LTE系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)

1、LTE系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，全球微波互聯(lián)接入技術(shù)（World interoperability Microwave Access，WiMAX）也得到了迅速的發(fā)展。在 2004 年，第三代合作伙伴計(jì)劃（3Rd Generation Partnership Project ， 3GPP ）組織提出了通用移動(dòng)通信系統(tǒng)（Universal Mobile Telecommunication System，UMTS）的長期演進(jìn)技術(shù)（Long Term Evolution，LTE）。3GPP組織提出 LTE 技術(shù)的目的是為了與WiMAX技術(shù)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)改善通信系統(tǒng)的性能。LTE 系統(tǒng)的基本

2、結(jié)構(gòu)與性能要求LTE 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)3GPP 組織啟動(dòng)LTE技術(shù)的直接原因好像是為了與 WiMAX 技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，但是其主要原因是移動(dòng)通信技術(shù)與寬帶無線接入技術(shù)（Broadband Wireless Access，BWA）之間的相互融合。寬帶無線接入技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)的寬帶有線接入技術(shù)進(jìn)行的改進(jìn)，它的發(fā)展過程是：從固定的無線局域網(wǎng)（IEEE 802.11x）發(fā)展到固定的無線城域網(wǎng)（IEEE 802.16d）,然后再向無線廣域網(wǎng)（IEEE 802.11e）發(fā)展。寬帶無線接入技術(shù)具有較高的無線接入數(shù)據(jù)速率，并且它的發(fā)展方向是從固定技術(shù)發(fā)展到游牧技術(shù)，最終發(fā)展到可以實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性。這個(gè)發(fā)展過程主要體現(xiàn)了

3、寬帶無線接入技術(shù)移動(dòng)化的趨勢(shì)。然而無線移動(dòng)通信技術(shù)則與之不同，因?yàn)橐苿?dòng)通信技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于移動(dòng)性和漫游性，并且隨著移動(dòng)通信技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，它的主要發(fā)展方向是高速化和寬帶化。所以3GPP組織和 3GPP2組織分別提出了向高速分組接入技術(shù)（High Speed Packet Access，HSPA）和高速分組數(shù)據(jù)技術(shù)（High Rate Packet Data，HRPD）演進(jìn)，即在能夠保持蜂窩移動(dòng)通信能力的同時(shí)，進(jìn)一步提高移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的接入能力，提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。這也主要體現(xiàn)了移動(dòng)通信向?qū)拵Щl(fā)展的趨勢(shì)。在 2004 年11月，因?yàn)槊媾R著移動(dòng)通信技術(shù)的寬帶化和無線接入技術(shù)的移動(dòng)化的挑戰(zhàn)， 3G

4、PP組織啟動(dòng)了關(guān)于 LTE 技術(shù)的研究工作。在 LTE 技術(shù)的研究過程中，一些移動(dòng)通信運(yùn)營商和通信設(shè)備制造商提出需要保護(hù)對(duì)于 3G 技術(shù)的投資，并且不應(yīng)該放棄 3G技術(shù)的相關(guān)優(yōu)化工作，所以在 2006 年，3GPP 組織又對(duì) HSPA 技術(shù)的演進(jìn)做了進(jìn)一步的規(guī)范。在 2006 年9月，3GPP組織已經(jīng)順利地完成了 LTE 技術(shù)的研究階段（Study Item，SI），并且在 2008 年底已經(jīng)基本完成了 LTE 技術(shù)的工作階段（Work Item，WI）標(biāo)準(zhǔn)的制定，對(duì)于具體的商業(yè)應(yīng)用估計(jì)要到 2010 年左右。目前，已經(jīng)有很多國內(nèi)外通信設(shè)備制造商都在加緊進(jìn)行對(duì) LTE 系統(tǒng)和 SAE 系統(tǒng)中的

5、相關(guān)設(shè)備的研究開發(fā)工作。圖2.1顯示了WCDMA與LTE之間的演進(jìn)關(guān)系。與高速下行分組接入技術(shù)不同，LTE 技術(shù)不具有后向兼容性。LTE 技術(shù)雖然只制定了關(guān)于 3G 無線接入網(wǎng)部分的長期演進(jìn)計(jì)劃，但是對(duì)于整個(gè)無線通信網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)來說，核心網(wǎng)和接入網(wǎng)的地位是同等重要的。實(shí)際上，3GPP 組織在2005年啟動(dòng)的系統(tǒng)演進(jìn)項(xiàng)目包括兩個(gè)主要部分：一個(gè)是LTE，在3GPP規(guī)范中使用的名稱是E-UTRAN（Evolved UTRAN）；另一個(gè)是整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演進(jìn)（System Architecture Evolution，SAE），3GPP 規(guī)范里正式使用的名稱是演進(jìn)的分組核心網(wǎng)（Evolved Packe

6、t Core network，EPC），主要目的是研究核心網(wǎng)絡(luò)的功能和組織結(jié)構(gòu)。完整的 UMTS 演進(jìn)體系由 E-UTRAN 和 EPC 共同組成，總稱為演進(jìn)的分組系統(tǒng)（Evolved Packet System，EPS）。演進(jìn)的分組系統(tǒng)的主要目標(biāo)是為了推動(dòng) 3GPP系統(tǒng)向著更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更低的網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延、更加優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)、更大的通信系統(tǒng)容量和更大的通信系統(tǒng)覆蓋范圍、更高的頻譜利用率以及更低的通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本的方向演進(jìn)。LTE 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以分為兩個(gè)主要部分，包括演進(jìn)后的核心網(wǎng)部分和演進(jìn)后的接入網(wǎng)部分。在LTE接入網(wǎng)部分中，網(wǎng)元設(shè)備只由演進(jìn)型基站（evolved Node B，e

7、NB）構(gòu)成，形成了更加扁平化的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。演進(jìn)型基站提供在用戶終端設(shè)備（User Equipment，UE）終止的用戶面和控制面的通信協(xié)議。其中，用戶面的通信協(xié)議主要包括分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（Packet Data Convergence Protocal，PDCP）、媒體接入控制協(xié)議（MediumAccess Protocal，MAC）、無線鏈路控制協(xié)議（Radio Link Control，RLC）、物理層協(xié)議（Physical Layer，PHY）等；控制面的通信協(xié)議主要包括無線資源控制協(xié)議（Radio Resource Control，RLC）。演進(jìn)型基站之間通過 X2 接口互相連接，演

8、進(jìn)型基站與演進(jìn)的分組核心網(wǎng)之間通過S1接口互相連接。具體地說，演進(jìn)型基站通過 S1-MME接口與移動(dòng)管理實(shí)體（Mobility Management Entity，MME）相連，同時(shí)通過S1-U接口與服務(wù)網(wǎng)關(guān)（Serving Gateway，S-GW）相連。S1接口能夠支持MME/S-GW和eNB之間多對(duì)多的連接。LTE 系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖 2.2 所示：演進(jìn)型基站的主要功能如下：（1）提供無線資源的管理，包括無線承載、無線通信的接入控制、通信鏈路的移動(dòng)性管理、對(duì)于用戶終端的上下行通信鏈路的資源調(diào)度等功能；（2）提供對(duì)于用戶數(shù)據(jù)流的 IP 數(shù)據(jù)包頭壓縮和加密的功能；（3）當(dāng)用戶終端提供的信息不

9、能夠確定所要連接的移動(dòng)管理實(shí)體的路由時(shí)，eNB 為其提供一個(gè)歸屬的移動(dòng)管理實(shí)體；（4）提供用戶面的數(shù)據(jù)到服務(wù)網(wǎng)關(guān)的路由；（5）調(diào)度和傳輸由移動(dòng)管理實(shí)體發(fā)起的尋呼消息；（6）調(diào)度和傳輸由移動(dòng)管理實(shí)體發(fā)起的廣播消息；（7）測(cè)量用戶終端的移動(dòng)性和調(diào)度無線資源，并且能夠配置相應(yīng)的測(cè)量報(bào)告；（8）對(duì)于移動(dòng)管理實(shí)體發(fā)起的地震和海嘯預(yù)警系統(tǒng)（Earthquake and Tsunami Warning System，ETWS）消息進(jìn)行調(diào)度和傳輸。移動(dòng)管理實(shí)體的主要功能如下：（1）處理非接入層（Non-Access Stratum，NAS）信令；（2）向演進(jìn)型基站發(fā)送尋呼消息；（3）對(duì)接入層進(jìn)行安全控制；（4

10、）對(duì)于涉及到核心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的信令控制的移動(dòng)性管理；（5）UE 處于空閑模式和激活模式下的跟蹤區(qū)（Tracking Area，TA）列表管理；（6）對(duì)于 PDN 網(wǎng)關(guān)（PDN Gateway，P-GW）和 S-GW 進(jìn)行選擇；（7）提供漫游和鑒權(quán)功能；（8）提供包括專用承載建立的承載管理功能。LTE 系統(tǒng)的性能要求LTE 系統(tǒng)的主要性能要求如下：（1）提供更高的系統(tǒng)容量：（a）目標(biāo)峰值傳輸速率：在 20MHz 帶寬下，要求系統(tǒng)能夠提供的下行數(shù)據(jù)傳輸速率大于 100Mbps，上行數(shù)據(jù)傳輸速率大于 50Mbps；要求 LTE 系統(tǒng)的系統(tǒng)容量為下行 34倍于高速下行分組接入（HSDPA），上行 23

11、 倍于高速上行分組接入（HSUPA）；（b）在實(shí)驗(yàn)的條件下，LTE 系統(tǒng)的最高頻譜效率可以達(dá)到 1020bps/Hz。（2）具有更加靈活的頻譜分配：（a）帶寬和頻譜資源的分配靈活，可以根據(jù)不同通信業(yè)務(wù)的需求，支持 1.25MHz、1.6 MHz、2.5 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz 七種不同的帶寬；（b）能夠支持對(duì)稱和非對(duì)稱的頻譜資源分配。（3）能夠支持無縫移動(dòng)：（a）提高處于小區(qū)邊緣的用戶吞吐量；（b）需要支持與現(xiàn)有 3GPP 系統(tǒng)和非 3GPP 系統(tǒng)的互操作；（c）進(jìn)一步優(yōu)化 15km/h 以下的低速率移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，同時(shí)能夠支持 120350km/h的高速移

12、動(dòng)通信業(yè)務(wù)。（4）系統(tǒng)的覆蓋要求：（a）5km 以內(nèi)的的小區(qū)覆蓋范圍都要滿足上述提出的系統(tǒng)頻譜效率、系統(tǒng)容量的要求和移動(dòng)性目標(biāo)；（b）當(dāng)小區(qū)覆蓋半徑達(dá)到 30km 的時(shí)候，允許系統(tǒng)的性能有輕微下降；（c）如果條件允許時(shí)，小區(qū)的通信半徑最大可以達(dá)到 100km。（5）要求更低的成本：（a）降低網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備終端的復(fù)雜度，并且使得系統(tǒng)內(nèi)的功率消耗在可接受的范圍之內(nèi)；（b）系統(tǒng)內(nèi)使用統(tǒng)一的 IP 協(xié)議。（6）通信網(wǎng)絡(luò)的功能和演進(jìn)目標(biāo)：（a）要求通信系統(tǒng)以分組域業(yè)務(wù)為主要目標(biāo)；（b）需要降低無線通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸時(shí)延：用戶平面的傳輸時(shí)延需要小于 10ms，控制平面的傳輸時(shí)延需要小于 100 ms；（c）充

13、分考慮到移動(dòng)通信多媒體廣播與多播業(yè)務(wù)、VoIP 等實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的 QoS 達(dá)到電路域水平；（d）能夠進(jìn)一步支持增強(qiáng)型 IMS 與核心網(wǎng)絡(luò)；（e）強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的后向兼容性，同時(shí)考慮了系統(tǒng)對(duì)于性能和容量增強(qiáng)等方面之間的折中問題。LTE 系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)LTE 系統(tǒng)可以支持兩種基本的工作模式，頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）；可以支持兩種不同的無線幀結(jié)構(gòu)，即 Type1 幀結(jié)構(gòu)和 Type2 幀結(jié)構(gòu)，這兩種類型幀的幀長均為 10ms。在這里提到的幀結(jié)構(gòu)是指無線幀的結(jié)構(gòu)。通過定義幀結(jié)構(gòu)，可以約束數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間來保證收發(fā)的正常進(jìn)行。Type1 幀結(jié)構(gòu)可以適用于 FDD、TDD 兩種工作模式，Type2 幀結(jié)

14、構(gòu)只能適用于 TDD 工作模式。FDD 方式是指上下行通信鏈路的信號(hào)傳輸使用不同的頻段，且上下行通信鏈路的帶寬要一致，即要求對(duì)稱的頻譜。在上下行通信鏈路的頻帶之間還要有稱為雙工方式間隔的保護(hù)頻帶；TDD 方式是指發(fā)送和接收信號(hào)在相同的頻段內(nèi)，上下行通信鏈路的信號(hào)在不同的時(shí)間段內(nèi)發(fā)送并區(qū)分，支持上下行通信的非對(duì)稱頻段傳輸。顯然在頻譜資源利用的方面，TDD 方式比 FDD 方式更加靈活。注意，這里提到的幀結(jié)構(gòu)是指從基站的角度看到的幀結(jié)構(gòu)。如果從用戶終端的角度看，由于受到傳播時(shí)延的影響，不同的用戶終端接收到的數(shù)據(jù)，即下行傳輸數(shù)據(jù)的到達(dá)時(shí)間，以及上行通信鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間是不相同的。一個(gè)無線幀需要包括

15、三個(gè)部分：上行傳輸部分、下行傳輸部分和保護(hù)間隔部分。Type1 幀結(jié)構(gòu)如圖 2.3 所示。一個(gè) 10ms 的無線幀（Radio Frame）被平均分成了 10個(gè)子幀（Sub-frame）。并且每個(gè)子幀可以分為兩個(gè)連續(xù)的時(shí)隙（Slot），每個(gè)時(shí)隙的長度為 0.5ms。每個(gè)子幀不僅可以作為上行鏈路子幀，而且也可以作為下行鏈路子幀。另外，在每一個(gè)無線幀的第一時(shí)隙和第六時(shí)隙處包含同步周期。在TDD系統(tǒng)中，由于上下行通信工作在同一頻率，所以需要 TDD 幀結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)給出上下行通信鏈路占用資源的時(shí)間和位置信息。Type2 幀結(jié)構(gòu)如圖 2.4 所示。Type2 幀分為 2 個(gè) 5ms 的半子幀（Half-

16、frame），并且他們是完全相同的。其中，每個(gè)半子幀分為 5 個(gè)子幀，每個(gè)子幀（對(duì)應(yīng)于 FDD 模式下的一個(gè)子幀）的時(shí)間長度為 1ms。同步和保護(hù)周期插在 0 號(hào)子幀和 2 號(hào)子幀之間，同步和保護(hù)周期包括下行同步時(shí)隙（Downlink Pilot Time Slot，DwPTS）、保護(hù)周期（Guard Period，GP）和上行同步時(shí)隙（Uplink Pilot Time Slot，UpPTS）。0 號(hào)子幀、5 號(hào)子幀和下行同步時(shí)隙總是供下行傳輸使用，2 號(hào)子幀、7 號(hào)子幀和上行同步時(shí)隙總是供上行傳輸使用。OFDM 基本原理正交頻分復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Frequency Divis

17、ion Multiplexing，OFDM）是由多載波調(diào)制（Multiple Carrier Modulation，MCM）技術(shù)發(fā)展而來的，并不是一種新的技術(shù)。早在 20 世紀(jì)五六十年代，美國軍方就已經(jīng)建立了世界上第一個(gè)多載波調(diào)制系統(tǒng)，并且在 1970 年衍生出了采用大規(guī)模子載波和頻率重疊的 OFDM 系統(tǒng)。但是，在以后的很長一段時(shí)間內(nèi)，關(guān)于 OFDM 技術(shù)的理論推廣的速度放慢了。主要原因是由于 OFDM 技術(shù)需要各個(gè)子載波之間是相互正交的，雖然采用快速傅里葉變換能夠很方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)制，但是這對(duì)于 20 世紀(jì)七十年代的技術(shù)而言，OFDM 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)受到了傅里葉變換設(shè)備的復(fù)雜度、發(fā)射機(jī)振蕩器和接收

18、機(jī)振蕩器的穩(wěn)定性以及關(guān)于射頻放大器的線性要求等因素的限制。但是隨著大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，到了 20 世紀(jì)八十年代，傅里葉變換的復(fù)雜度大大降低，所以 OFDM 技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。到了 20 世紀(jì)九十年代，OFDM技術(shù)已經(jīng)在歐洲和澳大利亞等地區(qū)廣泛地應(yīng)用于廣播信道的寬帶數(shù)字通信中，例如高清晰數(shù)字電視和數(shù)字音頻廣播。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（Digital Signal Processing，DSP）、格碼技術(shù)（Trellis coding）、軟判決技術(shù)和信道自適應(yīng)處理技術(shù)的迅速發(fā)展，OFDM 技術(shù)也變得越來越成熟。正交頻分復(fù)用技術(shù)的基本原理是將信道劃分成許多個(gè)相互正交的子信道，然后在每個(gè)子信道

19、上進(jìn)行相應(yīng)的窄帶調(diào)制和傳輸，這樣就可以在減少子信道之間的干擾的同時(shí)，又可以提高通信系統(tǒng)的系統(tǒng)容量和資源利用率。因?yàn)槊總€(gè)子信道的帶寬小于無線信道的相關(guān)帶寬，因此對(duì)于每個(gè)子信道來說，他們是平坦衰落的信道，這樣就可以大大減小符號(hào)之間的相互干擾。在各個(gè)子信道上的正交調(diào)制可以通過逆快速傅里葉變換（Inverse Fast Fourier Transform， IFFT）和快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）的方法來實(shí)現(xiàn)。并且通過大規(guī)模集成電路來實(shí)現(xiàn)逆快速傅里葉變換和快速傅里葉變換都是非常容易的。這樣可以大大降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高系統(tǒng)的性能。正交頻分復(fù)用傳輸?shù)幕咎卣魅缦?/p>

20、：（1）在正交頻分復(fù)用傳輸?shù)倪^程中使用了大量的窄帶子載波。在傳統(tǒng)的通信傳輸系統(tǒng)中，通常系統(tǒng)中使用了少量的子載波，并且其中每個(gè)子載波的帶寬相對(duì)比較大。例如，在 WCDMA 多載波方案中，系統(tǒng)的帶寬達(dá)到了 20MHz，其中，系統(tǒng)的帶寬包含了 4 個(gè)帶寬分別為 5MHz 的子載波。但是對(duì)于正交頻分復(fù)用傳輸技術(shù)來說，通常會(huì)包括大量的子載波。對(duì)于正交頻分復(fù)用技術(shù)來說，在時(shí)域采用了矩形脈沖成形技術(shù)。（3）在正交頻分復(fù)用技術(shù)中，每個(gè)子載波的頻率間隔為，其中，是每個(gè)子載波的調(diào)制符號(hào)的時(shí)間長度。正交頻分復(fù)用的基本調(diào)制過程如圖 2.5 所示。從圖中可以看出它包括個(gè)復(fù)調(diào)制器，其中每個(gè)調(diào)制器對(duì)應(yīng)一個(gè) OFDM 子載波

21、。在時(shí)間內(nèi)，正交頻分復(fù)用符號(hào)x (t)的表達(dá)式為：其中，是第k 個(gè)子載波，它的頻率是，并且是復(fù)調(diào)制符號(hào)。對(duì)于第m個(gè) OFDM 符號(hào)間隔的第k 個(gè)子載波來說，其有效的時(shí)間間隔為。因此，OFDM 傳輸是以塊為基礎(chǔ)的，這就是說在每個(gè)正交頻分復(fù)用符號(hào)中，個(gè)調(diào)制符號(hào)能夠同時(shí)進(jìn)行并行傳輸。并且 OFDM 調(diào)制符號(hào)可以通過多種調(diào)制形式來獲得，例如 QPSK、16QAM 或者 64QAM 等。在正交頻分復(fù)用技術(shù)中，正交是指兩個(gè)調(diào)制正交頻分復(fù)用子載波和在時(shí)間間隔內(nèi)滿足相互正交的條件：正交頻分復(fù)用技術(shù)中子載波的數(shù)量可以從幾百個(gè)變化到幾千個(gè)，同時(shí)，子載波之間的間隔可以從幾千赫茲變化到幾百千赫茲。子載波之間的間隔的大

22、小取決于當(dāng)前的無線傳播環(huán)境，包括最大時(shí)延擴(kuò)展和最大的多普勒頻移。如果子載波之間的間隔確定了，那么就可以通過假設(shè)的總帶寬來確定子載波的總數(shù)量。與單載波調(diào)制技術(shù)相比，OFDM 技術(shù)也存在一些不足的地方，例如具有較高的峰均比（Peak Average Rate， PAR）、容易受到頻率偏移的影響、系統(tǒng)的復(fù)雜度比較高等。不過隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這些問題也已經(jīng)得到了部分的解決。物理層多址技術(shù)在無線通信系統(tǒng)中，多址技術(shù)是指基站與多個(gè)用戶終端之間在無線電廣播信道中建立通信鏈路時(shí)采用的信號(hào)復(fù)用方式。無論是前向通信鏈路還是反向通信鏈路都可以通過多址技術(shù)來區(qū)分不同的用戶終端。多址技術(shù)不僅可以決定信號(hào)的生成、發(fā)送和

23、接收形態(tài)，而且對(duì)于后續(xù)系統(tǒng)的物理層和其他高層關(guān)鍵技術(shù)的選擇和系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)起到了最為關(guān)鍵的作用，是整個(gè)無線通信系統(tǒng)中最重要和基礎(chǔ)性的技術(shù)。多址技術(shù)的基本原理就是利用不同的用戶終端發(fā)送信號(hào)特征上的差異（例如發(fā)送功率、時(shí)間或者波形等）來區(qū)分不同的用戶終端。無線通信系統(tǒng)通過多址技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)移動(dòng)用戶終端同時(shí)共享有限的系統(tǒng)頻譜資源。目前，無線通信系統(tǒng)所采用的多址接入技術(shù)主要包括：頻分多址（Frequency Division Multiple Access，F(xiàn)DMA）、時(shí)分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）、碼分多址（Code Division Multip

24、le Access，CDMA）、正交頻分多址（Orhogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）。其中，OFDMA 技術(shù)是 OFDM 技術(shù)與多址技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物。移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)用 OFDMA 技術(shù)可以允許多個(gè)用戶終端同時(shí)共享有限的系統(tǒng)頻譜資源，從而獲得較高的通信系統(tǒng)容量。在LTE系統(tǒng)中，上行通信鏈路采用 SC-FDMA 技術(shù)，下行通信鏈路采用 OFDMA技術(shù)。在 LTE 系統(tǒng)的下行通信鏈路中，系統(tǒng)采用了 OFDMA 技術(shù)，此時(shí)，資源的最小分配單位被定義為連續(xù)的 12 個(gè)子載波，即資源塊（Resource Block， RB）。而且，我們知道

25、 LTE 系統(tǒng)的下行物理資源塊可以看作是時(shí)頻資源柵格，其中每個(gè)資源單元在一個(gè)OFDM 符號(hào)間隔內(nèi)都對(duì)應(yīng)一個(gè) OFDM 子載波。在頻域上將資源劃分為一系列的資源塊，每個(gè)用戶終端可以使用其中一個(gè)或多個(gè)資源塊用于承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通信。每個(gè)用戶終端可以使用連續(xù)的或者離散的物理資源塊（Physical Resource Block，PRB）來傳輸數(shù)據(jù)，不同的用戶通過所使用資源的頻域正交性可以保證不同用戶之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。而且，LTE 系統(tǒng)在時(shí)間上是以時(shí)間長度為 1ms 的子幀為單位進(jìn)行調(diào)度，即不同的子幀可以分別為不同的用戶終端進(jìn)行分配。因此，OFDMA 方案是將總的系統(tǒng)資源在時(shí)域和頻域上進(jìn)行劃分，而且不同

26、的用戶終端可以通過時(shí)域或者頻域的相互正交性來實(shí)現(xiàn)多址復(fù)用。LTE系統(tǒng)的下行物理資源結(jié)構(gòu)如圖 2.6 所示。在 LTE 系統(tǒng)的下行物理資源中，每個(gè)無線資源塊在頻域上占據(jù)的帶寬為180KHz。與基站相比，用戶終端設(shè)備對(duì)于成本的問題會(huì)更加敏感，并且用戶終端設(shè)備的耗電問題也是影響通信的重要因素。因此，LTE 系統(tǒng)的下行通信鏈路采用 OFDMA 技術(shù)，上行通信鏈路需要采用 SC-FDMA 技術(shù)。SC-FDMA 技術(shù)與 OFDMA 技術(shù)相比的優(yōu)勢(shì)是其具有較低的峰均比，可以提高用戶終端設(shè)備的功率利用率，延長電池的使用時(shí)間。OFDMA 技術(shù)的峰均比問題是近幾年科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題，目前，已經(jīng)提出了很多種可以

27、降低峰均比的方法。但是這些已經(jīng)提出的解決方法基本上都會(huì)導(dǎo)致額外的處理復(fù)雜度或者導(dǎo)致系統(tǒng)的頻譜效率的下降，而且，也不利于控制用戶終端設(shè)備的成本。這里提出的 SC-FDMA 技術(shù)不僅具有較低的峰均比，同時(shí)也保持了與下行 OFDMA技術(shù)的一致性，例如大部分的參數(shù)都可以進(jìn)行共用，這可以為實(shí)現(xiàn)帶來了簡化。SC-FDMA 技術(shù)主要采用了單載波調(diào)制和頻域均衡技術(shù)，可以取得的性能和復(fù)雜度與正交頻分多址系統(tǒng)基本相同。SC-FDMA 技術(shù)是頻域均衡單載波調(diào)制技術(shù)的擴(kuò)展，它可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶終端接入的功能。用戶終端之間的正交性通過每個(gè)用戶在頻域上占用不同的子載波來獲得，這種方法和 OFDMA 技術(shù)很類似。SC-FDM

28、A 技術(shù)可以采用兩種不同的子載波映射方式，即分布式子載波映射和集中式子載波映射。在分布式子載波映射中，用戶數(shù)據(jù)占用了一組分布的子載波，因此可以獲得頻率分集增益。在集中式子載波映射中，用戶數(shù)據(jù)占用了一組連續(xù)的子載波，但是我們可以通過信道相關(guān)調(diào)度技術(shù)來獲得系統(tǒng)的頻率選擇性增益。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可以通過利用這兩種不同的子載波映射方法來提供靈活的選擇來滿足特定的需要。MIMO技術(shù)多天線技術(shù)是指在移動(dòng)通信系統(tǒng)中可以通過在發(fā)射端或者接收端使用多個(gè)天線，也可以分別在發(fā)射端和接收端同時(shí)使用多個(gè)天線的技術(shù)。根據(jù)發(fā)射端和接收端所使用的天線的個(gè)數(shù)，可以分為單輸入單輸出（Single-Input Single-Output，SISO）系統(tǒng)和多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）系統(tǒng)。多輸入多輸出技術(shù)其實(shí)并不是一種新的技術(shù)，早在 1901 年馬可尼就提出了可以通