LTE 空口關(guān)鍵技術(shù)解析-63.ppt

LTE空口關(guān)鍵技術(shù)解析 課程內(nèi)容 多址技術(shù)多天線技術(shù)AMC鏈路自適應(yīng)HARQ信道調(diào)度與快速調(diào)度小區(qū)間干擾協(xié)調(diào) LTE的技術(shù)特點 基于OFDM的上下行多址接入和信號調(diào)制方式下行采用正交頻分多址OFDMA上行采用單載波頻分多址SC FDMA消除無線網(wǎng)絡(luò)自干擾資源分配更靈活 采用更高階的調(diào)制 64QAM系統(tǒng)峰值頻譜效率達到6bps Hz OFDM原理 OFDM即正交頻分多路復(fù)用 OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing 與傳統(tǒng)的多載波調(diào)制 MCM 相比 OFDM調(diào)制的各個子載波間可相互重疊 并且能夠保持各個子載波之間的正交性 Bandwidth OFDM原理 OFDM的基本原理是將高速的數(shù)據(jù)流分解為N個并行的低速數(shù)據(jù)流 在N個子載波上同時進行傳輸 這些在N子載波上同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號 構(gòu)成一個OFDM符號 多址方式概述 LTE采用OFDMA 正交頻分多址 OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess 作為下行多址方式 LTE采用DFT S OFDM 離散傅立葉變換擴展OFDM DiscreteFourierTransformSpreadOFDM 或者稱為SC FDMA 單載波FDMA SingleCarrierFDMA 作為上行多址方式 OFDMA主要參數(shù) 子載波間隔15kHz 用于單播 unicast 和多播 MBSFN 傳輸7 5kHz 僅僅可以應(yīng)用于獨立載波的MBSFN傳輸頻域主要參數(shù)時域主要參數(shù)一個時隙中不同OFDM符號的循環(huán)前綴長度不同CP影響一個時隙中的符號個數(shù) SC FDMA主要參數(shù) 子載波間隔15kHz頻域主要參數(shù)時域主要參數(shù)一個時隙中不同SC OFDM符號的循環(huán)前綴長度不同 下行OFDMA正交頻分多址 OFDMA技術(shù)OFDM調(diào)制技術(shù)和多用戶子載波分配結(jié)合的傳輸技術(shù)每個用戶使用一個二維時頻子載波集進行傳輸 其帶寬可靈活動態(tài)分配同時避免了符號間干擾 子載波間干擾和多用戶接入干擾缺陷 峰均比高 不適合終端信號波形 IFFT 下行OFDMA的多用戶資源分配 OFDMA的多載波傳輸方式將頻譜劃分為時頻二維資源 頻域的子載波和時域的符號間隔 上行SC FDMA單載波頻分多址 上行采用SC FDMA作為多址接入及信號調(diào)制技術(shù)OFDMA的劣勢是調(diào)制輸出信號的峰均比較高 使得功放效率降低 不適合上行終端的信號傳輸 SC FDMA對調(diào)制信號先進行離散付立葉變換 再對輸出結(jié)果在連續(xù)的子載波子集上做OFDM調(diào)制從而降低信號峰均比 同時保持了OFDMA抗多徑和無多用戶接入干擾的優(yōu)勢 上行SC FDMA的多用戶資源分配 不同用戶在同一傳輸間隔占用不相交的子帶同一用戶在不同傳輸間隔可以占用不相同的子帶 OFDMA與SC FDMA的對比 課程內(nèi)容 多址技術(shù)多天線技術(shù)AMC鏈路自適應(yīng)HARQ信道調(diào)度與快速調(diào)度小區(qū)間干擾協(xié)調(diào) 多天線技術(shù) 自適應(yīng)多天線技術(shù)OFDM技術(shù)與MIMO技術(shù)的融合 提高系統(tǒng)吞吐量支持多種模式的多入多出技術(shù) SU MIMO MU MIMO 自適應(yīng)MIMO技術(shù)根據(jù)信道特性調(diào)整傳輸參數(shù)在鏈路穩(wěn)定性和容量之間取得最佳折衷 LTE的基本配置是DL2 2和UL1 2 最大支持4 4 多天線技術(shù)應(yīng)用類型 傳輸分集空間復(fù)用波束賦形 MIMO的不同應(yīng)用模式 SU MIMO結(jié)合空間復(fù)用兩個數(shù)據(jù)流在一個TTI中傳送給UE SU MIMO結(jié)合發(fā)射分集只傳給UE一個數(shù)據(jù)流 MU MIMO結(jié)合空間復(fù)用 給每個UE傳送兩個數(shù)據(jù)流 MU MIMO結(jié)合發(fā)射分集 給每個UE傳送一個數(shù)據(jù)流 空間復(fù)用可以在一個TTI中傳送兩流數(shù)據(jù) 而發(fā)射分集在一個TTI中實際傳送了一個數(shù)據(jù)流 SU MIMO與MU MIMO區(qū)別在于占用相同時頻資源的數(shù)據(jù)流發(fā)給同一個用戶或者不同的用戶 多天線技術(shù) 傳輸分集 MIMO 多天線發(fā)射分集技術(shù)把多徑信號在接收端合并 提高鏈路抗衰落的能力 亦即降低在同等平均接收信號強度下的誤碼率 2發(fā)2收能提供最大4階的分集增益 使得誤碼率與平均信噪比的4次方成反比 y11 y21 MIMO用于分集增益的基本信道模型 TX RX x2 x1 x1 x2 H y22 y12 更穩(wěn)健的等效SISO RX TX x2x1 y1 y2 H sqrt h11 2 H12 2 h21 2 h22 2 h11 h12 h21 h22 多天線技術(shù) 空間復(fù)用 MIMO 收發(fā)兩端配置多個天線可構(gòu)成多入多出 MIMO 信道如上左圖 其平坦衰落數(shù)學模型如上右圖 如果上述H可逆 則可用接收到的y y1 y2 解出x x1 x2 這樣相對于單入單出 SIMO 數(shù)據(jù)率提高了2倍 通常而言 對于M發(fā)N收 數(shù)據(jù)率相對于1發(fā)1收最高可提高min M N 倍 H可逆的前提是收發(fā)之間必須要有豐富的多徑 MIMO與OFDM最佳匹配 x1 x2 y1 y2 H MIMO用于空間復(fù)用增益的基本信道模型 TX RX 2個獨立的等效SISO x1 x2 y1 y2 TX RX h2 h1 h11 h12 h21 h22 單用戶雙數(shù)據(jù)流 單用戶雙數(shù)據(jù)流 波束賦形是一種應(yīng)用于小間距的天線陣列多天線傳輸技術(shù) 其主要原理是利用空間的強相關(guān)性及波的干涉原理產(chǎn)生強方向性的輻射方向圖 使輻射方向圖的主瓣自適應(yīng)的指向用戶來波方向 從而提高性噪比 提高系統(tǒng)容量或者覆蓋范圍 波束賦形示意圖 多天線技術(shù) 波束賦形 LTE采用的多天線技術(shù) 上行多天線技術(shù)上行傳輸天線選擇 TSTD MU MIMO 多用戶MIMO 下行多天線技術(shù)傳輸分集 SFBC SFBC FSTD 閉環(huán)Rank1預(yù)編碼空間復(fù)用 開環(huán)空間復(fù)用 閉環(huán)空間復(fù)用以及MU MIMO波束賦形 多碼字傳輸多碼字傳輸即復(fù)用到多根天線上的數(shù)據(jù)流可以獨立進行信道編碼和調(diào)制單碼字傳輸是一個數(shù)據(jù)流進行信道編碼和調(diào)制之后再復(fù)用到多根天線上LTE支持最大的碼字數(shù)目為2 為了降低反饋的量 單碼字多碼字 空間復(fù)用 多碼字傳輸 空間復(fù)用 預(yù)編碼技術(shù) 基于預(yù)編碼的空間復(fù)用是將多個數(shù)據(jù)流在發(fā)送之前使用一個預(yù)編碼矩陣進行線性加權(quán) 22 SU MIMOMU MIMO 下行多用戶MIMO 下行MU MIMO 將多個數(shù)據(jù)流傳輸個不同的用戶終端 多個用戶終端以及eNB構(gòu)成下行MU MIMO系統(tǒng)下行MU MIMO可以在接收端通過消除 零陷的方法 分離傳輸給不同用戶的數(shù)據(jù)流下行MU MIMO還可以通過在發(fā)送端采用波束賦形的方法 提前分離不同用戶的數(shù)據(jù)流 從而簡化接收端的操作LTE下行目前同時支持SU MIMO和MU MIMO 上行MU MIMO 不同用戶使用相同的時頻資源進行上行發(fā)送 單天線發(fā)送 從接收端來看 這些數(shù)據(jù)流可以看作來自一個用戶終端的不同天線 從而構(gòu)成了一個虛擬的MIMO系統(tǒng) 即上行MU MIMOLTE上行僅僅支持MU MIMO這一種MIMO模式 SU MIMOMU MIMO 上行多用戶MIMO 多天線技術(shù)處理流程 LayerMapper模塊完成碼字到層的映射操作 其中層有不同的解釋 在使用單天線傳輸 傳輸分集以及波束賦形時 層數(shù)目等于天線端口數(shù)目 在使用空間復(fù)用傳輸時 層數(shù)目等于空間信道的Rank數(shù)目 即實際傳輸?shù)牧鲾?shù)目 Pre coding模塊完成層到天線端口的映射操作 空間復(fù)用中的預(yù)編碼操作 傳輸分集操作主要在這個模塊中完成 AntennaPortMapper模塊完成天線端口到物理天線單元的映射操作 波束賦形操作主要在這個模塊中完成 25 多天線技術(shù)的自適應(yīng)切換 LTE提供了統(tǒng)一的發(fā)射信號處理架構(gòu) 通過終端反饋的機制來實施多天線的自適應(yīng)切換 終端反饋CQI RI PMI 分別代表調(diào)制編碼方式多天容量增益的階數(shù)多天線預(yù)編碼的矢量 矩陣 支持的多天線傳輸模式 發(fā)射分集 適用于發(fā)射天線間相關(guān)性弱的多天線信道 閉環(huán) 開環(huán)空間復(fù)用 適用于收發(fā)之間多徑豐富且收發(fā)同時多徑角度擴展大的多天線信道 秩為1的預(yù)編碼 適用于發(fā)射天線間相關(guān)性強的多天線信道 CQI RI PMI 課程內(nèi)容 多址技術(shù)多天線技術(shù)AMC鏈路自適應(yīng)HARQ信道調(diào)度與快速調(diào)度小區(qū)間干擾協(xié)調(diào) 鏈路自適應(yīng)技術(shù) 鏈路自適應(yīng)技術(shù)可以通過兩種方法實現(xiàn) 功率控制和速率控制 一般意義上的鏈路自適應(yīng)都指速率控制 LTE中即為自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù) AdaptiveModulationandCoding 應(yīng)用AMC技術(shù)可以使得eNodeB能夠根據(jù)UE反饋的信道狀況及時地調(diào)整不同的調(diào)制方式 QPSK 16QAM 64QAM 和編碼速率 從而使得數(shù)據(jù)傳輸能及時地跟上信道的變化狀況 這是一種較好的鏈路自適應(yīng)技術(shù) 對于長時延的分組數(shù)據(jù) AMC可以在提高系統(tǒng)容量的同時不增加對鄰區(qū)的干擾 28 通過動態(tài)調(diào)整發(fā)射功率 維持接收端一定的信噪比 從而保證鏈路的傳輸質(zhì)量當信道條件較差時需要增加發(fā)射功率 當信道條件較好時需要降低發(fā)射功率 從而保證了恒定的傳輸速率 功率控制可以很好的避免小區(qū)內(nèi)用戶間的干擾 鏈路自適應(yīng)技術(shù) 功率控制 29 鏈路自適應(yīng)技術(shù) 速率控制 即AMC 時域AMC 頻域AMC 空域AMC 30 調(diào)制方式 編碼方式等各項參數(shù)組合 使得AMC技術(shù)更加高效 靈活 保證發(fā)送功率恒定的情況下 通過調(diào)整無線鏈路傳輸?shù)恼{(diào)制方式與編碼速率 確保鏈路的傳輸質(zhì)量當信道條件較差時選擇較小的調(diào)制方式與編碼速率 當信道條件較好是選擇較大的調(diào)制方式 從而最大化了傳輸速率 速率控制可以充分利用所有的功率 鏈路自適應(yīng)技術(shù) 速率控制 即AMC 31 LTE上行方向的鏈路自適應(yīng)技術(shù)基于基站測量的上行信道質(zhì)量 直接確定具體的調(diào)制與編碼方式LTE下行方向的鏈路自適應(yīng)技術(shù)基于UE反饋的CQI 從預(yù)定義的CQI表格中具體的調(diào)制與編碼方式 如右圖 鏈路自適應(yīng)技術(shù) LTE上下行方向鏈路自適應(yīng) 32 課程內(nèi)容 多址技術(shù)多天線技術(shù)AMC鏈路自適應(yīng)HARQ信道調(diào)度與快速調(diào)度小區(qū)間干擾協(xié)調(diào) HARQ HybridAutomaticRepeatreQuest HARQ 是一種前向糾錯FEC和重傳ARQ相結(jié)合的技術(shù) HARQ與AMC配合使用 為LTE的HARQ進程提供精細的彈性速率調(diào)整 LTE中的HARQ技術(shù)采用增量冗余 IncrementalRedundantcy IR HARQ 即通過第一次傳輸發(fā)送信息bit和一部分冗余bit 而通過重傳 Retransmission 發(fā)送額外的冗余bit 如果第一次傳輸沒有成功解碼 則可以通過重傳更多冗余bit降低信道編碼率 從而實現(xiàn)更高的解碼成功率 如果加上重傳的冗余bit仍然無法正常解碼 則進行再次重傳 隨著重傳次數(shù)的增加 冗余bit不斷積累 信道編碼率不斷降低 從而可以獲得更好的解碼效果 HARQ針對每個傳輸塊 TB 進行重傳 混合自動重傳請求 HARQ ARQ 重傳反饋 就是在發(fā)送端發(fā)送能夠檢錯的碼 在接收端根據(jù)譯碼結(jié)果是否出錯并通過反饋信道向發(fā)送端發(fā)送一個ACK或NACK FEC 前向糾錯 就是在發(fā)送端發(fā)送能夠糾錯的碼 接收端根據(jù)糾錯碼的譯碼規(guī)則進行譯碼 糾正一定程度上的誤碼 HARQ 混合自動重傳請求 就是將ARQ和FEC結(jié)合起來 在編碼時增加一定的冗余度 發(fā)送能夠有效糾錯的碼 35 重傳與初傳之間的定時關(guān)系 同步HARQ協(xié)議 異步HARQ協(xié)議LTE上行為同步HARQ協(xié)議 如果重傳在預(yù)先定義好的時間進行 接收機不需要顯示告知進程號 則稱為同步HARQ協(xié)議根據(jù)PHICH傳輸?shù)淖訋恢?確定PUSCH的傳輸子幀位置與PDCCH PUSCH的定時關(guān)系相同LTE下行為異步HARQ協(xié)議 如果重傳在上一次傳輸之后的任何可用時間上進行 接收機需要顯示告知具體的進程號 則稱為異步HARQ協(xié)議 HARQ 定時關(guān)系 自適應(yīng)HARQ 自適應(yīng)HARQ是指重傳時可以改變初傳的一部分或者全部屬性 比如調(diào)制方式 資源分配等 這些屬性的改變需要信令額外通知 非自適應(yīng)HARQ 非自適應(yīng)的HARQ是指重傳時改變的屬性是發(fā)射機與接收機實現(xiàn)協(xié)商好的 不需要額外的信令通知 LTE下行采用自適應(yīng)的HARQLTE上行同時支持自適應(yīng)HARQ和非自適應(yīng)的HARQ非自適應(yīng)的HARQ僅僅由PHICH信道中承載的NACK應(yīng)答信息來觸發(fā)自適應(yīng)的HARQ通過PDCCH調(diào)度來實現(xiàn) 即基站發(fā)現(xiàn)接收輸出錯誤之后 不反饋NACK 而是通過調(diào)度器調(diào)度其重傳所使用的參數(shù) HARQ 自適應(yīng) 非自適應(yīng)HARQ 單純HARQ機制中 接收到的錯誤數(shù)據(jù)包都是直接被丟掉的HARQ與軟合并結(jié)合 將接收到的錯誤數(shù)據(jù)包保存在存儲器中 與重傳的數(shù)據(jù)包合并在一起進行譯碼 提高傳輸效率HARQ技術(shù)主要有兩種實現(xiàn)方式 一種是在重傳時 重傳數(shù)據(jù)與初次傳輸時相同 這種方式稱為ChaseCombine CC 或軟合并 另一種是重傳時的數(shù)據(jù)與初次傳輸?shù)挠兴煌?這種方式稱為增量冗余 IR IncrementalRedundancy IR又分為部分增量冗余 PIR PartialIncrementalRedundancy 和全增量冗余 FIR FullIncrementalRedundancy PIR指重傳時校驗比特與初次傳輸不同 系統(tǒng)比特不變 重傳的數(shù)據(jù)是可以自譯碼的 FIR則優(yōu)先傳輸校驗比特 系統(tǒng)比特不完整 故不可以自譯碼 HARQ HARQ與軟合并 IR合并 LTE支持使用IR合并的HARQ 其中CC合并可以看作IR合并的一個特例 CC合并 HARQ HARQ與軟合并 課程內(nèi)容 多址技術(shù)多天線技術(shù)AMC鏈路自適應(yīng)HARQ信道調(diào)度與快速調(diào)度小區(qū)間干擾協(xié)調(diào) 基本思想對于某一塊資源 選擇信道傳輸條件最好的用戶進行調(diào)度 從而最大化系統(tǒng)吞吐量 多用戶分集 信道調(diào)度 下行 基于公共參考信號上行 基于探測參考信號 信道調(diào)度 LTE系統(tǒng)支持基于頻域的信道調(diào)度相對于單載波CDMA系統(tǒng) LTE系統(tǒng)的一個典型特征是可以在頻域進行信道調(diào)度和速率控制 快速調(diào)度即為分組調(diào)度 其基本理念就是快速服務(wù) 調(diào)度方法 TDM FDM SDM 快速調(diào)度 調(diào)度原則公平調(diào)度算法RoundRobin RR 最大C I調(diào)度算法 MaxC I 部分公平調(diào)度算法 PF 43 快速調(diào)度 44 基于時間的輪循方式 基于流量的輪循方式 最大C I方式 部分公平方式 每個用戶被順序的服務(wù) 得到同樣的平均分配時間 但每個用戶由于所處環(huán)境的不同 得到的流量并不一致 每個用戶不管其所處環(huán)境的差異 按照一定的順序進行服務(wù) 保證每個用戶得到的流量相同 系統(tǒng)跟蹤每個用戶的無線信道衰落特征 依據(jù)無線信道C I的大小順序 確定給每個用戶的優(yōu)先權(quán) 保證每一時刻服務(wù)的用戶獲得的C I都是最大的 綜合了以上幾種調(diào)度方式 既照顧到大部分用戶的滿意度 也能從一定程度上保證比較高的系統(tǒng)吞吐量 是一種實用的調(diào)度方法 課程內(nèi)容 多址技術(shù)多天線技術(shù)AMC鏈路自適應(yīng)HARQ信道調(diào)度與快速調(diào)度小區(qū)間干擾協(xié)調(diào) 靜態(tài)ICIC技術(shù)就是在相鄰小區(qū)之間進行協(xié)調(diào) 以避免或降低ICI 這種 協(xié)調(diào) 實際上是通過在小區(qū)邊緣采用小區(qū)頻率復(fù)用方法實現(xiàn)的 可分為 軟頻率復(fù)用 SoftFrequencyReuse SFR 部分頻率復(fù)用 FractionalFrequencyReuse FFR 在上行 ICIC是和調(diào)度以及功率控制相結(jié)合的 在下行 ICIC是和調(diào)度以及用戶的功率分配相結(jié)合的 基本思想 以小區(qū)間協(xié)調(diào)的方式對資源的使用進行限制 包括限制哪些時頻資源可用 或者在一定的時頻資源上限制其發(fā)射功率靜態(tài)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)半靜態(tài)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)動態(tài)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào) 小區(qū)間干擾協(xié)調(diào) SFR 頻率資源被劃分為3部分 其中位于小區(qū)中心的用戶可以使用所有的頻率資源 而位于小區(qū)邊緣的用戶只能使用部分頻率資源 并且相鄰小區(qū)的小區(qū)邊緣用戶所使用的頻率資源不同 從而降低小區(qū)邊緣用戶的干擾 FFR 頻率資源被劃分為3部分 所有小區(qū)都可以使用全部的頻率資源 但是不同的小區(qū)類型只允許一部分頻率可以使用較高的發(fā)射功率 比如位于小區(qū)邊緣的用戶可以使用這部分頻率 而且不同小區(qū)類型的頻率集合不同 從而降低小區(qū)邊緣用戶的干擾 ICIC基本思想 Cell1 Cell2 HII OI RNTP 測量 CQI RSRPetc 干擾信號 有用信號 Power Frequency Power Frequency Power Frequency CCU CEU OI OverloadindicatorHII HighinterferenceindicatorRNTP RelativenarrowbandtransmitpowerCQI ChannelQualityIndication 靜態(tài)ICIC特點 頻帶分配相對靜止 功率控制也是相對靜止 或者調(diào)整周期較長靜態(tài) 單站配置更多的小區(qū) 頻帶可以根據(jù)小區(qū)類型繼續(xù)進行劃分 頻帶一旦劃分好 就不再變化 這是目前靜態(tài)ICIC的頻率配置 允許用戶屬性調(diào)整 就是說靜態(tài)的ICIC下可以動態(tài)的調(diào)整小區(qū)中邊緣用戶和中心用戶的相對比例 以達到小區(qū)內(nèi)部用戶和資源的平衡分配 功率分配有固定的功率差 相對于導頻中心用戶為 xdB 邊緣用戶為 ydB x y即Pa的取值 階梯的功率差 以及根據(jù)GBR和用戶Se狀況的慢速功率分配 目前對于靜態(tài)ICIC而言默認是固定功率分配 半靜態(tài)ICIC特點 頻帶分配是動態(tài)收縮擴充的 功率調(diào)整是結(jié)合干擾和QoS動態(tài)變化的 半靜態(tài)ICIC的解決方案 就頻帶而言 各個小區(qū)的邊緣高功率頻帶可以根據(jù)本區(qū)的QoS滿足水平以及鄰區(qū)的高功率頻帶位置做頻帶的收縮和擴充 各個小區(qū)能夠通過X2交互干擾協(xié)調(diào)信息 就功率而言 根據(jù)不同小區(qū)不同的負載度對不同的小區(qū)進行不同的功率分配 小區(qū)內(nèi)再根據(jù)不同的用戶SE做不同慢速功率分配措施 以達到小區(qū)間干擾和功率分配的平衡 改善小區(qū)邊緣用戶的信干噪比 從而改善邊緣用