LTEAdvanced關(guān)鍵技術(shù)介紹.ppt

1、2009/12/05,1,LTE-Advanced關(guān)鍵技術(shù)介紹,無線接入技術(shù)部 王永明,2,IMT-Advanced介紹 LTE-Advanced與IMT-Advanced的關(guān)系 LTE-Advanced關(guān)鍵技術(shù) 載波聚合技術(shù) 協(xié)作多點傳輸技術(shù) 多天線技術(shù) 中繼技術(shù) 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),主要內(nèi)容,3,2005年10月18日結(jié)束的ITU-R WP8F第17次會議上，國際電信聯(lián)盟ITU給了B3G技術(shù)一個正式的名稱IMT-Advanced（International Mobile Telecommunications - Advanced ），也即我們所說的4G技術(shù)。 2008年年初，ITU-R 新成立了

2、WP5D（Working Party 5D，第5D工作組），下設(shè)4個常設(shè)工作組和1個特設(shè)組。4個常設(shè)工作組分別是總體工作組(WG-General)、頻譜工作組(WG-SPEC)、技術(shù)工作組(WG-TECH)和發(fā)展工作組(WG-DEV)，1個特設(shè)組是工作計劃特設(shè)組(AH-WPLAN)。技術(shù)工作組專門負責IMT-Advanced技術(shù)的征集和評估，以及對評估結(jié)果的研究、融合和決定。 2008年3月WP5D第一次會議上發(fā)出了征集IMT-Advanced技術(shù)的通函，標志著4G寬帶移動通信技術(shù)方案征集正式打開了序幕 。 2009年10月ITU-R WP5D第6次會議上，ITU的“最終截稿”收到了6項提案。

3、 2010年2月和6月召開兩次會議后，ITU預(yù)計于2010年10月在中國舉行的會議上確定4G(IMT-Advanced)國際標準 。,IMT-Advanced介紹（1）,4,IMT-Advanced介紹（2）,5,6項提案涵蓋了LTE-Advanced（包括TDD和FDD兩種制式）和802.16m兩大類技術(shù)方案， ITU確定這兩類技術(shù)為4G國際標準候選技術(shù)。 中國主導的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-LTE-Advanced，作為LTE-A技術(shù)的TDD分支，已獲得歐洲標準化組織3GPP和國際通信企業(yè)的廣泛認可和支持。,IMT-Advanced介紹（3）,6,SDOs Individual member

4、s,etc.,3GPP RAN,LTE,CR phase,#38,#39,#40,#41,#42,#43,#44,#45,#46,#47,#48,#49,#50,#51,#52,#53,WS,2nd WS,Work item,Study item,LTE-Advanced,Technical specifications,2009,2010,2011,2007,2008,ITU-R,WP5D meetings,Proposals,Evaluation,Consensus,Specification,WRC-07,Circular letter to invite proposals,Study

5、 item approved in 3GPP,Submission of candidate RIT,Initial technology submission ofLTE-Advanced,Complete submission incl. self-evaluation ofLTE-Advanced,#1,#2,#3,#4,#5,#6,#7,#8,#9,#10,#11,Release 10 Specification to be approved,LTE-Advanced與IMT-Advanced的關(guān)系,7,Developing internet protocol specs,ITU-R/

6、T,Developing Mobile application specs,Organisational Partners,Referring to 3GPP specs (contributed by individual members),Partners of 3GPP Referring to 3GPP specs for the local specs,Referring to specs,Cross reference of specs,Developing Wireless LAN/MAN specs,Requirements,Input specs,Japan,EU,Korea

7、,China,North America,MRP,Developing Recommendations,Terminal Certification,Terminal certification based on 3GPP specs,Cross reference of specs,3GPP、IEEE 與 ITU 標準化組織,8,1999,2000,2001,2002,2003,2004,2005,Release 99,Release 4,Release 5,Release 6,1.28Mcps TDD,HSDPA, IMS,W-CDMA,HSUPA, MBMS, IMS+,2006,200

8、7,2008,2009,Release 7,HSPA+ (MIMO, HOM etc.),Release 8,2010,2011,LTE, SAE,ITU-R M.1457 IMT-2000 Recommendations,Release 9,LTE-Advanced,Release 10,GSM/GPRS/EDGE enhancements,Small LTE/SAE enhancements,3GPP規(guī)范中LTE-Advanced的發(fā)展,9,LTE-Advanced與IMT-Advanced的技術(shù)需求（1）,1 Gbps data rate will be achieved by 4-by

9、-4 MIMO and transmission bandwidth wider than approximately 70 MHz *“100 Mbps for high mobility and 1 Gbps for low mobility” is one of the key features as written in Circular Letter (CL),10,LTE-Advanced與IMT-Advanced的技術(shù)需求（2）,*1 See TR25.912(Case 1 scenario) *2 See TR36.913(Case 1 scenario) *3 See ITU

10、-R M.2135(Base Coverage Urban scenario),x1.4-1.6,11,IMT-Advanced介紹 LTE-Advanced與IMT-Advanced的關(guān)系 LTE-Advanced關(guān)鍵技術(shù) 載波聚合技術(shù) 協(xié)作多點傳輸技術(shù) 多天線技術(shù) 中繼技術(shù) 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),主要內(nèi)容,12,載波聚合概念（1）,載波聚合（Carrier Aggregation，CA），即通過聯(lián)合調(diào)度和使用多個成員載波（Component Carrier，CC）上的資源，使得LTE-Advanced系統(tǒng)可以支持最大100MHz的帶寬，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的系統(tǒng)峰值速率。 成員載波是指可配置的LTE系

11、統(tǒng)載波，且每個成員載波的帶寬都不大于LTE系統(tǒng)所支持的上限（20MHz）。 連續(xù)和非連續(xù)載波聚合，如上圖所示。,13,Wider bandwidth transmission using carrier aggregation Entire system bandwidth up to, e.g., 100 MHz, comprises multiple basic frequency blocks called component carriers (CCs) Satisfy requirements for peak data rate Each CC is backward compat

12、ible with Rel. 8 LTE Maintain backward compatibility with Rel. 8 LTE Carrier aggregation supports both contiguous and non-contiguous spectrums, and asymmetric bandwidth for FDD Achieve flexible spectrum usage,Frequency,System bandwidth, e.g., 100 MHz,CC, e.g., 20 MHz,UE capabilities,100-MHz case,40-

13、MHz case,20-MHz case (Rel. 8 LTE),載波聚合概念（2）,14,Symmetric/Asymmetric 載波聚合（1）,對稱/不對稱載波聚合指的是下行與上行有相同/不相同的載波數(shù)目。 不對稱載波聚合即可以是cell-specific的，也可以是UE-specific的，cell-specific不對稱載波是從系統(tǒng)的角度來看待的，而UE-specific不對稱載波是從UE的角度來看待的。,15,Symmetric/Asymmetric 載波聚合（2）,圖(a)從系統(tǒng)的角度來看是對稱載波，但是由于不同的UE有不同的業(yè)務(wù)需求、射頻單元處理能力以及基帶模塊結(jié)構(gòu)，因此從U

14、E角度來看，可以被配置為不對稱載波聚合方式，并能夠通過靜態(tài)或半靜態(tài)配置進行切換。 UE-specific不對稱載波聚合技術(shù)的應(yīng)用，為LTE-A中負載均衡、干擾協(xié)調(diào)、QoS管理以及功率控制等技術(shù)提供了更大的靈活性。,16,Component Carrier types （1）,Backwards compatible carrier 允許LTE UEs和LTE-A UEs接入； 可以作為一個獨立的CC或者聚合載波中的一部份； 對于FDD，在下行和上行總是配對使用。 Non-backwards compatible carrier 允許LTE-A UEs接入，但是LTE UEs不能被接入； 可以作

15、為一個獨立的CC或者聚合載波中的一部份。 Extension carrier 不可以作為一個獨立的CC，只能作為聚合載波中的一部分。,17,Component Carrier types （2）,CC之間的本質(zhì)區(qū)別是看它是否能夠被配置為一個小區(qū)以及是否能夠為UE提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。 后向兼容和非后向兼容CC都可以有小區(qū)ID，都可以為UE提供數(shù)據(jù)傳輸，都可以即為stand-alone或者no stand-alone，唯一的區(qū)別在于是否支持LTE UE。 對于擴展CC，不能是stand-alone，但應(yīng)該可以同時支持LTE UE和LTE-A UE，但需要進行RB塊分配。 前2種CC是基礎(chǔ)，對于擴展C

16、C，則需要進一步分析和研究其是否有必要。,18,MAC-PHY interface,方案A：載波的數(shù)據(jù)流在 MAC層聚合；方案B：載波的數(shù)據(jù)流在物理層聚合。 一個UE可以同時在多個CC上進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收傳輸 在沒有采用空間復(fù)用情況下，一個UE在被調(diào)度的每個CC上只能有一個傳輸塊和一個HARQ實體，且每個傳輸塊只能被映射到一個CC上,19,下行層2協(xié)議結(jié)構(gòu),R8和R10區(qū)別之處,20,上行層2協(xié)議結(jié)構(gòu),R8和R10區(qū)別之處,21,基于CA的PDCCH設(shè)計,PDCCH的編碼方式有獨立和聯(lián)合編碼方式；PDCCH映射方式有分布式和集中式 考慮到后向兼容性、實現(xiàn)復(fù)雜度以及PDCCH的鏈路自適應(yīng)，最后

17、LTE-A確定采用basic solution和Alternative solution 3 方案,22,LTE-A中載波聚合其它方面設(shè)計,PUCCH設(shè)計 PHICH設(shè)計 PRACH設(shè)計 PCFICH設(shè)計 上行功率控制 上行CM other,23,CoMP技術(shù)背景,協(xié)作多點（CoMP，Coordinated Multiple Points）傳輸技術(shù)是指協(xié)調(diào)的多點發(fā)射/接收技術(shù)，這里的多點是指地理上分離的多個天線接入點。,CoMP 技術(shù)通過移動網(wǎng)絡(luò)中多節(jié)點（基站、用戶、中繼節(jié)點等）協(xié)作傳輸，解決現(xiàn)有移動蜂窩單跳網(wǎng)絡(luò)中的單小區(qū)單站點傳輸對系統(tǒng)頻譜效率的限制，更好地克服小區(qū)間干擾，提高無線頻譜傳輸效

18、率，提高系統(tǒng)的平均和邊緣吞吐量，進一步擴大小區(qū)的覆蓋。 eNB之間的CoMP技術(shù)采用X2接口進行有線傳輸，eNB與Relay之間的CoMP技術(shù)采用空口進行無線傳輸。,24,下行CoMP傳輸是指地理位置上分離的多點的動態(tài)協(xié)調(diào)傳輸。 在3GPP RAN1 55bis會議上確定了CoMP傳輸?shù)脑瓌t： UE只接收來自一個小區(qū)(anchor cell)的PDCCH UE能夠或者不能夠意識到是哪些小區(qū)（Active CoMP Set）在發(fā)送PDSCH。 CoMP研究熱點： 反饋機制 CoMP下行傳輸機制,下行CoMP傳輸（1）,25,CoMP transmission schemes in downlin

19、k Joint processing (JP) Joint transmission (JT): Downlink physical shared channel (PDSCH) is transmitted from multiple cells with precoding using DM-RS among coordinated cells Dynamic cell selection: PDSCH is transmitted from one cell, which is dynamically selected Coordinated scheduling/beamforming

20、 (CS/CB) PDSCH is transmitted only from one cell site, and scheduling/beamforming is coordinated among cells,Coherent combining or dynamic cell selection,Coordinated scheduling/beamforming,Joint transmission/dynamic cell selection,下行CoMP傳輸（2）,26,CoMP reception scheme in uplink Physical uplink shared

21、 channel (PUSCH) is received at multiple cells Scheduling is coordinated among the cells Improve especially cell-edge user throughput Note that CoMP reception in uplink is implementation matter and does not require any change to radio interface,Receiver signal processing at central eNB (e.g., MRC, M

22、MSEC),Multipoint reception,上行CoMP接收,27,CoMP反饋機制,顯式反饋（explicit feedback） 用戶觀測到信道狀況后（例如：頻域信道響應(yīng)信息），不對該信息進行任何處理，直接反饋給基站，使基站獲取完全的信道響應(yīng)信息。 隱式反饋（implicit feedback） 用戶在觀測到信道狀況后，對得到的信道信息進行處理，轉(zhuǎn)化成特定的量化數(shù)值反饋給基站（例如CQI/PMI/RI）。 基于SRS的反饋 利用信道互易性，在eNB端通過UE發(fā)送的SRS估計上行CSI，進而獲得下行CSI。 Huawei提出LTE-A中需要重新設(shè)計SRS，以滿足正交特性 ，否則影響

23、SRS估計結(jié)果。,28,CoMP下行聯(lián)合傳輸（1）,Global precoding ： 多協(xié)作小區(qū)聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計一個預(yù)編碼矩陣 ； 性能優(yōu)； 復(fù)雜度高。,其中，K為用戶標識，Xk為傳輸給UEk的數(shù)據(jù)，Waggk為根據(jù) Haggk得到的預(yù)編碼矩陣,29,MBSFN Precoding： 多協(xié)作小區(qū)使用相同的預(yù)編碼矩陣,Wk是根據(jù)組合信道 得到的預(yù)編碼矩陣,CoMP下行聯(lián)合傳輸（2）,30,Local Precoding ： 協(xié)作小區(qū)分別使用獨立的基于單小區(qū)的預(yù)編碼矩陣 ； 每個小區(qū)都有需要獨立的PMI反饋，開銷大。,Wk是根據(jù)信道 得到的預(yù)編碼矩陣,CoMP下行聯(lián)合傳輸（3）,31,Weight

24、ed Local Precoding ： 協(xié)作小區(qū)分別使用獨立的基于單小區(qū)的預(yù)編碼矩陣 ； 在此基礎(chǔ)上使用加權(quán)因子進行修正，帶來的更大的性能增益 ； 每個小區(qū)都有需要獨立的PMI和加權(quán)因子反饋，開銷大。,為小區(qū)特有的三角矩陣，從預(yù)定義的碼本中選擇,CoMP下行聯(lián)合傳輸（4）,32,Possible Antenna Configurations in UE （1）,27 cm ( 3l),21 cm ( 2.3l),Laptop type PC Four antennas can be implemented in relatively small laptop PCs (B5 size). M

25、oreover, 8 antenna configuration is possible Polarized antenna is beneficial to saving implementation space Sufficiently low antenna correlation is achieved when antenna separation is greater than 0.5l,27 cm ( 3l),21 cm ( 2.3l),Examples of 8 antenna implementation,*Assuming carrier frequency of 3.4

26、GHz,33,Possible Antenna Configurations in UE （2）,PDA type UE (Smart Phone) In PDA type UEs, four antennas can be implemented assuming the carrier frequency in, e.g., the C-band, although elaborate antenna design and implementation are necessary,Example of 4 antenna implementation,*Assuming carrier f

27、requency of 3.4 GHz,5 cm ( 0.5l),11 cm ( 1.2l),34,Extension up to 8-stream transmission Rel. 8 LTE supports up to 4-stream transmission, LTE-Advanced supports up to 8-stream transmission Satisfy the requirement for peak spectrum efficiency, i.e., 30 bps/Hz Specify additional reference signals (RS) T

28、wo RSs are specified in addition to Rel. 8 common RS (CRS) Channel state information RS (CSI-RS) UE-specific demodulation RS (DM-RS) UE-specific DM-RS, which is precoded, makes it possible to apply non-codebook-based precoding UE-specific DM-RS will enable application of enhanced multi-user beamform

29、ing such as zero forcing (ZF) for, e.g., 4-by-2 MIMO,Max. 8 streams,Enhanced MU-MIMO,Higher-order MIMO up to 8 streams,CSI feedback,Enhanced Multi-antenna Techniques in Downlink,35,Introduction of single user (SU)-MIMO up to 4-stream transmission Whereas Rel. 8 LTE does not support SU-MIMO, LTE-Adva

30、nced supports up to 4-stream transmission Satisfy the requirement for peak spectrum efficiency, i.e., 15 bps/Hz Signal detection scheme with affinity to DFT-Spread OFDM for SU-MIMO Turbo serial interference canceller (SIC) is assumed to be used for eNB receivers to achieve higher throughput performa

31、nce for DFT-Spread OFDM Improve user throughput, while maintaining single-carrier based signal transmission,Max. 4 streams,SU-MIMO up to 4 streams,Enhanced Multi-antenna Techniques in Uplink,36,中繼技術(shù) （1）,系統(tǒng)的吞吐量隨著小區(qū)數(shù)目增加呈現(xiàn)指數(shù)增長，但是需要考慮無線承載耗費的資源。,提高中高速率數(shù)據(jù)應(yīng)用的覆蓋 提高小區(qū)的吞吐量，尤其是邊緣吞吐量 不采用宏NodeB和有線承載，有效的增加容量,37,按

32、照轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)的協(xié)議層次 層1中繼(Repeater) 最小的延時 (+) 資源統(tǒng)一使用(+) 層2中繼 引入額外的延時(-) 資源分割(-) 需要額外的移動性管理機制 層3中繼 等價于具有自動承載的eNB,按照是否被UE可見 透明中繼 對于UE不可見，不發(fā)送廣播和同步信息 復(fù)雜度低 (+) 資源統(tǒng)一使用(+) 非透明中繼 對于UE可見，發(fā)送廣播和同步信息 復(fù)雜度高(-) 分布式資源,按照中繼鏈路和接入鏈路的發(fā)送協(xié)調(diào)方式 TDD中繼 FDD中繼,中繼技術(shù) （2）,38,中繼在LTE-A中的應(yīng)用（1）,中繼的引入 LTE-A系統(tǒng)帶寬很大，功率和覆蓋范圍嚴重受限 用傳統(tǒng)的微基站方式改善各種覆蓋問題成本

33、仍然較高 而普通直放站在放大信號的同時放大干擾,中繼的應(yīng)用場景 盲點/建筑物內(nèi)/陰影/建筑峽谷/小區(qū)邊緣 移動交通工具，如鐵路/公共交通 臨時組網(wǎng),中繼的優(yōu)勢 改善覆蓋 增加容量，提升系統(tǒng)頻譜效率 采用無線回程，無需挖溝布線，只需要供電支持,39,中繼作為LTE R10的一個重要特征正在3GPP進行深入的研究 使用的頻段 Inband 接入鏈路和中繼鏈路使用相同的頻段 Outband 接入鏈路和中繼鏈路使用不同的頻段 中繼分為兩種類型： Type1中繼 具有獨立的小區(qū)ID，發(fā)送自己的導頻和同步信號 實際意義上的支持無線Backhaul的小型基站 用于擴展覆蓋和補盲等 Type2中繼 沒有獨立的

34、小區(qū)ID，不發(fā)送自己的導頻和同步 支持不同的物理層協(xié)作通信方式 用于增加小區(qū)吞吐量和頻譜效率,中繼在LTE-A中的應(yīng)用（2）,40,At least “Type 1” relay nodes are part of LTE-Advanced. A “type 1” relay node is an inband relaying node Relay node (RN) creates a separate cell distinct from the donor cell UE receives/transmits control signals for scheduling and HAR

35、Q from/to RN RN appears as a Rel. 8 LTE eNB to Rel. 8 LTE UEs Deploy cells in the areas where wired backhaul is not available or very expensive,eNB,RN,UE,Cell ID #x,Cell ID #y,Higher node,Type 1 Relay,41,Type 2 Relay,A “type 2” relay node is an inband relaying node characterized by the following: It

36、 does not have a separate Physical Cell ID and thus would not create any new cells. It is transparent to Rel-8 UEs; a Rel-8 UE is not aware of the presence of a type 2 relay node. It can transmit PDSCH. At least, it does not transmit CRS and PDCCH.,42,異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（Heterogeneous Networks，HetNet ）：In order to meet the performance requirements for LTE-A , a common theme discussed by multiple companies was the incorporation in the system of new nodes wit