LTE第三次課材料分析

1、下行信道工作過程 加擾：物理層傳輸?shù)拇a字都需要經(jīng)過加擾； 調(diào)制：對加擾后的碼字進(jìn)行調(diào)制,生成復(fù)數(shù)值的調(diào)制符號； 層影射：將復(fù)數(shù)調(diào)制符號影射到一個或多個發(fā)射層中； 預(yù)編碼：對每個發(fā)射層中的復(fù)數(shù)調(diào)制符號進(jìn)行預(yù)編碼, 并影射到相應(yīng)的天線端口； RE 影射：將每個天線端口的復(fù)數(shù)調(diào)制符號影射到相應(yīng)的 RE 上； OFDM 信號生成：每個天線端口信號生成 OFDM 信號.上行信道工作過程 加擾： 調(diào)制：對加擾后的碼字進(jìn)行調(diào)制,生成復(fù)數(shù)值的調(diào)制符號； 轉(zhuǎn)換預(yù)編碼：生成復(fù)數(shù)值的符號；RE 影射：將復(fù)數(shù)符號影射到相應(yīng)的 RE 上； SC-FDMA 信號生成：每個天線端口信號生成 SC-FDMA 信號.一、OFD

2、M 形成為了解決低效利用頻譜資源問題, 在20世紀(jì) 60年代提出一種思想, 即使用 子信道頻譜相互覆蓋的并行數(shù)據(jù)傳輸和FDM ,要求每個子信道內(nèi)承載的信號傳輸速率為b,而且各子信道在頻域的距離也是 b,這樣可以皮面使用高速均衡, 并且可以對抗窄帶脈沖噪聲和多徑衰落,而且還可以充分的利用可用的頻譜資 源.OFDM的雛形1971年,Weinstein和Ebert把離散傅里葉變換DFT應(yīng)用到并行傳輸系統(tǒng) 中,作為調(diào)制和解調(diào)的一局部, 這樣就不再利用帶通濾波器而是經(jīng)過基帶處理就 可以實現(xiàn) FDM. OFDM 形成20世紀(jì)80年代中期,歐洲在數(shù)字音頻播送DAB 方案中采用了這種并行 傳輸方法,使得 OF

3、DM 開始受到關(guān)注并且得到廣泛應(yīng)用.20 世紀(jì) 80 年代后, OFDM 漸漸在數(shù)據(jù)音頻播送 DAB 、數(shù)字視頻播送 DVB 、基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無限本例局域網(wǎng)WLAN以及有線 網(wǎng)上 基于現(xiàn)有銅雙絞線的非對稱高比特率數(shù)字用戶線技術(shù)如ADSL中得到了廣泛 應(yīng)用.Wi-Fi 和 WiMAX 技術(shù)的興起更是使得 OFDM 成為一種“時髦的技術(shù).3GPP LTE也采用了 OFDM技術(shù),預(yù)計未來的 B3G技術(shù)也將基于 OFDM.OFDM 正交頻分復(fù)用： Orthogonal Frequency Division Multiplexing 是一種特殊的多載波傳輸方案, 它可以被看作一種調(diào)制技術(shù)

4、, 也可以被當(dāng)作一種復(fù)用 技術(shù).OFDM結(jié)合了多載波調(diào)制MCM和頻移鍵控FSK,把高速的數(shù)據(jù)流分成 多個平行的低速數(shù)據(jù)流,把每個低速的數(shù)據(jù)流分到每個單子載波上,在每個子載波上進(jìn)行FSK.選擇OFDM的一個主要原因在于該系統(tǒng)能夠很好地對抗頻率選 擇性衰落或窄帶干擾.LTE系統(tǒng)下行多址方式為正交頻分多址 OFDMA,上行為基于正交頻分復(fù) 用OFDM傳輸技術(shù)的單載波頻分多址SC-FDMA .見圖 3.1.1OFDM 的根本思想：OFDM 將頻域劃分為多個子信道, 各相鄰子信道相互重疊, 但不同子信道相 互正交.將高速的串行數(shù)據(jù)流分解成假設(shè)干并行的子數(shù)據(jù)流同時傳輸OFDM 子載波的帶寬 < 信道

5、“相干帶寬 時,可以認(rèn)為該信道是 “非頻率選擇 性信道,所經(jīng)歷的衰落是 “平坦衰落 OFDM 符號持續(xù)時間 < 信道“相干時間 時,信道可以等效為 “線性時不變 系統(tǒng),降低信道時間選擇性衰落對傳輸系統(tǒng)的影響.OFDM 系統(tǒng)的優(yōu)點：各子信道上的正交調(diào)制和解調(diào)可以采用 IDFT 和 DFT 實現(xiàn),運算量小,實 現(xiàn)簡單.OFDM 系統(tǒng)可以通過使用不同數(shù)量的子信道,實現(xiàn)上下行鏈路的非對稱傳 輸.所有的子信道不會同時處于頻率選擇性深衰落, 可以通過動態(tài)子信道分配充 分利用信噪比高的子信道,提升系統(tǒng)性能.OFDM 系統(tǒng)的缺點：對頻率偏差敏感： 傳輸過程中出現(xiàn)的頻率偏移, 如多普勒頻移, 或者發(fā)射機(jī)

6、載波頻率與接收機(jī)本地振蕩器之間的頻率偏差,會造成子載波之間正交性破壞.存在較高的峰均比 PARA：OFDM 調(diào)制的輸出是多個子信道的疊加,如果 多個信號相位一致, 疊加信號的瞬間功率會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號的平均功率, 導(dǎo)致較大 的峰均比,這對發(fā)射機(jī) PA 的線性提出了更高的要求.二、介紹一下循環(huán)前綴 CP:為克服OFDM系統(tǒng)所特有的符號間干擾ISI,在OFDM符號之間插入保護(hù) 間隔,保護(hù)間隔長度大于無線信道的最大時延擴(kuò)展,這樣一個符號的多徑分量不 會對下一個符號造成干擾.為了防止空閑保護(hù)間隔,由于多徑傳播造成子載波間的正交性破壞,將每個OFDM符號的后Tcp時間中的樣點復(fù)制到 OFDM符號的前面,LT

7、E引入了循環(huán) 前綴 CP (cyclic prefix).CP的長度與覆蓋半徑有關(guān),一般情況下下配置普通CP (Normal CP)即可滿足要求；廣覆蓋等小區(qū)半徑較大的場景下可配置擴(kuò)展CP (Extended CP).CP長度配置越大,系統(tǒng)開銷越大.三、OFDM&號發(fā)送接收原理解析OFDMb號發(fā)送器的原理是用戶信號以串行的方式輸入發(fā)送器,速率為R碼字/秒.這些碼字先被送入一個串行并行變換器中,使串行輸入的信號以并行的 方式輸出到M條線路上.這M條線路上的任何一條上的數(shù)據(jù)傳輸速率那么為R/M碼字/秒.該OFDM碼隨后被送入一個進(jìn)行快速傅立葉逆變換的模塊,進(jìn)行快速傅立葉 逆變換.快速傅立葉

8、逆變換可以把頻域離散的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為時域離散的數(shù)據(jù).由此,用戶的原始輸入數(shù)據(jù)就被OFDMS照頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理.計算出快速傅立葉逆 變換樣值之后,一個循環(huán)前綴被加到了樣值前,形成一個循環(huán)拓展的OFDM&息碼字.添加循環(huán)前綴技術(shù)利用的是離散線性系統(tǒng)原理中的一個概念.我們知道,在 連續(xù)時間域,兩個時域信號的卷積就等于這兩個信號頻域形式的乘積.但是,這在離散時域的情況下一般是不成立的,除非使用無限大的樣值點N或者至少一個 卷積信號是周期性的(在該情況下,信號可以被圓周卷積).由于我們只能使用 有限的樣值點N,所以只能利用循環(huán)前綴使 OFDM言息碼在我們感興趣的時間區(qū) 內(nèi)呈現(xiàn)周期性.循環(huán)拓展信息碼

9、的樣值再次通過一個并行-串行轉(zhuǎn)換器模塊.然后根據(jù)串行的方式通過信道(經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波和調(diào)制).在傳輸過程中,信道的沖擊響應(yīng)對 時域信號造成了干擾.由于循環(huán)前綴使所傳輸?shù)腛FDMI號表現(xiàn)出周期性,這種卷積就成了一種圓周卷積.根據(jù)離散時間線性系統(tǒng)原理,這種圓周卷積就相當(dāng)于 OFDMI號的頻率響應(yīng)和信道頻率響應(yīng)的乘積.接收器完成與發(fā)送器相反的操作.接收器收到的信號是時域信號.由于無線信道的影響發(fā)生了一定的變化,接收到的信號經(jīng)過一個串行一并行的轉(zhuǎn)換器, 并 且把循環(huán)前綴去除掉.去除循環(huán)前綴并沒有刪掉任何信息.循環(huán)前綴中的信息是冗余的.使用循環(huán) 前綴是為了保證前面提到的卷積特性的成立.循環(huán)前綴的另外一個好

10、處是可以消除碼間干擾. 我們要求循環(huán)前綴的值比信 道內(nèi)存更大一些.多徑信號引起先發(fā)信息碼字的滯后到達(dá)而影響當(dāng)前信息碼字, 從而產(chǎn)生碼間干擾.但是,事實上,碼間干擾僅僅會干擾當(dāng)前信息碼的循環(huán)前綴. 因此,使用適當(dāng)大小的循環(huán)前綴就能夠使 OFDM技術(shù)消除碼間干擾.在去除了循環(huán)前綴之后,信號將會經(jīng)過一個快速傅立葉變換模塊,把信號從 時域轉(zhuǎn)變回頻域.信號經(jīng)過一個并行-串行轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行并串變換, 就完成了對 原始OFDM&號的接收.為了提升OFD啲信息傳送水平,人們對OFD啲加載算法進(jìn)行了廣泛的研究. OFDM系統(tǒng)的每一個子信道都有兩個參數(shù)須要決定,即發(fā)送功率和數(shù)據(jù)傳輸速率. 在各個子信道之間有

11、效地分配功率和數(shù)據(jù)就可以提升系統(tǒng)效率.此類有效地進(jìn)行功率和數(shù)據(jù)分配的算法被稱為加載算法.加載算法可以根據(jù)被優(yōu)化的資源和所規(guī)定的限制條件來分類. 在速率適應(yīng)算 法中,大家感興趣的是在總功率的限制下, 如何使總數(shù)據(jù)傳輸速率最大化,當(dāng)然 還要滿足一定的誤碼率要求.四、多徑效應(yīng)multipath effect :多徑效應(yīng)指電磁波經(jīng)不同路徑傳播后, 各分量場到達(dá)接收端時間不同,按各 自相位相互疊加而造成干擾,使得原來的信號失真,或者產(chǎn)生錯誤.比方電磁波 沿不同的兩條路徑傳播,而兩條路徑的長度正好相差半個波長, 那么兩路信號到 達(dá)終點時正好相互抵消了波峰與波谷重合.這種現(xiàn)象在以前看模擬信號電視 的過程中經(jīng)

12、常會遇到,在看電視的時候如果信號較差,就會看到屏幕上出現(xiàn)重影, 這是由于電視上的電子槍從左向右掃描時,用后到的信號在稍靠右的地方形成了 虛像.因此,多徑效應(yīng)是衰落的重要成因.多徑效應(yīng)對于數(shù)字通信、雷達(dá)最正確檢 測等都有著十分嚴(yán)重的影響.多徑時延特性可用時延譜或多徑散布譜即不同時延的信號分量平均功率構(gòu) 成的譜來描述.與時延譜等價的是頻率相關(guān)函數(shù).實際上,人們只簡單利用時 延譜的某個特征量來表征.例如,用最大時延與最小時延的差,表征時延譜的尖 銳度和信道容許傳輸帶寬.這個值越小,信道容許傳輸頻帶越寬.五、多普勒效應(yīng)1、多普勒效應(yīng)指出,波在波源移向觀察者接近時接收頻率變高,而在波源遠(yuǎn)離觀察者時接收頻

13、率變低.作業(yè)：簡述LTE中CP的作用、設(shè)計原那么和類型61、簡述LTE與3G技術(shù)的區(qū)別有哪些?答：(1) 上下行鏈路分別選擇 OFDM和SC-FDM無線接入方式；(2) 支持時域和頻域的調(diào)度；(3) 提供點到點和點到多點傳輸?shù)暮唵涡诺澜Y(jié)構(gòu)；(4) 簡單的RRC犬態(tài)模式(空閑模式和連接模式)；(5) 減少了傳輸信道的數(shù)量(無需專用信道)；(6) MAC功能簡化(MAC實體數(shù)量、DRX和 DTX的通用解決方案), 由RLC子層和MAC子層提供的調(diào)度、AR備口 HARQ;(7) UE和aGW之間采用PDCF子層提供包頭壓縮和加密功能；(8) 無壓縮模式,通過調(diào)度發(fā)送/接收的時間間隔進(jìn)行測量；(9) 簡化的e-UTRAN結(jié)構(gòu)(只有一類節(jié)點：eNodeB);(10) 支持在SDU水平的下行數(shù)據(jù)前傳的硬切換；(11) 分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),列如RR(與 ARC功能均在eNodeB實現(xiàn);(12) NAS信令終止于UE和aGW提供空閑模式的移動性處理；(13) 與NAS相關(guān)的 UE識別與2G和3G系統(tǒng)相似(如：IMSI/IMEI,TMSI forMME ).2、簡述SC-FDMA信號的產(chǎn)生過程(1)信號調(diào)制,LTE支持QPSK和16QAM上行調(diào)制