移動通信概論信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院授課人：xxx24G移動通信系統(tǒng)內(nèi)容提要14G發(fā)展背景24G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)34G協(xié)議棧 44G核心技術(shù)54G增強技術(shù)6LTE系統(tǒng)的無線接口34G移動通信系統(tǒng)14G發(fā)展背景24G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)34G協(xié)議棧 44G核心技術(shù)5LTE系統(tǒng)的無線接口64G增強技術(shù)移動通信系統(tǒng)演進示意圖4G發(fā)展背景1)3G能提供Mbit/s量級的傳輸速率，仍與人們的需求相去甚遠；2)2005年，4G被正式命名為IMT-Advanced。LTE技術(shù)發(fā)展示意圖4G發(fā)展背景3GPP組織啟動了以MIMO和OFDM為核心技術(shù)的LTE（LongTermEvolution）項目，LTE應(yīng)運而生：4G基本特征4G移動通信系統(tǒng)具有以下基本特征：1、很高的傳輸速率和大范圍覆蓋100Mbit/s~1Gbit/s的峰值傳輸速率較大地域的連續(xù)覆蓋性能2、豐富的業(yè)務(wù)和QoS保證全面支持語音、圖像、視頻等豐富的數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務(wù)容納龐大的用戶群提供用戶滿意的QoS保證4G基本特征4G移動通信系統(tǒng)具有以下基本特征：3、開放而融合的平臺移動終端、業(yè)務(wù)節(jié)點及移動網(wǎng)絡(luò)機制具有“開放性”用戶能夠自由地選擇協(xié)議、應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)各類媒體、通信主機及網(wǎng)絡(luò)之間“無縫”鏈接用戶能夠自由地在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境間無縫漫游4、高度智能化的網(wǎng)絡(luò)高度自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)具有很好的重構(gòu)性、可變性、自組織性4G基本特征4G移動通信系統(tǒng)具有以下基本特征：5、高度可靠的鑒權(quán)及安全機制數(shù)據(jù)的安全可靠性直接影響到整個網(wǎng)絡(luò)的生存力直接影響到用戶對整個網(wǎng)絡(luò)的信任程度概括地說，4G技術(shù)是在傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步提高了無線通信的網(wǎng)絡(luò)效率和功能。它包含的不僅僅是一項技術(shù)，而是多種技術(shù)的融合。LTE設(shè)計目標(biāo)目標(biāo)分項目標(biāo)要求主要實現(xiàn)方法頻譜靈活使用支持的系統(tǒng)帶寬包括：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz帶寬可擴展的OFDMA技術(shù)峰值速率在20MHz帶寬下，下行峰值速率可達100Mb/s

下行MIMO，高階QAM在20MHz帶寬下，上行峰值速率可達50Mb/sUE配置1根發(fā)送天線，高階QAM天線配置

下行支持：

高效的控制信令設(shè)計，支持天線端口數(shù)為2/4的高效導(dǎo)頻圖案

上行支持：

更高的頻譜效率下行：3~4倍于HSDPAR6（HSDPA：1發(fā)2收，LTE：2發(fā)2收）MIMO-OFDM，自適應(yīng)編碼調(diào)制，小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(ICIC)上行：2~3倍于HSUPAR6（HSUPA：1發(fā)2收，LTE：1發(fā)2收）LTE設(shè)計目標(biāo)（續(xù)）目標(biāo)分項目標(biāo)要求主要實現(xiàn)方法低延遲控制平面的時延應(yīng)小于50ms，建立用戶平面的時延要小于100ms取消RNC節(jié)點，采用扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計空中接口中的層2、層3設(shè)計從UE到服務(wù)器的用戶平面時延應(yīng)小于10ms移動性對低于15km/h的移動條件進行優(yōu)化設(shè)計采用了相對較寬的15kHz子載波間隔，在開環(huán)MIMO、導(dǎo)頻密度上也有所考慮對低于120km/h的移動條件應(yīng)該保持高性能對達到350km/h的移動條件應(yīng)該能夠保持連接覆蓋性能針對覆蓋半徑<5km的場景優(yōu)化設(shè)計OFDM采用了長、短兩種CP長度，以適應(yīng)不同的覆蓋范圍針對覆蓋半徑在5~30km之間的場景，允許性能略有下降針對覆蓋半徑達到30~100km之間的場景，仍應(yīng)該能夠工作編號提交組織技術(shù)方案技術(shù)基礎(chǔ)1IEEEFDD和TDD，UL/DLbasedonOFDMA基于IEEE802.16m2日本FDD和TDD，UL/DLbasedonOFDMA基于IEEE802.16m3韓國FDD和TDD，UL/DLbasedonOFDMA基于IEEE802.16m43GPPFDD和TDD，ULbasedonSC-FDMA(DFT-spreadOFDM)，DLbasedonOFDMA基于3GPPLTERelease10&beyond(LTE-Advanced)5日本FDD和TDD，ULbasedonSC-FDMA(DFT-spreadOFDM)，DLbasedonOFDMA基于3GPPLTERelease10&beyond(LTE-Advanced)6中國TDD,TD-LTE-Advanced，ULbasedonSC-FDMA(DFT-spreadOFDM)，DLbasedonOFDMA基于3GPPLTERelease10&beyond(LTE-Advanced)ITU認(rèn)定的6個有效4G候選提案4G研究計劃從采用的技術(shù)方案和技術(shù)基礎(chǔ)的淵源看，提案1、2和3是同一類，提案4和5是同一類，中國的TD-LTE-Advanced提案僅包括TDD模式，且根源于3GPP-LTERelease10&beyond(LTE-Advanced)，因此，提案可以分為兩大陣容：3GPPLTE-Advanced和IEEE802.16m。最終LTE-Advanced和IEEE802.16m成為IMT-Advanced國際標(biāo)準(zhǔn)。4G研究計劃我國4G的產(chǎn)業(yè)發(fā)展首推中國移動公司的TD-LTE系統(tǒng)。4G產(chǎn)業(yè)發(fā)展中國移動"4G"：TD-LTE(Release9)4G國際標(biāo)準(zhǔn)：LTE-A(Release10+)在頻段方面，目前已部署的包括Band41中的60MHz頻段2575-2635MHz、Band39中的20M頻段(1880~1900MHz)和Band40(2320~2370MHz)頻段，其中Band40僅用于室內(nèi)覆蓋。144G移動通信系統(tǒng)14G發(fā)展背景24G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)34G協(xié)議棧 44G核心技術(shù)5LTE系統(tǒng)的無線接口64G增強技術(shù)4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在Rel-6中，RNC主要負責(zé)對各種接口的管理，是無線資源管理的主體，主要包括移動性管理、呼叫控制、切換控制、功率控制、宏分集合并等功能。一個RNC控制一個或多個NodeB。NodeB主要實現(xiàn)空中接口與物理層間的相關(guān)處理并完成一部分無線資源管理功能，比如快功率控制。3GPPRel-6(HSDPA)4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為了達到簡化信令流程、縮短延遲和降低成本的目的，LTE舍棄了UTRAN的無線網(wǎng)絡(luò)控制器-基站(RNC-NodeB)結(jié)構(gòu)，精簡為核心網(wǎng)加基站(eNodeB)模式。具體為：取消RNC節(jié)點，整個LTE網(wǎng)絡(luò)由演進分組核心網(wǎng)（EPC）和演進無線接入網(wǎng)（E-UTRAN）組成。核心網(wǎng)由許多網(wǎng)元節(jié)點組成，而接入網(wǎng)只有一個節(jié)點，即與用戶終端（UE）相連的eNodeB。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比前幾代移動通信系統(tǒng)，4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的主要變化為：實現(xiàn)了控制與承載的分離，MME負責(zé)移動性管理、信令處理等功能，S-GW負責(zé)媒體流處理及轉(zhuǎn)發(fā)等功能;核心網(wǎng)取消了CS(電路域)，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)全IP化;取消了RNC，原來RNC功能被分散到了eNodeB和網(wǎng)關(guān)(GW)中，eNodeB直接接入EPC，LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加扁平化;傳輸帶寬需求大幅增加，峰值速率將達到1Gbit/s。184G移動通信系統(tǒng)14G發(fā)展背景24G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)34G協(xié)議棧

44G核心技術(shù)5LTE系統(tǒng)的無線接口64G增強技術(shù)空中接口是終端和接入網(wǎng)之間的接口，簡稱Uu接口，通常也稱之為無線接口。在4G中，空中接口是終端UE和eNodeB之間的接口?？罩薪涌趨f(xié)議主要是用來建立、配置和釋放各種無線承載業(yè)務(wù)的。空中接口協(xié)議棧主要分為三層兩面，三層指物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層，兩面指用戶平面和控制平面。4G協(xié)議棧用戶平面用于執(zhí)行無線接入承載業(yè)務(wù)，主要負責(zé)用戶發(fā)送和接收的所有信息的處理。用戶平面協(xié)議棧4G協(xié)議棧用戶平面協(xié)議子層媒體訪問控制層（MAC）無線鏈路控制層（RLC）分組數(shù)據(jù)匯聚層(PDCP)控制平面負責(zé)用戶無線資源的管理、無線連接的建立，業(yè)務(wù)的QoS保證和最終的資源釋放?？刂破矫鎱f(xié)議棧4G空中接口控制平面協(xié)議子層非接入層（NAS）無線資源控制層（RRC）分組數(shù)據(jù)匯聚層(PDCP)無線鏈路控制子層（RLC）媒體接入控制子層（MAC）224G移動通信系統(tǒng)14G發(fā)展背景24G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)34G協(xié)議棧 44G核心技術(shù)5LTE系統(tǒng)的無線接口64G增強技術(shù)4G關(guān)鍵技術(shù)為了滿足4G移動通信系統(tǒng)的高數(shù)據(jù)率、高終端移動性、高頻譜利用率和功率效率等方面的要求，人們發(fā)展了眾多的新理論與新技術(shù)。以O(shè)FDM為代表的多載波技術(shù)（核心）以MIMO為代表的多天線技術(shù)（核心）無線資源管理技術(shù)……隨著無線數(shù)據(jù)速率的不斷提高，無線通信系統(tǒng)的性能不僅僅受到噪聲的限制，更主要受制于無線信道時延擴展所帶來的碼間串?dāng)_。為了傳輸高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，必須采用措施消除碼間串?dāng)_。經(jīng)典的抗碼間干擾方法是信道均衡，但在采用單載波均衡的情況下，往往要設(shè)計抽頭系數(shù)很大的均衡器，這是現(xiàn)有技術(shù)難以支持的。同樣，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，采用CDMA技術(shù)來傳輸高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也十分困難。OFDM技術(shù)-引言研究表明，在傳輸5Mbit/s以上的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，采用OFDM技術(shù)既能抗碼間串?dāng)_，又能支持高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，且不需要復(fù)雜的信道均衡器。因此，4G選用了OFDM技術(shù)。OFDM的出發(fā)點是將高速的數(shù)據(jù)流分解為多路并行的低速數(shù)據(jù)流，在多個載波上同時進行傳輸。對于低速并行的子載波而言，由于符號周期展寬，多徑效應(yīng)造成的時延擴展相對變小，碼間串?dāng)_幾乎就可以忽略。OFDM技術(shù)-引言正交頻分復(fù)用——OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing(OFDM)，也被稱為離散多音調(diào)制。OFDM的發(fā)展簡史最早起源于20世紀(jì)50年代中期。20世紀(jì)60年代就已形成了使用并行數(shù)據(jù)傳輸和頻分復(fù)用的概念，但因使用模擬濾波器復(fù)雜度較高，發(fā)展緩慢。1971年Weinstein和Ebert在雜志上發(fā)表了用離散傅立葉變換實現(xiàn)多載波調(diào)制的方法，是一里程碑事件，該方法為OFDM的實用化奠定了理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代，開始應(yīng)用于高速調(diào)制解調(diào)器，如短波并傳調(diào)制解調(diào)器等。OFDM技術(shù)-引言O(shè)FDM的發(fā)展簡史（續(xù)）20世紀(jì)90年代，隨著DSP和VLSI技術(shù)的發(fā)展，OFDM開始得到廣泛應(yīng)用，如數(shù)字音頻廣播、非對稱數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）、無線局域網(wǎng)等。近期，人們用OFDM技術(shù)解決高速信息流在無線信道中的傳輸問題，如4G、WLAN、HDTV等。OFDM的基本思想將高速數(shù)據(jù)流分解為若干個獨立的低速子數(shù)據(jù)流，用這樣低比特率形成的低速率多狀態(tài)符號去調(diào)制相應(yīng)的子載波，就構(gòu)成了多個低速率符號并行調(diào)制傳輸系統(tǒng)（即多載波傳輸系統(tǒng)）。OFDM技術(shù)-引言抗多徑衰落的典型方法單載波TDMA接入使用均衡器，如GSM中26比特長的訓(xùn)練序列

問題：高速數(shù)據(jù)流的符號寬度相對較窄，符號之間會存在比較嚴(yán)重的符號間干擾（ISI），導(dǎo)致需要很長的抽頭系數(shù)，均衡器復(fù)雜！單載波CDMA接入使用擴頻調(diào)制，如IS-95CDMA中的m序列問題：在保證相同帶寬的前提下，高速數(shù)據(jù)流所使用的擴頻增益不能太高，導(dǎo)致抗多徑衰落能力下降！

隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展，OFDM成為4G中有效抗多徑衰落的高速傳輸技術(shù)。OFDM技術(shù)-引言O(shè)FDM技術(shù)的優(yōu)點把高速率數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，使得每個子載波上的數(shù)據(jù)符號持續(xù)長度相對增加，從而有效地減少多徑傳輸?shù)姆柛蓴_（ISI），進而減少接收機內(nèi)均衡的復(fù)雜度。OFDM技術(shù)-引言并行碼元周期Tp

NTs，N越大，抗符號間串?dāng)_（ISI）的能力也就越強。

OFDM技術(shù)的優(yōu)點與常規(guī)的頻分復(fù)用系統(tǒng)不同，OFDM系統(tǒng)中的各個子載波之間相互正交，頻譜利用率高。當(dāng)子載波個數(shù)很大時，系統(tǒng)的頻譜利用率趨于2Baud/Hz。OFDM正交性示意圖OFDM技術(shù)-引言O(shè)FDM技術(shù)的優(yōu)點OFDM易于和其它多種接入方法結(jié)合使用，構(gòu)成OFDMA系統(tǒng)，其中包括多載波碼分多址MC-CDMA、跳頻OFDM以及OFDM-TDMA等等，使多個用戶可以同時利用OFDM技術(shù)進行信息的傳輸。OFDM技術(shù)的缺點易受頻率偏差的影響。=>由于子信道的頻譜相互覆蓋，無線信道所造成的收發(fā)信號間的頻率偏差會破壞這種正交性，導(dǎo)致子信道干擾(ICI)。OFDM技術(shù)-引言O(shè)FDM技術(shù)的缺點存在較高的峰值平均功率比。由于多載波調(diào)制系統(tǒng)的輸出是多個子信道信號的疊加，因此如果多個信號的相位一致時，所得到的疊加信號的瞬時功率就會遠遠大于信號的平均功率，導(dǎo)致出現(xiàn)較大的峰值平均功率比（PAPR）。這就對發(fā)射機內(nèi)功率放大器的線性提出了很高的要求，如果放大器的動態(tài)范圍不能滿足信號的變化，則會導(dǎo)致信號畸變，使疊加信號的頻譜發(fā)生變化，使系統(tǒng)性能惡化。OFDM技術(shù)-引言O(shè)FDM系統(tǒng)收發(fā)機的典型框圖

OFDM技術(shù)-系統(tǒng)關(guān)鍵模塊OFDM系統(tǒng)收發(fā)機的關(guān)鍵模塊串并變換在發(fā)射端將輸入串行比特流轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，隨后產(chǎn)生OFDM符號，在接收端執(zhí)行相反的操作，從各個子載波處來的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換回原始的串行數(shù)據(jù)。子載波調(diào)制一個符號之內(nèi)包含多個經(jīng)過相移鍵控（PSK）或者正交幅度調(diào)制（QAM）的子載波。OFDM技術(shù)-系統(tǒng)關(guān)鍵模塊OFDM系統(tǒng)收發(fā)機的關(guān)鍵模塊DFT實現(xiàn)傅立葉變換將時域與頻域聯(lián)系在一起。DFT是有限長序列傅立葉變換的有限點離散采樣?？焖俑盗⑷~變換（FFT）僅是DFT計算應(yīng)用的一種快速數(shù)學(xué)方法。對于子載波數(shù)N比較大的系統(tǒng)，OFDM的復(fù)等效基帶信號可以采用離散傅立葉逆變換(IDFT)實現(xiàn)，這極大地促進了OFDM技術(shù)的迅速發(fā)展。下面進行簡單的推導(dǎo)：OFDM技術(shù)-系統(tǒng)關(guān)鍵模塊OFDM系統(tǒng)收發(fā)機的關(guān)鍵模塊——DFT實現(xiàn)設(shè)OFDM信號發(fā)射周期為[0,T],T內(nèi)并傳的N個符號為(d0d1……dN-1)，第k個符號dk調(diào)制第k個子載波，則在[0,T]內(nèi)的任一時刻t，OFDM信號可表示為：離散化后為:在接收端，為了恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)信號，可以對si做DFT得：OFDM技術(shù)-系統(tǒng)關(guān)鍵模塊OFDM系統(tǒng)收發(fā)機的關(guān)鍵模塊——DFT實現(xiàn)上述分析說明：OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)可以分別由IDFT/DFT來代替：在發(fā)射端通過N點的IDFT運算，把頻域數(shù)據(jù)符號dk變換為時域數(shù)據(jù)符號xi

，經(jīng)過射頻載波調(diào)制之后，發(fā)送到無線信道中。在接收端通過N點的DFT運算，把接收到的時域數(shù)據(jù)符號xi變換為頻域數(shù)據(jù)符號dk。在OFDM系統(tǒng)的實際運用中，可以采用更加快捷的IFFT/FFT，可以顯著降低運算的復(fù)雜度。OFDM技術(shù)-系統(tǒng)關(guān)鍵模塊OFDM系統(tǒng)收發(fā)機的關(guān)鍵模塊循環(huán)前綴（CP，CyclicPrefix）

原理：將OFDM符號幀的最后幾個碼元拷貝插入到本符號幀的前面。如果CP所占時長大于或等于最大時延擴展，則所有多徑信號將不會延伸到下一個OFDM幀周期。令插入CP對應(yīng)p個符號，則發(fā)送符號幀S可以表示為：

OFDM技術(shù)-系統(tǒng)關(guān)鍵模塊一箭雙雕：前綴——消ISI(多徑干擾)循環(huán)——保證子載波正交性1.4G系統(tǒng)基本特征2.4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3.4G選用了OFDM技術(shù)的緣由4.OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)可由IDFT/DFT來等效5.OFDM系統(tǒng)中循環(huán)前綴的作用小結(jié)4G的多址方式4G下行采用OFDMA多址接入每個用戶占用時頻二維的資源塊，從頻域角度看包含多個子載波，從時域看包含多個OFMA符號周期

。本質(zhì)上是TDMA+FDMAOFDMA在同一個時隙里，不同子載波上，可以支持多個用戶接入；同樣，同樣的子載波，在不同的時隙里可以服務(wù)不同的用戶。OFDM技術(shù)-多址技術(shù)4G的多址方式4G下行采用OFDMA多址接入示意圖OFDM技術(shù)-多址技術(shù)4G的多址方式4G上行采用SC-FDMA多址接入由于終端的成本和耗電量受限等問題，使用具有單載波特性的SC-FDMA技術(shù)。采用與OFDM類似的頻域處理方法主要是使輸出信號具備和OFDMA類似的頻譜波形，以期獲得良好的抗多徑衰落性能。3GPP反復(fù)論證，最終實現(xiàn)方案選定采用基于DFT-S-OFDM調(diào)制方案。OFDM技術(shù)-多址技術(shù)4G的多址方式4G上行采用SC-FDMA多址接入示意圖OFDM技術(shù)-多址技術(shù)4G的多址方式相對于OFDMA，SC-FDMA有如下優(yōu)點：具有更低的峰均功率比，便于用戶終端的實現(xiàn)。相對于傳統(tǒng)的單載波頻率復(fù)用，能實現(xiàn)用戶間完全正交的頻率復(fù)用，同時保證頻譜效率。用戶復(fù)用可以通過DFT變換、正交子載波映射等過程方便實現(xiàn)。支持頻率維度的鏈路自適應(yīng)和多用戶調(diào)度。OFDM技術(shù)-多址技術(shù)SC-FDMA多址方式的實現(xiàn)4G上行采用SC-FDMA多址接入，其實現(xiàn)是基于DFT-S-OFDM調(diào)制方案：OFDM技術(shù)-多址技術(shù)DFT-S-OFDM調(diào)制原理圖SC-FDMA多址方式的實現(xiàn)DFT-S-OFDM的調(diào)制過程是以長度為M的數(shù)據(jù)符號塊為單位完成的。1）具體過程：①通過DFT離散傅里葉變換，獲取該時域離散序列的頻域序列。②DFT的輸出信號送入N點離散傅里葉反變換IDFT中，其中，IDFT多出的那一部分長度用0補齊。③在IDFT之后，為避免符號干擾，同樣為該組數(shù)據(jù)添加循環(huán)前綴。OFDM技術(shù)-多址技術(shù)SC-FDMA多址方式的實現(xiàn)可見：DFT-S-OFDM與OFDM的實現(xiàn)有一個相同的過程，即都有一個采用IDFT的過程，所以DFT-S-OFDM可以看成是一個加入了預(yù)編碼的OFDM！信號的時頻域稱謂在于習(xí)慣上，即把IDFT變換前的信號域叫“頻域”，變換后的信號域叫“時域。DFT-S-OFDM調(diào)制過程相當(dāng)于將單個子載波上的信息擴展到所屬的全部子載波上，每個子載波都包含全部符號的信息，這樣系統(tǒng)發(fā)射的是時域信號！OFDM技術(shù)-多址技術(shù)2）討論①如果DFT的長度M等于IDFT的長度N，那么兩者級聯(lián)，DFT和IDFT的效果互相抵消，此時輸出的信號就是一個普通的單載波調(diào)制信號。②當(dāng)

，并且采用0輸入來補齊IDFT時，IDFT輸出信號具有以下特性：輸出信號的峰均功率比PAPR比OFDM的?。ㄏ嗉拥淖虞d波少）。③改變DFT輸出數(shù)據(jù)到IDFT輸入端的映射情況，就可改變輸出信號占用的頻域位置。OFDM技術(shù)-多址技術(shù)利用DFT-S-OFDM以上的特點可以方便地實現(xiàn)SC-FDMA多址接入方式。多用戶復(fù)用頻率資源時，只需要改變不同用戶DFT的輸出到IDFT輸入的對應(yīng)關(guān)系，就可以實現(xiàn)多址接入，同時子載波之間保持正交性，避免了多址干擾。OFDM技術(shù)-多址技術(shù)基于DFT-S-OFDM的SC-FDMA信號生成方案示意圖基本參數(shù)子載波間隔，其中為有用符號時間子載波數(shù)：與子載波間隔共同決定了OFDM信號的總傳輸帶寬循環(huán)前綴：它與子載波間隔一起共同決定了OFDM符號時間，或者說，共同決定了OFDM的符號速率。OFDM技術(shù)-OFDM基本參數(shù)選擇子載波間隔的確定考慮因素：頻譜效率vs抗頻偏能力子載波間隔應(yīng)盡量小，以最小化循環(huán)前綴相對開銷太小的子載波間隔會增加OFDM傳輸對多普勒擴展和各種不同頻率不確定性的敏感度研究表明，當(dāng)子載波間隔在10kHz以上時，相位噪聲的影響較低。典型值：采用15kHz的子載波間隔，可保證系統(tǒng)性能在終端移動速度小于350km/h時無明顯下降。OFDM技術(shù)-OFDM基本參數(shù)選擇子載波數(shù)目的確定考慮因素：可用頻譜vs可接受的帶外泄漏基本帶寬為基本OFDM信號的頻譜在OFDM信號基本帶寬之外很緩慢地衰減，引起了較大的帶外泄漏實際應(yīng)用時，OFDM信號通常需要10%的保護帶寬若基本配置頻譜帶寬為5MHz時，基本帶寬大致只有4.5MHz。若子載波間隔為15kHz，5MHz帶寬相應(yīng)的子載波數(shù)目大致為300。實際系統(tǒng)20MHz帶寬，子載波數(shù)目為1200。OFDM技術(shù)-OFDM基本參數(shù)選擇循環(huán)前綴(CP)長度的確定考慮因素：頻譜效率vs符號間干擾和子載波干擾CP的長度越長，抗符號間干擾和子載波干擾能力越強，但CP的開銷越大，頻譜效率越低；同時在只增加CP長度而不減小子載波間隔的情況下，會引起額外的功率開銷。反之，CP的長度越短，頻譜效率越高，但抗符號間干擾和子載波干擾能力越弱研究表明，不同傳輸環(huán)境，應(yīng)設(shè)計不同CP長度。OFDM技術(shù)-OFDM基本參數(shù)選擇循環(huán)前綴(CP)長度的確定單播系統(tǒng)、多播系統(tǒng)的CP長度示意圖OFDM技術(shù)-OFDM基本參數(shù)選擇MBMS：多媒體廣播多播業(yè)務(wù)小結(jié)：OFDM基本參數(shù)的選擇就是要在多項有沖突的訴求中進行折衷！工程設(shè)計中常做如下選擇：循環(huán)前綴長度Tcp：Tcp=(2~4)

（

為時延擴展）符號周期T：T5

Tcp子載波間隔

f：

f=1/(T-Tcp)子載波數(shù)N：由要求的比特率與OFDM符號速率確定OFDM技術(shù)-OFDM基本參數(shù)選擇舉例例設(shè)某系統(tǒng)要求的比特率與OFDM系統(tǒng)的基本參數(shù)為：比特率為25Mbps，時延擴展為200ns，帶寬為18MHz，試確定其基本參數(shù)。計算CP：Tcp=2=400ns計算符號周期：T=5Tcp=2us子載波間隔：

f=1/(T-Tcp)=625kHz18MHz帶寬能支持的最大子載波數(shù)：28每個OFDM符號傳輸?shù)谋忍財?shù)：

BPSK調(diào)制：25Mbps*2us=50

>28QPSK調(diào)制：25Mbps/2*2us=25<28，應(yīng)采用QPSK調(diào)制。OFDM技術(shù)-OFDM基本參數(shù)選擇574G移動通信系統(tǒng)14G發(fā)展背景24G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)34G協(xié)議棧 44G核心技術(shù)-MIMO技術(shù)5LTE系統(tǒng)的無線接口64G增強技術(shù)隨著用戶需求的不斷增加，移動通信系統(tǒng)在覆蓋、系統(tǒng)容量、業(yè)務(wù)動態(tài)性等方面的矛盾不斷增加，突出表現(xiàn)在頻譜資源嚴(yán)重不足。而MIMO技術(shù)的出現(xiàn)為解決頻譜利用率問題開辟了一條新路。MIMO技術(shù)-引言

研究表明，MIMO技術(shù)在室內(nèi)傳播環(huán)境下的頻譜效率可以達20～40bit/s/Hz，遠高于傳統(tǒng)蜂窩無線通信技術(shù)的1～5bit/s/Hz。MIMO技術(shù)的關(guān)鍵是有效地利用了隨機衰落和可能存在的多徑傳播，其本質(zhì)是引入了空間維進行通信，從而能在不增加帶寬和總發(fā)射功率的情況下，顯著地提高系統(tǒng)的頻譜利用率，改善無線信號傳輸質(zhì)量。MIMO技術(shù)作為提高數(shù)據(jù)傳輸率的重要手段得到了人們的認(rèn)可，并被認(rèn)為是一種革命性技術(shù)。MIMO技術(shù)-引言空時編碼是MIMO技術(shù)的核心!從信號處理角度，MIMO技術(shù)可分為三類：提高分集增益和編碼增益的空間分集技術(shù)空時格型編碼（STTC，Space-TimeTrellisCodes）空時分組編碼（STBC，Space-TimeBlockCodes）提高系統(tǒng)容量的空間復(fù)用技術(shù)垂直結(jié)構(gòu)的分層空時編碼方案（V-BLAST，VerticalBellLabsLayeredSpace-Time）抑制干擾的空時預(yù)編碼技術(shù)波束賦形（Beamforming）有限反饋技術(shù)MIMO技術(shù)-分類MIMO系統(tǒng)原理及分類示意圖MIMO技術(shù)-分類

空間復(fù)用技術(shù)與分集技術(shù)的綜合優(yōu)化，能夠在復(fù)用增益與分集增益/編碼增益之間達到最優(yōu)折衷；分集技術(shù)與預(yù)編碼技術(shù)的聯(lián)合優(yōu)化，能夠在天線增益與分集增益/編碼增益之間達到最優(yōu)折衷。MIMO技術(shù)-空時分組碼1）空時分組碼的概念

空時分組碼(STBC，Space-TimeBlockCodes；又稱為空時塊碼)將無線MIMO系統(tǒng)中調(diào)制器輸出的一定數(shù)目的符號編碼為一個空時碼碼字矩陣。

STBC通?？蓪斎敕栠M行復(fù)數(shù)域中的線性處理，故可采用低復(fù)雜度的檢測方法。

STBC編碼矩陣列之間的正交性，使得接收端可利用最大似然檢測譯碼，大大降低了譯碼復(fù)雜度，且仍能得到最大的發(fā)送分集增益。MIMO技術(shù)-空時分組碼2）空時分組碼的編碼方法在

時刻，將由

個二進制信息符號組成的塊

送入空時編碼器，這個塊可表示為：

MIMO技術(shù)-空時分組碼2）空時分組碼的編碼方法采用M進制調(diào)制，用S表示星座集合；每個比特映射一個星座點；來自信源的二進制信息每Km個比特為一組得到K個符號，這K個符號送入空時分組編碼器進行編碼；編碼后的碼字矩陣在P個時間周期內(nèi)分別從K根發(fā)送天線同時發(fā)送到信道。MIMO技術(shù)-空時分組碼2）空時分組碼的編碼方法

是K個調(diào)制信號和它們的共軛的線性組合。X的第

行表示在P個傳輸周期內(nèi)從第

根發(fā)射天線連續(xù)發(fā)射的符號。X的每一行符號是由同一根發(fā)送天線在不同時刻發(fā)送的；每一列符號是在同一時刻不同天線發(fā)送的。MIMO技術(shù)-空時分組碼2）空時分組碼的編碼方法X是基于正交設(shè)計構(gòu)造的，因此滿足：STBC的速率表示為，則具有完全發(fā)射分集的STBC的速率小于或等于1。

采用傳輸矩陣Alamouti碼結(jié)構(gòu)Alamouti碼是在空域和時域上進行編碼。令天線1和2的發(fā)送信號向量分別為：MIMO技術(shù)-空時分組碼舉例——Alamouti碼3）Alamouti碼MIMO技術(shù)-空間分組碼舉例——Alamouti碼STBC編碼最先是由Alamouti提出的，采用了簡單的兩天線發(fā)射分集編碼的方式—Alamouti碼。在這種編碼方案中，每組m比特信息首先調(diào)制為M=2m進制符號。然后編碼器選取連續(xù)的兩個符號，根據(jù)下述變換將其映射為發(fā)送信號矩陣。天線1發(fā)送信號矩陣的第一行，而天線2發(fā)送信號矩陣的第二行。這種空時編碼的關(guān)鍵思想在于兩個天線發(fā)送的信號向量相互正交，編碼矩陣具有如下性質(zhì)：其中I2是2×2的單位矩陣。MIMO技術(shù)-空間分組碼舉例——Alamouti碼（1）理論推導(dǎo)假設(shè)接收機采用單天線接收。發(fā)送天線1和2的塊衰落信道響應(yīng)系數(shù)為：在接收端，相鄰兩個符號周期接收到的信號可以表示為：其中n1和n2表示第一個符號和第二個符號的加性白高斯噪聲樣值。

MIMO技術(shù)-空間分組碼舉例——Alamouti碼假設(shè)接收機可以獲得理想信道估計，則最大似然譯碼算法要求在信號星座圖上最小化如下的歐式距離度量：其中都是星座圖上的信號點。將上式展開可得，可得最大似然譯碼準(zhǔn)則：其中，C表示調(diào)制符號對的組合，和是判決統(tǒng)計量，如下表示：MIMO技術(shù)-空間分組碼舉例——Alamouti碼若已知信道響應(yīng)，則將輸入輸出關(guān)系式代入得：可見：后面兩項相加仍為加性高斯白噪聲兩判決量互不相關(guān)，僅是各自發(fā)送信號的函數(shù)MIMO技術(shù)-空間分組碼舉例——Alamouti碼由此可知，最大似然譯碼準(zhǔn)則可以分解為獨立的兩個準(zhǔn)則：MIMO技術(shù)-空間分組碼舉例——Alamouti碼結(jié)論：相當(dāng)于形成了兩路相互獨立的路徑！物理本質(zhì)：利用存在于空域與時域之間的正交性，按照某種設(shè)計準(zhǔn)則，把編碼冗余信息盡量均勻映射到空時二維平面，以減弱多徑傳播引起的空間選擇性和時間選擇性衰落的影響?。?）仿真結(jié)果下圖給出了幾種Alamouti編碼方案在準(zhǔn)靜態(tài)衰落信道下的性能。仿真中采用BPSK調(diào)制，接收端采用理想信道估計，相干解調(diào)。

MIMO技術(shù)-空間分組碼舉例——Alamouti碼3dB由圖可知，2發(fā)1收Alamouti編碼的分集增益與1發(fā)2收最大比合并收分集系統(tǒng)的分集增益相同，但信噪比損失3dB。這主要是由于在Alamouti編碼系統(tǒng)中，每個天線的發(fā)送信號功率是1發(fā)2收分集接收系統(tǒng)的發(fā)送信號功率的一半造成的。如果將每天線的發(fā)射功率提高一倍，則兩者的系統(tǒng)性能相同。

同理對于2發(fā)2收Alamouti系統(tǒng)和1發(fā)4收系統(tǒng)也有同樣的結(jié)果。一般的，2發(fā)nR收系統(tǒng)獲得的分集增益與1發(fā)2nR收分集系統(tǒng)所獲得的增益相同。MIMO技術(shù)-空間分組碼舉例——Alamouti碼由圖可知，2發(fā)1收Alamouti編碼的分集增益與1發(fā)2收最大比合并收分集系統(tǒng)的分集增益相同，但信噪比損失3dB。這主要是由于在Alamouti編碼系統(tǒng)中，每個天線的發(fā)送信號功率是1發(fā)2收分集接收系統(tǒng)的發(fā)送信號功率的一半造成的。如果將每天線的發(fā)射功率提高一倍，則兩者的系統(tǒng)性能相同。

同理對于2發(fā)2收Alamouti系統(tǒng)和1發(fā)4收系統(tǒng)也有同樣的結(jié)果。一般的，2發(fā)nR收系統(tǒng)獲得的分集增益與1發(fā)2nR收分集系統(tǒng)所獲得的增益相同。MIMO技術(shù)-空間分組碼舉例——Alamouti碼MIMO技術(shù)-空間分組碼利用正交設(shè)計的原理分配各發(fā)射天線上的發(fā)射信號格式，實際上是一種空間域和時間域聯(lián)合的正交分組編碼方式?？諘r分組碼可以使接收機解碼后獲得滿分集增益，且保證譯碼運算僅僅是簡單的線性合并，使譯碼復(fù)雜度大大降低。當(dāng)發(fā)射天線數(shù)大于2時，滿分集度、滿數(shù)據(jù)速率，又保持正交性的空時分組碼不存在。4）空時分組碼性質(zhì)MIMO技術(shù)-空時分組碼78空時分組碼根據(jù)調(diào)制符號的實數(shù)、復(fù)數(shù)可分為兩種情況：

a.若調(diào)制符號為實數(shù)：比如BPSK、PAM調(diào)制，滿數(shù)據(jù)速率的N×N階的空時分組編碼矩陣只存在于發(fā)射天線數(shù)

N=2,4,8的情況，舉例：4.空時分組碼性質(zhì)

b.若調(diào)制符號為復(fù)數(shù)，比如多進制相位調(diào)制（M-PSK）、多進制正交幅度調(diào)制(M-QAM)，當(dāng)發(fā)射天線數(shù)為2時，對應(yīng)的空時分組碼就是空時發(fā)送分集，空時分組碼矩陣為（Alamouti方案）4G采用的多址方式OFDM基本參數(shù)的選定方法3.采用基于DFT-S-OFDM調(diào)制方案實現(xiàn)SC-FDMA多址接入的基本原理4.MIMO技術(shù)分類空間分集、空間復(fù)用、空時預(yù)編碼5.空時分組碼的基本結(jié)構(gòu)6.

采用Alamouti碼抗信道衰落的基本原理小結(jié)1）概述分層空時碼(LayeredSpace-TimeCodes，簡稱LST)最早是貝爾實驗室的Foschini等人提出的。最初提出的對角分層空時碼（D-BLAST）可以達到MIMO信道容量的下界。分層空時碼將信源數(shù)據(jù)分為多個子數(shù)據(jù)流，獨立地進行編碼、調(diào)制。不是基于發(fā)送分集（而是信道空間復(fù)用）。分層空時碼最大的優(yōu)點在于允許采用一維的處理方法對多維空間信號進行處理，因此極大地降低了譯碼復(fù)雜度。一般的，分層空時碼的接收機復(fù)雜度與數(shù)據(jù)速率成線性關(guān)系。MIMO技術(shù)——分層空時碼原理：利用空間信道的弱（不）相關(guān)性，通過在多個相互獨立的空間信道上傳輸不同的數(shù)據(jù)流，從而達到提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾?。MIMO技術(shù)——分層空時碼2）空間復(fù)用基本原理方案：將1個高速數(shù)據(jù)流分割為幾個速率較低的數(shù)據(jù)流，分別在不同的天線進行編碼、調(diào)制，然后發(fā)送。天線之間相互獨立，1根天線相當(dāng)于一個獨立的信道，接收機利用空間均衡器分離接收信號，然后解調(diào)、解碼，最后將幾個數(shù)據(jù)流合并，恢復(fù)出原始信號，如下圖所示?？臻g復(fù)用原理示意圖：MIMO技術(shù)——分層空時碼2）空間復(fù)用基本原理Encoder1Encoder2Encoder3Encoder4MIMO技術(shù)——分層空時碼3）分層空時碼編碼方法Info

EncoderinterleavingS/PMod.....EncoderinterleavingMod.........①H-BLAST水平分層空時碼水平分層空時碼實現(xiàn)簡單，但空時特性較差，實際中很少采用。MIMO技術(shù)——分層空時碼3）分層空時碼編碼方法②V-BLAST垂直分層空時碼InfoEncoderinterleavingS/PMod.Mod.....垂直分層空時碼實現(xiàn)簡單，空時特性和層次結(jié)構(gòu)較好，且沒有傳輸冗余，實際中應(yīng)用較多。MIMO技術(shù)——分層空時碼InfoEncoderinterleavingS/PMod.....EncoderinterleavingMod.........SpatialInt.③D-BLAST對角分層空時碼對角分層空時碼采用了空時二維交織，具有較好的空時特性和層次結(jié)構(gòu)，可以達到MIMO系統(tǒng)理論容量，但實現(xiàn)復(fù)雜，且有nT(nT-1)/2的傳輸冗余，故在實際中較少采用。MIMO技術(shù)——分層空時碼平坦衰落信道（以2發(fā)2收為例）如右圖所示，基站接收信號MIMO技術(shù)——分層空時碼4）分層空時碼的譯碼原理其中是信道矩陣的逆矩陣討論：①若忽略噪聲，則在信道矩陣滿秩情況下，可恢復(fù)出信號：平坦衰落信道（以2發(fā)2收為例）②若有噪聲（隨機），則無論用何方法都不可能正確得到，只能給出一個估計值MIMO技術(shù)——分層空時碼4）分層空時碼的譯碼原理MIMO檢測算法：得出這個估計值的方法，有多種。最大似然算法原理：窮舉所有可能的X取值，計算接近信號Y與每個可能的HX之間的歐氏距離，然后將Y判決為歐氏距離最小的那個Y。其數(shù)學(xué)表達式為其中

是

元素的星座圖。平坦衰落信道（以2發(fā)2收為例）MIMO技術(shù)——分層空時碼4）分層空時碼的譯碼原理MIMO檢測算法：得出這個估計值，有很多方法。最大似然算法舉例：假設(shè)x1、x2

都是64QAM調(diào)制信號，那么對于接收端來說，發(fā)端發(fā)送的兩個64QAM符號共有64×64=4096種可能取值。ML檢測算法在上式逐一代入這4096種可能取值，然后比較哪一個HX離Y更近而得。LST系統(tǒng)的多個天線用來傳輸多路數(shù)據(jù)。在平坦衰落信道環(huán)境下，當(dāng)

時且信道矩陣滿秩時，可以證明系統(tǒng)容量與發(fā)射天線數(shù)

（即層數(shù)）近似成正比，信道矩陣經(jīng)信號處理后成對角陣。中元素的星座圖。分層空時碼的最優(yōu)譯碼算法當(dāng)然是最大似然譯碼算法。但最大似然算法是指數(shù)復(fù)雜度的，無法實用化，因此學(xué)者們提出了各種簡化算法。常用的檢測算法包括：迫零(ZF)算法QR分解算法MMSE算法球形譯碼算法MIMO技術(shù)——分層空時碼

MIMO技術(shù)——分層空時碼1）基本思想和結(jié)構(gòu)核心思想：空時預(yù)編碼技術(shù)利用接收端反饋的信道統(tǒng)計/量化信息，在發(fā)送端通過預(yù)編碼方式，對每個天線功率進行最優(yōu)分配，抑制天線與小區(qū)間干擾，提高系統(tǒng)容量。

空時線性預(yù)編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖：MIMO技術(shù)——空時預(yù)編碼MIMO技術(shù)——空時預(yù)編碼—波束賦形2）舉例：最優(yōu)波束賦形（成形）

基本原理：通過將多天線陣列形成的波束主瓣對準(zhǔn)目標(biāo)用戶方向，同時將“零陷（null）”對準(zhǔn)干擾用戶方向，從而提高接收信號信噪比，并有效降低共道干擾（CCI）MIMO技術(shù)——空時預(yù)編碼—波束賦形2）舉例：最優(yōu)波束賦形

實現(xiàn)原理：在發(fā)射端將待發(fā)射數(shù)據(jù)加權(quán)，形成某種方向圖發(fā)射后到達接收端。從天線方向圖視角看，將原來全方位的接收方向圖轉(zhuǎn)換成有零點、有最大指向的波瓣方向圖。波束賦形可以看成是一種空間濾波核心模塊：自適應(yīng)算法+波束賦形網(wǎng)絡(luò)MIMO技術(shù)——空時預(yù)編碼—波束賦形

下行波束賦形示意圖波束賦形網(wǎng)絡(luò)波束賦形網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)支路權(quán)重的自適應(yīng)算法MIMO技術(shù)——空時預(yù)編碼—波束賦形

MIMO技術(shù)——4G中的應(yīng)用1）MIMO工作模式簡介

LTE中的MIMO傳輸是將數(shù)據(jù)調(diào)制的輸出映射到一組天線端口。天線映射的輸入由對應(yīng)傳輸時間間隔的一個或兩個傳輸塊的調(diào)制符號組成。天線映射的輸出是給每個天線端口的一組符號，這些符號隨后將用于OFDM的調(diào)制器上。不同的MIMO傳輸方案對應(yīng)于不同的發(fā)射模式。LTER8規(guī)范中規(guī)定了7種傳輸模式，R9增加了雙流波束成形。R10(4G標(biāo)準(zhǔn))大幅度增強了MIMO，支持下行MIMO層數(shù)高達8層，上行方向最多達4層的多層傳輸；目前物理天線數(shù)最多為8。MIMO技術(shù)——4G中的應(yīng)用1）MIMO工作模式簡介LTE下行多天線傳輸?shù)耐ㄐ沤Y(jié)構(gòu)示意圖（對應(yīng)于一個或兩個傳輸塊的調(diào)制符號映射多達8個天線端口）

MIMO技術(shù)——4G中的應(yīng)用1.MIMO工作模式簡介

TM名稱具體實現(xiàn)說明：試用場景、雙工方式以及規(guī)范版本1單天線端口（AP0）SISO，最基本的傳輸方式主要應(yīng)用于單天線傳輸?shù)膱龊?；任何其他模式切換失敗，將退回到AP0；R8技術(shù)2發(fā)射分集層數(shù)為2：SFBC;

層數(shù)為4：FSTD+SFBC適于小區(qū)邊緣信道情況比較復(fù)雜、干擾較大的情況，高速或者SNR低情況，R8技術(shù)3開環(huán)空間復(fù)用CDD+固定碼本；

根據(jù)終端反饋的RI確定層數(shù)合適于終端（UE）高速移動和反射環(huán)境復(fù)雜區(qū)域；R8技術(shù)4閉環(huán)空間復(fù)用根據(jù)UE反饋PMI,動態(tài)選擇碼本，傳輸多于1層適用于信道條件較好的場合，用于提供高的數(shù)據(jù)率傳輸；R8技術(shù)5多用戶MIMO根據(jù)每個UE反饋的PMI，多個UE被分配同樣的資源塊，每個用戶1層主要用來提高小區(qū)的容量，用于能找到兩個UE正交的場景；R8技術(shù)6閉環(huán)發(fā)射分集是1層的空分復(fù)用傳輸，使用碼本，反饋PMI，RI=1主要適合于小區(qū)邊緣的情況，低速移動和低SINR場景；R8技術(shù)7單天線口（part5）單層波束成形，利用用戶特定的參考符號，TDD強制選項單流波束成形主要也用于小區(qū)邊緣，能夠有效對抗干擾；R8技術(shù)；TDD專用8單/雙層自適應(yīng)BFTM7的擴展，支持2個正交的空間層，發(fā)送2層給1個終端，或2個終端各1層雙流波束成形可以用于小區(qū)邊緣，低速移動、高SNR場景；R9技術(shù)；TDD專用9多達8層BF前向兼容TM7、TM8，在R10里擴展到支持8個空間層主要為了提升數(shù)據(jù)傳輸速率，低速移動、高SNR場景；R10技術(shù)；TDD專用表LTE下行業(yè)務(wù)信道的MIMO發(fā)射模式MIMO技術(shù)——4G中的應(yīng)用2）應(yīng)用舉例市區(qū)、郊區(qū)和熱點地區(qū)的多徑環(huán)境高流動性：TM3發(fā)射分集低流動性：TM4閉環(huán)空間復(fù)用TM3發(fā)射分集方案對于2發(fā)1收系統(tǒng)，LTE采用的是“空-頻”二維空間上的Alamouti方案。具體是：第一根天線在相鄰子載波上傳輸信號為，而另一根天線在該相鄰子載波上傳輸?shù)姆枮?。注意?G基站的發(fā)射模式可變(這與以往基站不同)；實際系統(tǒng)常用的有TM2、3、7和8模式。1014G移動通信系統(tǒng)14G發(fā)展背景24G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)34G協(xié)議棧 44G核心技術(shù)5LTE系統(tǒng)的無線接口64G增強技術(shù)4G關(guān)鍵技術(shù)為了滿足4G移動通信系統(tǒng)的高數(shù)據(jù)率、高終端移動性、高頻譜利用率和功率效率等方面的要求，人們發(fā)展了眾多的新理論與新技術(shù)。以O(shè)FDM為代表的多載波技術(shù)以MIMO為代表的多天線技術(shù)無線資源管理技術(shù)……MIMO技術(shù)在平坦衰落信道中可獲得優(yōu)良性能，但在頻率選擇性衰落信道中，天線的干擾和符號間干擾混合在一起將導(dǎo)致MIMO接收和信道均衡難以分開處理。OFDM技術(shù)抗頻率選擇性能好，頻譜利用率高，接收機內(nèi)均衡的復(fù)雜度低。

將頻率選擇性信道轉(zhuǎn)化為若干平坦衰落子信道。MIMO-OFDM技術(shù)充分發(fā)揮OFDM技術(shù)和MIMO技術(shù)的各自優(yōu)勢，形成的MIMO-OFDM系統(tǒng)可取長補短，獲得更好的性能。LTE利用OFDM技術(shù)和MIMO技術(shù)對頻率和空間資源進行了深度挖掘，兩者的結(jié)合保證了在合理的接收機處理復(fù)雜度下，為系統(tǒng)提供更高的頻率利用率和數(shù)據(jù)傳輸速率。MIMO-OFDM技術(shù)移動通信系統(tǒng)是一個資源受限的系統(tǒng)，因此，如何高效地利用有限的無線資源來滿足劇增的用戶需求已經(jīng)成為移動通信業(yè)界的一大難題。無線資源管理技術(shù)無線資源管理框架圖：無線資源管理就是對移動通信系統(tǒng)的空中資源的規(guī)劃和調(diào)度，其核心問題是在保證QoS的前提下，提高頻譜利用率，其基本出發(fā)點是在網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)量和時延分布不均勻、且信道的狀態(tài)因信號衰落和干擾而變化的狀況時，動態(tài)分配和調(diào)整可用的資源。無線資源管理的限制因素用戶動態(tài)需求信道動態(tài)時變用戶位置動態(tài)變化無線資源管理技術(shù)無線資源管理的4類資源能量資源（如信號功率、能量）時間資源（如時隙、業(yè)務(wù)幀、導(dǎo)頻符號等）頻率資源（如信號帶寬、保護頻段、調(diào)制模式等）空間資源（如天線角度、天線位置等）1074G移動通信系統(tǒng)14G發(fā)展背景24G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)34G協(xié)議棧 44G核心技術(shù)

5LTE系統(tǒng)的無線接口64G增強技術(shù)4G增強技術(shù)載波聚合(CarrierAggregation)增強多天線技術(shù)中繼技術(shù)(Relay)協(xié)作式多點傳輸技術(shù)(CoMP)提高數(shù)據(jù)速率，提升系統(tǒng)容量，改善通信質(zhì)量。載波聚合

載波聚合：即通過聯(lián)合調(diào)度和使用多個成分載波的上資源，使得4G系統(tǒng)可以支持最大100MHz的帶寬。載波聚合連續(xù)性載波聚合非連續(xù)性載波聚合頻帶內(nèi)不連續(xù)頻帶間不連續(xù)載波聚合

這種非連續(xù)載波聚合可以在基帶層面通過插入“空白子載波”來實現(xiàn)。對OFDM系統(tǒng)來說：上限20MHz上限100MHz

增強多天線技術(shù)LTELTE-A下行4天線發(fā)送下行8天線發(fā)送，上行4天線發(fā)送TM9基于非碼本：使用與TM8相同的波束成形技術(shù)，即利用TDD系統(tǒng)上下行信道的互異性，通過上行信道估計得到下行預(yù)編碼，無需UE反饋預(yù)編碼矩陣。TM9支持最大8層傳輸，峰值速率遠高TM8?；诖a本：與TM4類似，通過測量下行參考信號，終端側(cè)從協(xié)議規(guī)定的碼本中選擇預(yù)編碼增益最大的碼本，然后反饋給基站。TM9的平均吞吐量優(yōu)于TM4。

增強多天線技術(shù)先進的上行MIMO技術(shù)：上行控制信道

發(fā)射分集上行業(yè)務(wù)信道空間復(fù)用先進的下行MIMO技術(shù)：發(fā)射分集

提高邊緣小區(qū)的峰值速率空間復(fù)用提升系統(tǒng)容量波束賦形增加網(wǎng)絡(luò)覆蓋中繼技術(shù)中繼部署示意圖中繼目的：

為了能夠為整個網(wǎng)絡(luò)提供更大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量、快速靈活的部署、降低運營商的設(shè)備投資和維護成本。2025/2/24中繼技術(shù)中繼器放大轉(zhuǎn)發(fā)譯碼轉(zhuǎn)發(fā)只能用于大信噪比的環(huán)境下。會引入大的時延。中繼傳輸?shù)母綦x方法：

可用頻帶的頻率復(fù)用（又叫做帶外中繼）；

中繼天線空間隔離（又叫做帶內(nèi)全雙工中繼）；

接入和回程子幀時間復(fù)用（又叫做帶內(nèi)半雙工中繼）。協(xié)作式多點傳輸技術(shù)多點協(xié)作（CoordinatedMultiplePoint，CoMP）傳輸：是指協(xié)調(diào)的多點發(fā)射/接收技術(shù)，這里的多點是指地理上分離的多個天線接入點。提高小區(qū)邊緣吞吐量、小區(qū)平均吞吐量。協(xié)同多點通信系統(tǒng)原理示意圖協(xié)作式多點傳輸技術(shù)CoMP上行CoMP下行CoMP很多基站以協(xié)同的方式向用戶設(shè)備發(fā)送信號，就好像是一個帶有在物理上分散的多天線的發(fā)送者一樣。下行CoMP系統(tǒng)模型兩基站協(xié)作的系統(tǒng)模型當(dāng)協(xié)作的基站數(shù)和用戶數(shù)分別為N、M，基站發(fā)送天線數(shù)為，移動臺接收天線為，則下行CoMP可以等效為發(fā)收的MIMO系統(tǒng)。協(xié)作調(diào)度：協(xié)作簇間通過協(xié)作，盡可能地避免小區(qū)邊緣用戶使用的資源在時頻資源上的沖突。該方式下簇內(nèi)的基站各自服務(wù)各自的用戶，即一個UE只有一個基站服務(wù)。聯(lián)合傳輸：協(xié)作簇對用戶數(shù)據(jù)進行聯(lián)合預(yù)處理，消除基站間的干擾。整個協(xié)作簇服務(wù)一個或多個用戶。1184G移動通信系統(tǒng)14G發(fā)展背景24G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)34G協(xié)議棧 44G核心技術(shù)

5LTE系統(tǒng)的無線接口64G增強技術(shù)LTE系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)FDD幀結(jié)構(gòu)該幀結(jié)構(gòu)適用于全雙工和半雙工FDD模式。一個無線幀長度為10ms，包含10個子幀。每個子幀包含2個時隙，每個時隙長度為0.5ms。LTE系統(tǒng)的無線接口-幀結(jié)構(gòu)LTEFDD模式幀結(jié)構(gòu)LTE系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)TDD幀結(jié)構(gòu)該幀結(jié)構(gòu)適用于TDD模式。如圖9-15所示，每個無線幀由兩個半幀構(gòu)成，每個半幀長度為5ms。每個半幀又由8個常規(guī)時隙和3個特殊時隙（DwPTS、GP、和UpPTS）構(gòu)成。LTE系統(tǒng)的無線接口-幀結(jié)構(gòu)LTETDD模式幀結(jié)構(gòu)LTE系統(tǒng)的物理資源塊資源粒子（ResourceElement，RE）最小的資源單元，時域上占據(jù)一個OFDM符號，頻域上占據(jù)一個子載波。資源粒子組（ResourceElementGroup,REG）為控制信道資源分配的資源單元，由4個RE組成?？刂菩诺懒Ｗ樱–hannelControlElement,CCE）為PDCCH（物理下行控制信道）資源分配的資源單位，由9個REG組成。LTE系統(tǒng)的無線接口-物理資源塊LTE系統(tǒng)的物理資源塊資源塊（ResourceBlock,RB）RB分為物理資源塊（PRB）和虛擬資源塊（VRB）兩種。系統(tǒng)在進行數(shù)據(jù)傳輸時，將上、下行的時頻物理資源組成資源塊（PRB），作為物理資源單位進行調(diào)度和分配。1個PRB在頻域上包括12個連續(xù)的子載波，在時域上包含了7個連續(xù)的OFDM符號（在擴展CP情況下為6個），即頻域?qū)挾葹?80kHz，時間長度為0.5ms。資源塊組（ResourceBlockGroup,RBG）為業(yè)務(wù)信道分配資源的資源單位，有一組RB組成。LTE系統(tǒng)的無線接口-物理資源塊LTE系統(tǒng)的無線接口-物理資源塊物理資源塊的定義4G沿用了UMTS（3G）里面的三種信道：LTE系統(tǒng)的無線接口-信道物理信道：由物理層用于具體信號的傳輸。傳輸信道：描述的是信息的傳輸方式，即定義了信息是如何傳輸?shù)?。邏輯信道：描述了信息的類型，即定義了傳輸?shù)氖鞘裁葱畔?。LTE系統(tǒng)的信道下行信道：

LTE系統(tǒng)的無線接口-物理信道物理下行共享信道（PDSCH）：承載下行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。物理廣播信道（PBCH）：承載廣播信息。物理多播信道（PMCH）：承載多小區(qū)的廣播信息。

物理控制格式指示信道（PCFICH）：用于承載該子幀上控制區(qū)域大小的信息。物理下行控制信道（PDCCH）：用于承載下行調(diào)度的信息。物理HARQ指示信道（PHICH）：用于承載對于終端上行數(shù)據(jù)的ACK/NACK反饋信息，和HARQ機制有關(guān)。

LTE系統(tǒng)的物理信道上行信道：

LTE系統(tǒng)的無線接口-物理信道物理上行共享信道（PUSCH）：用于承載上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。物理上行控制信道（PUCCH）：用于承載上行控制信息。

物理隨機接入信道（PRACH）：用于承載隨機接入前道序列的發(fā)送，基站通過對序列的檢測以及后續(xù)的信令交流，建立起上行同步。LTE系統(tǒng)的物理信道LTE系統(tǒng)的無線接口-物理信道下行物理信道的處理流程：簡化圖完整圖LTE系統(tǒng)的無線接口-物理信道上行物理信道的處理流程：簡化圖完整圖LTE系統(tǒng)的無線接口-物理信道物理信道處理流程中各模塊的作用：（1）碼字：來自上層的業(yè)務(wù)流進行信道編碼之后的數(shù)據(jù)。在LTE標(biāo)準(zhǔn)中，每個碼字與來自MAC子層的傳輸塊（TB）對應(yīng)，是TB經(jīng)過信道編碼之后的比特流。LTE支持多個碼字傳輸，每個碼字獨立進行速率控制，分配獨立的HARQ請求進程。（2）層（Layer）：對應(yīng)于空間復(fù)用的空間流，每一個層對應(yīng)一個預(yù)編碼映射形成的映射模型，層的符號經(jīng)過一個預(yù)編碼矢量映射到發(fā)送天線端口。L