TECHNOLOGIES

Co.,

.SecurityLevel:

SecretTD

LTE物理層介紹20100919

for

CMCC移動(dòng)通信

通信人才網(wǎng)

TECHNOLOGIES

Co.,

.Pag通e2信人才網(wǎng)

LTE物理層OFDMMIMOLTE物理信道設(shè)計(jì)概述物理層基本處理流程概述物理層業(yè)務(wù)處理流程概述TD

LTE性能及與其他系統(tǒng)的對比移動(dòng)通信

Copyright

?

2009Technologies

Co.,

.s.通Pag信e3

人才網(wǎng)

LTELTEOFDM多天線技術(shù)移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

Co.,

.Pag通e4信人才網(wǎng)

OFDM移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.Pag通e5信人才網(wǎng)

為什么引入OFDMA單載波系統(tǒng)和多載波系統(tǒng)通常 采用的通信系統(tǒng)是單載波方案（如GSM），這種系統(tǒng)在數(shù)據(jù)速率不高時(shí)，信號(hào)帶寬小于信道的相干帶寬，接收端符號(hào)間干擾（ISI）不嚴(yán)重，只要采用簡單的均衡器（Equalizer）就可以消除符號(hào)間干擾。隨著數(shù)據(jù)速率的提高，信號(hào)帶寬大于信道的相關(guān)帶寬，均衡器的抽頭數(shù)量和運(yùn)算的復(fù)雜性提高，使用均衡器已經(jīng)無法消除ISI。多載波系統(tǒng)通過把高速的串行數(shù)據(jù)流變成幾個(gè)低速并行的數(shù)據(jù)流，同時(shí)調(diào)制幾個(gè)或干擾引起接收端的錯(cuò)誤得以載波，信道時(shí)延擴(kuò)展引起的ISI減小，同時(shí)，由分散。由于OFDM的頻譜利用率最高，又適于用FFT算法處理，近年來在多種系統(tǒng)得到成功的應(yīng)用，在理論和技術(shù)上已經(jīng)成熟，因此3GPP/3GPP2成員多數(shù)

OFDM作為第四代移動(dòng)通訊無線接入技術(shù)之一。移動(dòng)通信

移動(dòng)通信

Multi-carriers:

FDMTransmitterRFR/N

b/sD(t)f0f1fN-1d

N-1(t)QAMfilterR/N

b/sQAMfilterR/N

b/sQAMfilterd0(t)d1(t)Receiverf0fN-1f1RFfilterQAMQAMQAMfilterf1f0filterfN-1Bandlimitedsignalsf0f1f

2

Pag通e

6信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.移動(dòng)通信

Orthogonal

Frequency

Division

Multiplexing多載波的缺點(diǎn):需要filter

bank頻譜效率低OFDM通過子載波交疊提升頻譜效率.正交性通過何時(shí)設(shè)置子載波間隔實(shí)現(xiàn)：symbolratef

1

fn

fo

nf

,ff0f1f2f3f4Df

Pag通e

7信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.移動(dòng)通Co信n論c壇eptuwwawl.Rhreopptr.ecsomentation

of

OFDM

SymbolGenerationQAMmodulatorQAMmodulatorQAMmodulator......s(t)Symbolrate

=1/Tusymbols/secN

1ej

te

jntej0tn

[0,

N

1]

f

,

n12nu1

66.7sf

15KHzT

1

Pag通e

8信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.OFDM的DFT

實(shí)現(xiàn)發(fā)射信號(hào)通過Discrete

Fourier

Transform實(shí)現(xiàn):對正交性：可以用FFT更有效實(shí)現(xiàn)N

1sn

ake

j

2nk

/

N

IDFT

akk

0uke

,

0

t

TN

1s(t)

ak

0如果按Tu/N時(shí)間間隔采樣：jk

tujnkT

/

NN

1k

0u

ke

Nsn

s

T

a

n

f

*Tu

1*Tu2移動(dòng)通信

Pag通e

9信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.Orthogonal

FDM1

m

n0

m

nTmj

t)dt

nexp(

j

t)

exp(1T0jssjdTi

jdT

jTdssitt

Tstst

Tj2

t

t

dt

N

1i0

1TN

1i0di

expj2

i

t

ts

dtt

t

exp

j2exp1T?移動(dòng)通信

Pag通e

10信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.數(shù)學(xué)模型積分積分積分信道e

j

0te

j1te

jN

1te

j0te1

j

tN1e

j

td0d1dN-1S(t)d?0d?1N1d?+P/S…………S/Pf

i

f

c

i

T移動(dòng)通信

Pag通e

11信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.OFDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖P/Ss(t)AddCyclicPrefixTx.

filter:

GT()Channel:

H()n(t)S/PFFTP/Sr(t)RemoveCyclicPrefixRx.

filter:

GT()TransmitterReceiverChannelS/P

M

IFFTMMMM移動(dòng)通信

通Pag信e12人才網(wǎng)

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?

2009Technologies

Co.,.s.OFDM技術(shù)的發(fā)展OFDM技術(shù)的應(yīng)用已有近40年的歷史，最初主要用于系統(tǒng)無線通信20世紀(jì)的五六十年代，

軍方創(chuàng)建了世界上第一個(gè)多載波調(diào)制系統(tǒng)二十世紀(jì)七十年代，采用大規(guī)模子載波和頻率

技術(shù)的OFDM系統(tǒng)出現(xiàn)二十世紀(jì)九十年代，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，OFDM系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端分別采用IFFT和FFT來實(shí)現(xiàn)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度大大降低，使得該技術(shù)開始廣泛應(yīng)用移動(dòng)通信

通Pag信e13人才網(wǎng)

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2009Technologies

Co.,.s.TECHNOLOGIES

CO.,.Pag

e信人才網(wǎng)

移動(dòng)通信

OFDM系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)頻譜利用率高傳統(tǒng)FDM是用濾波器把整個(gè)頻帶分割成互不

的子載波，子載波之間的保護(hù)頻帶很寬，OFDM允許子載波頻譜交疊，從而提高頻譜利用效率?？衫肍FT實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)OFDM用IFFT和FFT實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，目前FFT易于用DSP或FPGA實(shí)現(xiàn)，比之用傳統(tǒng)的濾波器實(shí)現(xiàn)容易，體積小。減小ISIOFDM把高速串行數(shù)據(jù)變成低速并行數(shù)據(jù)傳輸，增加每個(gè)符號(hào)的周期長度，從而有效對抗無線信道的時(shí)延擴(kuò)展，減小ISI。受頻率選擇性 影響小由于無線信道的頻率選擇性

，不可能所有的子載波都處于比較深的

中，因此可以通過動(dòng)態(tài)比特分配和動(dòng)態(tài)子信道分配，充分利用信噪比高的子信道，提高系統(tǒng)性能。抵抗窄帶干擾OFDM通過把高速串行數(shù)據(jù)

到并行的多個(gè)子載波上，窄帶干擾只能影響一部分子載波，接收端可以通過糾錯(cuò)譯碼恢復(fù)干擾引起的錯(cuò)誤。移動(dòng)通信

多徑時(shí)延擴(kuò)展引起的符號(hào)間干擾（ISI）通Pag信e15人才網(wǎng)

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2009Technologies

Co.,.s.Guard

IntervalGuard

interval,or

Cyclic

Prefix,循環(huán)面以去除inter-symbol

interference(ISI)Guard

interval

應(yīng)該比信道時(shí)延擴(kuò)展更長添加在OFDM

symbol前X(k)Y(k)X(k)Y(k)Tg符號(hào)積分時(shí)間Ts符號(hào)傳輸周期Tpath1path2多經(jīng)時(shí)延τ移動(dòng)通信

通Pag信e16人才網(wǎng)

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2009Technologies

Co.,.s.OFDM

Symbol

DurationTs=Tg+Tu.

Tg為CP長度，Tu為FFT塊長CP的開銷不應(yīng)太大Prefix開銷：Tg/(Tg+Tu)同時(shí)為克服時(shí)間選擇性，需要OFDM符號(hào)遠(yuǎn)小于相干時(shí)間:Ts

in

LTE

shortCP

is

about71.4

μs

(66.7+4.7),CP

overhead

6.6%;Ts

in

L ong

CPis

about

83.4

μs(66.7+16.7),

CP

overhead

20%;Ts

in

WiMAX

is

102.9

μs

(91.4+11.5),CP

overhead

11.2%Ts

in

802.11n

normal

frame

is

4

μs

(3.2+0.4),

CP

overhead

10%dsfT

1

移動(dòng)通信

Pag通e

17信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.移動(dòng)通信

OFDM

Sub-carrier

Spacing為使得每個(gè)子載波盡量平坦，子載波間隔要遠(yuǎn)小于相關(guān)帶寬:f

1同時(shí)為克服Doppler效應(yīng),子載波間隔需要遠(yuǎn)大于Doppler

頻移:f

f

dSub-carrier

spacing

in

LTE

is

15KHz

and

7.5kHz.Sub-carrier

spacing

is

WiMAX

is

10.94kHz,

orlowerSub-carrier

spacing

in

802.11n

normal

frame

is312.5kHz

Pag通e

18信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.OFDM對抗頻率選擇性眾多幅度與相位不同的徑的疊加，將會(huì)使到該子載波的信號(hào)的相位發(fā)生偏轉(zhuǎn)，幅度發(fā)生波動(dòng)，即產(chǎn)生。這種對于每一個(gè)子載波來說是平坦的，雖然對于整個(gè)OFDM的頻譜來說是頻率選擇性，但是由于每一個(gè)子載波所分得的頻寬相對的窄，所以在該子載波上看，可近似地認(rèn)為是平坦的。多徑造成的頻率選擇性變?yōu)槠教挂苿?dòng)通信

Pag通e

19信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.OFDM有效抵抗頻率選擇性010020

030

0F

r

e

q

u

e

n

c

y40050060

0-

3

01050-

5-

1

0-

1

5-

2

0-

2

5Frequency

S

lective

Fading多徑無線信

有頻率選擇性

特征信號(hào)承載在相對平坦的子載波信道上;，在子載波OFDM系統(tǒng)中可以通過動(dòng)態(tài)子載波分配技術(shù)來抵抗頻率選擇性上不傳數(shù)據(jù)或者采用較低階調(diào)制移動(dòng)通信

Pag通e

20信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)系數(shù)(包括幅度和相位)，以實(shí)現(xiàn)相信道估計(jì)的作用：估計(jì)信道干解調(diào)由于子載波的平坦性，OFDM信道估計(jì)可以在頻域進(jìn)行，復(fù)雜度大大降低利用導(dǎo)頻子載波進(jìn)行信道進(jìn)行估計(jì)，要進(jìn)行時(shí)頻二維插值，一般采用線性插值即可滿足要求移動(dòng)通信

通Pag信e21人才網(wǎng)

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2009Technologies

Co.,.s.OFDM系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)資源分配OFDM系統(tǒng)中可供分配的資源包括功率、子載波、編碼調(diào)制方式根據(jù)信道質(zhì)量為每個(gè)用戶動(dòng)態(tài)分配最優(yōu)子載波根據(jù)信道質(zhì)量為每個(gè)子載波動(dòng)態(tài)分配合適的編碼調(diào)制方式和功率…Sub-carriersFFTTimeSymbols5

MHzBandwidthGuardIntervals…Frequency移動(dòng)通信

通Pag信e22人才網(wǎng)

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2009Technologies

Co.,.s.移動(dòng)通信

OFDM系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)易受頻率偏差的影響

OFDM的子載波互相交疊，只有保證接收端精確的頻率取樣才能避免子載波間干擾。無線終端移動(dòng)引起的Doppler頻移也會(huì)使接收端發(fā)生頻率偏移，接收端本地振蕩器與發(fā)射端的頻率偏差也是一種頻率偏移。頻率偏移會(huì)引起子載波間干擾（ICI），對頻率偏移敏感是OFDM的缺點(diǎn)之一。時(shí)間同步要求高OFDM的子載波正交性要求信號(hào)落入FFT窗口內(nèi),因此同步網(wǎng)絡(luò)最方便組網(wǎng);上行要求調(diào)整信號(hào)發(fā)射提前/延后時(shí)間;較高的峰均比（PAR）OFDM發(fā)送端輸出信號(hào)是多個(gè)子載波相加的結(jié)果，目前應(yīng)用的子載波數(shù)量從幾十個(gè)到幾千個(gè)，如果各個(gè)子載波同相位，相加后就會(huì)出現(xiàn)很大的幅值，即調(diào)制信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍很大，這對后級(jí)RF功率放大器提出了很高的要求。通Pag信e23人才網(wǎng)

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?

2009Technologies

Co.,.s.頻率同步的影響下圖顯示，頻率不同步將直接引入ICI，而且ICI的影響要比ISI的影響大得多，所以在OFDM系統(tǒng)中，頻率同步的精度要求比符號(hào)同步高移動(dòng)通信

通Pag信e24人才網(wǎng)

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2009Technologies

Co.,.s.移動(dòng)通信

OFDM峰均比主要原因是OFDM最后的功率是多個(gè)信號(hào)功率的疊加，由于每個(gè)信號(hào)的變化沒有規(guī)律，因此最終疊加后的功率變化較大通Pag信e25人才網(wǎng)

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2009Technologies

Co.,.s.TECHNOLOGIES

CO.,.Pag

e信人才網(wǎng)

LTE上行SC-FDMA，LTE上行采用Single

Carrier-FDMA(DFT-s-考慮到多載波帶來的高PAPR會(huì)影響終端的射頻成本和電池OFDM)以改善峰均比SC-FDMA也有幅度和功率變化，但每個(gè)用戶的發(fā)送信號(hào)與單載波相同，沒有疊加的因素,因此功率的變化就要相對小很多LTE上行采用單載波頻分復(fù)用技術(shù)SC-FDMA中的頻域?qū)崿F(xiàn)方式DFT-S-OFDM（下圖）可以看出與OFDM不同的是在調(diào)制之前先進(jìn)行了DFT的轉(zhuǎn)換，這樣最終發(fā)射的時(shí)域信號(hào)會(huì)大大減小PAPRDFTSub-carrierMapCPinsertionSize-NTXSize-NFFTCoded

symbol

rate=RNTX

symbolsIFFT實(shí)際上DFT-S-OFDM可以認(rèn)為是一種特殊的多載波復(fù)用方式，其輸出的信息同樣具有多載波特性，但是由于其有別于OFDM的特殊處理，使其具有單載波復(fù)用相對較低的PAPR特性。移動(dòng)通信

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2009Technologies

Co.,

.s.Pa人才網(wǎng)

OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)）頻譜利用率高（子載波抗多徑干擾能力強(qiáng)（CP）信道估計(jì)與頻域均衡實(shí)現(xiàn)簡單動(dòng)態(tài)靈活的資源分配缺點(diǎn)對頻率偏移敏感， 頻譜擴(kuò)展會(huì)引起ICIOFDM系統(tǒng)的峰均比（PAPR）較大移動(dòng)通信

OFDMA與CDMA比較DS-CDMA和多載波的調(diào)制過程1

2

．

L1

2

．

L

1

2

．

L

1

2

．

L

1

2

．

L信息符號(hào)載波fc擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻后信號(hào)串并變換子

載子波載f1

波子載f2.波cfN并行數(shù)據(jù)符號(hào)T

T

Ns d

cDS-CDMA信號(hào)的時(shí)域擴(kuò)頻調(diào)制OFDM調(diào)制示意圖移動(dòng)通信

Pag通e

28信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.OFDMA與CDMA比較CDMA的收發(fā)機(jī)基本結(jié)構(gòu)CDMA收發(fā)機(jī)基本結(jié)構(gòu)OFDMA收發(fā)機(jī)基本結(jié)構(gòu)移動(dòng)通信

Pag通e

29信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.OFDMA與CDMA比較OFDMA與CDMA

主要異同Bit級(jí)處理兩種體制相同。Bit級(jí)處理主要包括解擾、解交織、譯碼、CRC校驗(yàn)等。CDMA解調(diào)需要每個(gè)用戶每個(gè)徑單獨(dú)解調(diào)，然后再進(jìn)行用戶的多徑合并，多徑搜索、解調(diào)的運(yùn)算量很大。OFDMA只采用一次FFT就完成了用戶數(shù)據(jù)分離，解調(diào)算法簡單，實(shí)現(xiàn)容易，成本低。CDMA采用擴(kuò)頻機(jī)制，其接收信噪比要求較低，量化位寬比較小。OFDMA子載波的信噪比直接影響解調(diào)，量化位寬比較大，一般為16位。CDMA的

可以每個(gè)用戶進(jìn)行頻偏校正和補(bǔ)償，OFDMA的頻偏校正只能由終端完成，BS無法對各個(gè)用戶單獨(dú)糾偏移動(dòng)通信

Pag通e

30信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.MIMO移動(dòng)通信

通Pag信e31人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.1.

MIMO系統(tǒng)的極限容量MIMO系統(tǒng)的性能增益分析MIMO技術(shù)在LTE中的應(yīng)用移動(dòng)通信

通Pag信e32人才網(wǎng)

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?

2009Technologies

Co.,.s.引言隨著Turbo編碼及LDPC編碼的成熟和實(shí)用化，實(shí)際時(shí)頻通信系統(tǒng)基本上 近了Shannon給出的最高效率：MIMO技術(shù)在不增加 和帶寬的前提下，成倍地提高無線通信系統(tǒng)的傳輸容量：利用空間維度資源在發(fā)射端和接收端同時(shí)采用多天線技術(shù)容量的提升與天線數(shù)目成比例關(guān)系b

/

s

/

HzN2

0

PT

C

log

1移動(dòng)通信

通Pag信e33人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.LTE的性能目標(biāo)與峰值速率LTE的性能目標(biāo)在20MHz的帶寬下,下行峰值速率達(dá)到100Mbps在20MHz的帶寬下,上行峰值速率達(dá)到50MbpsLTE峰值速率資源塊(RB)-20MHz共有100RBs，每個(gè)含12個(gè)子載波;時(shí)域:1個(gè)子幀1ms，短CP，每個(gè)子幀14個(gè)符號(hào)；假設(shè)其中2個(gè)符號(hào)用于控制信息；64QAM調(diào)制:1個(gè)符號(hào)可傳6個(gè)比特理論峰值速率計(jì)算SISO：12*（14-2）*6*100*1000

=

86.4MbpsMIMO(2*2):

2*86.4

=

172.8MBps移動(dòng)通信

通Pag信e34人才網(wǎng)

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2009Technologies

Co.,.s.MIMO系統(tǒng)的極限容量MIMO

(Multiple

Input

Multiple

Output):收發(fā)兩端同時(shí)采用2天線為例接收信號(hào)：h11h21h12h22x1x2y1y20NHRH

H

極限容量

：

C

log2

detI

xx

y

Hx

nxxR

ExxT

y1

h11x1

h12x2

n1y2

h21x1

h22

x2

n2移動(dòng)通信

通Pag信e35人才網(wǎng)

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?

2009Technologies

Co.,.s.MIMO系統(tǒng)的極限容量的本質(zhì)MIMO信道容量的本質(zhì)—等效于多個(gè)正交并行子信道發(fā)射機(jī)12rr00V

H

x

ny

U0MM1K0LMOM0LLMMO0L0L00~x

~n0

0~y

0MMrK

0

LM

O

ML

L

M

O

ML

0

L

1y

Hx

nSVD分解為信道矩陣的奇異值，代表每個(gè)子信道

的幅度i移動(dòng)通信

通Pag信e36人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.MIMO系統(tǒng)的極限容量與信道相關(guān)性002468121416182010SNR(dB)24681012Spectrum

efficiency(Bit/Hz/s)Average

Capacity,

2x2

MIMO

channelTx

corr=0,Rx

corr=0Tx

corr=0.3,Rx

corr=0.3Tx

corr=0.6,Rx

corr=0.6Tx

corr=0.9,Rx

corr=0.9空間相關(guān)性越高，MIMO信道容量越小移動(dòng)通信

通Pag信e37人才網(wǎng)

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?

2009Technologies

Co.,.s.與OFDM的結(jié)合將MIMO系統(tǒng)與OFDM技術(shù)相結(jié)合，可以充分利用二者的優(yōu)勢一方面，MIMO-OFDM系統(tǒng)不僅有很高的頻譜利用率，而且在

OFDM基礎(chǔ)上合理的開發(fā)了空間資源，可以提供更高的數(shù)據(jù)速率，提高系統(tǒng)容量，改善系統(tǒng)性能。另一方面，加入了OFDM調(diào)制技術(shù)的MIMO系統(tǒng)在抗多徑方面表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢，使得MIMO系統(tǒng)在頻率選擇性 信道中也能取作用移動(dòng)通信

通Pag信e38人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.小結(jié)MIMO系統(tǒng)利用空間的維度能夠提升系統(tǒng)的極限容量MIMO系統(tǒng)的極限容量等于多個(gè)并行子信道容量之和MIMO系統(tǒng)的容量和空間相關(guān)性有關(guān)移動(dòng)通信

通Pag信e39人才網(wǎng)

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?

2009Technologies

Co.,.s.移動(dòng)通信

MIMO系統(tǒng)的性能增益極限容量只是為MIMO系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)立了一個(gè)目標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)際的MIMO系統(tǒng)往往需要對極限容量所包含的一些要素進(jìn)行分解MIMO系統(tǒng)的增益分解：列增益(ArrayGain)：通過對N個(gè)天線的接收分集和閉環(huán)發(fā)射分集對接收的信號(hào)進(jìn)行相干合并，實(shí)際是對接收信號(hào)實(shí)際信噪比的改善空間分集增益(Diversity

Gain)

：減少

信道下接收信號(hào)信噪比的波動(dòng)空間復(fù)用增益(Spatial

Multiplexing

Gain)：如果信道環(huán)境散射充分，那么復(fù)用復(fù)用技術(shù)可以將MIMO等效成多個(gè)并行的傳輸信道，成倍的提升空口速率。實(shí)質(zhì)是將SINR在不同天線上進(jìn)行分配，使用并行較低的SINR代替串行的較高的SINR信道干擾對消增益(Co-Channel

Interference

Reduction

Gain)：多用戶下的干擾消除通Pag信e40人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.TECHNOLOGIES

CO.,.Pag

e信人才網(wǎng)多天線技術(shù)的優(yōu)勢陣列增益（Array

gain）分集增益（Diversitygain）空間復(fù)用增益（Spatial

multiplexing

gain）干擾抑制增益（co-channel

interferencereduction）改善系統(tǒng)覆蓋改善系統(tǒng)容量提值速率提高頻譜利用率移動(dòng)通信

MIMO系統(tǒng)的增益—陣列增益定義：發(fā)射總功率相同的前提下對接收端平均信噪比的改善前提：發(fā)射端或者接收端知道信道信息（必要條件）接收信號(hào)模型：h2h1以發(fā)射分集為例：w1sw2sw

s

n

Hw

s

n

h

21

2

y

h1

w移動(dòng)通信

通Pag信e42人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.MIMO系統(tǒng)的增益—陣列增益當(dāng)發(fā)射端知道信道信息時(shí)（閉環(huán)）：接收信號(hào)hs

n

h22122s

h22y

h12

221

1

2

h22

21

h2w

w1

w

hh*

h*h22nss2naverageEESNR

2h

|2

|

h1

2h1h22221h

h始終相干疊加3dB

Gain移動(dòng)通信

通Pag信e43人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.MIMO系統(tǒng)的增益—空間分集增益定義：通過合并多個(gè)空間信號(hào)分量，減少 信道下接收信號(hào)信噪比的相對波動(dòng)，即減小了信噪比的標(biāo)準(zhǔn)差和均值的比值前提：多個(gè)信號(hào)分支經(jīng)歷的

必須不完全相關(guān)（必要條件）單天線接收時(shí)信號(hào)波動(dòng)幅度較大。如果用多天線，合并后的波動(dòng)幅度就變小了移動(dòng)通信

通Pag信e44人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.MIMO系統(tǒng)的增益—空間復(fù)用增益定義：在相同帶寬、相同總 的前提下，通過增加空間信道的維數(shù)獲得的吞吐量增益。前提：信號(hào)經(jīng)歷的空間信道矩陣的秩大于1由于n

log1

SNR

log1

nSNR

，在相同發(fā)射總功率下，把功率分配給幾個(gè)并行信道所能獲得的極限容量將大于等于把功率全部集中到一個(gè)傳輸信道上所能得到的極限容量空間復(fù)用允許系統(tǒng)在不增加額外帶寬和功率的前提下，同時(shí)傳輸單個(gè)用戶的多個(gè)數(shù)據(jù)流或者多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)流移動(dòng)通信

通Pag信e45人才網(wǎng)Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.246812141618200010SNR(dB)2468Spectrum

efficiency(Bit/Hz/s)MIMO系統(tǒng)的增益—空間復(fù)用增益Average

Capacity,

2x2

iid

channel12Dual-streamSingle-stream10由于

信道下，信道矩陣的幾個(gè)特征值并不總是相等，在低信噪比下將

放在增益較大的子信道上傳輸能獲得更高的容量。移動(dòng)通信

通Pag信e46人才網(wǎng)Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.移動(dòng)通信

MIMO系統(tǒng)的增益—干擾對消增益定義：發(fā)射總功率相同的前提對接收端信干比的提升前提：干擾是空間有色且可區(qū)分的有n個(gè)接收天線的MIMO系統(tǒng)，由于信道矩陣的最大正交基個(gè)數(shù)為n，最多可以解調(diào)n個(gè)數(shù)據(jù)流，因此最多可以同時(shí)對消n－1個(gè)干擾提升信號(hào)功率并降低干擾功率。通Pag信e47人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.小結(jié)陣列增益--提升平均信噪比獨(dú)立的 分支--空間分集增益--減小信噪比的相對波動(dòng)多個(gè)流--空間復(fù)用增益--提升容量移動(dòng)通信

通Pag信e48人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.MIMO技術(shù)在LTE中的應(yīng)用發(fā)射分集空間復(fù)用SU/MU-MIMOBeamforming移動(dòng)通信

通Pag信e49人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.Transmit

diversitySFBC4Tx

case*

*

2

1

x

xx1

x2

antennaLTE最大支持4個(gè)邏輯天線端口sub-carrier2Tx

case*

43

SFBC+FSTD

120

0

x*

xx*

x*x1

x2

0

00

0

x3

x40

0sub-carrierantenna移動(dòng)通信

通Pag信e50人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.MIMO模式-空間復(fù)用空間復(fù)用：PrecodingPrecoding:源數(shù)據(jù)在發(fā)射端進(jìn)行預(yù)編碼(以2×2MIMO為例)

2

21 22

2

vz

v

s

z1

v11

v12

s1

移動(dòng)通信

通Pag信e51人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.ChannelencoderScaramblingChannelencoderScaramblingModulationModulationCodeword

tolayer

mapcodewordLayerprecoding移動(dòng)通信

典型SU-MIMO框圖rtual“

antenna

的數(shù)據(jù)流數(shù)。層和秩層（layer）為（

rank）相等.

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

52才網(wǎng)最大codeword數(shù)LTE中,無論2天線還是4天線，最大碼字?jǐn)?shù)是2.對4天線而言，原則上支持的最大碼字?jǐn)?shù)可以是4，但大多數(shù)公司的仿真表明4碼字相對2碼字的增益并不明顯，同時(shí)考慮到上下行信令的開銷和復(fù)雜度，最終采納了2碼字移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

53才網(wǎng)Codeword

to

layer

mapranknumber

of

codewordCodeword

to

layer

map11one

to

one22codeword

1

to

layer

1codeword

2

to

layer

221codeword

1

to

layer

1,232codeword

1

to

layer

1codeword

2

to

layer

2,342codeword

1

to

layer

1,2codeword

2

to

layer

3,4移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

54才網(wǎng)Rank

adaptationLTE支持秩自適應(yīng).可以根據(jù)信道條件進(jìn)行秩的自適應(yīng)改變.因?yàn)橹儒e(cuò)誤會(huì)影響多天線系統(tǒng)的性能，秩自適應(yīng)可以更和鏈路特性匹配，可以看做是鏈路自適應(yīng)的一種.2×2

rank

可以是1,2;4×2

rank可以是1,2;4×4

rank可以是1,2,3,4UE會(huì)把測量到的rank反饋給Node

B.移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

55才網(wǎng)Precoding從layer到物理天線的

是通過precoding實(shí)現(xiàn)的LTE中用的是Linear

precoding.對FDD和TDD,都采用codebook

based

precoding.SU-MIMO采用Unitary

precoding.一個(gè)codebook

中有N

個(gè)unitary

precoding

矩陣。矩陣A

稱為Unitary

的，當(dāng)其滿足：AAH

AH

A

I移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

56才網(wǎng)Codebook設(shè)計(jì)Precoding

codebook

設(shè)計(jì)需要考慮如下因素好的性能為減少復(fù)雜度

(precodingmatrix/vector

選擇)和信令開銷，碼本的大小要比較小.碼矩陣具有恒模特性以保證不同物理天線的功率平衡考慮滿足不同的天線特性：相關(guān)和非相關(guān)交叉極化和線性陣LTE采納了CMHH(Constant

modules

Householder)codebook

做為4天線碼本.移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

57才網(wǎng)Codebook示例2天線碼本如下所示.Tx

RankCodebook

per

RankSize

perRankTotalSize11

12

1

1

1

2

1

1

12

j

1

1

2

j

471

00

1

1

12

11

11

1 1

2

j

j

23移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

58才網(wǎng)CDDCDD—cyclic

delay

diversityZero

and

small

delayCDD操作通過不同天線間的相位移位引入了頻率選擇性Large

delayNNDi

000

e0

j

2

i

1eN

j

2

i3

e

j

2

i2

000000000

j

2

ie

N

01iD

移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

59才網(wǎng)LTE中CDD

precoding通信Pag人e

60才網(wǎng)

TECHNOLOGIES

CO.,.Sma

l

delay

CDD

precoding經(jīng)過

，LTE最終沒有采納

small

delay

CDD

precoding.在實(shí)際系統(tǒng)中，不同物理天線之間天然具有一定的小時(shí)間偏差（

timingmisalignment），比如WCDMA中規(guī)定天線間時(shí)間差可允許65ns.因此，小時(shí)延CDD在實(shí)際系統(tǒng)中已經(jīng)天然存在.large

delay

CDD

precoding主要目的是引入虛擬天線間的

layerpermutation,從而每層可以獲得近似的信道質(zhì)量,以降低反饋信令開銷.主要用于開環(huán)空間復(fù)用模式y(tǒng)

(

i

)

W

(

i

)

D

(

i

)U

x

(

i

)W

(i)

is

the

precoding

matrix

selected

from

codebook.D(i)

is

the

diagonal

delay

matrix

.U

is

a

fixed

unitary

matrix

for

a

certain

rank移動(dòng)通信

large

delay取值RankUD(i)11121

1

1

e

j

2

2

1

0

0

e

j

2i

2

31

1

1

1

e

j2

3

e

j4

3

1

e

j4

3

e

j8

3

1

0

0

0

e

j2i

3

0

0

0

e

j4i

3

41

1

1

1

1

e

j

2

4

e

j

4

4

e

j

6

4

1

e

j

4

4

e

j8

4

e

j12

4

e

j12

4

e

j18

4

1

e

j

6

4

1

0

0

0

j2i

4

0

0

0

e

0

0

e

j4i

4

0

0

0

e

j6i

4

0

通信Pag人e

61才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.移動(dòng)通信

開環(huán)空間復(fù)用通Pag信e62人才網(wǎng)Copyright

?

2009Technologies

Co.,

.s.開環(huán)空間復(fù)用模式下的Large-delay

CDDeNodeB周期地分配不同的Precoding碼字到不同的數(shù)據(jù)子載波Large-delay

CDD方案只用于Rank>1支持發(fā)射分集和開環(huán)空間復(fù)用的動(dòng)態(tài)Rank子適應(yīng)不需要PMI反饋，兩個(gè)碼字的CQI沒有差異設(shè)計(jì)用于高速場景和高C/I的UE較少的CQI反饋開銷

x

(0)

(i)

y

(0)

(i)

y

(

P

1)

(i)x(

1)

(i)M

W

(i)D(i)U

M

移動(dòng)通信

閉環(huán)空間復(fù)用eNodeB需要進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)編碼系統(tǒng)從預(yù)定義的碼本中選擇最適合的Precoding矩陣，預(yù)定義碼本同時(shí)保存在eNodeB和UE中UE在評(píng)估信道質(zhì)量的基礎(chǔ)上，選擇該時(shí)刻最適合的Precoding矩陣，并將矩陣索 送給eNode

B移動(dòng)通信

通Pag信e63人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.MU-MIMO發(fā)射機(jī)MU-MIMO

能夠提高系統(tǒng)容量Precoding

用來保證信道的正交性移動(dòng)通信

通Pag信e64人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.SU-MIMO和MU-MIMOSU-MIMO改善單用戶速率同時(shí)傳送多個(gè)數(shù)據(jù)流給一個(gè)用戶有效改善信道條件好的用戶的數(shù)據(jù)傳輸效率MU-MIMO多個(gè)用戶共享時(shí)頻資源充分利用多個(gè)用戶不同的空間傳輸特性（多用戶分集）可以有效改善小區(qū)的整體吞吐能力，但對單用戶的吞吐量沒有幫助移動(dòng)通信

通Pag信e65人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.MIMO相關(guān)的反饋信令PMI:

precoding

matrix/vector

indicator頻選非頻選Rank上報(bào)單個(gè)rank，即rank是RB

common的CQIWideband

CQISub-band

CQI移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

66才網(wǎng)Copyright

?

2009Technologies

Co.,

.s.Pa人才網(wǎng)

BeamformingBeamforming是發(fā)射端對數(shù)據(jù)先再發(fā)送，形成窄的發(fā)射波束，將能量對準(zhǔn)目標(biāo)用戶，從而提高目標(biāo)用戶的解調(diào)信噪比Beamforming可以獲得陣列增益、分集增益和復(fù)用增益

LTE

TDD可以利用上下行信道互易性估計(jì)下行信道信息LTE

TDD

Beamforming需要進(jìn)行通道校正上行信道估計(jì)計(jì)算Beamforming權(quán)值Beamforming收發(fā)通道測量通道校正中射頻收發(fā)通道W?HSRS/DMRS~HSRS/DMRSBeamformingPath

CalibrationDataTxR?

iq移動(dòng)通信

TDD

LTE典型天線陣TDD

LTE

beamforming相應(yīng)的天線陣Polarized

antenna

array

8Tx

antennasR8中只支持單流BF，R9中支持雙流移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

68才網(wǎng)Beamforming算法EBB(Eigenvalue

Based

Beamforming)算法－－for

TDD最大化接收的SNR.Ps

是每層的為達(dá)到最大化SNR的效果，precoding

向量取值為HH

H

的特征向量.由于TDD系統(tǒng)具有上下行信道的互易性，eNB可以通過對上行sounding信號(hào)的測量來獲知下行信道條件.Y

HWS

N

0

HyH

H

HnH

H

HnH

HsnP

E

Y

Y

P

Ptr

W

H

HW

P

E

S

W

H

HWS

P

E

tr

W

H

HWSSTransmitting

signalReceiving

signal

power移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

69才網(wǎng)Beamforming算法…SdDoA

(Direction

of

Arrival)

+PMI

feedback

-

for

FDDDoA

測量Sd

sin2ea

ejn

Mvj2ej1

S

d

sin

2

1

precoding

向量取值

aavHFDD系統(tǒng)不具有信道互易性，因此采用DoA-based

BF;如果采

流BF，則FDD系統(tǒng)需要進(jìn)行PMI反饋；移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

70才網(wǎng)移動(dòng)通信

BF相關(guān)的CQI反饋，NodeB需要對UE上報(bào)的CQI進(jìn)行補(bǔ)償基于CRS考慮到CRS上不進(jìn)行BF計(jì)算時(shí)和TxD

mode相同

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

71才網(wǎng)Beamforming的實(shí)現(xiàn)要求Beamforming實(shí)現(xiàn)要求需要采用

導(dǎo)頻天線數(shù)量增加可以使用相對更少的參考信號(hào)在 側(cè)需要進(jìn)行通道校正TDD系統(tǒng)可以利用上下行信道互易性TDD系統(tǒng)需要上行Sounding或其它信息來進(jìn)行Beamforming權(quán)值計(jì)算更適合天線數(shù)量大于4的情況移動(dòng)通信

通Pag信e72人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.LTE

TDD

Beamforming性能Beamforming性能單流Beamforming主要用于改善小區(qū)邊緣的用戶吞吐量；雙流Beamforming能夠改善小區(qū)的平均吞吐量；相比4天線MIMO，8天線Beamforming能帶來較大增益；移動(dòng)通信

通Pag信e73人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.Dual-layer

beamforming

in

LTE

R9Single

user

Dual-layerBF

性能評(píng)估Single

layerBFDual-

layerBFMulti-user

BFCell-Averagethroughput100%113.7%138.5%Cell-edgeThroughput100%89%126%Multi-user

BF

性能評(píng)估Mean

spectral

efficiency

percell

(bps/Hz)Cell-edge

spectralefficiencyper

cell

(bps/Hz)single

layer

BF

(LTE

TDD

）1.770.066dual-layer

BF

(

LTE

TDD

)2.230.06移動(dòng)通信

LTE

TDD

Beamforming性能

通Pag信eP7a4g人e74才網(wǎng)Copyright

?

2009Technologies

Co.,.s.Uplink

MU-MIMO

–

virtual

MIMOLTE支持Uplink

MU-MIMOVirtual

MIMO本身是實(shí)現(xiàn)問題，對UE透明上行參考信號(hào)設(shè)計(jì)支持多個(gè)用戶復(fù)用同一時(shí)頻資源移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

75才網(wǎng)附：TD-SCDMA

SU-MIMOPSRC(Per

StreamRateControl)：NodeB根據(jù)UE在兩天線交替發(fā)送的Midamble進(jìn)行信道估計(jì)，NodeB進(jìn)行單/雙流的選擇及

MIMO賦形矢量計(jì)算。引入支持雙流的擴(kuò)頻碼與信道估計(jì)碼表（2子表）。通過控制信道中的特殊指示位，指示網(wǎng)絡(luò)發(fā)送單流數(shù)據(jù)還是MIMO雙流數(shù)據(jù)及各流使用的信道估計(jì)碼(Midamble

shift)。上行引入與HS-SICH交替發(fā)送StandaloneMidamble

Channel用于反饋終端各天線至各天線的信道信息。TD-SCDMA

MIMO技術(shù)提高下行單用戶峰值速率和小區(qū)吞吐量室外TD系統(tǒng)采用MIMO技術(shù)，用戶峰值速率提升100％；小區(qū)的平均吞吐量提升20％。R8

MIMO協(xié)議移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

76才網(wǎng)附：TD-SCDMA

MU-MIMONodeB通過用戶上行E-PUCH或StandaloneMidamble發(fā)送的Midamble

shift進(jìn)行用戶度

，選擇

度較高的用戶作為MU-MIMO配對用戶。引入支持4用戶的擴(kuò)頻碼與信道估計(jì)碼映射表（4子表）。通過控制信道中的特殊指示位，指示MU-MIMO用戶使用的擴(kuò)頻碼與信道估計(jì)碼映射子表。上行引入周期性發(fā)送的StandaloneMidamble

Channel

用于MU-MIMO用戶空間度。TD-SCDMA

MIMO技術(shù)復(fù)用相同碼道的MU-MIMO用戶，使用不同的信道估計(jì)碼。單用戶吞吐量不變，4用戶MU-MIMO最高提升4倍小區(qū)上行/下行容量?？赏瑫r(shí)用于上行和下行數(shù)據(jù)傳輸。R10

MU-MIMO協(xié)議移動(dòng)通信

TECHNOLOGIES

CO.,.通信Pag人e

77才網(wǎng)LTE物理信道設(shè)計(jì)概述com移動(dòng)通信

20.April

2009通信人才網(wǎng)

Copyright

?

2009Technologies

Co.,

.s.Pa人才網(wǎng)

移動(dòng)通信

Where

is

physical

layer?interneteNBRB

ControlConnection

Mobility

Cont.eNB

MeasurementConfiguration

&

ProvisionDynamic

ResourceAllocation

(Scheduler)PDCPPHYMMES-GWS1MACInter

Cell

RRMRadio

Admission

ControlRLCE-UTRANEPCRRCMobilityAnchoringEPS

Bearer

ControlIdle

State

MobilityHandlingNAS

SecurityP-GWUE

IP

addressallocationPacket

Filtering移動(dòng)通信

LTE無線幀結(jié)構(gòu)–TDD一個(gè)無線幀分為兩個(gè)5ms半幀DwPTS

+

GP

+

UpPTS

=1ms七種上下行配比DL-ULConfigurationSwitch-pointperiodicitySubframber012345678905

msDSUUUDSUUU15

msDSUUDDSUUD25

msDSUDDDSUDD310

msDSUUUDDDDD410

msDSUUDDDDDD510

msDSUDDDDDDD65

msDSUUUDSUUD–FDD–Radio

frame

=

10ms

=

10

Subframe

=

20

Slot#0#1#2#3#19One

radio

frame,

Tf

=

307200Ts=10msOne

slot,

Tslot

=

15360Ts

=

0.5

ms#18One

subframe

Pag通e

80信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

Co.,.移動(dòng)通信

TDLTE幀結(jié)構(gòu)vs.TDSCDMA

幀結(jié)構(gòu)UpPTS(160chips)1.28McpsDwPTS(96chips)GP

(96chips)Switching

PointSubframe

5ms

(6400chip)Switching

PointOne

slot,Tslot=15360TsDwPTS

GPUpPTSOne

radio

frame,

Tf

=

307200Ts

=

10

msOne

half-frame,

153600Ts

=

5

ms30720TsOne

subframe,

30720TsGPUpPTSDwPTSSubfra

me

#2Subframe

#3Subframe

#4Subframe

#0Subfra

me

#5Subframe

#7Subfra

me

#8Subframe

#9

Pag通e

81信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

Co.,.移動(dòng)通信

TDD特殊子幀配置ConfigurationNormal

CP

(OFDM

symbols)Extended

CP(OFDMsymbols)DwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS0310210371022---81112---

Pag通e

82信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

Co.,.移動(dòng)通信

上下行時(shí)

格下行時(shí)頻資源柵格symbN

DLTslotl

0symbNDL

RBRBNscRBNscsymb

scN

DL

N

RB(k,

l)k

0l

N

DL

1RB

sck

N

DL

N

RB

1ULNsymbslotTl

0symbNRUBL

NscRBNscRBN

UL

N

RBsymb

sc(k,

l)k

0l

N

UL

1RB

sck

N

UL

N

RB

1上行時(shí)頻資源柵格

Pag通e

83信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.時(shí)頻資源單位RE

(Resource

Element)資源柵格上的每一個(gè)小方格，是資源分配的最小單位，其中(k,l)唯一標(biāo)志一個(gè)RE。子載波資源柵格上處于同一個(gè)頻域上RE集合，即k連續(xù)，l相等的那些RE構(gòu)成的集合。下行采用OFDM符號(hào)下行資源柵格上處于同一個(gè)時(shí)域上的RE集合，即k相等，l連續(xù)的那些RE構(gòu)成的集合。上行SC-FDMA符號(hào)上行資源柵格上處于同一個(gè)時(shí)域上的RE集合，即k相等，l連續(xù)的那些RE構(gòu)成的集合。PRBPRB即一個(gè)Slot里時(shí)域上由的子載波構(gòu)成的時(shí)頻資源。因此，一個(gè)PRB由

個(gè)RE組成。由于上行的單載波特性，上行資源的分配以連續(xù)個(gè)PRB為單位symbN

ULsc個(gè)連續(xù)的的SC-FDMA符號(hào)、頻域上由N

RB個(gè)連續(xù)symb

scN

UL

N

RB移動(dòng)通信

Pag通e

84信人才網(wǎng)TECHNOLOGIES

CO.,.ConfigurationN

RBscN

ULsymbFS1FS2Normal

cyclic

prefix1277Extended

cyclic

prefix1266ConfigurationN

RBscN

DLsymbFS1FS2Normal

cyclicprefix

f

15

kHz1277Extendedcyclic

prefixf

15

kHz66