任务4 LTE关键技术

课程目录模块1LTE概述模块2OFDM基本原理模块3LTE协议原理模块4MIMO基本原理模块5LTE基站设备模块6LTE基站开通与维护概述目录任务1LTE主要指标和需求任务2LTE总体架构任务3LTE关键技术任务431.识记：双工方式、多址方式、多天线技术、链路自适应、HARQ。2.领会：ARQ。一、双工方式1、LTE支持FDD和TDD两种双工方式FDD和TDD主要区别就在于采用不同的双工方式，为频分双工(FDD)和时分双工(TDD)是两种不同的双工方式。FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。FDD的缺点就是必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。FDD虽然在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。一、双工方式一、双工方式2、基于TDD技术的TD-LTE系统与FDD方式相比的优势（1）频谱效率高，配置灵活；（2）灵活地设置上下行转换时刻，实现不对称的上下行业务带宽；（3）利用信道对称性特点，提升系统性能；（4）设备成本相对较低。一、双工方式3、基于TDD技术的TD-LTE系统与FDD方式相比的不足（1）终端移动速度受限；（2）干扰问题更加复杂；（3）同步要求高。二、多址方式多址接入技术是用于基站与多个用户之间通过公共传输媒质建立多条无线信道连接的技术。正交性与相关性

相关的性质最为直观不过，我们生活中无时无刻不在利用其概念。和你最亲密的人，也就是和你相关性最大的人，肯定影响你最深，而在危难时候也会最强有力的保护你。如果你需要某人的保护和依赖，那就和他交朋友，或者结婚，增加你们的相关性，这样你们的生活就会混叠、交织、关联在一起。那些只会和你擦肩而过的陌生人，和你是没有生活的交集的。他们的冷暖与你无关。如果你不希望某些人干扰到你的生活，那就让他“滚得远一点”，让他与所有与相关的都不相关即可。

A*B=0，则A与B相互正交A*B=1，则A与B相关A*A=1B*B=1则自相关

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1.25Mhz的带宽可以实现4.9Mb/s的速率。 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OFDMA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。OFDMA二、多址方式正交频分多址OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess(OFDMA):OFDMA是OFDM技术的演进，将OFDM和FDMA技术结合。在利用OFDM对信道进行子载波化后，在部分子载波上加载传输数据的传输技术。OFDM是一种调制方式；OFDMA是一种多址接入技术，用户通过OFDMA共享频带资源，接入系统。OFDMA二、多址方式LTE采用OFDMA（正交频分多址：OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess）作为下行多址方式。LTE多址方式-下行将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的子载波资源分配给不同的用户实现多址。因为子载波相互正交，所以小区内用户之间没有干扰。时域波形tpower峰均比示意图下行多址方式—OFDMA下行多址方式特点同相位的子载波的波形在时域上直接叠加。因子载波数量多，造成峰均比(PAPR)较高，调制信号的动态范围大，提高了对功放的要求。分布式：分配给用户的RB不连续集中式：连续RB分给一个用户优点：调度开销小优点：频选调度增益较大频率时间用户A用户B用户C子载波在这个调度周期中，用户A是分布式，用户B是集中式二、多址方式LTE采用DFT-S-OFDM（离散傅立叶变换扩展OFDM：DiscreteFourierTransformSpreadOFDM）、或者称为SC-FDMA（单载波FDMA：SingleCarrierFDMA）作为上行多址方式。LTE多址方式-上行和OFDMA相同，将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的子载波资源分配给不同的用户实现多址。注意不同的是：任一终端使用的子载波必须连续上行多址方式—SC-FDMA上行多址方式特点考虑到多载波带来的高PAPR会影响终端的射频成本和电池寿命，LTE上行采用SingleCarrier-FDMA（即SC-FDMA）以改善峰均比。SC-FDMA的特点是，在采用IFFT将子载波转换为时域信号之前，先对信号进行了FFT转换，从而引入部分单载波特性，降低了峰均比。频率时间用户A用户B用户C子载波在任一调度周期中，一个用户分得的子载波必须是连续的三、多天线技术MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术。它采用分立式多天线，能够有效地将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。在下行链路，多天线发送方式主要包括：发送分集、波束赋形、空时预编码以及多用户MIMO等；在上行链路，多用户组成的虚拟MIMO也可以提高系统的上行容量。MIMO概念MIMO技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的带宽内由多个发射天线上同时刻发射，经过无线信道后，由多个接收天线接收，并根据各个并行数据流的空间特性（SpatialSignature），利用解调技术，最终恢复出原数据流。多天线技术-MIMO多路信道传输同样信息多路信道同时传输不同信息多路天线阵列赋形成单路信号传输包括时间分集，空间分集和频率分集提高接收的可靠性和提高覆盖适用于需要保证可靠性或覆盖的环境理论上成倍提高峰值速率适合密集城区信号散射多地区，不适合有直射信号的情况波束赋形空间复用波束赋形（Beamforming）发射分集分集合并通过对信道的准确估计，针对用户形成波束，降低用户间干扰可以提高覆盖能力，同时降低小区内干扰，提升系统吞吐量空间复用多天线技术：分集、空间复用和波束赋形R9版本，协议规定LTE,MIMO最大支持DL4*4,目前设备仅支持配置是DL2*2和UL1*2。MU-MIMO：也称虚拟MIMO，用户端是两个UE实体，不增加每个用户的吞吐量，但是可以提供相对于SU-MIMO来说相当，甚至更多的小区容量UE不需要做成高成本的多天线，但是仍然能够增加小区的容量多天线技术-MU-MIMO链路自适应技术可以通过两种方法实现：功率控制和速率控制。一般意义上的链路自适应都指速率控制，LTE中即为自适应编码调制技术（AdaptiveModulationandCoding），应用AMC技术可以使得eNodeB能够根据UE反馈的信道状况及时地调整不同的调制方式（QPSK、16QAM、64QAM）和编码速率。从而使得数据传输能及时地跟上信道的变化状况。这是一种较好的链路自适应技术。对于长时延的分组数据，AMC可以在提高系统容量的同时不增加对邻区的干扰。四、链路自适应链路自适应技术-功率控制通过动态调整发射功率，维持接收端一定的信噪比，从而保证链路的传输质量当信道条件较差时，需要增加发射功率，当信道条件较好时，需要降低发射功率，从而保证了恒定的传输速率功率控制可以很好的避免小区内用户间的干扰

链路自适应技术——速率控制(即AMC)时域AMC频域AMC空域AMC调制方式自适应编码效率自适应充分利用信道条件有效发送用户数据信道条件好：高速率传送用户数据信道条件坏：低速率传送用户数据调制方式、编码方式等各项参数组合，使得AMC技术更加高效、灵活链路自适应AMC原理LTE支持时间和频率两个维度的链路自适应，根据时频域信道质量信息对不同的时频资源选择不同的调制编码方式。功率控制在CDMA系统中是一项重要的链路自适应技术，可以避免远近效应带来的多址干扰。在LTE系统中，上下行均采用正交的OFDM技术对多用户进行复用。因此，功控主要用来降低对邻小区上行的干扰，补偿链路损耗，也是一种慢速的链路自适应机制链路自适应技术-速率控制AMC保证发射功率恒定的情况下，通过调整无线链路传输的调制方式与编码速率，确保链路的传输质量当信道条件较差时选择较小的调制方式与编码速率，当信道条件较好是选择较大的调制方式，从而最大化了传输速率速率控制可以充分利用所有的功率CQI序号编码方式编码速率x1024效率0范围之外1QPSK780.15232QPSK1200.23443QPSK1930.37704QPSK3080.60165QPSK4490.87706QPSK6021.1758716QAM3781.4766816QAM4901.9141916QAM6162.40631064QAM4662.73051164QAM5673.32231264QAM6663.90231364QAM7724.52341464QAM8735.11521564QAM9485.5547链路自适应技术——LTE上下行方向链路自适应LTE上行方向的链路自适应技术基于基站测量的上行信道质量，直接确定具体的调制与编码方式LTE下行方向的链路自适应技术基于UE反馈的CQI，从预定义的CQI表格中具体的调制与编码方式（如右图）FEC：前向纠错编码(ForwardErrorCorrection)ARQ：自动重传请求(AutomaticRepeatreQuest)HARQ=FEC+ARQ五、HARQFEC通信系统劣势:

可靠性较低;

对信道的自适应能力较低为保证更高的可靠性需要较长的码，因此编码效率较低，复杂度和成本较高优势:

更高的系统传输效率;

自动错误纠正，无需反馈及重传;

低时延.ARQ通信系统劣势:

连续性和实时性较低;

传输效率较低;优势:

复杂性较低;

可靠性较高;

适应性较高;HARQ机制HARQ实际上整合了ARQ的高可靠性和FEC的高效率HARQ特性采用N进程停等方式(N-ProcessStop-and-Wait)HARQ对传输块进行传输与重传在下行链路异步自适应HARQ下行传输(或重传)对应的上行ACK/NACK通过PUCCH或者PUSCH发送PDCCH指示HARQ进程数目以及是初传还是重传重传总通过PDCCH调度上行链路同步HARQ针对每个UE配置重传最大次数上行传输或重传对应的下行ACK/NACK通过PHICH发送上行链路配置DL/UL分配处理编号(UL)处理编号(DL)01DL+DwPTS:3UL7412DL+DwPTS:2UL4723DL+DwPTS:1UL21036DL+DwPTS:3UL3947DL+DwPTS:2UL21258DL+DwPTS:1UL11563DL+2DwPT:5UL66HARQ-RTT与进程数对于TDD来说，其RTT（RoundTripTime，环回时间）大小不仅与传输时延、接收时间和处理时间有关，还与TDD系统的时隙比例、传输所在的子帧位置有关TDD系统的进程数目HARQ——定时关系重传与初传之间的定时关系：同步HARQ协议；异步HARQ协议LTE上行为同步HARQ协议：如果重传在预先定义好的时间进行，接收机不需要显示告知进程号，则称为同步HARQ协议根据PHICH传输的子帧位置，确定PUSCH的传输子帧位置与PDCCHPUSCH的定时关系相同LTE下行为异步HARQ协议：如果重传在上一次传输之后的任何可用时间上进行，接收机需要显示告知具体的进程号，则称为异步HARQ协议HARQ——自适应/非自适应HARQ自适应HARQ：自适应HARQ是指重传时可以改变初传的一部分或者全部属性，比如调制方式，资源分配等，这些属性的改变需要信令额外通知非自适应HARQ：非自适应的HARQ是指重传时改变的属性是发射机与接收机事先协商好的，不需要额外的信令通知LTE下行采用自适应的HARQLTE上行同时支持自适应HARQ和非自适应的HARQ非自适应的HARQ仅仅由PHICH信道中承载的NACK应答信息来触发自适应的HARQ通过PDCCH调度来实现，即基站发现接收输出错误之后，不反馈NACK，而是通过调度器调度其重传所使用的参数CC合并HARQ——HARQ与软合并单纯HARQ机制中，接收到的错误数据包都是直接被丢掉的HARQ与软合并结合：将接收到的错误数据包保存在存储器中，与重传的数据包合并在一起进行译码，提高传输效率IR合并LTE支持使用IR合并的HARQ，其中CC合并可以看作IR合并的一个特例

HARQ——HARQ与软合并小区间干扰消除技术方法包括：加扰跳频传输发射端波束赋形以及IRC

小区间干扰协调功率控制六、小区干扰抑制和协调小区间干扰消除——加扰LTE系统充分使用序列的随机化避免小区间干扰一般情况下，加扰在信道编码之后、数据调制之前进行即比特级的加扰PDSCH，PUCCHformat2/2a/2b，PUSCH：扰码序列与UEid、小区id以及时隙起始位置有关PMCH：扰码序列与MBSFNid和时隙起始位置有关PBCH，PCFICH，PDCCH：扰码序列与小区id和时隙起始位置有关PHICH物理信道的加扰是在调制之后，进行序列扩展时进行加扰扰码序列与小区id和时隙起始位置有关小区间干扰消除——跳频传输目前LTE上下行都可以支持跳频传输，通过进行跳频传输可以随机化小区间的干扰除了PBCH之外，其他下行物理控制信道的资源映射均于小区id有关PDSCH、PUSCH以及PUCCH采用子帧内跳频传输PUSCH可以采用子帧间的跳频传输小区间干扰消除——发射端波束赋形提高期望用户的信号强度降低信号对其他用户的干扰特别的，如果波束赋形时已经知道被干扰用户的方位，可以主动降低对该方向辐射能量下行上行小区间干扰消除——IRC当接收端也存在多根天线时，接收端也可以利用多根天线降低用户间干扰，其主要的原理是通过对接收信号进行加权，抑制强干扰，称为IRC（InterferenceRejectionCombining）频率资源协调(example)小区间干扰消除——小区间干扰协调基本思想：以小区间协调的方式对资源的使用进行限制，包括限制哪些时频资源可用，或者在一定的时频资源上限制其发射功率静态的小区间干扰协调不需要标准支持频率资源协调/功率资源协调小区间干扰消除——小区间干扰协调半静态小区间干扰协调：需要小区间交换信息，比如资源使用信息目前LTE已经确定，可以在X2接口交换PRB的使用信息进行频率资源的小区间干扰协调（上行），即告知哪个PRB被分配给小区边缘用户，以及哪些PRB对小区间干扰比较敏感。同时，小区之间可以在X2接口上交换过载指示信息（OI：OverloadIndicator），用来进行小区间的上行功率控制小区间干扰消除——功率控制小区间功率控制（Inter-CellPowerControl）一种通过告知其它小区本小区IoT信息，控制本小区IoT的方法小区内功率控制（Intra-CellPowerControl）补偿路损和阴影衰落，节省终端的发射功率，尽量降低对其他小区的干扰，使得IoT