LTE培训材料-2 LTE关键技术分析
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lte全网架构lte关键技术:? ? ? ? ?频域多址技术(ofdm/sc-fdma)高阶调制与amc(自适应调制与编码) mimo与beamforming(波束赋形) icic(小区间干扰协调) son(自组织网络)mimo系统自适应,就是根据无线环境变化(信道状态信息csi)来调整自己的行为(变色龙行为)。
对于mimo可调整的行为有编码方式、调制方式、层数目、预编码矩阵,要想正确调整就需要用户端做出反馈(cqi、ri 、pmi),从而实现小区中不同ue根据自身所处位置的信道质量分配最优的传输模式,提升td-lte小区容量;波束赋形传输模式提供赋形增益,提升小区边缘用户性能。
模式3和模式8中均含有单流发射,当信道质量快速恶化时,enb可以快速切换到模式内发射分集或单流波束赋形模式。
由于模式间自适应需要基于rrc层信令,不可能频繁实施,只能半静态转换。
因此lte在除tm1、2之外的其他mimo模式中均增加了开环发送分集子模式(相当于tm2)。
开环发送分集作为适用性最广的mimo技术,可以对每种模式中的主要mimo技术提供补充。
相对与tm2进行模式间转换,模式内的转换可以在mac层内直接完成,可以实现ms(毫秒)级别的快速转换,更加灵活高效。
每种模式中的开环发送分集子模式,也可以作为向其他模式转换之前的“预备状态”。
ue要接入lte网络,必须经过小区搜索、获取小区系统信息、随机接入等过程。
ue不仅需要在开机时进行小区搜索,为了支持移动性,ue会不停地搜索邻居小区、取得同步并估计该小区信号的接收质量,从而决定是否进行切换或小区重选。
为了支持小区搜索,lte定义了2个下行同步信号pss和sss。
ue开机时并不知道系统带宽的大小,但它知道自己支持的频带和带宽。
为了使ue能够尽快检测到系统的频率和符号同步信息,无论系统带宽大小,pss和sss都位于中心的72个子载波上。
ue会在其支持的lte频率的中心频点附近去尝试接收pss和sss,通过尝试接收pss和sss,ue可以得到如下信息:(1)得到了小区的pci;(2)由于cell-specific rs及其时频位置与pci 是一一对应的,因此也就知道了该小区的下行cell-specific rs及其时频位置;(3)10ms timing,即系统帧中子帧0所在的位置,但此时还不知道系统帧号,需要进一步解码pbch;(4)小区是工作在fdd还是tdd模式下;(5)cp配置,是normal cp还是extended cp。
LTE关键技术及发展方向目前主流的3G技术主要有TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000,而前两种采用了3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)技术演进路线,即由HSDPA演进至HSPA+,进而发展为LTE。
虽然CDMA2000采用的是3GPP2路线,但由于高通对其最终演进技术UMB(Ultra Mobile Broadband)研发的放弃,其最终演进方向也定格在了LTE上。
在我国,由于WIMAX和其他技术的边缘化,而LTE自身完善的产业链、规模效应和更高的成熟度,故而受到了大多运营商的青睐。
相对于三代移动通信系统,LTE最重要的改进在于采用全新空中接口技术,并使用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。
其主要优势是在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。
1. TD-LTE的关键技术1.1LTE系统的总体架构。
1.2OFDM技术。
(1)OFDM(正交频分复用技术)是LTE系统的技术基础与主要特点,故而OFDM系统参数的设定对整个系统的性能会产生决定性的影响。
OFDM 技术是利用Sinc函数的平移正交性,将整个通信带宽的信道划分为一系列子信道,传输多载波调制信号,使每个子载波所占的带宽容易满足小于多径信道相干带宽的条件,因而可以将一个频率选择性衰落的信道转化为一系列平坦衰落子信道。
同时在每个OFDM符号前部添加一个大于信道最大多径时延的循环前缀,就可以完全消除因多径衰落引起的码间干扰。
(2)OFDM技术主要有以下优点:频带利用率高;可以对抗信道的多径衰落;接收端无需复杂的时域均衡器,而仅需要进行简单的频域均衡即可;多载波调制和解调可以用快速傅里叶变换(FFT)完成,易于硬件(FPGA、DSP)实现;单个子载波对应的调制符号时间周期长,有一定的抗时域突发干扰的能力;易于与多天线技术、自适应技术等结合,以提高系统的容量。
简述LTE关键技术---王亮由于我是做CDMA的,实际的LTE设备我也没有接触过,但是理论的资料看了不少,我本身也是学习过程,抛砖引玉吧。
1.OFDM这个技术说的很玄乎,其实在wimax和wifi里早就利用了,OFDM 并不比CDMA的频谱利用率更高,但是他的优势是大宽带的支持更简单更合理,而且配合mimo更好。
举个例子,CDMA是一个班级,又说中文又说英文,如果大家音量控制的好的话,虽然是一个频率但是可以达到互不干扰,所以1.25m的带宽可以实现4.9m的速率。
而OFDMA则可以想象成上海的高架桥,10米宽的路,上面架设一个5米宽的高架,实际上道路的通行面积就是15米,这样虽然我水平路面不增加但是可以通行的车辆增加了。
而OFDM也是利用这个技术,利用傅里叶快速变换导入正交序列,相当于在有限的带宽里架设了N个高架桥,目前是一个ofdm信号的前半个频率和上一个频点的信号复用,后半个频率和后一个频点的信号复用。
那信号频率重叠了怎么区分,很简单,OFDM,O就是正交的意思,正交就是能保证唯一性,举例子,A和B重叠,但是A*a+B*b,a和b是不同的正交序列,如果我要从同一个频率中只获取A,那么通过计算,(A*a+B*b)*a=A*a*a+B*b*a=A+0=A(因为正交,a*a=1,a*b=0)。
所以OFDMA是允许频率重叠的,甚至理论上可以重叠到无限,但是为了增加解调的容易性,目前LTE支持OFDM重叠波长的一半。
2.mimo其实在早期的LTE放弃CDMA很重要的一个原因就是CDMA对MIMO支持不好,而OFDM采用的子载波数据是将串行数据转化为并行,并行数据可以很好地适应MIMO的接收。
MIMO就是多进多出的意思,这样我可以在空间传送多路信号,其中分这么几大类,我简单的给大家介绍下(我也是刚看MIMO,找不到合适的资料,但是大概意思还懂点)a、single-ant。
单天线传输(基本模式)b、transmitting-diversity。
一、高阶调制、AMC、HARQ和宏分集技术分析 ——LTE的调制方式 LTE支持多种调制方式,由系统根据信道条件自适应选择 LTE定义的物理信道可以分为上行物理信道和下行物理信道,上行和下行均支持QPSK、16QAM、64QAM这三种调制方式,如图所示
正交振幅调制(QAM,Quadrature Amplitude Modulation)是一种振幅和相位联合键控。在QAM体制中,信号的振幅和相位作为两个独立的参量同时受到调制。
调制映射模式 不同的调制方式使用不同的调制映射模式 调制映射(Modulation Mapping),简单点的理解就是:根据不同的调制阶数(也就是Qm)和输入的信息比特(一般是加扰后的信息)情况来确定一个复值调制符号的实部(I)和虚部(Q)的值
注: 1)Qm在LTE协议上的规定有四种:1-BPSK,2-QPSK,4-16QAM,6-64QAM
2)复值调制符号的形式jQIx 3)各种Qm对应的调制映射值见协议:TS36.211-7.1节 4)调制映射侧重的是映射过程(简单的说就是把一路信号映射到IQ两路上),而调制的作用(最突出的是频谱搬移)会在后续处理流程中体现
调制映射采用二进制1和0作为输入,产生复值调制符号jQIx作为输出 BPSK调制时,单比特)(ib将映射为复值调制符号 QPSK调制时,两比特对)(ib,)1(ib映射为复值调制符号 16QAM调制时,四比特对)(ib,)1(ib,)2(ib,)3(ib映射为复值调制符号 64QAM调制时,六比特对)(ib,)1(ib,)2(ib,)3(ib,)4(ib,)5(ib映射为复值调制符号
其矢量图如图所示,由于从矢量图看像是星座,故又称星座(Constellation)调制 下行物理信道上的调制方式 PDSCH:物理下行共享信道——QPSK、16QAM、64QAM PMCH:物理多播信道——QPSK、16QAM、64QAM PDCCH:物理下行控制信道——QPSK PBCH:物理广播信道——QPSK PHICH:物理HARQ指示信道——BPSK PCFICH:物理控制格式指示信达——QPSK 上行物理信道的调制方式 PUSCH:物理上行共享信道——QPSK、16QAM、64QAM PUCCH:物理上行控制信道——QPSK PRACH:物理随机接入信道——QPSK
——LTE关键技术_高阶调制对吞吐量的改善 在蜂窝移动通信系统中,一个非常重要的特征是无线先到的时变特性
PA3或PB3是协议设计的某种信道环境。PA是:Pedestrian(步行) A ; PB是Pedestrian B; 3指UE移动速度3km/h。 PB3比PA3信道环境更恶劣。PB3比PA3时延更长,干扰更大。 详见协议25.890的12.2章节。
——如何才能有效地利用信道的变化特性呢?下面就介绍链路自适应技术 所谓链路自适应技术,就是指系统根据当前获取的信道信息,自适应地调整系统传输参数的行为,用以克服或者适应当前信道变化带来的影响。
通常情况下,链路自适应技术主要包含以下技术: 1)自适应调制和编码技术 2)功率控制技术 3)混合自动重传请求 4)信道选择性调度技术 这些技术是密不可分的,它们都是系统为了适应信道变化、提高链路和系统容量而采用的自适应技术
——自适应调制和编码简称AMC(Adaptive Modulation and Coding),是一种基于物理层的链路自适应技术,根据信道条件的变化,动态地选择适当的调制和编码方式(Modulation and Coding Scheme,MCS),变化的周期为一个TTI
选择过程的重要输入是上行链路UE传输的CQI(Channel Quality Indicator,信道质量指示)反馈。
——根据CQI值发送信号的调制方案和编码率如表所示 ——在蜂窝通信系统当中,由于无线信道时变特性和多径衰落对信号传输带来的影响,以及一些不可预测的干扰会导致信号传输的失败,通常采用前向纠错(FEC,Forward Error Correction)编码的技术和自动重传请求(ARQ,Automatic Repeat reQuest)等方法来进行差错控制,从而保证服务质量。
在LTE系统中将ARQ和FEC混合使用,即混合自动重传请求(HARQ,Hybrid Automatic Repeat reQuest)体制。
HARQ有两种运行方式: ⑴ 跟踪(Chase)或软合并(Soft Combining)方式-即数据在重传时,与初次发射时的数据相同; ⑵ 递增冗余(Incremental Redundancy)方式-即重传时的数据与 发射的数据有所不同。后一种方式的性能要优于第一种,但在接收端需要更大的内存。终端的缺省内存容量是根据终端所能支持的最大数据速率和软合并方式设计的,因而在最大数据速率时,只可能使用软合并方式。而在使用较低的数据速率传输数据时,两种方式都可以使用。
——eNode B中物理层的HARQ操作 ——HARQ重传方式分类 ——CC重传方式举例 ——IR重传方式举例 CC重发相同数据,以及IR重传部分数据,哪种效果好?视具体情况而定,信道条件好是IR效率比较高。
——ARQ重传机制 目前在数据通信中定义了3种基本的ARQ的重传机制,分别是停等式(SAW,Stop-And-Wait)、后退N步式(GBN,Go-Back-N)和选择重传式(SR,Select Repeat),下面就停等式作详细介绍
在采用停等式ARQ协议的传输系统中,发送端每发送一个数据包就暂时停下来,等待接收端的确认信息。当数据包到达接收端时,对其进行检错,如果接收正确,则返回ACK信号,如果错误,则返回NACK信号。当发送端接收到ACK信号时,就发送新的数据,否则重传上次传输的数据包。而在等待确认信息期间,信道是空闲的,不发送任何数据。
——从重传的时序安排角度,可以将HARQ分成同步HARQ和异步HARQ两种 同步HARQ:即么个HARQ进程的时域位置被限制在预定义好的位置,这样可以根据HARQ进程所在的子帧编号得到该HARQ进程的编号。同步HARQ不需要额外的信令指示HARQ进程号。
异步HARQ:不限制HARQ进程的时域位置,一个HARQ进程可以在任何子帧。异步HARQ可以灵活的分配HARQ资源,但需要额外的信令指示每个HARQ进程所在的子帧。 ——除重传的时域位置外,从传输配置角度还可以将HARQ分成自适应HARQ和非自适应HARQ 自适应HARQ:可以根据无线信道条件,自适应的调整每次重传采用的资源块(RB)、调制方式、传输块大小、重传周期等参数。可看作HARQ和自适应调度、自适应调制和编码的结合,可以提高系统在时变信道中的频谱效率,但会大大提高HARQ流程的复杂度,并需要在每次重传时都发送传输格式信令,大大增加了信令开销。
非自适应HARQ:对各次重传均用预定义好的传输格式,收发两端都预先知道各次重传的资源数量、位置、调制方式等资源,避免了额外的信令开销
自适应HARQ可以看做是HARQ和AMC相结合,可以自适应的调整每个进程数据的调制方式、传输块大小。 非自适应HARQ是对各次重传采用预定好的传输格式,接收的数据按照预定的格式解码,避免额外的信令开销。 经过研究,决定在下行采用自适应的异步HARQ,上行采用非自适应的同步HARQ ——下行异步HARQ操作是通过上行ACK/NACK信令传输、新数据指示、下行资源分配信令传输和下行数据的重传来完成的,具体流程如下
——下行HARQ流程的时序如图所示,UE首先通过物理上行控制信道(PUCCH)向eNode B反馈上次传输的ACK/NACK信息。此ACK/NACK信息经过一定的上行传输延迟到达eNode B,eNode B对PUCCH中的ACK/NACK信息进行解调和处理,并根据ACK/NACK信息和下行资源分配情况对重传数据进行调度。然后PDSCH按照下行调度的时域位置发送重传数据,并经过一定的下行传输延迟到达UE端,UE经过一定的处理延迟对下行重传完处理,并通过PUCCH再次反馈针对此次重传的ACK/NACK信息。一个下行HARQ RTT到此结束。
LTE采用共享信道 ——上行同步HARQ操作时通过下行ACK/NACK信令传输、NDI和上行数据的重传来完成的,具体流程如下
上行HARQ流程的时序如图所示,eNode B首先通过PHICH(物理HARQ指示信道)向UE反馈上次传输的ACK/NACK信息。此ACK/NACK信息经过一定的下行传输延迟到达UE,UE对PHICH中的ACK/NACK信息进行解调和处理,并根据ACK/NACK信息在预定义的时域位置通过PUSCH发送重传数据,并经过一定的上行传输延迟到达eNode B端。ENode B经过一定的处理延迟对上行重传完成处理。并通过PHICH再次反馈针对此次重传的ACK/NACK信息。一个上行HARQ RTT到此结束
——对于停等式HARQ,在一个HARQ进程中,一次传输发出后,需等待长度为RTT的时间才能决定下一次传输是传输新数据,还是进行旧数据的重传。在这段时间内,eNode B/UE当然不能停止传输而白白地等待。因此,必须发起其他的并行HARQ进程(HARQ Process),以充分利用时域资源。
HARQ进程的数量与RTT,也即和传输时延和UE/eNode B的处理延迟直接相关,RTT越大,需要支持越多的并行HARQ进程数量以填满RTT,HARQ进程的数量应约等于RTT/TTI。 注:TTI(Transmission time interval)传输时间间隔 RTT(Round-Trip Time)循环时间、往返时间
——HARQ进程数量的估算 UE和eNode B的处理延迟很大程度上是和具体实现相关的。如果考虑一个处理延迟的合理上限,可以将UE的处理延迟估算为2ms(包括下行数据解码和上行数据的编码/复用),而将eNode B的处理延迟估算为3ms(包括下行数据的调度/复用/编码和上行数据的解码)
传输延迟取决于eNode B和UE之间的距离,以6.7us/km计算,因此,对于较小的小区,传输延迟相对处理延迟基本上可以忽略。而对于较大的小区,传输延迟则难以忽略。经过研究发现,对于半径在15km以下的小区,支持7个HARQ进程就够了。单对于更大的小区,则需