2-LTE关键技术.pdf

LTELTE关键技术关键技术 技术支持中心 目目 录录 一 双工方式一 双工方式 二 多址方式二 多址方式 三 三 MIMOMIMO 四 干扰抑制技术四 干扰抑制技术 五 自适应调制编码五 自适应调制编码 AMCAMC 六 六 HARQHARQ 七 调度算法七 调度算法 八 八 SONSON LTELTE关键技术关键技术 可选的双工方式 可选的双工方式 TDD OFDM系统中各个子载波相互交叠 互 相正交 从而极大地提高了频谱利用 率 frequency 传统多载波 frequency OFDM frequency OFDMOFDM原理原理 OFDM的基本原理是将高速的数据流分解为N个并行的低速数据流 在N个子载波上同 时进行传输 这些在N子载波上同时传输的数据符号 构成一个OFDM符号 OFDM将频域划分为多个子信道 各相邻子信道相互重叠 但不同子信道相互正交 将高速的串行数 据流分解成若干并行的子数据流同时传输 OFDM子载波的带宽 信道 相干带宽 时 可以认为该信道是 非频率选择性信道 所经历的 衰落是 平坦衰落 OFDM符号持续时间 信道 相干时间 时 信道可以等效为 线性时不变 系统 降低信道时间 选择性衰落对传输系统的影响 频域波形 f 宽频信道 正交子信道 OFDMOFDM频域波形频域波形 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 大大降低了频谱 效率 FDM OFDM OFDM 各 子 载波重叠排列 同时保持 子 载波的正交性 通过FFT实现 从而在相同 带宽内容纳数量更多 子 载波 提升频谱效率 频率频率 频率频率 节省带宽资源节省带宽资源 传统频分复用传统频分复用 FDM 多载波调制技术多载波调制技术 正交频分复用正交频分复用 OFDM 多载波调制技术多载波调制技术 图图 FDM和和OFDM带宽利用率的比较带宽利用率的比较 OFDMOFDM对比对比FDMFDM OFDMOFDM关键问题及解决方案关键问题及解决方案 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 OFDMOFDM关键问题及解决方案关键问题及解决方案 下行 高性能功放下行 高性能功放 上行 上行 SCSC FDMAFDMA 符号间无保护间隔时 会造成ISI和ICI ISI Inter symbol Interference 符号间干扰 ICI Inter Carrier Interference 载频间干扰 CPCP 概述概述 无保护间隔无保护间隔 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 频域上看受了ICI 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 CDMACDMA符号间保护间隔符号间保护间隔 空白间隔空白间隔 有空白保护间隔有空白保护间隔 符号之间空出一段时间作为保护间隔 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CDMA系统 因为CDMA载波间采用 传统FDM分隔 所以频域信号即使有一定 偏差也没有问题 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 CDMACDMA符号间保护间隔符号间保护间隔 CPCP 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OFDM系统 每个子载波宽度仅为 15kHz且交叠存在 子载波间干扰 ICI 对系统影响较大 因此采用CP消除ICI OFDMOFDM发射流程发射流程 串 并 变 换 并 串 变 换 插 入 CP I F F T 子 载 波 映 射 星座 映射 星座 映射 星座 映射 信 道 编 码 载 波 调 制 LTELTE多址方式多址方式 下行下行 OFDM是一种资源分配粒度更小的多址方式 同时支持多个用户 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 时域波形 t power 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 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RB不连续 集中式 连续RB分给一个用户 优点 调度开销小 优点 频选调度增益较大 用户A 用户B 用户C 子 载 波 频率 时间 在这个调度 周期中 用 户A是分布式 用户B是集中 式 SC FDMA和OFDMA原理相同 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 上行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 SCSC FDMAFDMA 上行多址方式特点上行多址方式特点 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 只支持集中式分配 LTELTE多址方式多址方式 上行上行 目目 录录 一 双工方式一 双工方式 二 多址方式二 多址方式 三 三 MIMOMIMO 四 干扰抑制技术四 干扰抑制技术 五 自适应调制编码五 自适应调制编码 AMCAMC 六 六 HARQHARQ 七 调度算法七 调度算法 八 八 SONSON 广义定义 多进多出 广义定义 多进多出 MultipleMultiple Input MultipleInput Multiple OutputOutput 多个输入和多个输出既可以来自于多个数据流 也可以来自于一个数据流的多个版本 按照这个定义 各种多天线技术都可以算作MIMO技术 狭义定义 多流狭义定义 多流MIMOMIMO 提高峰值速率 增大系统容量提高峰值速率 增大系统容量 多个信号流在空中并行传输 按照这个定义 只有空间复用和空分多址可以算作MIMO 无线通信系统可以利用的资源 时间 频率 功率 空间 多天线技术通过在收发两端同时使用多根天线 扩展了空间域 利用空间扩展的特征带来系统容量的 提升 MIMOMIMO定义定义 MIMOMIMO技术分类技术分类 从从MIMOMIMO的效果分类 的效果分类 传输分集传输分集 Transmit Diversity 利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性 发射或接收一个数据流 避免单个信道 衰落对整个链路的影响 提高边缘小区性能 在信噪比不高的情况下也能解调信号 空间复用空间复用 Spatial Multiplexing 利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性 向一个终端 基站并行发射多个数据流 以提高链路容量 峰值速率 波束赋形波束赋形 Beamforming 基站下行有波束赋形 利用较小间距的天线阵元之间的相关性 通过阵元发射的波之间形成干涉 集中能量于某个 或某 些 特定方向上 形成波束 从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果 空分多址空分多址 SDMA 利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性 向多个终端并向发射数据流 或从多个 终端并行接收数据流 以提高用户容量 从是否在发射端有信道先验信息分 从是否在发射端有信道先验信息分 闭环 Close Loop MIMO 通过反馈或信道互异性得到信道先验信息 开环 Open Loop MIMO 没有信道先验信息 高速移动下没有先验信息或者获得先验信息不准确不及时用开环高速移动下没有先验信息或者获得先验信息不准确不及时用开环MIMOMIMO 分集分集 复用复用 复用模式复用模式 不同天线发射不同的数据 可以直接增加容量 2 2MIMO 方式容量提高1倍 分集模式分集模式 不同天线发射相同的数据 在弱信号条件下提高用户速率 Beam formingBeam forming TDDTDD系统系统 BF的主要功能是 利用TDD系统上下行信道互易性 利用上行信道计算下行BF权值 BF技术可以提升小区边缘用户吞吐量 提升小区容量 BF技术可以降低用户间干扰 提升覆盖能力 Cell A Cell B Cell C UE 1 UE 2 UE 1天线天线 波束零点波束零点 UE 2天线天线 波束零点波束零点 技术 描述 天线分集 利用天线间无线信道的低相关性 提供额外的发送或接收分 集增益 来对抗无 线信道的衰落 波束赋形 利用天线内单元振子的高相关性 通过一定的相位叠加形成 特定的波束 是目 标方向上天线增益达到最大 从而提高发射 接收的信噪比 空间复用 MIMO 利用天线间无线信道在空间的正交性 在空口创建多条并行的信道 实现多数 据流的同时传输 从而使空口的传输速率成倍提高 常用多天线技术常用多天线技术 MIMOMIMO获得的增益获得的增益 陈列增益 分集增益 BF 波束赋形 空间复用增益 提升系统覆盖 提升系统容量 增加小区峰值吞吐率 增加小区平均吞吐率 MIMOMIMO信道容量的本质信道容量的本质 等效于多个正交并行子信道等效于多个正交并行子信道 发射机 接收机 1 2 r nxVUy H r 000 00 00 1 nxy 000 00 00 1 r nHxy SVD分解 奇异值分解 为信道矩阵的奇异值 代表每个子信道衰落的幅度为信道矩阵的奇异值 代表每个子信道衰落的幅度 i MIMOMIMO容量本质容量本质 天线模式相关概念天线模式相关概念 天线端口 1 2 4 层 映 射 预 编 码 信道编码交织调制 OFDM 调制 RE 映射 层 秩 1 2 3 4 码字 流 1 2 codewordlayer port 将一个码字解复 用到多个层上 传输模式不同 采用 不同的预编码矩阵 插入 CRS DRS 信道编码交织调制 MIMO下行发送过程 对于来自上层的数据进行信道编码 形成码字 对不同的码字进行调制形成符号 对不同码字的调制符号组合在一起进行层映射 层映射后的数据进行预编码映射到不同天线端口上发送 注意 由于码字数量和发送天线数量不一致 需要将码字流映射到不同的天线端口上 因此需要用到层映射与预编码 层映射与 预编码实际上是映射码字到发送天线的过程的两个子过程 码字 来自上层的业务流进行信道编码后的数据 不同的码字区分不同的数据流 通过MIMO发送多路数据 实现空间复用 由于 目前LTE系统接收端最多支持2天线 因此发送的数据流最多为2 LTE中一个TTI最多只能同时接收和发送2个TB 也就是2个码字 这决定了不管发送端天线为1 2或者4 码字的数量最多为2 如果发送端天线为1 实际能支持的码字。