南邮移动通信整理-分析

1、精选优质文档-倾情为你奉上OFDM基本原理OFDM是为多径衰落信道而设计的应对频率选择性衰落-窄带并行传输OFDM的由来u 每个OFDM符号在其周期内包括多个非零的子载波，因此其频谱可以看作是周期为T的矩形脉冲的频谱与一组位于各个子载波频率上的函数的卷积。u 矩形脉冲的频谱幅值为Sa函数，这种函数的零点出现在频率为整数倍的位置上。u 在每一个子载波频率的最大值处，所有其他子信道的频谱值恰还为零，从而避免了子信道的频谱值恰好为零，从而避免了子信道间（ICI）干扰的出现。u 各子载波组合在一起, 总的频谱形状 非常近似矩形频谱。OFDM实现方法下行调制多址OFDMA:OFDM发

2、送和接收：OFDM发射流程：OFDM处理：加CP：为了最大限度地消除ISI，可以在每个OFDM符号之间插入保护间隙（Guard Interval），而且该保护间隔的长度一般要大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。CP长度的确定：l CP长度的考虑因素：频谱效率、符号间干扰和子载波间干扰l 如果时间偏移大于CP，就会导致载波间干扰（ICI）和符号间干扰（ISI）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LTE CP长度的确定：子载波间隔的确定：多普勒频移l 设手机发出信号频率为，基站收到的信号频率为，相对运动速

3、度为V，C为电磁波在自由空间的传播速度（光速），为多普勒频移l 例360km/h车速，3GHz频率的多普勒频移：=（1）=3=子载波间隔确定-多普勒频移影响l 2GHz频段，350km/h带来648Hz的多普勒频移l 低速场景，多普勒频移不显著，子载波间隔可以较小l 高速场景，多普勒频移是主要问题，子载波间隔要较大l 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l 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l 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7.5

4、KHz子载波OFDM图示：OFDM技术的优势：l 抗多径衰落l 频谱效率高l 宽带扩展性强l 频域调度和自适应l 实现MIMO技术较为简单1、多载波/单载波对频率选择性衰落的适应2、频谱效率高l 各子载波可以部分重叠，理论上可以接近Nyquist极限。l 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。l 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。3、宽带扩展性强l 当子载波间隔确定后，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。l 非常有利于实现未来宽带移动通信所需的更

5、大带宽，也更便于使用2G系统退出市场后留下的小片频谱。l 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。l 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。4、 频域调度和自适应集中式、分布式子载波分配方式：5、实现MIMO技术简单l 在平坦衰落信道可以实现简单的MIMO接收。l 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l PARP问题l 时间和频率同步l 多小区多址和干扰抑制1、峰均比高l 高PAPR会增加模数转换和数模转换的复杂性，降低R

6、F功率放大器的效率，增加发射机功放的成本和耗电量，不利于在上行链路实现（终端成本和耗电量收到限制）l 降低PAPR技术：信号预失真技术、编码技术、加扰技术。l 下行使用高性能功放，上行采用SC-FDMA以改善蜂均比。2、对频率偏移特别敏感l 载波频率偏移带来两个破坏性的影响：降低信号幅度（sinc函数移动造成无法在峰值点抽样），造成载波间干扰（ICI）l 研究表明，在低频调制下，频率偏移误差控制在2%以内才能避免SNR性能急剧下降；使用更高阶调制时，频率精确度要求就更高。l 时间偏移会导致OFDM子载波的相位偏移大，由于使用了CP，对时间同步要求在一定程度上可以放松，假如同步误差和多径扩展造成

7、的时间误差小于CP，系统就能维持子载波之间的正交性。l 由于子载波宽度较小，对频偏较敏感，因此OFDM系统需要保持严格的频率同步，以确保子载波之间的正交性。l 多载波系统对载波相位噪声也比单载波系统更加敏感。l 发射机和接收机的晶振的误差往往会带来相位噪声。在OFDM系统中，载波相位噪声会造成相位偏移和ICI。l 造成ICI的原因：1.OFDM符号周期内的信道变化（OFDM符号周期相对于信道相关时间太长）；2.非线性失真；3.保护间隔不够长；4.在接收机端的频（看不清）位噪声。3、多小区多址和干扰抑制l 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

8、）。l 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）。l 可能的解决方案包括加扰、小区间频域协调（ICIC）、干扰消除、跳频等。用户1比特用户2比特用户K比特FEC基带调制S/PFEC基带调制S/PFEC基带调制S/P子载波映射器L点IFFTP/S加循环前缀用户1比特S/P去循环前缀L点FFT解映射抽取M个符号频域均衡器P/S检测对用户1进行信道估计下行OFDMA发送与接收L点IFFT用户1比特FEC基带联调S/P子载波映射器AMC用户1的上行链路OFDMA发射器P/S上行OFDMA发送与接收上行SC-FDMA发送DFT-S-

9、OFDM方式下的上行用户复用LTE/SAE网络架构LTE:Long Term EvolutionSAE:System Architecture EvolutionE-UTRAN:Evolved Universal Terrestrial Radio Access NetworkEPC:Evolved Package CoreEPS:Evolved Packet SystemMME:Mobility Management EntityHSS:Home Subscriber ServerPCRF:Policy Charging Rules FunctionE-UTRAN和EPC的分工界面Uu接口协

10、议结构MME（移动性管理实体）实现的功能：l 将寻呼消息发送到eNodeBl 跟踪区域的列表管理（UE的IDLE模式和ACTIVE模式）l 在3GPP访问网络之间移动时，CN节点之间的信令传输l P-GW（PDN分组数据网关）和S-GW（服务网关）的选择l MME选择，MME改变带来的切换l SGSN（服务GPRS支持节点）选择，为了切换到2G或3G网络l IDLE空闲状态下的移动性管理、漫游、确认等l SAE承载控制（承载建立和管理等）l NAS（非接入层）信令，信令的加密和完整性保护S-GW实现的功能：l 为eNB间的切换，进行本地的移动定位l 3GPP间的移动性管理，建立移动性安全机制l

11、 在E-UTRAN的IDLE模式下，下行包缓冲和网络初始化l 授权侦听l 包路由和前向转移l 在上下行进行传输级的包标记l 在运营商之间交换用户和Qos类别标识的有关计费信息P-GW实现的功能：l 用户的包过滤l 授权侦听l UE的IP地址分配l 传输级的下行包标记l 上下行的服务级计费，速率控制l 基于最大比特速率的下行速率控制l DHCP（Dynamic Configuration Protocol）v4和DHCP v6功能无线空中接口协议栈架构：L3层：无线资源控制（RRC）层u 寻呼，维持和释放一个RRC连接，移动性管理，Qos管理L2层u 分组数据汇聚协议（PDCP）：IP数据包头压

12、缩/解压缩，信令加密和一致性保护u 无线链路控制（RLC）子层：分割和级联数据单元，用过ARQ（自动重发请求）进行纠错，维持数据包次序u 子层媒体接入控制（MAC）子层：在逻辑信道和传输信道之间映射，调度不同UE间的优先权，选择传输格式（编码、调制功率等）L1层：物理层u 传输信道与物理信道的映射，形成发送信号，接收无线信号用户面的数据封装流程：下行链路物理信道及到高层映射上行链路物理信道及到高层映射逻辑信道功能：l 广播控制信道BCCH：广播系统控制信息l 寻呼控制信道PCCH：寻呼信息l 公共控制信道CCCH：UE与网络间传输控制信息，当UE没有和网络的RRC连接时使用该信道l 多播控制信

13、道MCCH：从网络到UE的MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service）调度和控制信息传输使用的点到点下行信道l 专用控制信道DCCH：专用控制信息的点到点双向信道，UE有RRC连接时使用l 专用业务信道DTCH：双向点到点信道，专用于一个UE传输用户信息l 多播业务信道MTCH：点到多点下行信道物理层主要功能：l 传输信道的错误检测，并向高层提供指示l 传输信道的纠错编码/译码、物理信道调制与解调l HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）软合并l 编码的传输信道向物理信道的映射l 物理信道功率加权l 频率与时间同步

14、l 无线特征测量，并向高层提供指示l MIMO天线处理、传输分集、波形赋形l 射频处理信道带宽：l 支持的信道带宽与传输带宽配置² 1.4MHz 3.0MHz 5MHz 10MHz 15MHz 20MHz ² 6RB 15RB 25RB 75RB 100RBl LTE系统上下行的带宽可以不同物理资源概念：l 无线帧l 子帧l 时隙l OFDM符号l 采样点l 资源块RB（Resource Block），RE（Resource Element），RGB（Resource Element Group）l RE：1个符号1个子载波l 一个RB在时域上包含7个连续的OFDM符号，在

15、频域上包含12个连续的子载波l RB的大小和下行数据的最小载荷相匹配l RB的时域大小为一个时隙，即0.5ms资源块概念： 帧结构：l FDD帧结构-帧结构类型1n 一个长度为10ms的无线帧由10个长度为1ms的子帧构成；n 每个子帧由两个长度为0.5的时隙构成；n TTI（传输时间间隙：Transmission Time Interval）：代表最小数据传送时间，可以根据不同业务进行变化，最小1ms，具体是指无线链路能够独立解调的传输块的长度，可以为多个subframe，譬如接收完整个10ms无线帧再进行解调，那么TTI就是10ms，调度器（scheduler）在每个TTI根据用户的信道质

16、量来决定调度哪些用户，为它们分配多少资源，LTE中eNB每TTI做一次资源调度。物理资源概念：l 资源单元组（REG）n 控制区域中RE集合，用于映射下行控制信道n 每个REG中包含4个数据REl 控制信道单元（CCE）n 36RE，9REG组成LTE物理层参数：子载波间隔：15kHz带宽（MHz）1.435101520占用带宽1.082.74.5913.518采样率MHz1.923.847.6815.3623.0430.72FFT尺寸128256512102415362048占用的载波数721803006009001200资源块数615255075100OFDM符号数/时隙7/6（短/长CP

17、）CP长度（us）短（4.69）10+9（6个）20+18（6）40+36（6）80+72（6）120+108（6）160+144（6）长（16.67）3264128256384512物理层处理上行：下行：下行物理信道l 物理广播信道(PBCH:Physical broadcast channel)l 物理下行共享信道（PDSCH:Physical downlink shared channel）l 物理组播信道（PMCH：Physical multicast channel）l 物理下行控制信道（PDCCH:Physical downlink control channel）l 物理控制格式

18、指示信道（PCFICH:Physical control format indicator channel）l 物理混合自动重传指示信道（PHICH：Physical Hybrid ARQ Indicator Channel）下行物理信号l 小区专用下行参考信号n 参考信号用于传送下行链路相干解调信息n 为了实现信道估计，已知的参考信号被分散到预先确定间隔的资源中，时域和频域间隔由信道特性确定，是信道估计精度与开销的折中l 同步信号n 主同步信号：3种Zadoff-Chu根序列n 从同步信号：16种相移的31位伪随机序列n 每个小区通过一个ZC序列和一个伪随机苏列的组合来识别，因此总共有168

19、*3=504种不同的小区。上行物理信道l 物理上行共享信道（PUSCH:Physical uplink shared channel）l 物理上行控制信道（PUCCH：Physiacal uplink control channel）l 物理随机接入信道（PRACH:Physical random access channel）上行物理信号l 上行参考信号n 支持2种上行参考信号解调参考信号，与PUSCH和PUCCH关联Sounding参考信号，与PUSCH和PUCCH无关联信道编码处理：LTE下行信道编码方案传输信道编码方案编码率DL-SCH,PCH,MCHTurbo码1/3BCH卷积码1/

20、3控制信息编码方案编码率DCI卷积码1/3CFI块编码1/16HI重复编码1/3下行物理信道处理过程l 层映射：每一个码字中的复值调制符号被映射到一个或者多个层上，根据选择的天线技术不同，而采用不同的层映射l 预编码：就是把层映射后二等矩阵映射到对应的天线端口上l 资源粒子映射：将预编码后的复值符号映射到资源块中没有被占用的资源粒子上下行物理信道功能概述l 物理下行共享信道（PDSCH） 传输数据块，调制方式：QPSK,16QAM,64QAMl 物理广播信道（PBCH） 传递UE接入系统所必需的系统信息，如带宽，天线数目等，调制方式：QPSKl 物理下行控制信道（PDCCH） 用于指示PDSC

21、H相关的传输格式，资源分配，HARQ信息等，调制方式：QPSKl 物理控制格式指示信道（PCFICH） 一个子帧中用于PDCCH的OFDM符号数目，调制方式：BPSKl 物理HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）指示信道（PHICH） 用于基站向UE反馈和PUSCH相关的ACK/NACK信息，调制方式：QPSKl 物理多播信道（PMCH） 传递MBMS相关的数据，调制方式：QPSK,16QAM,64QAMPBCH调制与映射l 加扰，扰码与Cell_ID有关l QPSK调制l 分层和预编码，多天线只有发送分集方式l 物理资源映射，subframe0的slot1

22、中前4个OFDM符号的72个子载波，cell-special RS（72/6=12个导频）要保留l 4个无线帧40ms，每10ms发送一个可以自解码的PBCHl 对Normal CP而言，40ms的物理资源共4*（4*72-4*12）=960个子载波，每个子载波上传输。K符号，因此传输1920比特。下行物理信道PCFICH信息l PCFICH用于指示在一个子帧中传输PDCCH所使用的OFDM符号个数n CFI（控制格式指示）：2bit信息n 1/16编码（32位，下表），QPSK调制，占16个子载波l PHICH承载1bit ACKNACK 信息n 由于采用4倍正交码扩频，再加上QPSK的I、

23、Q两路，共可以在一个PHICH内复用8个ACK/NACK信道，即每个PHICH group承载8个用户的HARO反馈，2*4=8n 常规CP：一个信道占12个RE，3次重复和4倍扩频下行物理信道PDCCHl 物理下行控制信道PDDCCHn PDCCH用于承载DCI（下行链路控制信息），主要为资源分配、功率控制等信息，共10种格式n 逻辑映射u 一个PDCCH是一个或者几个连续CCE（控制信道单元）的集合，ICCE=9REG=2（QPSK）*9（REG）=72bitu 根据PDCCH中包含的CCE的个数，可以将PDCCH分为如下四种格式：PDCCH格式CCE个数REG个数PDCCH比特数目019

24、72121814424362883872576l 物理映射u 多个用户的PDCCH进行复用和加扰等操作，映射到没有用于传输PCFICH和PHICH的REG上PDCCH盲检测图示：下行物理信号PSS：primary synchronization signal SSS:secongdary synchronization signal 上行链路物理信道及到高层映射上行物理信道功能概述l 物理上行控制信道（PUCCH）u 当没有PUSCH时，UE用PUCCH发送ACK/NAK，CQI调度请求（SR），秩指示（RI：rank indication）信息等u 当有PUSCH时，在PUSCH上发送这些信

25、息u 调制方式：QPSKl 物理上行共享信道（PUSCH）u 承载数据u 调制方式：QPSK，16QAM，64QAMl 物理随机接入信道（PRACH）u 用于随机接入，发送随机接入需要的信息PUCCH时频映射l PUCCH在频域的两个边带发送，可以在时隙进行跳频l 多用户采用CDM方式复用一个RB，通过正交码（3）和CAZAC序列（12）来区分不同的用户，Cycllc Shift间隔为2,1个RB上可支持3*6=18个UE复用一个RB上行物理共享信道PUSCH：l 用于承载上行业务数据；l 上行资源只能选择连续的PRB，并且PRB个数满足2、3、5的倍数；l 在RE映射时，PUSCH映射到子帧

26、中的数据区域上； 控制信令和数据复用：l 为了保证上行单载波特性，当数据和控制信令同时传输时，控制信令和数据在DFT之前需要进行复用物理随机接入信道PRACH：UE在初始接入或重新建立上行链路同步GT用来解决UE和eNode之间的往返传播时延l CDMA关键技术RAKE接收RAKE接收技术在多径衰落条件下有效提高接收性能1 导频P2超过T_ADD，但尚未达到动态门限T1时，移动台将P2加入候选集。其中T1=（soft_slope/8）*10 lgP1+ADD_INTERCEPT/22 导频P2超过动态门限T1时，移动台发送导频强度测量消息PSMM向基站报告3 移动台收到来自基站的切换指示消息H

27、DM后，将P2加入激活集，然后向基站发送切换完成消息HCM4 当导频P1低于动态门限T2时，移动台启动切换去掉定时器T_TDROP.其中T2=(soft_slope/8)*10 lgP2+DROP_INTERCEPT/2)5 当切换去掉定时器T_TDROP 超时，移动台向基站发送导频测量消息PSMM6 移动台收到来自基站的切换指示消息HDM后，将导频P1移入候选集，并发送切换完成消息HCM7 当导频P1低于T_DROP时，移动台启动切换去掉定时器T_TDROP8 当切换去掉定时器T_TDROP 超时，移动台将P1移入相邻集下行物理信号：SSS和PSSl 小区专用参考信号同步信号（PSS+SSS

28、）l 共有504个物理小区ID，分为168组，每组3个，物理层小区ID为 ，小区ID组NID1为0,1167，小区标识NID2为0,1,2l 主同步信号用于检测NID2和符号定时，辅同步信号用于检测NID1和帧定时主同步信号采用62位Zadoff-Chu序列（具有恒定幅度零自相关CAZAC特性），有3个ZC序列，对应于小区标识0,1,2，使用不同小区ID的主同步信号彼此正交l 采用2个互为相移的31位m序列，用对应的PSS。构成62位的辅同步信号主同步信号PSS频域位置：次同步码频域位置：FDD帧中PSS与SSS的时域位置：一个无线帧内，位于时隙0和时隙10的SS采用相反 短码，这样可以获得帧

29、同步。LTE小区搜索获得的基本信息l 初始的符号定时l 频率同步l 小区传输带宽l 小区标识号l 帧定时信息l 小区基站的天线配置信息（发送天线数）l 循环前缀（CP的长度LTE对单播和广播/组播业务规定了不同的CP长度）SIB：System Information Block；SFN:System Frame Number下行同步信号序列l 同步信号序列ü 主同步信号使用Zadoff-Chu序列；共有3个PSS序列，每个对应一个小区ID： ü 辅同步信号使用的序列由两个长度为31的二进制序列通过交织级联产生，并且使用由主同步信号序列决定的加扰序列进行加扰，长度为31的二进制序列以及加扰序列都由m序列产生；共有168组SSS序列，与小区ID组序号 一一对应随机接入时隙配置流程：PRACH接入时隙配置索引：不同帧结构在LTE时频结构当中的位置：物理接入信道PRACH：UE在初始接入或重新建立上行链路同步；GT用来解决UE和eNode之间的往返传播时延PRACH帧格式：最大半径=TGT*3*108/2=14.531km 68*Ts=103.125usPRACH时频结构：Preamble信息：l 序列产生n Preamble使用Zadoff-Chu序列n