LTE第三次课材料分析.docx

下行信道工作过程 加扰：物理层传输的码字都需要经过加扰； 调制：对加扰后的码字进行调制,生成复数值的调制符号； 层影射：将复数调制符号影射到一个或多个发射层中； 预编码：对每个发射层中的复数调制符号进行预编码, 并影射到相应的天线端口； RE 影射：将每个天线端口的复数调制符号影射到相应的 RE 上； OFDM 信号生成：每个天线端口信号生成 OFDM 信号.上行信道工作过程 加扰： 调制：对加扰后的码字进行调制,生成复数值的调制符号； 转换预编码：生成复数值的符号；RE 影射：将复数符号影射到相应的 RE 上； SC-FDMA 信号生成：每个天线端口信号生成 SC-FDMA 信号.一、 OFDM 形成为了解决低效利用频谱资源问题, 在20世纪 60年代提出一种思想, 即使用 子信道频谱相互覆盖的并行数据传输和 FDM ,要求每个子信道内承载的信号传输速率为b,而且各子信道在频域的距离也是 b,这样可以皮面使用高速均衡, 并且可以对抗窄带脉冲噪声和多径衰落,而且还可以充分的利用可用的频谱资 源.〔OFDM的雏形〕1971年,Weinstein和Ebert把离散傅里叶变换〔DFT〕应用到并行传输系统 中,作为调制和解调的一局部, 这样就不再利用带通滤波器而是经过基带处理就 可以实现 FDM. 〔OFDM 形成〕20世纪80年代中期,欧洲在数字音频播送〔DAB 〕方案中采用了这种并行 传输方法,使得 OFDM 开始受到关注并且得到广泛应用.20 世纪 80 年代后, OFDM 渐渐在数据音频播送〔 DAB 〕、数字视频播送 〔DVB 〕、基于IEEE802.11标准的无限本例局域网〔WLAN〕以及有线 网上 基于现有铜双绞线的非对称高比特率数字用户线技术〔如ADSL〕中得到了广泛 应用.Wi-Fi 和 WiMAX 技术的兴起更是使得 OFDM 成为一种“时髦〞的技术.3GPP LTE也采用了 OFDM技术,预计未来的 B3G技术也将基于 OFDM.OFDM 〔正交频分复用： Orthogonal Frequency Division Multiplexing 〕是一种特殊的多载波传输方案, 它可以被看作一种调制技术, 也可以被当作一种复用 技术.OFDM结合了多载波调制〔MCM〕和频移键控〔FSK〕,把高速的数据流分成 多个平行的低速数据流,把每个低速的数据流分到每个单子载波上 ,在每个子载波上进行FSK.选择OFDM的一个主要原因在于该系统能够很好地对抗频率选 择性衰落或窄带干扰.LTE系统下行多址方式为正交频分多址 〔OFDMA〕,上行为基于正交频分复 用〔OFDM〕传输技术的单载波频分多址〔SC-FDMA 〕.见图 3.1.1OFDM 的根本思想：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假设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.OFDM 系统的优点：各子信道上的正交调制和解调可以采用 IDFT 和 DFT 实现,运算量小,实 现简单.OFDM 系统可以通过使用不同数量的子信道,实现上下行链路的非对称传 输.所有的子信道不会同时处于频率选择性深衰落, 可以通过动态子信道分配充 分利用信噪比高的子信道,提升系统性能.OFDM 系统的缺点：对频率偏差敏感： 传输过程中出现的频率偏移, 如多普勒频移, 或者发射机 载波频率与接收机本地振荡器之间的频率偏差,会造成子载波之间正交性破坏.存在较高的峰均比 〔PARA〕：OFDM 调制的输出是多个子信道的叠加,如果 多个信号相位一致, 叠加信号的瞬间功率会远远大于信号的平均功率, 导致较大 的峰均比,这对发射机 PA 的线性提出了更高的要求.二、 介绍一下循环前缀 CP:为克服OFDM系统所特有的符号间干扰ISI,在OFDM符号之间插入保护 间隔,保护间隔长度大于无线信道的最大时延扩展,这样一个符号的多径分量不 会对下一个符号造成干扰.为了防止空闲保护间隔,由于多径传播造成子载波间的正交性破坏,将每个OFDM符号的后Tcp时间中的样点复制到 OFDM符号的前面,LTE引入了循环 前缀 CP (cyclic prefix).CP的长度与覆盖半径有关,一般情况下下配置普通 CP (Normal CP)即可满足要求；广覆盖等小区半径较大的场景下可配置扩展 CP (Extended CP).CP长度配置越大,系统开销越大.三、 OFDM&号发送接收原理解析OFDMb号发送器的原理是用户信号以串行的方式输入发送器, 速率为R码字/秒.这些码字先被送入一个串行—并行变换器中,使串行输入的信号以并行的 方式输出到M条线路上.这M条线路上的任何一条上的数据传输速率那么为 R/M码字/秒.该OFDM码随后被送入一个进行快速傅立叶逆变换的模块,进行快速傅立叶 逆变换.快速傅立叶逆变换可以把频域离散的数据转化为时域离散的数据. 由此,用户的原始输入数据就被OFDMS照频域数据进行了处理.计算出快速傅立叶逆 变换样值之后,一个循环前缀被加到了样值前,形成一个循环拓展的 OFDM&息码字.添加循环前缀技术利用的是离散线性系统原理中的一个概念.我们知道,在 连续时间域,两个时域信号的卷积就等于这两个信号频域形式的乘积. 但是,这在离散时域的情况下一般是不成立的,除非使用无限大的样值点N或者至少一个 卷积信号是周期性的(在该情况下,信号可以被圆周卷积).由于我们只能使用 有限的样值点N,所以只能利用循环前缀使 OFDM言息码在我们感兴趣的时间区 内呈现周期性.循环拓展信息码的样值再次通过一个并行-串行转换器模块. 然后根据串行的方式通过信道(经过适当的滤波和调制).在传输过程中,信道的冲击响应对 时域信号造成了干扰.由于循环前缀使所传输的 OFDMI号表现出周期性,这种卷积就成了一种圆周卷积.根据离散时间线性系统原理,这种圆周卷积就相当于 OFDMI号的频率响应和信道频率响应的乘积.接收器完成与发送器相反的操作.接收器收到的信号是时域信号.由于无线信道的影响发生了一定的变化,接收到的信号经过一个串行一并行的转换器, 并 且把循环前缀去除掉.去除循环前缀并没有删掉任何信息.循环前缀中的信息是冗余的.使用循环 前缀是为了保证前面提到的卷积特性的成立.循环前缀的另外一个好处是可以消除码间干扰. 我们要求循环前缀的值比信 道内存更大一些.多径信号引起先发信息码字的滞后到达而影响当前信息码字, 从而产生码间干扰.但是,事实上,码间干扰仅仅会干扰当前信息码的循环前缀. 因此,使用适当大小的循环前缀就能够使 OFDM技术消除码间干扰.在去除了循环前缀之后,信号将会经过一个快速傅立叶变换模块,把信号从 时域转变回频域.信号经过一个并行-串行转换模块进行并串变换, 就完成了对 原始OFDM&号的接收.为了提升OFD啲信息传送水平,人们对OFD啲加载算法进行了广泛的研究. OFDM系统的每一个子信道都有两个参数须要决定,即发送功率和数据传输速率. 在各个子信道之间有效地分配功率和数据就可以提升系统效率. 此类有效地进行功率和数据分配的算法被称为加载算法.加载算法可以根据被优化的资源和所规定的限制条件来分类. 在速率适应算 法中,大家感兴趣的是在总功率的限制下, 如何使总数据传输速率最大化,当然 还要满足一定的误码率要求.四、多径效应〔multipath effect 〕:多径效应指电磁波经不同路径传播后, 各分量场到达接收端时间不同,按各 自相位相互叠加而造成干扰,使得原来的信号失真,或者产生错误.比方电磁波 沿不同的两条路径传播,而两条路径的长度正好相差半个波长, 那么两路信号到 达终点时正好相互抵消了〔波峰与波谷重合〕.这种现象在以前看模拟信号电视 的过程中经常会遇到,在看电视的时候如果信号较差,就会看到屏幕上出现重影, 这是由于电视上的电子枪从左向右扫描时,用后到的信号在稍靠右的地方形成了 虚像.因此,多径效应是衰落的重要成因.多径效应对于数字通信、雷达最正确检 测等都有着十分严重的影响.多径时延特性可用时延谱或多径散布谱〔即不同时延的信号分量平均功率构 成的谱〕来描述.与时延谱等价的是频率相关函数.实际上,人们只简单利用时 延谱的某个特征量来表征.例如,用最大时延与最小时延的差,表征时延谱的尖 锐度和信道容许传输带宽.这个值越小,信道容许传输频带越宽.五、多普勒效应1、多普勒效应指出,波在波源移向观察者接近时接收频率变高,而在波源远离观察者时接收频率变低.作业：简述LTE中CP的作用、设计原那么和类型#1、简述LTE与3G技术的区别有哪些?答：(1) 上下行链路分别选择 OFDM和SC-FDM无线接入方式；(2) 支持时域和频域的调度；(3) 提供点到点和点到多点传输的简单信道结构；(4) 简单的RRC犬态模式(空闲模式和连接模式)；(5) 减少了传输信道的数量(无需专用信道)；(6) MAC功能简化(MAC实体数量、DRX和 DTX的通用解决方案), 由RLC子层和MAC子层提供的调度、AR备口 HARQ;(7) UE和aGW之间采用PDCF子层提供包头压缩和加密功能；(8) 无压缩模式,通过调度发送/接收的时间间隔进行测量；(9) 简化的e-UTRAN结构(只有一类节点：eNodeB);(10) 支持在SDU水平的下行数据前传的硬切换；(11) 分布式的网络结构,列如RR(与 ARC功能均在eNodeB实现;(12) NAS信令终止于UE和aGW提供空闲模式的移动性处理；(13) 与NAS相关的 UE识别与2G和3G系统相似(如：IMSI/IMEI,TMSI forMME ).2、简述SC-FDMA信号的产生过程(1)信号调制,LTE支持QPSK和16QAM上行调制方式；( 2)调制后的 Ntx 数据符号块输入到 DFT 模块,并将数据流转换到 频域；( 3)不同用户的数据映射到不同的正交子载波上实现用户间正交频 率复用；不同用户的数据占用不同的正交子载波,不需要保护间隔, 和 OFDM 类似.子载波映射功能可以灵活实现信号到子载波的分配 方式；( 4)通过 IFFT 转换回时域和循环前缀 CP 插入(与 OFDM 类似)的处理过程；( 5)每个子载波均承当一局部 DFT 扩展的数据符号.。