第二章 LTE關(guān)鍵技術(shù)

1、第二章第二章 LTELTE的關(guān)鍵技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù) 制作人：杜劍波制作人：杜劍波 導(dǎo)師：趙力強(qiáng)導(dǎo)師：趙力強(qiáng) ISNISN國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 Page 2 2.1 OFDM 2.2 MIMO 2.3 AMC 2.4 HARQ 2.5 CA 2.6 COMP 2.7 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 2.8 D2D 2.9 C-RAN Page 3 l LTE/LTE-A系統(tǒng)之所以能達(dá)到并超過(guò)ITU關(guān)于未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的各 項(xiàng)指標(biāo)，成為4G系統(tǒng)中最為重要的標(biāo)準(zhǔn)之一，最為關(guān)鍵的一點(diǎn)就 是LTE/LTE-A通過(guò)技術(shù)增強(qiáng)來(lái)滿足ITU對(duì)4G的要求，與3G系統(tǒng)釆用 技術(shù)更新方式不同的是，LTE引入了革命性的技術(shù)，如多

2、天線、 OFDM和載波聚合等4G核心技術(shù)，其中，最具代表性的就是對(duì) 3G時(shí)代采用的CDMA空中接口技術(shù)做了改變。 l LTE采用了基于OFDM的全新多址方式，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)方 面,包括交換模式、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等都進(jìn)行了大幅度優(yōu)化，相比現(xiàn)有的 通信技術(shù)在性能上有質(zhì)的飛躍，使LTE系統(tǒng)能夠完全滿足未來(lái)移動(dòng) 通信的需求。所以，LTE技術(shù)的出現(xiàn)不僅給通信行業(yè)帶來(lái)了一次革 命性的進(jìn)步，同時(shí)也給整個(gè)社會(huì)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 LTE關(guān)鍵技術(shù) Page 4 LTE關(guān)鍵技術(shù) Page 5 2.1 OFDM 2.2 MIMO 2.3 AMC 2.4 HARQ 2.5 功率控制功率控制 2.6 CA 2.7 CO

3、MP 2.8 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 2.9 D2D 2.10 C-RAN 2.11 綠色網(wǎng)絡(luò)綠色網(wǎng)絡(luò) 回顧移動(dòng)通信的發(fā)展歷程，每一代移動(dòng)通信系統(tǒng)都可以通過(guò)標(biāo)志性能力指標(biāo)和核 心關(guān)鍵技術(shù)來(lái)定義。對(duì)于無(wú)線移動(dòng)通信來(lái)說(shuō)，選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制和多址接入方式以 實(shí)現(xiàn)良好的系統(tǒng)性能至關(guān)重要。 1G 1G 采用頻分多址（FDMA）主要解決語(yǔ)音通信的問(wèn)題; 2G2G采用時(shí)分多址（TDMA）支持窄帶的分組數(shù)據(jù)通信，最高理論速率為172.2 kbps 。 3G3G采用碼分多址（CDMA） 發(fā)展了諸如圖像、音樂(lè)、視頻流的高帶寬多媒 體通信，并提高了語(yǔ)音通話安全性，解決了部分移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)及高速 數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，最高理論速率

4、為14.4Mbps; 4G4G采用正交頻分多址（OFDM）專(zhuān)為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計(jì)的通信技術(shù)，從網(wǎng)速、 容量、穩(wěn)定性上相比之前的技術(shù)都有了跳躍性的提升，傳輸速度可達(dá) 100Mbps以上。 移動(dòng)通信技術(shù)多址技術(shù) OFDM技術(shù) TDD的優(yōu)勢(shì)的優(yōu)勢(shì) l頻譜配置靈活，不需要成對(duì)的頻率 （一個(gè)載波的一個(gè)帶寬 就可以配置一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)） l上下行資源比例配置靈活： l信道具有對(duì)稱(chēng)性或互易性（因?yàn)楣ぷ髟谕粋€(gè)載波上） l要求全網(wǎng)同步，給干擾協(xié)調(diào)和多點(diǎn)協(xié)作帶來(lái)方便 FDD的優(yōu)勢(shì)的優(yōu)勢(shì) l系統(tǒng)內(nèi)干擾相對(duì)簡(jiǎn)單 l對(duì)系統(tǒng)同步要求較為寬松 l上下行之間無(wú)轉(zhuǎn)換時(shí)延 OFDM技術(shù) OFDM技術(shù) OFDM技術(shù) l傳統(tǒng)多載波的缺

5、陷 對(duì)濾波器要求高 頻譜利用不充分 OFDM子載波頻域圖 單載波 傳統(tǒng)多載波 f 寬頻信道 正交子信 道 OFDM技術(shù) lOFDM原理：正交頻分復(fù)用技術(shù)，是多載波調(diào)制的一種，將一個(gè)寬頻信道 分成若干個(gè)正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào) 制到每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。 u子子載波正交理解載波正交理解： 頻域上正交是指在一個(gè)子載波的峰值處，其他子載波都為 0，這樣其他子載波對(duì)該子載波的影響就非常弱。 時(shí)域上正交是指一個(gè)子載波f1和另一個(gè)子載波f2之間是倍 數(shù)關(guān)系，在一個(gè)積分周期之內(nèi)積分的話它們的積分值為0， 則它們就稱(chēng)為正交子載波。 正交函數(shù)系的定義：在三角函數(shù)系中任何不同的兩個(gè)函

6、數(shù) 的乘積在區(qū)間-,上的積分等于0。 例如：三角函數(shù)系1,cosx,sinx,cos2x,sin2x,cosnx, sinnx, 在區(qū)間-,上正交，就是指在三角函數(shù)系 中任何不同的兩個(gè)函數(shù)的乘積在區(qū)間-,上的積分等于0 OFDM技術(shù) OFDM技術(shù) lOFDMA：將傳輸帶寬劃分成一系列相互正交的子載波集，將不同的子載 波通過(guò)頻分復(fù)用的方式在不同的時(shí)隙分配給不同的用戶，可用資源被靈活 的在不同移動(dòng)終端之間共享。這就構(gòu)成了一種多址接入的方式，稱(chēng)為 OFDMA（正交頻分多址接入）。 OFDMA 是一種資源分配粒度更小的多 址方式，同時(shí)支持多個(gè)用戶。 l這可以看成是OFDM+FDMA+TDMA技術(shù)相結(jié)合

7、的多址接入方式。如下圖 所示： OFDM技術(shù) OFDM技術(shù) l為了最大限度的消除符號(hào)間干擾，還可以在每個(gè)OFDM符號(hào)之間插入保護(hù) 間隔，而且該保護(hù)間隔長(zhǎng)度一般要大于無(wú)線信道中的最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣 一個(gè)符號(hào)的多徑分量就不會(huì)對(duì)下一個(gè)符號(hào)造成干擾。 OFDM技術(shù) l在這段保護(hù)間隔內(nèi)可以不插任何信號(hào)，即是一段空白的傳輸時(shí)段。然而在 這種情況下，由于多徑傳播的影響，在接收端FFT運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)各個(gè)子 載波的周期個(gè)數(shù)不為整數(shù)，因此載波間的正交性遭到破壞，不同的子載波 之間會(huì)產(chǎn)生干擾。 OFDM技術(shù) l為了解決這個(gè)問(wèn)題，在發(fā)送端做完IFFT之后，系統(tǒng)復(fù)制OFDM符號(hào)尾部的 數(shù)據(jù)，并填充在保護(hù)間隔內(nèi)。這樣通過(guò)

8、循環(huán)復(fù)制增加了符號(hào)的波形長(zhǎng)度， 在交接點(diǎn)沒(méi)有任何的間斷。因此保證了每個(gè)子載波內(nèi)有一個(gè)整數(shù)倍的循環(huán)， 從而可以進(jìn)一步抵制子載波間干擾。 OFDM技術(shù) l頻譜利用率高 傳統(tǒng)FDM是用濾波器把整個(gè)頻帶分割成互不重疊的子載波，子載波 之間的保護(hù)頻帶很寬，OFDM允許子載波頻譜交疊，從而提高頻譜利 用效率。 GSM子載波為200K，WCDMA載波帶寬為5M，OFDM子載波為15K l可利用FFT實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào) OFDM用IFFT和FFT實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，目前FFT易于用DSP或 FPGA實(shí)現(xiàn)，比之用傳統(tǒng)的濾波器實(shí)現(xiàn)容易，體積小。 OFDM技術(shù) l減小ISI OFDM把高速串行數(shù)據(jù)變成低速并行數(shù)據(jù)傳輸，

9、增加每個(gè)符號(hào)的周期 長(zhǎng)度，從而有效對(duì)抗無(wú)線信道的時(shí)延擴(kuò)展，減小ISI。 l受頻率選擇性衰落影響小 雖然整個(gè)系統(tǒng)帶寬是呈現(xiàn)頻率選擇性，而單個(gè)子載波信道是平坦的 雖然無(wú)線信道是頻率選擇性衰落，不可能所有的子載波都處于比較深 的衰落中，因此可以通過(guò)動(dòng)態(tài)比特分配和動(dòng)態(tài)子信道分配，充分利用 信噪比高的子信道，提高系統(tǒng)性能。 l抵抗窄帶干擾 OFDM通過(guò)把高速串行數(shù)據(jù)映射到并行的多個(gè)子載波上，窄帶干擾只 能影響一部分子載波，接收端可以通過(guò)糾錯(cuò)譯碼恢復(fù)干擾引起的錯(cuò)誤。 OFDM技術(shù) l較高的峰均比（PAPR） 由于OFDM符號(hào)是由多個(gè)獨(dú)立的經(jīng)過(guò)調(diào)制的子載波信號(hào)相加而成，目 前應(yīng)用的子載波數(shù)量從幾十個(gè)到幾千個(gè)

10、，如果各個(gè)子載波同相位，相 加后就會(huì)出現(xiàn)很大的幅值，所得到的疊加信號(hào)的瞬時(shí)功率就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高 于信號(hào)的平均功率，因此有可能產(chǎn)生比較大的峰值功率與平均功率比 （PAPR，Peak-to-Average power Ratio），這要求發(fā)射機(jī)的功率 放大器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器要具有很大的線性工作范圍。反之如果峰值功率 超過(guò)了這些部件的線性工作范圍，所產(chǎn)生的非線性失真會(huì)帶來(lái)子載波 間干擾，對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。 GSM的峰均比為個(gè)位數(shù)，LTE的峰均比為10左右（現(xiàn)實(shí)LTE系統(tǒng)對(duì)峰均 比抑制采取了一定的措施，降到10左右可以接受的范圍） OFDM技術(shù) l易受頻率偏差的影響 （1）OFDM的子載波互相交疊，且子載

11、波只有15K，稍有偏差就會(huì) 被判定為另一個(gè)子載波，故易受頻率偏差的影響。 （2）無(wú)線終端高速移動(dòng)引起的Doppler頻移會(huì)使接收端發(fā)生頻率偏 移，或發(fā)射機(jī)與接收機(jī)本地振蕩器之間存在頻率偏差，都會(huì)使OFDM 系統(tǒng)子載波之間的正交性遭到破壞，導(dǎo)致子信道間干擾（ICI，Inter- Channel Interference），這種對(duì)頻率偏差的敏感性是OFDM系統(tǒng) 的主要缺點(diǎn)之一。 注：解決方案是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)已通過(guò)增大導(dǎo)頻密度（大致為每0.25ms 發(fā)送一次導(dǎo)頻，時(shí)域密度大于TD-S）來(lái)減弱此問(wèn)題帶來(lái)的影響 。 l受時(shí)間偏差的影響 折射、反射較多時(shí)，多徑時(shí)延大于CP（循環(huán)前綴），將會(huì)引起ISI及 ICI

12、。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)已考慮此因素，設(shè)計(jì)的CP能滿足絕大多數(shù)傳播模型 下的多徑時(shí)延要求（4.68us)，從而維持符號(hào)間無(wú)干擾 OFDM技術(shù) OFDM兩個(gè)基本特征 頻域 時(shí)域 OFDM技術(shù) lOFDM 傳輸是基于塊進(jìn)行的，也就是說(shuō)在每個(gè) OFDM 符號(hào)間隔內(nèi)，N個(gè) 調(diào)制符號(hào)實(shí)現(xiàn)了并行傳輸，調(diào)制符號(hào)通常來(lái)自于 QPSK，16QAM， 64QAM 等數(shù)字調(diào)制的輸出。 lOFDM符號(hào)的調(diào)制和解調(diào)可以分別用IDFT和DFT來(lái)代替。在實(shí)際系統(tǒng)中一 般采用IFFT和FFT。 l在發(fā)送端進(jìn)行完IFFT之后，系統(tǒng)還要為每個(gè)OFDM符號(hào)加入循環(huán)前綴來(lái)消 除由多徑效應(yīng)引起的ISI (Inter-symbol Interfer

13、ence，符號(hào)間干擾)。 OFDM技術(shù) l由于OFDM具有較高的峰均比，如果在上行傳輸中釆用OFDMA技術(shù)會(huì)使 終端的功率消耗大大增加，會(huì)嚴(yán)重降低影響終端的成本和待機(jī)時(shí)間。 因 此，SC-FDMA (Single Carrier-FDMA ，單載波頻分多址)技術(shù)被選定作 為L(zhǎng)TE系統(tǒng)物理層上行傳輸方案，很好的解決了峰均比較高的問(wèn)題。 lSC-FDMA實(shí)際上是OFDMA的一種變形。如下圖，SC-FDMA和OFDMA 有及其相似的結(jié)構(gòu)。我們可以看出，SC-FDMA只是在發(fā)射端采用IFFT將 子載波轉(zhuǎn)換為時(shí)域信號(hào)之前，加入了一個(gè)DFT模塊，因此也被稱(chēng)為DFT- spread OFDMA（或DFT-S

14、-OFDMA），其本質(zhì)上還是一個(gè)OFDMA系統(tǒng)。 這也為兩個(gè)系統(tǒng)的共存提供了很好條件。而DFT模塊引入部分單載波特性， 降低了峰均比，因此LTE上行采用SC-FDMA以改善峰均比。 OFDM技術(shù) l和OFDMA相同， SC-FDMA將傳輸帶寬劃分成一系列正交的子載波資源， 將不同的子載波資源分配給不同的用戶實(shí)現(xiàn)多址。 l需要特別說(shuō)明的是，LTE上行采用單載波頻分多址接入，因此上行鏈路調(diào) 度的特點(diǎn)是一個(gè)用戶占用的資源塊在頻域上必須是相連的。 OFDM技術(shù) lSC-FDMA性能稍劣于OFDM，但SC-FDMA具有較好的PAPR特性，降低 了對(duì)功放的需求，有利于控制終端的成本 l可以提高UE的功率利

15、用率，增大上行有效覆蓋，同時(shí)做到省電，有利于 延長(zhǎng)終端工作時(shí)間 Page 28 2.1 OFDM 2.2 MIMO 2.3 AMC 2.4 HARQ 2.5 CA 2.6 COMP 2.7 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 2.8 D2D 2.9 C-RAN MIMO技術(shù) l多天線技術(shù)很早已經(jīng)被通信系統(tǒng)采用，然而20世紀(jì)90年代中期發(fā)明的多 輸入多輸出（MIMO）作為一個(gè)新的里程碑，為多天線系統(tǒng)帶來(lái)的新的生 機(jī)。今天MIMO技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在PAN、WAN、MAN（個(gè)域網(wǎng)、廣 域網(wǎng)、城域網(wǎng)）中，尤其是WLAN（無(wú)線局域網(wǎng)）中。 l隨著計(jì)算機(jī)和集成電路的快速發(fā)展，MIMO技術(shù)逐步應(yīng)用到移動(dòng)通信之中。 最早應(yīng)用

16、于HSDPA的Release7中，隨后在Release8開(kāi)始的LTE中MIMO 技術(shù)已經(jīng)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)廣泛使用。 l根據(jù)發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)的多路天線，多天線技術(shù)可以分為SIMO（單輸入 多輸出）、MISO（多輸入單輸出）、MIMO。 l基站與一個(gè)UE間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)多天線，稱(chēng)為SU-MIMO（單用戶MIMO）。幾 個(gè)UE使用相同的頻域和時(shí)域資源同時(shí)和一個(gè)基站通信，則為MU-MIMO （多用戶MIMO）。 MIMO技術(shù) MIMO技術(shù) LOS導(dǎo)致MIMO 信道成了相關(guān) 信道！ 導(dǎo)致容量下降， 富散射環(huán)境有 利于MIMO信 道容量 MIMO技術(shù) MIMO技術(shù) 多天線傳輸模式 MIMO技術(shù) 波束成型技術(shù)

17、可以提高用戶空間上的區(qū)分度,從而提升系統(tǒng)容量。 MIMO技術(shù) MIMO技術(shù) 多天線傳輸模式 1.共有MRMT個(gè)子信道，用矩陣描述信道，矩陣維度為MRMT 。 2.信號(hào)、噪聲也用矩陣來(lái)描述 MIMO技術(shù) MIMO技術(shù) l1.MIMO的信道容量是SISO的r倍。 l2.信道矩陣的秩為r，則可以認(rèn)為MIMO信道由r個(gè)平行去耦的子信道組成，等 效的r個(gè)信道的增益系數(shù)為 ，故信道容量可以直接相加。 MIMO技術(shù) MIMO技術(shù) l天線的相關(guān)性，使得衰落是相關(guān)的，衰落相關(guān)性使MIMO信道容量下降。 （最大因素） 為了減小天線相關(guān)性要求：基站端天線距離為要求10-16倍波長(zhǎng)，因 為基站高度很高，不是多徑的情況

18、，要求距離遠(yuǎn)。手機(jī)端天線距離為 2-3倍的波長(zhǎng)。 lLOS（視距效應(yīng)）的影響：LOS導(dǎo)致MIMO信道容量下降，即富散射環(huán)境 有利于MIMO信道容量。 Poor散射環(huán)境中，信號(hào)傳輸路徑很少到達(dá)接收端，使天線成了相關(guān) 天線，從而減少了MIMO系統(tǒng)的容量。 Rich散射環(huán)境中，信號(hào)經(jīng)不同路徑到達(dá)接收端，從而收端各個(gè)天線 是不相關(guān)的，從而提高了系統(tǒng)容量。所以，LOS對(duì)SISO系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是好 事，但MIMO中有它很難獲得分集增益和復(fù)用增益，因?yàn)镸IMO利用 多徑效應(yīng)獲得分集增益和復(fù)用增益，來(lái)提高傳輸?shù)目煽啃院吞岣咝诺?容量。 MIMO技術(shù) l小孔退化信道：小孔效應(yīng)使信道容量惡化。 l有小孔效應(yīng)的MIMO信

19、道：三個(gè)信道：2發(fā)1收，1發(fā)1收（所以r(H)=1)，1 發(fā)2收。 MIMO系統(tǒng)的幾種增益 增益就是增加的好處，有時(shí)候，減小損失就是增加好處。 l陣列增益是由發(fā)端、收端或收發(fā)兩端的天線之間的強(qiáng)相關(guān)（緊耦合性)帶 來(lái)收端SNR的增加。陣列增益須用定向天線（陣列天線）獲取。當(dāng)接收端 多天線且已知信道狀態(tài)CSI時(shí)，接收端將不再360度接收，而是增強(qiáng)兩端 之間的信號(hào)，這樣可以獲取收端陣列增益。當(dāng)發(fā)端多天線且已知CSI時(shí)， 可獲得發(fā)端陣列增益。 l陣列天線用來(lái)降低干擾。信號(hào)對(duì)著A用戶的增益波峰，干擾信號(hào)源B用戶 對(duì)著波谷的地方以降低干擾。 l波束賦形就是獲得陣列增益 MIMO系統(tǒng)的幾種增益 l 多天線信

20、道能夠提供分集增益，用來(lái)提高傳輸?shù)目煽啃裕?從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是因?yàn)槎嗵炀€為接收端提供了同一符號(hào)的 多個(gè)獨(dú)立衰落的版本，所以全部信號(hào)處于深衰落的概率 降低了。 l 要在某端獲得分集增，要求該端的天線之間的距離要大 于相關(guān)距離。這樣才能保證每個(gè)收端天線對(duì)之間的衰落 是獨(dú)立的。 l 從直覺(jué)來(lái)看，分集增益的大小對(duì)應(yīng)著一個(gè)符號(hào)經(jīng)歷的獨(dú) 立衰落的路徑數(shù)。獨(dú)立衰落的路徑數(shù)越多，分集增益越 大 MIMO系統(tǒng)的幾種增益 l注：陣列天線與MIMO天線是相互矛盾的： 陣列天線：陣元之間強(qiáng)耦合； MIMO天線：要求天線之間距離波長(zhǎng)的一半，各天線之間獨(dú)立。 MIMO系統(tǒng)的幾種增益 l采用糾檢錯(cuò)可以增加收端信噪比，減小誤碼率

21、，這稱(chēng)為編碼增益。 要獲取編碼增益，需要通過(guò)糾檢錯(cuò)編碼獲得，比如卷積碼和分組編 碼。即要有糾檢錯(cuò)能力，則要加入冗余信息，則碼率R 1 。 l信道編碼中，K符號(hào)大小的信源數(shù)據(jù)塊通過(guò)編碼映射為N符號(hào)大小 的碼字，則K/N稱(chēng)為碼率，其中假設(shè)編碼前后的符號(hào)表沒(méi)有變化。 l碼率越大，即加入的冗余越少，有效性越高； 碼率越小，冗余越多，糾錯(cuò)能力越強(qiáng)。 MIMO系統(tǒng)的幾種增益 l在鏈路兩端使用多天線可以獲得復(fù)用增益，而不需要額外的功率或帶寬的 消耗。提高信道容量多少倍，用它度量。 MIMO系統(tǒng)的幾種增益 l如果存在多個(gè)等待用戶，各個(gè)用戶的信道衰落相互獨(dú)立，那么在每一時(shí)刻， 都會(huì)存在一部分用戶的信道“優(yōu)于”其

22、他用戶。多用戶協(xié)作可以帶來(lái)分集 增益和復(fù)用增益，從而提高接收可靠性和系統(tǒng)容量。 Page 50 2.1 OFDM 2.2 MIMO 2.3 AMC 2.4 HARQ 2.5 CA 2.6 COMP 2.7 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 2.8 D2D 2.9 C-RAN 鏈路自適應(yīng)技術(shù)AMC l 自適應(yīng)調(diào)制編碼可以通過(guò)信道質(zhì)量估計(jì)選擇信號(hào)的處理方式，克 服資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。其核心思想是在一個(gè)TTI內(nèi)，動(dòng)態(tài)地選擇調(diào)制 和編碼方式來(lái)適應(yīng)信道條件的變化。 l 當(dāng)終端信道質(zhì)量好(如靠近基站或存在視距鏈路)時(shí)，采用高階調(diào)制 編碼方式，來(lái)獲得高的吞吐量； l 而當(dāng)終端信道質(zhì)量差(如位于小區(qū)邊緣或者信道深衰落)時(shí)，選取低

23、 階調(diào)制編碼方式，來(lái)保證通信質(zhì)量。 l 信道條件則可以通過(guò)發(fā)送反饋回來(lái)的CQI來(lái)估計(jì)；在時(shí)分雙工系 統(tǒng)中，可以通過(guò)互易性來(lái)得到CQI等信道質(zhì)量信息。 l 采用自適應(yīng)編碼調(diào)制之后，擁有較好的鏈路質(zhì)量的用戶可以獲得 更高的數(shù)據(jù)速率，擁有較差的鏈路質(zhì)量的用戶可以提高正確傳輸 的機(jī)會(huì)，由此蜂窩平均吞吐量和系統(tǒng)性能得到提高。 鏈路自適應(yīng)技術(shù)AMC lLTE系統(tǒng)中采用QPSK、16QAM、64QAM三種調(diào) 制方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而且每一種調(diào)制方式又與 多種編碼速率相結(jié)合，共組成15種調(diào)制編碼方式 組合，分別對(duì)應(yīng)15個(gè)CQI值。 lcode rate，指的是編碼速率， code rate 取值 小于1。比如1

24、/4 code rate即進(jìn)去1個(gè)碼出來(lái)4個(gè) 碼。編碼速率越大，效率越高。 l當(dāng)信道質(zhì)量比較差的時(shí)候，需要增加更多的冗余 信息來(lái)保證接收端能夠正確解調(diào)信號(hào)，更多的冗 余信息意味著低的編碼速率。當(dāng)信道質(zhì)量好的時(shí) 候，需要很少的冗余校驗(yàn)位就能解調(diào)，就可以提 高編碼速率了。系統(tǒng)可以根據(jù)信道的變化選擇合 適的編碼速率，這樣可以使得信道質(zhì)量好的用戶 獲得更高的速率，提高平均吞吐率。 l 注：信令用的是BPSK調(diào)制方式，以保證其質(zhì)量。 鏈路自適應(yīng)技術(shù)AMC l LTE 調(diào)制編碼自適應(yīng)主要是針對(duì)下行鏈路的。下行調(diào)制編碼自適應(yīng) 可以分為開(kāi)環(huán)自適應(yīng)和閉環(huán)自適應(yīng)兩種類(lèi)型。 l 開(kāi)環(huán)自適應(yīng)不需要終端的反饋信息，網(wǎng)絡(luò)

25、端直接根據(jù)上行參考信 號(hào)獲取信道狀態(tài)質(zhì)量，選擇調(diào)制編碼方式，在信道環(huán)境很好的情 況下，這種方法不但可以實(shí)現(xiàn)良好的通信質(zhì)量，也可以減小上行 信令的開(kāi)銷(xiāo)。 l 由于 LTE 通信中會(huì)分配給上行鏈路一定的時(shí)頻資源用以發(fā)送反饋 信息，因此LTE 多采用的是閉環(huán)自適應(yīng)；閉環(huán)自適應(yīng)是網(wǎng)絡(luò)端根據(jù) 終端的反饋信息，結(jié)合自身的條件選擇合適的發(fā)送參數(shù)。 Page 54 2.1 OFDM 2.2 MIMO 2.3 AMC 2.4 HARQ 2.5 CA 2.6 COMP 2.7 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 2.8 D2D 2.9 C-RAN 混合自動(dòng)重傳技術(shù)HARQ l 自動(dòng)重傳請(qǐng)求（Automatic Repeat-reQ

26、uest，ARQ）是OSI模 型中數(shù)據(jù)鏈路層的錯(cuò)誤糾正協(xié)議之一。發(fā)送方在準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù) 項(xiàng)目之前先等待一個(gè)肯定的確認(rèn)，則這樣的協(xié)議稱(chēng)為ARQ。ARQ 只用于檢錯(cuò)，冗余度小，在誤碼率不是很高的情況下可以得到理 想的吞吐量，但會(huì)引入時(shí)延；當(dāng)信道很差時(shí)，系統(tǒng)一直重發(fā)，導(dǎo) 致系統(tǒng)性能大大下降。 l 前向糾錯(cuò)編碼(FEC)是當(dāng)傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，接收方進(jìn)行糾錯(cuò)，冗余 度大，但提高了傳輸?shù)目煽啃浴５?dāng)信道情況較好時(shí)，由于過(guò)多 糾錯(cuò)比特，反而降低了吞吐量。 l 考慮將FEC和ARQ相結(jié)合就形成了HARQ。在發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包 中含有糾錯(cuò)和檢錯(cuò)的校驗(yàn)比特。如果移動(dòng)臺(tái)接收包中的出錯(cuò)比特 數(shù)目在糾錯(cuò)能力之內(nèi)，則錯(cuò)誤被自

27、行糾正；當(dāng)差錯(cuò)已超出FEC的糾 錯(cuò)能力時(shí)，則讓發(fā)端重發(fā)。發(fā)送端據(jù)收到的收端發(fā)來(lái)的ACK（表 示數(shù)據(jù)成功接收且無(wú)誤）或NAK（表示數(shù)據(jù)成功接收但是有誤） 決定是否啟動(dòng)重傳。 混合自動(dòng)重傳技術(shù)HARQ l 根據(jù)重傳數(shù)據(jù)包包含信息量的不同，目前一般有兩種方式實(shí)現(xiàn)混 合自動(dòng)重傳：就是所謂的CC(Chase Combining)和 IR(Incremental Redundancy). l 在CC的方式中,重新傳送的數(shù)據(jù)是第一次傳送的數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單重復(fù). l 而在IR的方式中,每次重傳的數(shù)據(jù)不是前一次的簡(jiǎn)單重復(fù),而增加了 冗余編碼信息.這樣,多次重傳合并在一起,就可以提高正確解碼的概 率。 Page 57

28、2.1 OFDM 2.2 MIMO 2.3 AMC 2.4 HARQ 2.5 CA 2.6 COMP 2.7 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 2.8 D2D 2.9 C-RAN 載波聚合 l載波聚合是LTE-A中的關(guān)鍵技術(shù)。為了滿足單用戶峰值速率和系統(tǒng)容量提 升的要求，一種最直接的辦法就是增加系統(tǒng)傳輸帶寬。因此LTE-A系統(tǒng)引 入一項(xiàng)增加傳輸帶寬的技術(shù)，也就是CA(Carrier Aggregation，載波聚 合)。 l載波聚合是LTE-Advanced系統(tǒng)大帶寬運(yùn)行的基礎(chǔ)，它可以很好地將多個(gè) 載波聚合成一個(gè)更寬的頻譜,同時(shí)也可以把一些不連續(xù)的頻譜碎片聚合到 一起，真正利用不同頻帶的傳輸特性，最大聚合帶寬

29、為100MHz 。打個(gè)比 方，載波聚合就好比“黏合劑”，將零散的頻譜粘在一起，提供更快速率。 兩個(gè)載波可以同時(shí)為一個(gè)用戶服務(wù)，可以從兩個(gè)不同的頻帶抽出兩個(gè)載波 為一個(gè)用戶服務(wù)。 l簡(jiǎn)單地做個(gè)比較：原本只能在一條大道（cell或cc）上運(yùn)輸?shù)哪撑浳?（某UE的數(shù)據(jù)），現(xiàn)在通過(guò)CA能夠在多條大道上同時(shí)運(yùn)輸。這樣，某個(gè) 時(shí)刻可以運(yùn)輸?shù)呢浳锪浚╰hroughput）就得到了明顯提升。每條大道的 路況可能不同（頻點(diǎn)、帶寬等），路況好的就多運(yùn)點(diǎn)，路況差的就少運(yùn)點(diǎn)。 得益于更寬的頻譜，載波聚合后最直觀的好處就是傳輸速度的大幅度提升， 以及延遲的降低。 載波聚合 lLTE-Advanced引入了成員載波(C

30、omponent Carrier，CC)的概念，每 個(gè)成員載波的最大帶寬不超過(guò)20MHz。 在LTE中，每個(gè)小區(qū)只有一個(gè)成員 載波，每個(gè)UE也只有一個(gè)成員載波為其服務(wù)，在LTE-Advanced中，每 個(gè)小區(qū)有多個(gè)成員載波，每個(gè)UE也可能有多個(gè)成員載波為其服務(wù)。 lCA技術(shù)可以將25個(gè)LTE成員載波聚合在一起，實(shí)現(xiàn)最大100MHz的傳輸 帶寬，有效提高了上下行傳輸速率，如圖所示。終端根據(jù)自己的能力大小 決定最多可以同時(shí)利用幾個(gè)載波進(jìn)行上下行傳輸。 lCA功能可以支持連續(xù)或非連續(xù)載波聚合，每個(gè)載波最大可以使用的資源 是100個(gè)RB。 Page 60 2.1 OFDM 2.2 MIMO 2.3 A

31、MC 2.4 HARQ 2.5 CA 2.6 COMP 2.7 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 2.8 D2D 2.9 C-RAN 協(xié)作多點(diǎn)傳輸CoMP l為了提高頻譜的利用率，LTE 采用了同頻組網(wǎng)的方式，使得小區(qū)邊緣的用 戶將受到相鄰小區(qū)的同頻干擾。并且OFDM無(wú)法有效地消除小區(qū)間干擾。 l多點(diǎn)協(xié)作傳輸技術(shù)的主要思想： 在多個(gè)基站之間引入?yún)f(xié)作，并通過(guò)在協(xié) 作基站之間共享必要的信息（信道狀態(tài)信息、調(diào)度信息、數(shù)據(jù)信息等）， 對(duì)小區(qū)干擾進(jìn)行有效地抑制，提高邊緣用戶體驗(yàn)。 傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)中同頻小區(qū)的確定 Page 62 2.1 OFDM 2.2 MIMO 2.3 AMC 2.4 HARQ 2.5 CA 2.6 CO

32、MP 2.7 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 2.8 D2D 2.9 C-RAN 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) l LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問(wèn)題是引入新的合適的通信節(jié)點(diǎn)以適合各種類(lèi) 型的場(chǎng)景，滿足各種用戶需求。3GPP提出了三種新的通信節(jié)點(diǎn)： Relay，F(xiàn)emto，Pico，與此相應(yīng)的引入了這三種服務(wù)小區(qū)。 l 異構(gòu)組網(wǎng)時(shí)，由宏基站負(fù)責(zé)大范圍的覆蓋；在熱點(diǎn)或者小區(qū)邊緣 等區(qū)域，有Pico，F(xiàn)emto，和 Relay等小型基站部署，用以提高 單位區(qū)域的頻譜效率。 l 與傳統(tǒng)的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)大功率發(fā)送，有規(guī)劃的部署等特點(diǎn)不同，LTE異 構(gòu)網(wǎng)絡(luò)引入的三個(gè)小型基站都是低功率發(fā)送，而且最重要的是， 新基站成本較低，可以隨時(shí)根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行靈活部

33、署。 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) l Femto Femto基站的部署大都是家庭環(huán)境，所以最早又稱(chēng)之為家庭 基站。家庭用戶可以根據(jù)需求靈活部署HeNB站點(diǎn)，通過(guò)英特 網(wǎng)或者家庭基站網(wǎng)關(guān)接入運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，能提供高速的下載速率 和VoIP業(yè)務(wù)，達(dá)到更好的室內(nèi)覆蓋效果，帶來(lái)更多潛在業(yè)務(wù) 增長(zhǎng)。 Femto與Pico和Relay基站最大的不同就是其接入權(quán)限受限， 有特定的接入范圍。權(quán)限控制包括open、close、hybrid三 種模式。 l Pico Pico基站是用來(lái)對(duì)范圍較小的公共場(chǎng)所進(jìn)行覆蓋，例如火車(chē)站， 公園，體育場(chǎng)和繁華的商場(chǎng)，所以Pico小區(qū)又被稱(chēng)之為熱點(diǎn)小區(qū) 或者微微小區(qū)。Pico基站的發(fā)射功率比Femt

34、o稍大，可以更大范 圍人群的接入，提供公共場(chǎng)所的深度覆蓋，支持突發(fā)業(yè)務(wù)需求。 一般來(lái)說(shuō)用戶可以自由接入這些小區(qū)。 Pico和宏基站相似，只是覆蓋范圍較小，發(fā)射功率較小，可以和 宏基站通過(guò)X2接口互通信息。 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) l Relay（無(wú)線中繼，再生放大） 中繼基站在eNB與UE之間中轉(zhuǎn)信令和數(shù)據(jù)來(lái)改善信號(hào)傳輸質(zhì) 量，將覆蓋拓展到常規(guī)小區(qū)以外的區(qū)域及其它覆蓋盲區(qū)，并有 效提高用戶吞吐量，特別是小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。 LTE_A中繼的好處保證UE獲得信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，沒(méi)有放大噪 聲和干擾信號(hào)，從而獲得更高的信號(hào)質(zhì)量。 Relay跟Pico和Femto最大的不同是其與UE和eNB均使用無(wú)線

35、連接。 Page 67 2.1 OFDM 2.2 MIMO 2.3 AMC 2.4 HARQ 2.5 CA 2.6 COMP 2.7 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 2.8 D2D 2.9 C-RAN D2D l 藍(lán)牙、WiFi Direct(通過(guò)組建小組，以一對(duì)一或一對(duì)多的拓?fù)湫问?來(lái)建立連接)、以及基于LTE的D2D(Device to Device，LTE Direct)都允許用戶設(shè)備在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施(比如發(fā)生地震或緊急 情況)的情況下進(jìn)行直接通信。其中LTE-D2D是3GPP最新定義的基 于LTE的設(shè)備間直接通信的技術(shù)。 l D2D通信技術(shù)是指兩個(gè)對(duì)等的用戶節(jié)點(diǎn)之間直接進(jìn)行通信的一種 通信方式。在

36、由D2D通信用戶組成分布式網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn) 都能發(fā)送和接收信號(hào)，并具有自動(dòng)路由(轉(zhuǎn)發(fā)消息)的功能，用戶節(jié) 點(diǎn)同時(shí)扮演服務(wù)器和客戶端的角色，用戶能夠意識(shí)到彼此的存在， 自組織地構(gòu)成一個(gè)虛擬或者實(shí)際的群體。 l 1 1. . 工作在許可工作在許可頻段頻段 基于LTE技術(shù)的D2D工作在許可頻段，是蜂窩通信的一部分，因此可 以給用戶提供較高質(zhì)量的通信業(yè)務(wù)，而藍(lán)牙、WiFi Direct、FlashLinQ等 技術(shù)工作在免許可頻段，存在干擾嚴(yán)重、通信效率低、通信質(zhì)量沒(méi)有保 障等問(wèn)題。 l 2 2. . 網(wǎng)絡(luò)參與網(wǎng)絡(luò)參與D2DD2D通信通信流程流程 按照蜂窩網(wǎng)絡(luò)對(duì)D2D通信控制程度，又可把基于LTE D2D技術(shù)分為 蜂窩網(wǎng)控制的D2D和蜂窩網(wǎng)輔助的D2D。 對(duì)于蜂窩網(wǎng)絡(luò)控制的LTE-D2D技術(shù)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)對(duì)LTE-D2D的設(shè)備 發(fā)現(xiàn)、連接建立和資源分配都進(jìn)行控制，這需要蜂窩網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)資源調(diào) 度、干擾