任務4 LTE關鍵技術

課程目錄模塊1LTE概述模塊2OFDM基本原理模塊3LTE協(xié)議原理模塊4MIMO基本原理模塊5LTE基站設備模塊6LTE基站開通與維護概述目錄任務1LTE主要指標和需求任務2LTE總體架構任務3LTE關鍵技術任務431.識記：雙工方式、多址方式、多天線技術、鏈路自適應、HARQ。2.領會：ARQ。一、雙工方式1、LTE支持FDD和TDD兩種雙工方式FDD和TDD主要區(qū)別就在于采用不同的雙工方式，為頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)是兩種不同的雙工方式。FDD是在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收和發(fā)送，用保護頻段來分離接收和發(fā)送信道。FDD的缺點就是必須采用成對的頻率，依靠頻率來區(qū)分上下行鏈路，其單方向的資源在時間上是連續(xù)的。FDD雖然在支持對稱業(yè)務時，能充分利用上下行的頻譜，但在支持非對稱業(yè)務時，頻譜利用率將大大降低。一、雙工方式一、雙工方式2、基于TDD技術的TD-LTE系統(tǒng)與FDD方式相比的優(yōu)勢（1）頻譜效率高，配置靈活；（2）靈活地設置上下行轉換時刻，實現(xiàn)不對稱的上下行業(yè)務帶寬；（3）利用信道對稱性特點，提升系統(tǒng)性能；（4）設備成本相對較低。一、雙工方式3、基于TDD技術的TD-LTE系統(tǒng)與FDD方式相比的不足（1）終端移動速度受限；（2）干擾問題更加復雜；（3）同步要求高。二、多址方式多址接入技術是用于基站與多個用戶之間通過公共傳輸媒質建立多條無線信道連接的技術。正交性與相關性

相關的性質最為直觀不過，我們生活中無時無刻不在利用其概念。和你最親密的人，也就是和你相關性最大的人，肯定影響你最深，而在危難時候也會最強有力的保護你。如果你需要某人的保護和依賴，那就和他交朋友，或者結婚，增加你們的相關性，這樣你們的生活就會混疊、交織、關聯(lián)在一起。那些只會和你擦肩而過的陌生人，和你是沒有生活的交集的。他們的冷暖與你無關。如果你不希望某些人干擾到你的生活，那就讓他“滾得遠一點”，讓他與所有與相關的都不相關即可。

A*B=0，則A與B相互正交A*B=1，則A與B相關A*A=1B*B=1則自相關

OFDM這個技術說的很玄乎，其實在WIMAX和WIFI里早就利用了，OFDM并不比CDMA的頻譜利用率更高，但是他的優(yōu)勢是大寬帶的支持更簡單更合理，而且配合MIMO更好。

舉個例子，CDMA是一個班級，又說中文又說英文，如果大家音量控制的好的話，雖然是一個頻率但是可以達到互不干擾，所以1.25Mhz的帶寬可以實現(xiàn)4.9Mb/s的速率。 OFDMA則可以想象成上海的高架橋，10米寬的路，上面架設一個5米寬的高架，實際上道路的通行面積就是15米，這樣雖然我水平路面不增加但是可以通行的車輛增加了。而OFDM也是利用這個技術，利用傅里葉快速變換導入正交序列，相當于在有限的帶寬里架設了N個高架橋，目前是一個OFDMA信號的前半個頻率和上一個頻點的信號復用，后半個頻率和后一個頻點的信號復用。那信號頻率重疊了怎么區(qū)分，很簡單，OFDM，O就是正交的意思，正交就是能保證唯一性。

舉例子，A和B重疊，但是A*a+B*b，a和b是不同的正交序列,如果我要從同一個頻率中只獲取A，那么通過計算，（A*a+B*b）*a=A*a*a+B*b*a=A+0=A（因為正交，a*a=1，a*b=0）。所以OFDMA是允許頻率重疊的，甚至理論上可以重疊到無限，但是為了增加解調的容易性，目前LTE支持OFDM重疊波長的一半。OFDMA二、多址方式正交頻分多址OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess(OFDMA):OFDMA是OFDM技術的演進，將OFDM和FDMA技術結合。在利用OFDM對信道進行子載波化后，在部分子載波上加載傳輸數(shù)據(jù)的傳輸技術。OFDM是一種調制方式；OFDMA是一種多址接入技術，用戶通過OFDMA共享頻帶資源，接入系統(tǒng)。OFDMA二、多址方式LTE采用OFDMA（正交頻分多址：OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess）作為下行多址方式。LTE多址方式-下行將傳輸帶寬劃分成一系列正交的子載波資源，將不同的子載波資源分配給不同的用戶實現(xiàn)多址。因為子載波相互正交，所以小區(qū)內用戶之間沒有干擾。時域波形tpower峰均比示意圖下行多址方式—OFDMA下行多址方式特點同相位的子載波的波形在時域上直接疊加。因子載波數(shù)量多，造成峰均比(PAPR)較高，調制信號的動態(tài)范圍大，提高了對功放的要求。分布式：分配給用戶的RB不連續(xù)集中式：連續(xù)RB分給一個用戶優(yōu)點：調度開銷小優(yōu)點：頻選調度增益較大頻率時間用戶A用戶B用戶C子載波在這個調度周期中，用戶A是分布式，用戶B是集中式二、多址方式LTE采用DFT-S-OFDM（離散傅立葉變換擴展OFDM：DiscreteFourierTransformSpreadOFDM）、或者稱為SC-FDMA（單載波FDMA：SingleCarrierFDMA）作為上行多址方式。LTE多址方式-上行和OFDMA相同，將傳輸帶寬劃分成一系列正交的子載波資源，將不同的子載波資源分配給不同的用戶實現(xiàn)多址。注意不同的是：任一終端使用的子載波必須連續(xù)上行多址方式—SC-FDMA上行多址方式特點考慮到多載波帶來的高PAPR會影響終端的射頻成本和電池壽命，LTE上行采用SingleCarrier-FDMA（即SC-FDMA）以改善峰均比。SC-FDMA的特點是，在采用IFFT將子載波轉換為時域信號之前，先對信號進行了FFT轉換，從而引入部分單載波特性，降低了峰均比。頻率時間用戶A用戶B用戶C子載波在任一調度周期中，一個用戶分得的子載波必須是連續(xù)的三、多天線技術MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)技術是指利用多發(fā)射、多接收天線進行空間分集的技術。它采用分立式多天線，能夠有效地將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，從而大大提高容量。在下行鏈路，多天線發(fā)送方式主要包括：發(fā)送分集、波束賦形、空時預編碼以及多用戶MIMO等；在上行鏈路，多用戶組成的虛擬MIMO也可以提高系統(tǒng)的上行容量。MIMO概念MIMO技術的基本出發(fā)點是將用戶數(shù)據(jù)分解為多個并行的數(shù)據(jù)流，在指定的帶寬內由多個發(fā)射天線上同時刻發(fā)射，經過無線信道后，由多個接收天線接收，并根據(jù)各個并行數(shù)據(jù)流的空間特性（SpatialSignature），利用解調技術，最終恢復出原數(shù)據(jù)流。多天線技術-MIMO多路信道傳輸同樣信息多路信道同時傳輸不同信息多路天線陣列賦形成單路信號傳輸包括時間分集，空間分集和頻率分集提高接收的可靠性和提高覆蓋適用于需要保證可靠性或覆蓋的環(huán)境理論上成倍提高峰值速率適合密集城區(qū)信號散射多地區(qū)，不適合有直射信號的情況波束賦形空間復用波束賦形（Beamforming）發(fā)射分集分集合并通過對信道的準確估計，針對用戶形成波束，降低用戶間干擾可以提高覆蓋能力，同時降低小區(qū)內干擾，提升系統(tǒng)吞吐量空間復用多天線技術：分集、空間復用和波束賦形R9版本，協(xié)議規(guī)定LTE,MIMO最大支持DL4*4,目前設備僅支持配置是DL2*2和UL1*2。MU-MIMO：也稱虛擬MIMO，用戶端是兩個UE實體，不增加每個用戶的吞吐量，但是可以提供相對于SU-MIMO來說相當，甚至更多的小區(qū)容量UE不需要做成高成本的多天線，但是仍然能夠增加小區(qū)的容量多天線技術-MU-MIMO鏈路自適應技術可以通過兩種方法實現(xiàn)：功率控制和速率控制。一般意義上的鏈路自適應都指速率控制，LTE中即為自適應編碼調制技術（AdaptiveModulationandCoding），應用AMC技術可以使得eNodeB能夠根據(jù)UE反饋的信道狀況及時地調整不同的調制方式（QPSK、16QAM、64QAM）和編碼速率。從而使得數(shù)據(jù)傳輸能及時地跟上信道的變化狀況。這是一種較好的鏈路自適應技術。對于長時延的分組數(shù)據(jù)，AMC可以在提高系統(tǒng)容量的同時不增加對鄰區(qū)的干擾。四、鏈路自適應鏈路自適應技術-功率控制通過動態(tài)調整發(fā)射功率，維持接收端一定的信噪比，從而保證鏈路的傳輸質量當信道條件較差時，需要增加發(fā)射功率，當信道條件較好時，需要降低發(fā)射功率，從而保證了恒定的傳輸速率功率控制可以很好的避免小區(qū)內用戶間的干擾

鏈路自適應技術——速率控制(即AMC)時域AMC頻域AMC空域AMC調制方式自適應編碼效率自適應充分利用信道條件有效發(fā)送用戶數(shù)據(jù)信道條件好：高速率傳送用戶數(shù)據(jù)信道條件壞：低速率傳送用戶數(shù)據(jù)調制方式、編碼方式等各項參數(shù)組合，使得AMC技術更加高效、靈活鏈路自適應AMC原理LTE支持時間和頻率兩個維度的鏈路自適應，根據(jù)時頻域信道質量信息對不同的時頻資源選擇不同的調制編碼方式。功率控制在CDMA系統(tǒng)中是一項重要的鏈路自適應技術，可以避免遠近效應帶來的多址干擾。在LTE系統(tǒng)中，上下行均采用正交的OFDM技術對多用戶進行復用。因此，功控主要用來降低對鄰小區(qū)上行的干擾，補償鏈路損耗，也是一種慢速的鏈路自適應機制鏈路自適應技術-速率控制AMC保證發(fā)射功率恒定的情況下，通過調整無線鏈路傳輸?shù)恼{制方式與編碼速率，確保鏈路的傳輸質量當信道條件較差時選擇較小的調制方式與編碼速率，當信道條件較好是選擇較大的調制方式，從而最大化了傳輸速率速率控制可以充分利用所有的功率CQI序號編碼方式編碼速率x1024效率0范圍之外1QPSK780.15232QPSK1200.23443QPSK1930.37704QPSK3080.60165QPSK4490.87706QPSK6021.1758716QAM3781.4766816QAM4901.9141916QAM6162.40631064QAM4662.73051164QAM5673.32231264QAM6663.90231364QAM7724.52341464QAM8735.11521564QAM9485.5547鏈路自適應技術——LTE上下行方向鏈路自適應LTE上行方向的鏈路自適應技術基于基站測量的上行信道質量，直接確定具體的調制與編碼方式LTE下行方向的鏈路自適應技術基于UE反饋的CQI，從預定義的CQI表格中具體的調制與編碼方式（如右圖）FEC：前向糾錯編碼(ForwardErrorCorrection)ARQ：自動重傳請求(AutomaticRepeatreQuest)HARQ=FEC+ARQ五、HARQFEC通信系統(tǒng)劣勢:

可靠性較低;

對信道的自適應能力較低為保證更高的可靠性需要較長的碼，因此編碼效率較低，復雜度和成本較高優(yōu)勢:

更高的系統(tǒng)傳輸效率;

自動錯誤糾正，無需反饋及重傳;

低時延.ARQ通信系統(tǒng)劣勢:

連續(xù)性和實時性較低;

傳輸效率較低;優(yōu)勢:

復雜性較低;

可靠性較高;

適應性較高;HARQ機制HARQ實際上整合了ARQ的高可靠性和FEC的高效率HARQ特性采用N進程停等方式(N-ProcessStop-and-Wait)HARQ對傳輸塊進行傳輸與重傳在下行鏈路異步自適應HARQ下行傳輸(或重傳)對應的上行ACK/NACK通過PUCCH或者PUSCH發(fā)送PDCCH指示HARQ進程數(shù)目以及是初傳還是重傳重傳總通過PDCCH調度上行鏈路同步HARQ針對每個UE配置重傳最大次數(shù)上行傳輸或重傳對應的下行ACK/NACK通過PHICH發(fā)送上行鏈路配置DL/UL分配處理編號(UL)處理編號(DL)01DL+DwPTS:3UL7412DL+DwPTS:2UL4723DL+DwPTS:1UL21036DL+DwPTS:3UL3947DL+DwPTS:2UL21258DL+DwPTS:1UL11563DL+2DwPT:5UL66HARQ-RTT與進程數(shù)對于TDD來說，其RTT（RoundTripTime，環(huán)回時間）大小不僅與傳輸時延、接收時間和處理時間有關，還與TDD系統(tǒng)的時隙比例、傳輸所在的子幀位置有關TDD系統(tǒng)的進程數(shù)目HARQ——定時關系重傳與初傳之間的定時關系：同步HARQ協(xié)議；異步HARQ協(xié)議LTE上行為同步HARQ協(xié)議：如果重傳在預先定義好的時間進行，接收機不需要顯示告知進程號，則稱為同步HARQ協(xié)議根據(jù)PHICH傳輸?shù)淖訋恢?，確定PUSCH的傳輸子幀位置與PDCCHPUSCH的定時關系相同LTE下行為異步HARQ協(xié)議：如果重傳在上一次傳輸之后的任何可用時間上進行，接收機需要顯示告知具體的進程號，則稱為異步HARQ協(xié)議HARQ——自適應/非自適應HARQ自適應HARQ：自適應HARQ是指重傳時可以改變初傳的一部分或者全部屬性，比如調制方式，資源分配等，這些屬性的改變需要信令額外通知非自適應HARQ：非自適應的HARQ是指重傳時改變的屬性是發(fā)射機與接收機事先協(xié)商好的，不需要額外的信令通知LTE下行采用自適應的HARQLTE上行同時支持自適應HARQ和非自適應的HARQ非自適應的HARQ僅僅由PHICH信道中承載的NACK應答信息來觸發(fā)自適應的HARQ通過PDCCH調度來實現(xiàn)，即基站發(fā)現(xiàn)接收輸出錯誤之后，不反饋NACK，而是通過調度器調度其重傳所使用的參數(shù)CC合并HARQ——HARQ與軟合并單純HARQ機制中，接收到的錯誤數(shù)據(jù)包都是直接被丟掉的HARQ與軟合并結合：將接收到的錯誤數(shù)據(jù)包保存在存儲器中，與重傳的數(shù)據(jù)包合并在一起進行譯碼，提高傳輸效率IR合并LTE支持使用IR合并的HARQ，其中CC合并可以看作IR合并的一個特例

HARQ——HARQ與軟合并小區(qū)間干擾消除技術方法包括：加擾跳頻傳輸發(fā)射端波束賦形以及IRC

小區(qū)間干擾協(xié)調功率控制六、小區(qū)干擾抑制和協(xié)調小區(qū)間干擾消除——加擾LTE系統(tǒng)充分使用序列的隨機化避免小區(qū)間干擾一般情況下，加擾在信道編碼之后、數(shù)據(jù)調制之前進行即比特級的加擾PDSCH，PUCCHformat2/2a/2b，PUSCH：擾碼序列與UEid、小區(qū)id以及時隙起始位置有關PMCH：擾碼序列與MBSFNid和時隙起始位置有關PBCH，PCFICH，PDCCH：擾碼序列與小區(qū)id和時隙起始位置有關PHICH物理信道的加擾是在調制之后，進行序列擴展時進行加擾擾碼序列與小區(qū)id和時隙起始位置有關小區(qū)間干擾消除——跳頻傳輸目前LTE上下行都可以支持跳頻傳輸，通過進行跳頻傳輸可以隨機化小區(qū)間的干擾除了PBCH之外，其他下行物理控制信道的資源映射均于小區(qū)id有關PDSCH、PUSCH以及PUCCH采用子幀內跳頻傳輸PUSCH可以采用子幀間的跳頻傳輸小區(qū)間干擾消除——發(fā)射端波束賦形提高期望用戶的信號強度降低信號對其他用戶的干擾特別的，如果波束賦形時已經知道被干擾用戶的方位，可以主動降低對該方向輻射能量下行上行小區(qū)間干擾消除——IRC當接收端也存在多根天線時，接收端也可以利用多根天線降低用戶間干擾，其主要的原理是通過對接收信號進行加權，抑制強干擾，稱為IRC（InterferenceRejectionCombining）頻率資源協(xié)調(example)小區(qū)間干擾消除——小區(qū)間干擾協(xié)調基本思想：以小區(qū)間協(xié)調的方式對資源的使用進行限制，包括限制哪些時頻資源可用，或者在一定的時頻資源上限制其發(fā)射功率靜態(tài)的小區(qū)間干擾協(xié)調不需要標準支持頻率資源協(xié)調/功率資源協(xié)調小區(qū)間干擾消除——小區(qū)間干擾協(xié)調半靜態(tài)小區(qū)間干擾協(xié)調：需要小區(qū)間交換信息，比如資源使用信息目前LTE已經確定，可以在X2接口交換PRB的使用信息進行頻率資源的小區(qū)間干擾協(xié)調（上行），即告知哪個PRB被分配給小區(qū)邊緣用戶，以及哪些PRB對小區(qū)間干擾比較敏感。同時，小區(qū)之間可以在X2接口上交換過載指示信息（OI：OverloadIndicator），用來進行小區(qū)間的上行功率控制小區(qū)間干擾消除——功率控制小區(qū)間功率控制（Inter-CellPowerControl）一種通過告知其它小區(qū)本小區(qū)IoT信息，控制本小區(qū)IoT的方法小區(qū)內功率控制（Intra-CellPowerControl）補償路損和陰影衰落，節(jié)省終端的發(fā)射功率，盡量降低對其他小區(qū)的干擾，使得IoT