号与该符号尾部相同，即循环前缀（Cyclic Prefix,简称CP）既可以消除多径的ISI,又可以消除ICI循环前缀做保护间隔循环前缀做保护间隔CP使一个符号周期内因多径产生的波形为完整的正弦波，因此不同子载波对应的时域信号及其多径积分总为0 ，消除载波间干扰(ICI)应用于应用于OFDMOFDM系统。每个子载波宽度仅为系统。每个子载波宽度仅为15kHz15kHz且交叠存在，子载波间干扰（且交叠存在，子载波间干扰（ICIICI）对系统影响较大，因此采用对系统影响较大，因此采用CPCP消除消除ICIICI关键技术帧结构物理信道物理层过程13上下行
