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LTE关键技术分析培训目标学完本课程后您应该能了解LTE高阶调制 AMC HARQ和宏分集技术分析掌握OFDM的基本原理了解OFDM和CDMA技术各自的优缺点掌握LTE的下行多址方式和上行多址方式掌握LTE采用的MIMO方式目录高阶调制 AMC HARQ和宏分集技术分析OFDM技术基本原理OFDM技术优势与不足下行多址技术和上行多址技术LTE下行和上行MIMO技术目录高阶调制 AMC HARQ和宏分集技术分析OFDM技术基本原理OFDM技术优势与不足下行多址技术和上行多址技术LTE下行和上行MIMO技术 LTE的调制方式 Slidetitle 32 35ptColor R153G0B0CorporateFont FrutigerNextLTMediumFonttobeusedbycustomersandpartners ArialSlidetext 20 22ptBulletslevel2 5 18ptColor BlackCorporateFont FrutigerNextLTMediumFonttobeusedbycustomersandpartners Arial Toprightcornerforfield mark customerorpartnerlogotypes Thefollowingninegroupsofcolorsareanexampleofhowourdesigncolorscanbeused pleasetakenotethatyoushouldonlyuseonedesigncolorgroupperslide Forspecificusagedetails refertothe TypesettingStandard LTE关键技术高阶调制对吞吐量的改善 PA3Channel 64QAMvs16QAM 小区边缘 0 增益小区中心 0 10 增益靠近基站 30 50 增益高阶调制增益受信道条件影响较大 PB3Channel 64QAMvs16QAM 小区边缘 0 增益小区中心 0 增益靠近基站 10 20 增益自适应调制和编码 AMC 信道质量的信息反馈即ChannelQualityIndicator CQI UE测量信道质量并报告每1ms或者是更长的周期给eNodeBeNodeB基于CQI来选择调制方式数据块的大小和数据速率 CQI索引 LTE关键技术 HARQ 传统的ARQ接收端接收数据块并解编码根据CRC解校验得到误块率如果数据块误块率高丢弃错误的数据块接收端要求发送端重发完整的错误的数据块混合HARQ接收端接收数据块并解编码根据CRC解校验得到误块率如果误块率较高暂时保存错误的数据块接收端要求发送端重发接收端将暂存的数据块和重发的数据混合后再解编码 Packet2 Transmitter Receiver H ARQ不同类型 LTE中HARQ技术主要是系统端对编码数据比特的选择重传以及终端对物理层重传数据合并通过RV参数来选择虚拟缓存中不同编码比特的传送不同RV参数配置支持 CC ChaseCombining 重复发送相同的数据 FIR FullIncrementalRedundancy 优先发送校验比特不同次重传尽可能采用不同的r参数使得打孔图样尽可能错开保证不同编码比特传送更为平均 HybridAutomaticRepeatreQuest HARQ ChaseCombining CC 重传方式举例 HybridAutomaticRepeatreQuest HARQ IncrementalRedundancy IR 重传方式举例多进程停等 HARQ 停等 Stop and Wait SaW HARQ对于某个HARQ进程在等到ACK NACK反馈之前此进程暂时中止待接收到ACK NACK后在根据是ACK还是NACK决定发送新的数据还是进行旧数据的重传目录高阶调制 AMC HARQ和宏分集技术分析OFDM技术基本原理OFDM技术优势与不足下行多址技术和上行多址技术LTE下行和上行MIMO技术 OFDM的由来单载波 OFDM OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing正交频分复用 frequency OFDM发射流程 OFDM的核心操作 OFDM实现方法使用传统振荡器使用IFFT OFDM实现方法续正交性体现在一个OFDM符号内包含多个子载波所有的子载波都具有相同的幅值和相位从图中可以看出每个子载波在一个OFDM符号周期内都包含整数倍个周期而且各个相邻的子载波之间相差1个周期 OFDM是为多径衰落信道而设计的时域影响符号间干扰频域影响频率选择性衰落加CP操作 CP长度的确定 CP长度的确定 CP长度的考虑因素频谱效率符号间干扰和子载波间干扰越短越好越长 CP开销越大系统频谱效率越低越长越好可以避免符号间干扰和子载波间干扰 CP长度的确定应对频率选择性衰落窄带并行传输化零为整简化接收机的信道均衡操作避免符号间干扰和天线间干扰相互混杂有效分离信道均衡和MIMO检测子载波间隔确定考虑因素频谱效率和抗频偏能力子载波间隔越小调度精度越高系统频谱效率越高子载波间隔越小对多普勒频移和相位噪声过于敏感当子载波间隔在10KHz以上相位噪声的影响相对较低多普勒频移影响大于相位噪声以此为主多普勒频移多普勒频移设手机发出信号频率为fT 基站收到的信号频率为fR 相对运动速度为为电磁波在自由空间的传播速度光速 fdoppler即为多普勒频移例360km h车速 3GHz频率的多普勒频移子载波间隔确定多普勒频移影响 2GHz频段 350km h带来648Hz的多普勒频移对高阶调制 64QAM 造成显著影响低速场景多普勒频移不显著子载波间隔可以较小高速场景多普勒频移是主要问题子载波间隔要较大仿真显示子载波间隔大于11KHz 多普勒频移不会造成严重性能下降当15KHz时 EUTRA系统和UTRA系统具有相同的码片速率因此确定单播系统中采用15KHz的子载波间隔独立载波MBMS应用场景为低速移动应用更小的子载波间隔以降低CP开销提高频谱效率采用7 5KHz子载波Wimax的子载波间隔为10 98KHz UMB的子载波间隔为9 6KHz OFDM图示目录高阶调制 AMC HARQ和宏分集技术分析OFDM技术基本原理OFDM技术优势与不足下行多址技术和上行多址技术LTE下行和上行MIMO技术 OFDM技术的优势频谱效率高带宽扩展性强抗多径衰落频域调度和自适应实现MIMO技术较为简单 OFDM技术的优势频谱效率高各子载波可以部分重叠理论上可以接近Nyquist极限实现小区内各用户之间的正交性避免用户间干扰取得很高的小区容量相对单载波系统 WCDMA 多载波技术是更直接实现正交传输的方法 OFDM技术的优势带宽扩展性强 OFDM系统的信号带宽取决于使用的子载波数量几百kHz 几百MHz都较容易实现 FFT尺寸带来的系统复杂度增加相对并不明显非常有利于实现未来宽带移动通信所需的更大带宽也更便于使用2G系统退出市场后留下的小片频谱单载波CDMA只能依赖提高码片速率或多载波CDMA的方式支持更大带宽都可能造成接收机复杂度大幅上升 OFDM系统对大带宽的有效支持成为其相对单载波技术的决定性优势 OFDM技术的优势抗多径衰落多径干扰在系统带宽增加到5MHz以上变得相当严重 OFDM将宽带转化为窄带传输每个子载波上可看作平坦衰落信道插入CP可以用单抽头频域均衡 FDE 纠正信道失真大大降低了接收机均衡器的复杂度单载波信号的多径均衡复杂度随着带宽的增大而急剧增加很难支持较大的带宽对于更大带宽20M以上 OFDM优势更加明显 OFDM技术的优势频域调度和自适应集中式分布式子载波分配方式集中式子载波分配方式时域调度频域调度分布式子载波分配方式终端高速移动或低信干噪比无法有效频域调度多载波单载波对频率选择性衰落的适应 OFDM技术的优势实现MIMO技术简单 MIMO技术关键是有效避免天线间的干扰 IAI 以区分多个并行数据流在平坦衰落信道可以实现简单的MIMO接收频率选择性衰落信道中 IAI和符号间干扰 ISI 混合在一起很难将MIMO接收和信道均衡分开处理 OFDM技术存在的问题 PAPR问题时间和频率同步多小区多址和干扰抑制 OFDM不足1 峰均比高下行使用高性能功放上行采用SC FDMA以改善蜂均比 OFDM不足2 对频率偏移特别敏感 LTE使用频率同步解决频偏问题 OFDM不足3 多小区多址和干扰抑制 OFDM系统虽然保证了小区内用户的正交性但无法实现自然的小区间多址 CDMA则很容易实现如果不采取额外设计将面临严重的小区间干扰某些宽带无线接入系统就因缺乏这方面的考虑而可能为多小区组网带来困难可能的解决方案包括加扰小区间频域协调干扰消除跳频等目录高阶调制 AMC HARQ和宏分集技术分析OFDM技术基本原理OFDM技术优势与不足下行多址技术和上行多址技术LTE下行和上行MIMO技术多址技术下行多址技术 OFDMA上行多址技术主要考虑因素终端处理能力有限尤其发射功率受限 OFDM技术由于高的PAPR问题不利于在上行实现单载波 SC 传输技术PAPR较低LTE采用在频域实现的多址方式单载波频分多址 SC FDMA OFDMAVSSC FDMA 下行调制多址OFDMA E UTRAN空口技术上行调制多址SC FDMA 目录高阶调制 AMC HARQ和宏分集技术分析OFDM技术基本原理OFDM技术优势与不足下行多址技术和上行多址技术LTE下行和上行MIMO技术目录 5 LTE下行和上行MIMO技术5 1MIMO技术概述5 2下行MIMO的实现5 3上行MIMO的实现 LTE多天线技术无线通信系统可以利用的资源时间频率功率空间LTE系统中对空间资源和频率资源进行了重新开发大大提高了系统性能多天线技术通过在收发两端同时使用多根天线扩展了空间域充分利用了空间扩展所提供的特征从而带来了系统容量的提高 MIMO的定义广义定义多进多出 Multiple InputMultiple Output 多个输入和多个输出既可以来自于多个数据流也可以来自于一个数据流的多个版本按照这个定义各种多天线技术都可以算作MIMO技术狭义定义多流MIMO 提高峰值速率多个信号流在空中并行传输按照这个定义只有空间复用和空分多址可以算作MIMO MIMO技术的分类从MIMO的效果分类传输分集 TransmitDiversity 利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性发射或接收一个数据流避免单个信道衰落对整个链路的影响波束赋形 Beamforming 利用较小间距的天线阵元之间的相关性通过阵元发射的波之间形成干涉集中能量于某个或某些特定方向上形成波束从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果空间复用 SpatialMultiplexing 利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性向一个终端基站并行发射多个数据流以提高链路容量峰值速率空分多址 SDMA 利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性向多个终端并向发射数据流或从多个终端并行接收数据流以提高用户容量从是否在发射端有信道先验信息分闭环 Close Loop MIMO 通过反馈或信道互异性得到信道先验信息开环 Open Loop MIMO 没有信道先验信息下行MIMO技术使用场景下行MIMO技术使用场景目录 5 LTE下行和上行MIMO技术5 1MIMO技术概述5 2下行MIMO的实现5 3上行MIMO的实现下行物理信道的基带信号处理码字经过FEC编码和QAM调制的数据流形成于QAM调制模块的输出端我们假定一个码字只能有一个码率如1 3码率和一种调制方式如16QAM 层明确的QAM调制数据流形成于码字到层映射模块的输出端一个层的峰值速率可以等于或低于一根传输天线的峰值速率此外不同的层可以传输相同或不同的比特信息秩 r 若定义R为单根天线的峰值速率则发送端可以达到的峰值速率为rR 对于空间复用秩等于层数 LTE支持最大层数L 4 最大码字数Q 2 层映射层映射实体有效地将复数形式的调制符号映射到一个或多个传输层上从而将数据分成多层根据传输方式的不同可以使用不同的层映射方式码字层天线口之间的关系传输分集的层映射 MIMO 传输分集最常用的传输分集技术包括 Alamouti编码空时块码 STBC Space TimeBlockCodes 空频块码 SFBC Space FrequencyBlockCodes LTE支持SFBC传输分集技术 MIMO 传输分集当传输天线数为2时采用SFBC当传输天线数为4时采用Alamouti编码和其他方式进行组合的方式进行分集传输SFBC 循环延迟分集CDDSFBC 天线切换分集天线切换分集当发射端存在多根传输天线时从时间或频率上按照一定的顺序依次选择其中一根天线进行传输的技术时间切换传输分集在不同的时间上进行天线的切换 TimeSwitchedTransmitDiversity TSTD 频率切换传输分集在不同的子载波上进行天线切换 FrequencySwitchedTransmitDiversity FSTD 时间切换传输分集TSTD 频率切换传输分集FSTD 天线切换分集与SFBC结合 FSTD和SFBC结合的4发射天线传输分集LTE支持上行天线时间切换传输分集 TSTD 支持FSTD和SFBC结合作为一种传输分集方式频率1频率2频率3频率4 天线1天线2天线3天线4 空间复用传输 LTE支持多码字 MCW 的空间复用传输多码字用于空间复用传输的来自于多个不同的独立进行信道编码的数据流每个码字可以独立的进行速率控制分配独立的混合自动重传请求 HARQ 进程单码字的空间复用传输用于空间复用传输的多层数据流仅仅来自于一个信道编码之后的数据流空间复用层映射 LTE支持最大层数L 4 最大码字数Q 2码字和层映射关系开环空间复用开环空间复用模式下的Large delayCDDeNodeB周期地分配不同的Precoding码字到不同的数据子载波中其中每m个子载波用不同的Precoding码字 m为Rank数 Large delayCDD方案只用于Rank 1支持Rank1和开环空间复用的动态Rank自适应不需要PMI反馈两个码字的CQI没有空间差异设计用于高速场景的UE较少的反馈开销闭环空间复用 eNodeB需要进行数据预编码系统从预定义的码本中选择最适合的Precoding矩阵预定义码本同时保存在eNodeB和UE中UE在评估信道质量的基础上选择该时刻最适合的Precoding矩阵并将矩阵索引发送给eNodeB 闭环空间复用预编码码本反馈内容 CQI 信道质量指示PMI 预编码矩阵指示DLSU MIMO码本数量2Tx天线 6 4Tx天线 16码本方案可适用于不同的天线配置交叉极化和线性天线阵列下行预编码方式两种预编码方式非码本的预编码方式 non codebookbasedpre coding 基于码本的预编码方式 codebookbasedpre coding 非码本的预编码方式预编码矩阵计算得到基于码本的预编码方式预编码矩阵从码本中选择得到下行MIMO应用支持分集和复用的MIMO模式以及不同MIMO模式之间的自适应切换下行波束赋形单流波束赋形分组波束赋形基于分组波束赋形的空分多址 LTETDDBeamforming性能 Beamforming性能单流Beamforming主要用于改善小区边缘的用户吞吐量双流Beamforming能够改善小区的平均吞吐量相比4天线MIMO 8天线Beamforming能带来较大增益下行多用户MIMO 单用户MIMO 空分复用基站将占用相同时频资源的多个数据流发送给同一个用户多用户MIMO 空分多址基站将占用相同时频资源的多个数据流发送给不同用户 E MBMS中的MIMO技术当单频网络中小区的个数足够多时任何形式的额外传输分集技术将不会带来明显的增益因为E MBMS已经从来自多个小区的时延信号中获得了频率分集增益在单频网络中 E MBMS是带宽受限的因此空间复用技术更有吸引力随着基站数目的增加数据流之间的相关性降低可以达到0 65左右因此可以利用空间复用技术目录 5 LTE下行和上行MIMO技术5 1MIMO技术概述5 2下行MIMO的实现5 3上行MIMO的实现上行MIMO技术空间复用和传输分集基本配置1X2上行传输天线选择上行多用户MIMO 上行传输天线选择开环天线选择方案闭环天线选择方案上行开环天线选择方案共享数据信道在天线间交替发送从而获得空间分集而避免信道的深衰落上行闭环天线选择方案两根天线交替发送用于天线选择的导频基站选择可以提供更高接收信号功率的天线用于后续的共享数据信道传输上行传输天线选择的优缺点开环天线选择方案不需要发送用于天线选择的参考信号在下行不需要发送告知天线选择信息的比特比闭环方案获得更少的分集增益适合基于竞争的信道和共享信道使用闭环天线选择方案需要传输用于天线选择的参考信号需要在下行方向发送指示天线选择信息的反馈比特比开环方案有更大的分集增益适用于共享信道上行单用户多用户MIMO SU MIMO MU MIMO 上行多用户MIMO优势相对于单用户MIMO 多用户MIMO可以获得更多用户分集增益对于单用户MIMO 所有MIMO信号来自同一终端的不同天线对于多用户MIMO 信号来自于不同终端更容易获得信道之间的独立性当终端存在多根天线时可以把多用户MIMO和天线选择技术结合使用

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