【TD-LTE的關鍵技術綜述3800字（論文）】

TD-LTE的關鍵技術綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u9922TD-LTE的關鍵技術綜述 11067.1正交頻分復用(OFDM)機制 111476.1.1正交頻分復用(OFDM)原理 119423.1.2正交頻分復用(OFDM)與碼分多址(CDMA)比較 320635(1)調制技術 322017(2)峰均功率比 48047(3)抗窄帶干擾能力。 414578(4)抗多徑干擾能力 417138(5)功率控制技術 414728.2多輸入多輸出(MIMO)技術 43955(2)通信速率有了很大的改善(1}10 614946(8)強調向下兼容。 63G時代主要使用的是CDMA技術，而TD-LTE則采用的是OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing技術、Multiple-InputMultiple-Output技術、高階調制技術以及網絡架構扁平化等多項前沿技術，具體如下:.1正交頻分復用(OFDM)機制.1.1正交頻分復用(OFDM)原理LTE作為3G的下一代演進技術，其主要性能目標包括:一是高數(shù)據速率，下行峰值速率達到100Mbit/s，上行達到50Mbit/s;二是高頻譜效率，下行鏈路為5bit/s/Hz}(3~4倍于R6HSDPA)，上行鏈路為2.5bit/s/Hz,(2~3倍于R6HSUPA);三是頻譜靈活性，支持1.4~20MHz間的多種系統(tǒng)帶寬;四是低延時，時延可達U-plan<5ms}C-plan<100ms;五是分組傳送;六是向下兼容。正交頻分復用(OFDM)技術是實現(xiàn)高數(shù)據速率傳輸?shù)年P鍵。用正交頻分復用(OFDM)調制技術，其原理是將高速數(shù)據流通過串并變換，分配到傳輸速率相對較低的若干個相互正交的子信道中進行傳輸，由于每個子信道中的符號周期會相對增加，因此可以減輕由無線信道的多徑時延擴展所產生的時間彌散性對系統(tǒng)造成的影響，并且還可以在正交頻分復用(OFDM)符號之間插入保護間隔，令保護間隔大于無線信道的最大時延擴展，這樣就可以最大限度地消除由于多徑帶來的符號間干擾(ISI)，而且一般都采用循環(huán)前綴作為保護間隔，從而可以避免多徑帶來的信道間干擾。正交頻分復用OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplex)是一種多載波調制方式，通過減小和消除碼間串擾的影響來克服信道的頻率選擇性衰落。它的基本原理是將信號分割為N個子信號，然后用N個子信號分別調制N個相互正交的子載波。由于子載波的頻譜相互重疊，因而可以得到較高的頻譜效率。近幾年正交頻分復用(OFDM)在無線通信領域得到了廣泛的應用。正交頻分復用(OFDM)調制的原理如圖2-1所示:圖2-1OFDM調制方式當調制信號通過無線信道到達接收端時，由于信道多徑效應帶來的碼間串擾的作用，子載波之間不再保持良好的正交狀態(tài)，因而發(fā)送前需要在碼元間插入保護間隔。如果保護間隔大于最大時延擴展，則所有時延小于保護間隔的多徑信號將不會延伸到下一個碼元期間，從而有效地消除了碼間串擾。當采用單載波調制時，為減小ISI的影響，需要采用多級均衡器，這會遇到收斂和復雜性高等問題。在發(fā)射端，首先對比特流進行正交幅度調制(QAM)或四相移相鍵控(QPSK)調制，然后依次經過串并變換和快速傅里葉逆變換IFFT變換，再將并行數(shù)據轉化為串行數(shù)據，加上保護間隔(又稱“循環(huán)前綴”)，形成OFDM碼元。在組幀時，須加入同步序列和信道估計序列，以便接收端進行突發(fā)檢測、同步和信道估計，最后輸出正交的基帶信號。當接收機檢測到信號到達時，首先進行同步和信道估計。當完成時間同步、小數(shù)倍頻偏估計和糾正后，經過快速傅里葉變換FFT變換，進行整數(shù)倍頻偏估計和糾正，此時得到的數(shù)據是正交振幅調制(QAM)或四相相移鍵控(QPSK)的已調數(shù)據。對該數(shù)據進行相應的解調，就可得到比特流。OFDM/FDMA(頻分復用/多址)技術其實是傳統(tǒng)的技術，將較寬的頻帶分成若干較窄的子帶(子載波)進行并行發(fā)送是最樸素的實現(xiàn)寬帶傳輸?shù)姆椒?。但是為了避免各子載波之間的干擾，不得不在相鄰的子載波之間保留較大的間隔，這大大降低了頻譜效率。因此，頻譜效率更高的時分復用/多址(TDM/TDMA)和碼分復用/多址(CDM/CDMA;技術成為了無線通信的核心傳輸技術。但近幾年，由于數(shù)字調制技術快速傅里葉變換(FFT)的發(fā)展，使頻分復用((FDM)技術有了革命性的變化?？焖俑道锶~變換(FFT)允許將頻分復用((FDM)的各個子載波重疊排列，同時保持子載波之間的正交性(以避免子載波之間干擾)。部分重疊的子載波排列可以大大提高頻譜效率，因為相同的帶寬內可以容納更多的子載波。.1.2正交頻分復用(OFDM)與碼分多址(CDMA)比較碼分多址(CDMA)技術是基于擴頻通信理論的調制和多址連接技術。正交頻分復用(OFDM)技術屬于多載波調制技術，它的基本思想是將信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各個子載波并行傳輸。頻分復用(OFDM)和碼分多址(CDMA)技術各有利弊。碼分多址技術(CDMA)具有眾所周知的優(yōu)點，而采用多種新技術的正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)也表現(xiàn)出了良好的網絡結構可擴展性、更高的頻譜利用率、更靈活的調制方式和抗多徑干擾能力。下面主要從調制技術、峰均功率比、抗窄帶干擾能力等角度分析這兩種技術在性能上的具體差異。調制技術在碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中，下行鏈路可支持多種調制，但每條鏈路的符號調制方式必須相同，而上行鏈路卻不支持多種調制，這就使得碼分多址(CDMA)系統(tǒng)喪失了一定的靈活性。并且，在這種非正交的鏈路中，采用高階調制方式的用戶必將會對采用低階調制的用戶產生很大的噪聲干擾。在正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)中，每條鏈路都可以獨立調制，因而該系統(tǒng)不論在上行還是在下行鏈路上都可以容易地同時容納多種混合調制方式。這就可以引入“自適應調制”的概念。它增加了系統(tǒng)的靈活性，例如，在信道好的條件下終端可以采用較高階的如64QAM調制以獲得最大頻譜效率，而在信道條件變差時可以選擇QPSK(四相相移鍵控)調制等低階調制來確保信噪比。這樣，系統(tǒng)就可以在頻譜利用率和誤碼率之間取得最佳平衡。此外，雖然信道間干擾限制了某條特定鏈路的調制方式，但這一點可以通過網絡頻率規(guī)劃和無線資源管理等手段來解決。峰均功率比碼分多址(CDMA)系統(tǒng)的峰均功率比(PAPR)一般在5~11dB，并會隨著數(shù)據速率和使用碼數(shù)的增加而增加。目前已有很多技術可以降低碼分多址系統(tǒng)(CDMA)的峰均功率比。在正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)中，由于信號包絡的不恒定性，使得該系統(tǒng)對非線性很敏感。如果沒有改善非線性敏感性的措施，正交頻分復用(OFDM)技術將不能用于使用電池的傳輸系統(tǒng)和手機等?？拐瓗Ц蓴_能力。碼分多址系統(tǒng)(CDMA)的最大優(yōu)勢就表現(xiàn)在其抗窄帶干擾能力方面。因為干擾只影響整個擴頻信號的一小部分;而正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)中窄帶干擾也只影響其頻段的一小部分，而且系統(tǒng)可以不使用受到干擾的部分頻段，或者采用前向糾錯和使用較低階調制等手段來解決。抗多徑干擾能力在無線信道中，多徑傳播效應造成接收信號相互重疊，產生信號波形間的相互干擾，使接收端判斷錯誤。這會嚴重地影響信號傳輸?shù)馁|量。為了抵消這種信號自干擾，碼分多址(CDMA)接收機采用了RAKE分集接收技術來區(qū)分和綁定多路信號能量。為了減少干擾源，RAKE接收機提供一些分集增益。然而由于多路信號能量不相等，試驗證明，如果路徑數(shù)超過八條，這種信號能量的分散將使得信道估計精確度降低，RAKE的接收性能下降就會很快。正交頻分復用(OFDM)技術與RAKE接收的思路不同，它是將待發(fā)送的信息碼元通過串并變換，降低速率，從而增大碼元周期，以削弱多徑干擾的影響。同時它使用循環(huán)前綴(CP)作為保護間隔，大大減少甚至消除了碼間干擾，并且保證了各信道間的正交性，從而大大減少了信道間干擾。功率控制技術在碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中，功率控制技術是解決遠近效應的重要方法，而且功率控制的有效性決定了網絡的容量。相對來說功率控制不是正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)的基本需求。正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)引入功率控制的目的是最小化信道間干擾。.2多輸入多輸出(MIMO)技術LTE系統(tǒng)將采用可以適應宏小區(qū)、微小區(qū)和熱點等各種環(huán)境的多輸入多輸出(MIMO)技術。基本的多輸入多輸出(MIMO)模型是下行、上行天線陣列，同時也正在考慮更多的天線配置(如44)。目前正在考慮的方法包括空間復用CSM)、空分多址(SDMA)、預編碼(Precoding)、自適應波束形成(AdaptiveBeamforming)、智能天線以及開環(huán)分集主要用于控制信令的傳輸，包括空時分組碼(STBC)和循環(huán)位移分集(CSD)等。多輸入多輸出(MIMO:Multiple-InputMultiple-Out-put)系統(tǒng)是一項運用于801n的核心技術。802.lln是IEEE繼801b\a\g后全新的無線局域網技術，速度可達600Mbps。同時，專有多輸入多輸出(MIMO)技術可改進己有801a/b/g網絡的性能。該技術最早是由馬可尼先生(Marconi)于1908年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。根據收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對于普通的單輸入單輸出(SISO:Single-InputSingle-Output)系統(tǒng)，多入多出(MIMO)系統(tǒng)還可以包括單輸入多輸出(SIMO:Single-InputMultiple-Output)系統(tǒng)和多輸入單輸出(MISO:Multiple-InputSingle-Output)系統(tǒng)。多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)的優(yōu)點是能夠增加無線范圍并提高性能。連接到舊802.llg接入點的802.lln站點能夠以更高的速度連接到更遠的距離。例如，如果使用舊站點，從25英尺的距離連接到接入點的速度是1Mbps;而使用801nMIMO時站點的速度為2Mbps。增加到2Mbps的范圍，允許用戶在更遠的距離保持連接。無線電發(fā)送的信號被反射時，會產生多份信號。每份信號都是一個空間流。使用單輸入單輸出(SISO)的當前或老系統(tǒng)一次只能發(fā)送或接收一個空間流。多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)允許多個天線同時發(fā)送和接收多個空間流。它允許天線同時傳送和接收。多輸入多輸出(MIMO)接入點到多輸入多輸出(MIMO)客戶端，同時發(fā)送和接收多個空間流。利用多輸入多輸出(MIMO)技術可以提高信道的容量，同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。前者是利用多輸入多輸出(MIMO)信道提供的空I間復用增益，后者是利用多輸入多輸出(MIMO)信道提供的空間分集增益。實現(xiàn)空間復用增益的算法主要有貝爾實驗室的BLAST(BellLabsLayeredSpace-Time)算法、迫零(ZF)算法、最小均方差(MMSE)算法、最大似然(ML)算法。最大似然(ML)算法具有很好的譯碼性能，但是復雜度比較大，對于實時性要求較高的無線通信不能滿足要求。迫零(ZF)算法簡單容易實現(xiàn)，但是對信道的信噪比要求較高。性能和復雜度最優(yōu)的就是BLAST算法。該算法實際上是使用迫零(ZF)算法加上干擾刪除技術得出的。臥前多輸入多輸出(MIMO)技術領域另一個研究熱點就是空時編碼。常見的空時碼有空時塊碼、空時格碼。空時碼的主要思想是利用空間和時間上的編碼實現(xiàn)一定的空間分集和時間分集，從而降低信道誤碼率。.3TD-LTE的主要技術特征與3G相比，LTE具有如下技術特征:(