LE空中接口技術(shù)與性能3

LTE空中接口技術(shù)與性能(2)主講:西安郵電大學(xué)孫友偉教授2012.10.23LTE物理層架構(gòu)

LTE的OFDM技術(shù)LTE物理層其它技術(shù)第二章LTE物理層技術(shù)1概述正當(dāng)人們驚訝于WiMAX技術(shù)的迅猛崛起時(shí)，3GPP也開始了UMTS技術(shù)的長期演進(jìn)（LongTermEvolution，LTE）技術(shù)的研究。這項(xiàng)受人矚目的技術(shù)被稱為“演進(jìn)型3G”（Evolved3G，E3G）。但只要對(duì)這項(xiàng)技術(shù)稍作了解，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這種以O(shè)FDM為核心的技術(shù)，與其說是3G技術(shù)的“演進(jìn)”（evolution），不如說是“革命”（revolution），它和3GPP2AIE（空中接口演進(jìn)）、WiMAX以及最新出現(xiàn)的IEEE802.20MBFDD/MBTDD等技術(shù)，由于已經(jīng)具有某些“4G”特征，甚至可以被看作“準(zhǔn)4G”技術(shù)。2LTE的需求指標(biāo)LTE項(xiàng)目首先從定義需求開始。主要需求指標(biāo)包括：

●支持1.25MHz-20MHz帶寬；

●峰值數(shù)據(jù)率：上行50Mbps，下行100Mbps。頻譜效率達(dá)到3GPPR6的2-4倍；

●提高小區(qū)邊緣的比特率；

●用戶面延遲（單向）小于5ms，控制面延遲小于1OOms；

●支持與現(xiàn)有3GPP和非3GPP系統(tǒng)的互操作；

●支持增強(qiáng)型的廣播多播業(yè)務(wù)；

●降低建網(wǎng)成本，實(shí)現(xiàn)從R6的低成本演進(jìn)；

●實(shí)現(xiàn)合理的終端復(fù)雜度、成本和耗電；

●支持增強(qiáng)的IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）和核心網(wǎng)；

●追求后向兼容，但應(yīng)該仔細(xì)考慮性能改進(jìn)和向后兼容之間的平衡；

●取消CS（電路交換）域，CS域業(yè)務(wù)在PS（包交換）域?qū)崿F(xiàn)，如采用VoIP；

●對(duì)低速移動(dòng)優(yōu)化系統(tǒng)，同時(shí)支持高速移動(dòng)；

●以盡可能相似的技術(shù)同時(shí)支持成對(duì)（paired）和非成對(duì)（unpaired）頻段；

●盡可能支持簡(jiǎn)單的臨頻共存。

3LTE物理層標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展LTE的研究工作主要集中在物理層、空中接口協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)幾個(gè)方面，其中網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面的工作和3GPP系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（SAE）項(xiàng)目密切相關(guān)。3.1雙工方式和幀結(jié)構(gòu)

目前的LTE物理層技術(shù)研究主要針對(duì)頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）兩種雙工方式。依據(jù)TR25.913中對(duì)FDD/TDD共性的需求，TR25.814中的內(nèi)容基本都假設(shè)對(duì)FDD和TDD均適用。少數(shù)對(duì)TDD進(jìn)行的區(qū)別考慮的地方，都進(jìn)行了特別注明。在TDD模式下，每個(gè)子幀要么作為上行子幀，要么作為下行子幀。上行或下行子幀可以空出若干個(gè)OFDM符號(hào)作為空閑（Idle）符號(hào)，以留出必要的保護(hù)間隔。子幀的結(jié)構(gòu)可能不斷變化，因此可能需要通過信令通知系統(tǒng)當(dāng)前的子幀結(jié)構(gòu)。3.2基本傳輸和多址技術(shù)的選擇基本傳輸技術(shù)和多址技術(shù)是無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)。3GPP成員在討論多址技術(shù)方案時(shí)，主要分成兩個(gè)陣營：多數(shù)公司認(rèn)為OFDM/FDMA技術(shù)與CDMA技術(shù)相比，可以取得更高的頻譜效率；而少數(shù)公司認(rèn)為OFDM系統(tǒng)和CDMA系統(tǒng)性能相當(dāng)，出于后向兼容的考慮，應(yīng)該沿用CDMA技術(shù)。持前一種看法的公司全部支持在下行采用OFDM技術(shù)，但在上行多址技術(shù)的選擇上又分為兩種觀點(diǎn)。大部分廠商因?yàn)閷?duì)OFDM的上行峰平比PAPR（將影響手持終端的功放成本和電池壽命）有顧慮，主張采用具有較低PAPR的單載波技術(shù)。另一些公司（主要是積極參與WiMAX標(biāo)準(zhǔn)化的公司）建議在上行也采用OFDM技術(shù)，并用一些增強(qiáng)技術(shù)解決PAPR的問題。經(jīng)過激烈的討論和艱苦的融合，3GPP最終選擇了大多數(shù)公司支持的方案，即下行OFDM，上行SC（單載波）-FDMA。上行SC-FDMA信號(hào)可以用“頻域”和“時(shí)域”兩種方法生成，頻域生成方法又稱為DFT擴(kuò)展OFDM（DFT-S-OFDM）；時(shí)域生成方法又稱為交織FDMA（IFDMA）。采用哪種生成方法尚未確定，但大部分公司支持采用DFT-S-OFDM技術(shù)（如圖1所示）。這種技術(shù)是在OFDM的IFFT調(diào)制之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行DFT擴(kuò)展，這樣系統(tǒng)發(fā)射的是時(shí)域信號(hào)，從而可以避免OFDM系統(tǒng)發(fā)送頻域信號(hào)帶來的PAPR問題。上行傳輸方案選擇：DFT-S-OFDM調(diào)制結(jié)構(gòu)圖上行解調(diào)結(jié)構(gòu)圖下行傳輸技術(shù)OFDM下行傳輸方案：OFDM

OFDM發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)OF雹DM原理OF恰DM的基等本原架理是剪將高激速的常數(shù)據(jù)哲流分奇解為N個(gè)并柏行的辣低速者數(shù)據(jù)發(fā)流，蚊在N個(gè)子勺載波汁上同罰時(shí)進(jìn)座行傳壘輸。償這些武在N子載脆波上筒同時(shí)輪傳輸疊的數(shù)畫據(jù)符尋號(hào)，娃構(gòu)成閑一個(gè)OF昏DM符號(hào)OF妨DM并行陶的子恢載波神而言充，由電于符榴號(hào)周玩期展堅(jiān)寬，瀉多徑膜效應(yīng)衰造成結(jié)的時(shí)統(tǒng)的基諸本思煙想是因?qū)⒏哓偹俚牧T數(shù)據(jù)貧流分周解為通多路筐并行狡的低完速數(shù)炒據(jù)流緣瑞，在斯多個(gè)賠載波洞上同炊時(shí)進(jìn)默行傳頭輸。厘對(duì)于予低速壩延擴(kuò)令展相較對(duì)變蜜小。鎮(zhèn)當(dāng)每火個(gè)OF邪DM符號(hào)向中插獵入一撇定的呈保護(hù)予時(shí)間披后，鋼碼間殲干擾球幾乎劈燕就可垃以忽務(wù)略與傳址統(tǒng)的姜多載聚波調(diào)詢制（MC扇M）相記比，OF些DM調(diào)制熊的各伏個(gè)子況載波見間可像相互邁重疊芳，并貨且能故夠保馳持各拾個(gè)子砌載波驅(qū)之間投的正頌交性。IF得FT蛙/F劇FT計(jì)算版量(基2算法)：ID初FT累/D欄FT計(jì)算漆量：OF膨DM系統(tǒng)反滿足Ny算qu筆is餓t無碼頃間干白擾準(zhǔn)肥則。般但此丑時(shí)的輪符號(hào)備成型舒不象辦通常蒜的系猾統(tǒng)，屑不是觀在時(shí)使域進(jìn)諸行脈毯沖成上型，如而是促在頻孩域?qū)嵏滑F(xiàn)的爺。因團(tuán)此時(shí)繭頻對(duì)憶偶關(guān)刃系，曉通常泛系統(tǒng)攀中的戚碼間限干擾(I望SI抄)變成硬了OF天DM系統(tǒng)殲中的狹子載粥波間奪干擾(I歪CI）為周了消邪除IC呼I，要蓋求OF昌DM系統(tǒng)淹在頻諸域采股樣點(diǎn)牽無失夏真。OF隸DM符號(hào)宿的頻跳譜結(jié)飽構(gòu)OF醫(yī)DM優(yōu)勢(shì)OF菌DM技術(shù)疑風(fēng)險(xiǎn)LT底E物理壞層其猛它技隊(duì)術(shù)調(diào)度：調(diào)度辯就是測(cè)動(dòng)態(tài)拍的將對(duì)最適形合的革時(shí)／膀頻資飽源分臭配給賀某個(gè)阿用戶炒，系憑統(tǒng)根掌據(jù)信晉道質(zhì)水量信蟲息（CQ弄I）的居反饋量、有但待調(diào)領(lǐng)度的膀數(shù)據(jù)垃量、UE能力復(fù)等決鄙定資基源的爭(zhēng)分配未，并足通過交控制渾信令悅通知公用戶隱。調(diào)扮度和菠鏈路禽自適留應(yīng)、HA肺RQ緊密蓬聯(lián)系份，都燭是根螺據(jù)下凈述信萬息來沾調(diào)整送的：Qo驚S參數(shù)階和測(cè)抬量；No蒙de持B有待鐮調(diào)度覺的負(fù)溝載量揚(yáng)；等待污重傳胖的數(shù)瘦據(jù)；UE的CQ釋I反饋拳；UE能力累；UE睡眠蘇周期筍和測(cè)景量間迎隙／賄長度勒；系統(tǒng)未參數(shù)院，如機(jī)帶寬腔和干扯擾水海平。上行愈調(diào)度病與下寒行相跨似，村但上評(píng)行除獄了可愚以采軋用調(diào)舟度來末分配剝無線革資源變外，午還將端支持相基于近競(jìng)爭(zhēng)真（Co獅nt短en老ti縫on）的道資源治分配灶方式盲。調(diào)度尸操作停的基嶺礎(chǔ)是CQ優(yōu)I反饋網(wǎng)（當(dāng)信然CQ效I信息處還可釋以用裁于AM鐮C、干抖擾管旨理和蝦功率雖控制圾等）藏。CQ奧I反饋求的頻雕域密夕度應(yīng)占該是疊最小吃資源喝塊的蒜整數(shù)模倍，CQ章I的反軍饋周蒸期可賤以根體據(jù)情噸況的吐變化嘴進(jìn)行貓調(diào)整沸。LT野E還未槍確定椒具體妻的CQ斧I(xiàn)反饋屬方法棋，但拳反饋敬開銷慈的大攻小將項(xiàng)作為婚選擇CQ尸I反饋艦方法展的重謊要依御據(jù)。鏈路若自適近應(yīng)：下行鈴鏈路專自適抖應(yīng)鏈路畏自適抬應(yīng)的靈核心和技術(shù)現(xiàn)是自歌適應(yīng)證調(diào)制丹和編菠碼（AM未C）。LT晴E對(duì)AM鴿C技術(shù)視的爭(zhēng)雖論主庭要集束中在類是否猛對(duì)一烘?zhèn)€用躲戶的晨不同雪頻率廊資源野采用燈不同龜?shù)腁M懶C（RB悉-s拜pe消ci香fi濫c詞AM虛C）。墊理論蒙上說礙，由觀于頻袖率選楊擇性幟衰落累的影階響，豪這樣亂做可困以比備在所剖有頻精率資殿源上理采用乞相同六的AM砌C配置預(yù)（RB姓-c籃om傍mo圍n冬AM勉C）取弦得更浙佳的欠性能之。但良大部梨分公咱司在候仿真字中發(fā)須現(xiàn)這幅種方蟲法帶憐來的柜增益雜并不怎明顯抱，反駛而會(huì)紙帶來殺額外弓的信撓令開且銷，逼因此章最終明決定窄采用RB旗-c六om淚mo貿(mào)n奔AM搞C。也灑就是滅說，愚對(duì)于偉一個(gè)辯用戶帆的一瞞個(gè)數(shù)枕據(jù)流演，在比一個(gè)TT抗I內(nèi)，木一個(gè)肥層2的PD處U只采絹用一頸種調(diào)苦制編臉碼組扮合（穗但在MI熄MO的不什同流方之間白可以塊采用迅不同芒的AM吊C組合擺）。上行向鏈路數(shù)自適鋼應(yīng)上行弄鏈路裹自適鏈應(yīng)比踢下行橫包含孔更多亦的內(nèi)她容，乖除了AM袋C外，喂還包讀括傳鳴輸帶心寬的閘自適臨應(yīng)調(diào)紛整和傭發(fā)射斃功率脂的自瞧適應(yīng)梯調(diào)整寺。UE發(fā)射泡帶寬航的調(diào)頑整主手要基女于平第均信駐道條淚件（鋪如路御損和勉陰影搬）、UE能力鑄和要沸求的立數(shù)據(jù)斷率。妄該調(diào)虎整是腸否也紡基于爸塊衰泊落和世頻域福調(diào)度聾，有德待于繩進(jìn)一日步研聯(lián)究。HA建RQ混合射自動(dòng)諷重傳蓋請(qǐng)求LT寺E基本推將采細(xì)用增貌量冗欄余（In趁cr運(yùn)em匙en滾ta尸l火Re抖du浸nd曉an隙cy）HA展RQ。另戚外，垂各公反司還豆就是鳳否采叼用異桂步HA漠RQ或自鐘適應(yīng)HA復(fù)RQ展開領(lǐng)了討右論。儀基本香的HA及RQ，每慮次重河傳的侄時(shí)刻勿和所山采用奶的發(fā)狼射參族數(shù)（協(xié)調(diào)制邊編碼饅方式霜及資小源分滑配等負(fù)）都樓是預(yù)北先定刻義好燥的。屢而異圾步HA株RQ則可傳以根齡據(jù)需逐要隨衣時(shí)發(fā)缸起重眼傳。殲自適歌應(yīng)HA撫RQ即每暗次重胳傳的極發(fā)射部參數(shù)變可以這動(dòng)態(tài)線調(diào)整霉。因臉此異疤步HA稿RQ和自偶適應(yīng)HA觸RQ與基掌本的HA白R(shí)Q相比赤可以哪取得亦一定票增益枕，但捐需要允額外剃的信宜令開披銷。功率年控制由于滅不存近在CD導(dǎo)MA系統(tǒng)察中的“