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窃卢
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1 LTE 基础与射频测试

2 内容 LTE 概述 LTE 物理层技术 MIMO 基础 LTE 射频测试 R&S LTE 射频测试方案参考资料与文献 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 2

3 3GPP FDD 演进路线 WCDMA HSDPA/ HSUPA HSPA+ FDD LTE 3GPP release 3GPP Release 99/4 3GPP Release 5/6 3GPP Release 7 3GPP Release 8 App. year of network roll-out 2003/4 2005/6 (HSDPA) 2007/8 (HSUPA) 2008/ /2010 Downlink data rate 384 kbps (typ.) 14 Mbps (peak) 28 Mbps (peak) 100 Mbps (req.) Uplink data rate 128 kbps (typ.) 5.7 Mbps (peak) 11 Mbps (peak) 50 Mbps (req.) Round Trip Time ~ 150 ms < 100 ms < 50 ms ~ 10 ms Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 3

4 3GPP TDD(TD-SCDMA) 演进路线 TD-SCDMA HSDPA HSUPA TDD LTE 3GPP release 3GPP Release 4 3GPP Release 5 3GPP Release 7 3GPP Release 8 Downlink data rate 384/128 kbps (typ.) 2.8 Mbps (peak) 2.8 Mbps (peak)* 100 Mbps (req.) Uplink data rate 128 kbps (typ.) 128 kbps (typ.) 2.2 Mbs (peak)* 50 Mbps (req.) * Higher data rate with the use of multi carrier possible Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 4

5 内容 LTE 概述 LTE 物理层技术 OFDM/OFDMA/SC-FDMA FDMA 调制技术 LTE 下行信号 LTE 上行信号 UE 接入过程 : 小区搜索随机接入调度链路自适应链路自适应定时控制 ARQ 功率控制 MIMO 基础 LTE 射频测试 R&S LTE 射频测试方案参考资料与文献 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 5

6 认识多径干扰接收机 Symbol 1 Symbol 2 Delay spread 问题 : 由于接收机收到不同路径的信号, 不同 OFDM 符号之间会互相干扰, 称为 ISI (Inter Symbol Interfere) time Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 6

7 为什么采用 OFDM? 克服多径干扰单载波系统的多径干扰问题发射信号接收信号 t 延迟延迟扩展符号的延迟扩展造成了多径干扰传输符号长度越长多经干扰越小, 符号长度越短干扰越严重 t Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 7

8 OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplex 正交频分复用 c 0, c 1,..c n x(t) MQAM f 0 单载波系统 Symbol C 0 Symbol C 1 Symbol C 2 Symbol time T s t c 0 QAM x 0 (t) c k QAM f 0 x k (t) f 2 Symbol C 2 f k Σ f 1 Symbol C 1 c x (t) N-1 N-1 QAM f N-1 多载波系统 f 0 Symbol C 0 Symbol time T S t 多载波系统中, 每个载波的符号速率降低符号时间变长干扰减小了 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 8

9 OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplex 正交频分复用 f 2 f 1 duration T S -f 2 -f 2 1/T S f 0 f 1 载波的正交性 : f carrier = f 0 每个载波的归零点在其它载波的中心频点 f = 1/T S, T S 为载波的符号速率 f 0 ± n f 其中 n 为实数 f 2 f Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 9

10 OFDM 信号 : 以 4 个载波为例,x(t) 为 OFDM 信号 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 10

11 符号间干扰 ISI 抑制 : 加保护间隔 / 循环前缀 Guard Interval 保护间隔即 Cyclic Prefix 循环前缀 Guard Intervall Symbol l-1 L l l+1 L h( n) TG > Delay Spread Delay spread n Receiver DFT Window L L L L L L Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 11

12 CP:Cyclic Prefix 循环前缀符号后面的数据 Copy 后填充到前面可能的 CP 比例为 1/32 1/16 1/8 1/4 Cyclic Prefix (CP) Cyclic extension T g Useful symbol time T b = N FFT /F sampling Symbol Time T s Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 12

13 OFDM 信号的频谱 1 Subcarrier spectrum Amplitude f OFDM Spectrum S (f) in db 中心频率 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 13

14 OFDM OFDMA Frequency domain User 1 User 2 Frequency domain User 1 User 3 User 2 User 3 Time domain Time domain Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 14

15 OFDM 时间频率图 ( 以 5MHz 带宽为例 ) FFT 5 MHz Bandwidth Sub-carriers Symbols Guard Intervals Frequency Time 子载波相互正交每个子载波承载较低的速率每个子载波调制方式不同每个符号之间存在保护间隔符号时延比信道时延扩展要长, 可以降低符号间干扰 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 15

16 OFDM 实现框图 QAM symbol rate = N/T u symbols/sec Source(s) QAM Modulator 1: N N symbol streams 1/ T u symbol/sec IFFT OFDM symbols 1/ T u symbols/s N :1 Useful OFDM symbols 调制信号的串并转换 LTE 下行支持 QPSK 16QAM,64QAM 64QAM 调制方式串并转换后实现 IFFT IFFT 后的数据对应时域采样值 LTE 信号在对应的正交子载波和相应的时间符号上进行传输 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 16

17 SC-FDMA 信号时频图技术上与 OFDMA 类似, 差别在于 : OFDMA, 每个子载波承载一个指定符号的信息 SC-FDMA FDMA, 每个子载波承载多个符号信息 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 17

18 LTE 工作频率 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 18

19 LTE 下行信号 : 信号带宽和资源块 RB RB:Resource Block, 包括 12 个 Subcarrier( 子载波 ), 子载波间隔为 15kHz, RB 等于 180kHz 中心载波被抑制信道带宽与传输带宽 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 19

20 RB(Resource Block) 与 RE(Resource Element) Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 20

21 LTE 下行信号 : 子帧 Subframe 和时隙 Slot Radio Frame = 10ms = 10 Subframe = 20 slots TDD 系统,Subframe 1 一定是特殊子帧, Subframe 6 可能为特殊子帧 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 21

22 LTE 下行信号 :TDD 模式上下行时间开关点配置 U~ Uplink Subframe,D~Downlink subframe,s~ Special Subframe Dwpts: 下行导频,UpPTS: 上行导频,GP: 保护间隔 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 22

23 LTE 下行信号 : 循环前缀 CP 两种 CP:Normal CP 和 Large/Extented CP Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 23

24 LTE 下行信号 : 物理下行共享信道 PDSCH Physical Downlink Shared Channel 用户的数据由物理下行共享信道 PDSCH 所携带分配到每个用户的数据是以资源块为单位的, 一个用户的数据被分配整数个资源块, 而且这些资源块互相邻近每个用户传送数据的分配以 1ms(1 个子帧 ) 为周期在一个资源块和一个子帧内的数据只能分配给一个用户附图是 6 个用户共享下行数据信道的例子 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 24

LTE 下行信号 : 物理下行控制信道 PDCCH Physical Downlink Shared Channel PDCCH PDCCH, 携带下行控制信息 DCI(Downlink Control Information), 包括每个用户的调度信息 FDD 模式下位于子帧 1 前几个 OFDM 符号, 最多有三个符号 ( 附图是 2 个符号 ) TDD 模式下,PDCCH 也可以被映射到

25 LTE 下行信号 : 物理下行控制信道 PDCCH Physical Downlink Shared Channel PDCCH PDCCH, 携带下行控制信息 DCI(Downlink Control Information), 包括每个用户的调度信息 FDD 模式下位于子帧 1 前几个 OFDM 符号, 最多有三个符号 ( 附图是 2 个符号 ) TDD 模式下,PDCCH 也可以被映射到 DwPTS 的前两个符号物理控制格式指示信道 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel annel), 存在于第一个 OFDM 符号之中, 用于指示 PDCCH 占用几个 OFDM 符号物理混合自动重传指示信道 PHICH(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel annel) 携带上行数据包的 ACK/NACK 信息 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 25

26 LTE 下行信号 : 参考信号 RS(Reference Signal) 主要特性 : 下行信道质量检测与估计小区搜索通过系统天线的 Port0~3 发送采用长度为 31 的 Gold 序列相邻小区的 RS 具有不同的频域位移多个天线不能使用相同的 RS 1 根天线 2 根天线 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 26

27 LTE 下行信号 : 广播 PBCH 和同步信道 SCH Primary Broadcast Channel 和 Sync Channel 同步信道 SCH 包括主同步信道 P-SCH 和辅同步信道 S-SCH SCH, 携带小区识别号 Cell ID, 可用的 Cell ID 有 504 个, 分为 168 个组, 每个组包含 3 个 S-SCH SCH 携带有物理层小区识别组的信息 (0~ ) P-SCH 携带有物理层识别号信息 (0~2) 广播信道 PBCH, 它携带有基本的物理层信息, 如系统带宽占用 6 个 RB (72 个子载波 ), 位于中心频率左右 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 27

28 LTE 下行信号 : 主同步信道 PSCH 的位置 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 28

29 LTE 下行信号 : 辅同步信道 SSCH 的位置 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 29

30 LTE 下行信号 : 广播信道 PBCH 的位置 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 30

31 LTE 物理信道及主要特性 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 31

32 LTE 下行信号 : TDD 模式下的子帧结构 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 32

33 LTE 上行信号 : PUSCH 物理上行共享信道 Physical Uplink Shared Channel 用户数据通过物理上行共享信道 PUSCH 传输在 PUSCH 信道上可以使用上行跳频技术, 支持子帧内 ( 即时隙间 ) 和子帧间跳频帧内跳频,UE 在一个子帧内的 2 个时隙使用不同的频率分配, 帧间跳频, 每个子帧的频率资源分配会不同 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 33

LTE 上行信号 :PUCCH 物理上行控制信道 Physical Uplink Control Channel PUCCH 携带上行控制信息 UCI(Uplink Control Information nformation) 接收下行数据包的 ACK/NACK 信息下行信道质量指示 CQI 报告预编码矩阵信息 PMI 和

34 LTE 上行信号 :PUCCH 物理上行控制信道 Physical Uplink Control Channel PUCCH 携带上行控制信息 UCI(Uplink Control Information nformation) 接收下行数据包的 ACK/NACK 信息下行信道质量指示 CQI 报告预编码矩阵信息 PMI 和 MIMO 秩的指示 RI 调度请求 PUCCH 总是分布在上行频率的两个边界, 时隙之间跳频用户设备没有数据在 PUSCH 信道上传送时, 它只用 PUCCH 信道如果用户设备有数据则通过 PUSCH 信道传送, 用户设备将控制信息和数据复用 PUCCH 信道的不同格式指示不同类型的信息 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 34

35 LTE 上行信号 : 参考信号解调用参考信号 DMRS (Demodulation Reference Signal) 用于信道估计以便 enodeb 的接收机能够解调出控制信息和数据信息正常循环前缀情况下, 它位于每个时隙的第四个符号和分配的上行数据有相同的带宽探测用参考信号 SRS (Sounding Reference Signal) 给基站提供信道质量参考, 基站根据它做调度决定用户设备在不进行上行数据传输的带宽内发送一个探测参考信号, 探测参考信号位于每个子帧的最后一个符号探测信号的配置, 如带宽持续时间周期由高层提供 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 35

36 LTE UE 初始接入过程 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 36

37 LTE 小区搜索流程 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 37

38 随机接入 (Random Access) 请求初始接入重新建立上行连接随机接入 Preamble T CP = 0.1ms T PRE = 0.8ms T GT = 0.1ms Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 38

39 随机接入 (Random Access) 每个小区同时最多 64 个随机接入从 Zadoff-Chu 序列产生 72 子载波, 带宽 1.08MHz 开环功率控制 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 39

40 上行调度链路自适应定时控制上行调度 : 由 enodeb 完成, 指定 UE 使用的时间和频率资源, 调度决定可能基于 Qos UE 的缓冲状态上行信道质量 CQI UE 的能力等因素, 通过 PDCCH 信道传输上行链路自适应 : UE 可能自适应调整发射功率调制方法信道编码以及信号传输带宽上行定时控制 : enodeb 通过接收机窗口来校准不同 UE 的发射时间 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 40

41 自动请求重传 ARQ(Automatic Repeat Request ) 数据重新传输的协议 UE 收到不正确的 PDSCH 数据包时, 通过 PUCCH 或者 PUSCH 发送 ACK/NACK 信息, 请求基站重新传输 FDD 模式下最多允许 8 个 ARQ 进程 enodeb 收到不正确的 PUSCH 数据包时, 通过 PHICH 信道发送 ACK/NACK 信息, 请求 UE 重新传输 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 41

42 功率控制下行功率控制 PDSCH 不采用功率控制, 可以采用频域调度来补偿 PDCCH PCFICH PHICH 采用一定的功率控制, 功率控制频率比 CDMA 慢, 称为半静态的功率分配上行功率控制 PUSCH PUCCH SRS 有功率控制, 补偿路径损耗和阴影随机接入信道 PRACH 采用功率递增对 PRACH Preamble 进行控制 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 42

43 内容 LTE 概述 LTE 物理层技术 MIMO 基础认识 MIMO MIMO 系统中的 Fading MIMO 在 LTE 中的应用 LTE 射频测试 R&S LTE 射频测试方案参考资料与文献 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 43

44 什么是 MIMO? Tx SISO Rx MIMO Multiple In Multiple Out- 多输入多输出系统 MIMO = Multiple Input Multiple Output SIMO = Single Input Multiple Output (Receive Diversity) MISO = Multiple Input Single Output (Transmit Diversity) SISO = Single Input Single Output Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 44

45 无线信道的基本表现形式 C A F D Transmitter E B Amplitude A: 自由空间衰落 B: 反射 C: 绕射 D: 散射 E: 阴影衰落 F: 多普勒时延扩展 Time Delay Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 45

46 MIMO 无线信道的表现形式共 N T x N R 衰落信道 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 46

47 MIMO 无线信道的表现形式 MIMO 系统接收信号的表现形式 ( 窄带和时不变系统 ): R = H*s + n 其中 : R: 接收信号 H: 传输信道矩阵 S: 发射信号 n: 加性白噪声 H = h h M hn 1,1 2,1 r,1 h h h 1,2 2,2 M N r,2 L L L h h h 1, 2, N M r, N t N t N t Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 47

48 为什么要使用 MIMO? 随着天线对数目的增加, 信道容量增加无需额外的 RF 带宽 Tx1 Rx1 Tx2 Rx2 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 48

49 内容 LTE 概述 LTE 物理层技术 MIMO 基础 LTE 射频测试 ( 以 UE 为例 ) 发射机测试接收机测试接收机性能测试 LTE 射频测试方案参考资料与文献 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 49

50 UE 的发射机测试 6.2 Transmit power UE Maximum Output Power Maximum Power Reduction (MPR) Additional Maximum Power Reduction (A-MPR) Configured UE transmitted Output Power 6.3 Output Power Dynamics Minimum Output Power Transmit OFF power ON/OFF time mask Power Control 6.5 Transmit signal quality Frequency Error Transmit modulation 6.6 Output RF spectrum emissions Occupied bandwidth Out of band emission Spurious emissions 6.7 Transmit intermodulation Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 50

51 UE 的发射机测试 : 调制特性调制特性 EVM vs. sub-carrier ( 子载波的 EVM) EVM, Magnitude error and Phase error vs. SC-FDMA Symbol EVM, Magnitude error and Phase error per slot Frequency Error ( 频率误差 ) IQ Origin Offset ( 原点漂移 ) Spectrum flatness ( 频谱平坦度 ) IQ Constellation diagram ( 星座图 ) Inband emissions ( 带内杂散 ) Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 51

52 Spectral flatness ( 频谱平坦度 ) Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 52

53 EVM vs. subcarrier ( 子载波的 EVM) Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 53

54 Inband emissions ( 带内杂散 ) 不同的用户设备 UE 共享传输频率资源, 必须评估单个 UE 在未分配资源块上的干扰三种类型的带内杂散 : general, DC image and IQ 镜像区域. Channel bandwidth (e.g. 20 MHz = 100 RB) Used allocation < ½ channel bandwidth Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 54

55 IQ Constellation diagram (IQ 星座图 ) LTE PUSCH 采用 QPSK, 16QAM 和 64 QAM 调制方式上行每个子帧只采用一种调制方式 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 55

56 Error Vector Magnitude ( 误差矢量幅度 EVM) EVM vs. symbol 1 SC-FDMA symbol 1 Time Slot = 0.5 ms 7 SC-FDMA symbols (normal Cyclic Prefix (CP)) Time 1 subframe = 1 ms [minimum Transmit Time Interval (TTI)] Frequency Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 56

Inband Emission meas.) Transmit Power Power vs.

57 UE 的发射机测试 : 功率测量功率测量 Peak Power (displayed in modulation measurements) RB (recourse block) Power (displayed in Inband Emission meas.) Transmit Power Power vs. Subframe (displayed in modulation and SEM meas.) Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 57

58 LTE 发射功率 RB power = 资源块功率, 针对 1 RB TX power = 所有资源块发射功率总积分 TX power value corresponds to the maximum UE output power depending on the settings! Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 58

59 UE 的发射机测试 : 频谱测试 Adjacent Channel Power 邻信道功率 (ACP) Occupied Bandwidth 占用带宽 (OBW) Spectrum Emission Mask 频谱发射模板 (SEM) Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 59

60 邻信道功率泄漏比 ACLR Adjacent Channel Leakage Ratio Active LTE carrier, 20MHz BW 1 adjacent LTE carrier, 20MHz BW 2 adjacent WCDMA carriers, 5MHz BW Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 60

61 OBW & SEM OBW: Occupied BandWidth, 99% 的功率占据的频谱宽频谱宽度 SEM: Spectrum Emission Mask, 采用不同的分辨率带宽远端采用 1 MHz, 近端采用 30 khz 的 RBW 99% 1 MHz RBW 30 khz RBW Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 61

62 SEM 限制线 Limits depend on channel bandwidth Spectrum emission limit (dbm)/ Channel bandwidth f OOB (MHz) 1.4 MH z 3.0 M Hz 5 M Hz 10 M Hz 15 M Hz 20 M Hz Measurement bandwidth ± khz ± MHz Limits dependent on offset from assigned BW ± MHz ± MHz ± MHz ± MHz ± MHz ± MHz Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 62

63 UE 的发射机测试 : 资源块 RB 分配表 Subcarrier spacing = 15 khz frequency UE3 UE2 UE6 UE5 UE4 QPSK, 16QAM or 64QAM modulation UE1 time 1 resource block = 180 khz = 12 subcarriers *TTI = transmission time interval ** For normal cyclic prefix duration 1 slot = 0.5 ms = 7 SC-FDMA symbols** 1 subframe = 2 slots = 1ms= 1 TTI* Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 63

64 资源块 RB 分配表 frequency 20MHz channel BW = 100 RBs max 上行 UL 资源块 RB 的分配随着时间变化根据调度计划, 例如使用 RMC 设置 time Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 64

65 ON/OFF 时间模板 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 65

66 UE 的接收机测试 7.3 Reference sensitivity level ( 参考灵敏度 ) 7.4 Maximum input level ( 最大输入电平 ) 7.5 Adjacent Channel Selectivity (ACS, 邻道选择性 ) 7.6 Blocking characteristics ( 阻塞特性 ) 7.7 Spurious response ( 杂散响应 ) 7.8 Intermodulation characteristics ( 互调特性 ) 7.9 Spurious emissions ( 杂散发射 ) Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 66

67 下行参考信道 DL reference measurement channels 用于接收机特性测试 : Tables A and A are applicable for measurements on the Receiver Characteristics (clause 7) with the exception of sub-clause 7.4 (Maximum input level). Tables A.3.2-3, A.3.2-3a, A.3.2-3b, A3.2-4, A3.2-4a and A.3.2-4b are applicable for sub-clause 7.4 (Maximum input level). Tables A and A also apply for the modulated interferer used in Clauses 7.5, 7.6 and 7.8 with test specific bandwidths. Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 67

68 UE 的接收机测试 : Rx Measurements Counting ACKnowledgement (ACK) NonACKnowledgement (NACK) Calculating BLER (NACK/ALL) Throughput [kbps] Flexibility Change paramters directly in the measurement on the fly Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 68

69 UE 的性能 (Performance) 测试 8.2 Demodulation of PDSCH (Cell-Specific Reference Symbols) 8.3 Demodulation of PDSCH (User-Specific Reference Symbols) 8.4 Demodulation of PCFICH/PDCCH 8.5 Demodulation of PHICH 8.6 Demodulation of PBCH Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 69

70 内容 LTE 概述 LTE 物理层技术 MIMO 基础 LTE 射频测试 LTE 射频测试方案 R&S 测试仪器一览发射分集和接收分集 2*2MIMO 2*4MIMO 4*2MIMO 参考资料与文献 Jul 2010 LTE 基础与射频测试付国映 70

Microsoft Word - CMU200 WCDMA 手機測試步驟.doc

Microsoft Word - CMU200 WCDMA 手機測試步驟.doc 所有測試基於 3GPP TS34.121 CMU200 WCDMA 手機測試步驟 CMU200 測試前的設置 1. 按 Reset 鍵初始化 CMU200 2. 按 Menu Select 鍵, 選擇 WCDMA FDD Signaling 3. 按 BS Signal 軟鍵 ( 螢幕下部 X 軸 ), 進入 Node-B Settings, 選擇 Level Reference, 設置 Output