第19講 4G移動(dòng)通信系統(tǒng)-2

1、24G移動(dòng)通信系統(tǒng)內(nèi)容提要1 4G發(fā)展背景2 4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3 4G協(xié)議棧4 4G核心技術(shù)5 LTE系統(tǒng)的無線接口6 4G增強(qiáng)技術(shù)第一次課第二次課上次課重點(diǎn)回顧q4G移動(dòng)通信系統(tǒng)有何基本特征？q相比前幾代移動(dòng)通信系統(tǒng)，4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的主要有哪些變化？q從信號處理角度，MIMO技術(shù)可分為哪三類？q為何Alamouti 碼為可實(shí)現(xiàn)空間分集？q為何LST 碼為可實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用？ 本次課的要求與重難點(diǎn)要求與重點(diǎn)1. 理解OFDM技術(shù)的基本原理。2. 了解4G增強(qiáng)技術(shù)的基本原理。3. 理解4G三種信道之間的映射關(guān)系。重點(diǎn)： OFDM技術(shù)的基本原理難點(diǎn)：OFDM信號可用信號可用IDFT實(shí)現(xiàn)的原理實(shí)現(xiàn)的原理本

2、次課需要解決的主要問題1. OFDM抗碼間串?dāng)_的基本原理是什么？為何4G選用OFDM技術(shù)？2. OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)為何可以分別由IDFT/DFT來代替？3. 無線資源管理技術(shù)在4G移動(dòng)通信系統(tǒng)有何作用？4. 選用載波聚合、無線中繼和協(xié)作多點(diǎn)傳輸?shù)燃夹g(shù)會(huì)給4G帶來何好處 ？5. 4G的三種信道是如何定義的？它們之間有何映射關(guān)系？64G移動(dòng)通信系統(tǒng)1 4G1 4G發(fā)展背景發(fā)展背景2 4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3 4G協(xié)議棧4 4G核心技術(shù)5 LTE系統(tǒng)的無線接口6 4G增強(qiáng)技術(shù)4G關(guān)鍵技術(shù) 為了滿足4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的高數(shù)據(jù)率、高終端移動(dòng)性、高頻譜利用率和功率效率等方面的要求，人們發(fā)展了眾多的新理論與新技術(shù)

3、。 以MIMO為代表的多天線技術(shù)以O(shè)FDM為代表的多載波技術(shù)無線資源管理技術(shù) 隨著無線數(shù)據(jù)速率的不斷提高，無線通信系統(tǒng)的性能不僅僅受到噪聲的限制，更主要受制于無線信道時(shí)延擴(kuò)展所帶來的碼間串?dāng)_。 為了傳輸高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，必須采用措施消除碼間串?dāng)_。經(jīng)典的抗碼間干擾方法是信道均衡，但在采用單載波均衡的情況下，往往要設(shè)計(jì)抽頭系數(shù)很大的均衡器，這是現(xiàn)有技術(shù)難以支持的。同樣，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，采用CDMA技術(shù)來傳輸高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也十分困難。OFDM技術(shù) 研究表明，在傳輸5Mbit/s以上的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，采用OFDM技術(shù)既能抗碼間串?dāng)_，又能支持高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，且不需要復(fù)雜的信道均衡器。因此，4G選用了OFDM

4、技術(shù)。 OFDM的出發(fā)點(diǎn)是將高速的數(shù)據(jù)流分解為多路并行的低速數(shù)據(jù)流，在多個(gè)載波上同時(shí)進(jìn)行傳輸。 對于低速并行的子載波而言，由于符號周期展寬，多徑效應(yīng)造成的時(shí)延擴(kuò)展相對變小，碼間串?dāng)_幾乎就可以忽略。OFDM技術(shù)正交頻分復(fù)用正交頻分復(fù)用 rthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)，也被稱為離散多音調(diào)制。，也被稱為離散多音調(diào)制。OFDM的發(fā)展簡史的發(fā)展簡史最早起源于最早起源于20世紀(jì)世紀(jì)50年代中期。年代中期。20世紀(jì)世紀(jì)60年代就已形成了使用并行數(shù)據(jù)傳輸和頻分復(fù)用年代就已形成了使用并行數(shù)據(jù)傳輸和頻分復(fù)用的概念，但因使用模擬濾波器復(fù)雜度較高，發(fā)展

5、緩慢。的概念，但因使用模擬濾波器復(fù)雜度較高，發(fā)展緩慢。1971年年Weinstein和和Ebert在雜志上發(fā)表了用離散傅立葉在雜志上發(fā)表了用離散傅立葉變換實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制的方法，是一里程碑事件，該方法變換實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制的方法，是一里程碑事件，該方法為為OFDM的實(shí)用化奠定了理論基礎(chǔ)。的實(shí)用化奠定了理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)世紀(jì)80年代，開始應(yīng)用于高速調(diào)制解調(diào)器，如短波并年代，開始應(yīng)用于高速調(diào)制解調(diào)器，如短波并傳調(diào)制解調(diào)器等。傳調(diào)制解調(diào)器等。OFDM技術(shù)OFDM的發(fā)展簡史（續(xù)）的發(fā)展簡史（續(xù)）20世紀(jì)世紀(jì)90年代，隨著年代，隨著DSP和和VLSI技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)的發(fā)展， OFDM開始得到廣泛應(yīng)用，如數(shù)字音

6、頻廣播、非對稱數(shù)字用開始得到廣泛應(yīng)用，如數(shù)字音頻廣播、非對稱數(shù)字用戶環(huán)路（戶環(huán)路（ADSL）、無線局域網(wǎng)等。）、無線局域網(wǎng)等。近期，人們用近期，人們用OFDM技術(shù)解決高速信息流在技術(shù)解決高速信息流在無線信道無線信道中的傳輸問題，如中的傳輸問題，如4G、WLAN 、HDTV等。等。OFDM的基本思想的基本思想 將高速數(shù)據(jù)流分解為若干個(gè)獨(dú)立的低速子數(shù)據(jù)流，用將高速數(shù)據(jù)流分解為若干個(gè)獨(dú)立的低速子數(shù)據(jù)流，用這樣低比特率形成的低速率多狀態(tài)符號去調(diào)制相應(yīng)的子載這樣低比特率形成的低速率多狀態(tài)符號去調(diào)制相應(yīng)的子載波，就構(gòu)成了多個(gè)低速率符號并行調(diào)制傳輸系統(tǒng)（即多載波，就構(gòu)成了多個(gè)低速率符號并行調(diào)制傳輸系統(tǒng)（即多

7、載波傳輸系統(tǒng)）。波傳輸系統(tǒng)）。OFDM技術(shù)抗多徑衰落的典型方法抗多徑衰落的典型方法單載波單載波TDMA接入接入 使用均衡器，如使用均衡器，如GSM中中26比特長的訓(xùn)練序列比特長的訓(xùn)練序列 問題：高速數(shù)據(jù)流的符號寬度相對較窄，符號之間會(huì)問題：高速數(shù)據(jù)流的符號寬度相對較窄，符號之間會(huì)存在比較嚴(yán)重的符號間干擾（存在比較嚴(yán)重的符號間干擾（ISI），導(dǎo)致需要很長的），導(dǎo)致需要很長的抽頭系數(shù)，均衡器復(fù)雜！抽頭系數(shù)，均衡器復(fù)雜！單載波單載波CDMA接入接入 使用擴(kuò)頻調(diào)制，如使用擴(kuò)頻調(diào)制，如IS-95 CDMA中的中的m序列序列 問題：在保證相同帶寬的前提下，高速數(shù)據(jù)流所使用問題：在保證相同帶寬的前提下，高速

8、數(shù)據(jù)流所使用的擴(kuò)頻增益不能太高，導(dǎo)致抗多徑衰落能力下降！的擴(kuò)頻增益不能太高，導(dǎo)致抗多徑衰落能力下降！ 隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展，展，OFDM成為成為4G中有效抗多徑衰中有效抗多徑衰落的高速傳輸技術(shù)。落的高速傳輸技術(shù)。OFDM技術(shù)OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)把高速率數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，使得每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)把高速率數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，使得每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)符號持續(xù)長度相對增加，從而有效地減少由于無線信道的符號持續(xù)長度相對增加，從而有效地減少由于無線信道的時(shí)間彌散所帶來的符號干擾（時(shí)間彌散所帶來的符號干擾（ISI），減少了接收機(jī)內(nèi)均），減少了接收機(jī)內(nèi)均衡的復(fù)雜度。

9、衡的復(fù)雜度。OFDM技術(shù)OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與常規(guī)的頻分復(fù)用系統(tǒng)不同，與常規(guī)的頻分復(fù)用系統(tǒng)不同， OFDM系統(tǒng)中的各個(gè)子載波系統(tǒng)中的各個(gè)子載波之間相互正交，頻譜利用率高之間相互正交，頻譜利用率高 。當(dāng)子載波個(gè)數(shù)很大時(shí)，系。當(dāng)子載波個(gè)數(shù)很大時(shí)，系統(tǒng)的頻譜利用率趨于統(tǒng)的頻譜利用率趨于2Baud/Hz。OFDM正交性示意圖 OFDM技術(shù)OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)OFDM易于和其它多種接入方法結(jié)合使用，構(gòu)成易于和其它多種接入方法結(jié)合使用，構(gòu)成OFDMA系統(tǒng)，其中包括多載波碼分多址系統(tǒng)，其中包括多載波碼分多址MC-CDMA、跳頻跳頻OFDM以及以及OFDM-TDMA等等，使多個(gè)用戶可以同等等，

10、使多個(gè)用戶可以同時(shí)利用時(shí)利用OFDM技術(shù)進(jìn)行信息的傳輸。技術(shù)進(jìn)行信息的傳輸。OFDM技術(shù)的缺點(diǎn)技術(shù)的缺點(diǎn)易受頻率偏差的影響。易受頻率偏差的影響。=由于子信道的頻譜相互覆蓋，無線信道所造成的收發(fā)信號由于子信道的頻譜相互覆蓋，無線信道所造成的收發(fā)信號間的頻率偏差會(huì)破壞這種正交性，導(dǎo)致子信道干擾間的頻率偏差會(huì)破壞這種正交性，導(dǎo)致子信道干擾(ICI)。OFDM技術(shù)OFDM技術(shù)的缺點(diǎn)技術(shù)的缺點(diǎn)存在較高的峰值平均功率比。存在較高的峰值平均功率比。由于多載波調(diào)制系統(tǒng)的輸出是多個(gè)子信道信號的疊由于多載波調(diào)制系統(tǒng)的輸出是多個(gè)子信道信號的疊加，因此如果多個(gè)信號的相位一致時(shí)，所得到的疊加，因此如果多個(gè)信號的相位一致

11、時(shí)，所得到的疊加信號的瞬時(shí)功率就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號的平均功率，加信號的瞬時(shí)功率就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號的平均功率，導(dǎo)致出現(xiàn)較大的峰值平均功率比（導(dǎo)致出現(xiàn)較大的峰值平均功率比（PAPR）。）。這就對發(fā)射機(jī)內(nèi)功率放大器的線性提出了很高的要這就對發(fā)射機(jī)內(nèi)功率放大器的線性提出了很高的要求，如果放大器的動(dòng)態(tài)范圍不能滿足信號的變化，求，如果放大器的動(dòng)態(tài)范圍不能滿足信號的變化，則會(huì)導(dǎo)致信號畸變，使疊加信號的頻譜發(fā)生變化，則會(huì)導(dǎo)致信號畸變，使疊加信號的頻譜發(fā)生變化，使系統(tǒng)性能惡化。使系統(tǒng)性能惡化。OFDM技術(shù)OFDM系統(tǒng)收發(fā)機(jī)的典型框圖系統(tǒng)收發(fā)機(jī)的典型框圖 OFDM技術(shù)OFDM系統(tǒng)收發(fā)機(jī)的關(guān)鍵模塊系統(tǒng)收發(fā)機(jī)的關(guān)鍵模塊串并

12、變換串并變換 在發(fā)射端將輸入串行比特流轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，隨后產(chǎn)生在發(fā)射端將輸入串行比特流轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，隨后產(chǎn)生OFDM符號，在接收端執(zhí)行相反的操作，從各個(gè)子載波符號，在接收端執(zhí)行相反的操作，從各個(gè)子載波處來的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換回原始的串行數(shù)據(jù)。處來的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換回原始的串行數(shù)據(jù)。子載波調(diào)制子載波調(diào)制 一個(gè)符號之內(nèi)包含一個(gè)符號之內(nèi)包含多個(gè)經(jīng)過相移鍵控多個(gè)經(jīng)過相移鍵控（PSK）或者正交）或者正交幅度調(diào)制（幅度調(diào)制（QAM）的子載波。的子載波。OFDM技術(shù)OFDM系統(tǒng)收發(fā)機(jī)的關(guān)鍵模塊系統(tǒng)收發(fā)機(jī)的關(guān)鍵模塊DFT實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)傅立葉變換將時(shí)域與頻域聯(lián)系在一起。傅立葉變換將時(shí)域與頻域聯(lián)系在一起。DFT是有限長序列傅立葉變

13、換的有限點(diǎn)離散采樣。是有限長序列傅立葉變換的有限點(diǎn)離散采樣?？焖俑盗⑷~變換（快速傅立葉變換（FFT）僅是）僅是DFT計(jì)算應(yīng)用的一種快計(jì)算應(yīng)用的一種快速數(shù)學(xué)方法。速數(shù)學(xué)方法。對于子載波數(shù)對于子載波數(shù)N比較大的系統(tǒng)，比較大的系統(tǒng)，OFDM的復(fù)等效基帶的復(fù)等效基帶信號可以采用離散傅立葉逆變換信號可以采用離散傅立葉逆變換(IDFT)實(shí)現(xiàn)，這極大實(shí)現(xiàn)，這極大地促進(jìn)了地促進(jìn)了OFDM技術(shù)的迅速發(fā)展。技術(shù)的迅速發(fā)展。下面進(jìn)行簡單的推導(dǎo)：下面進(jìn)行簡單的推導(dǎo)： OFDM技術(shù)OFDM系統(tǒng)收發(fā)機(jī)的關(guān)鍵模塊系統(tǒng)收發(fā)機(jī)的關(guān)鍵模塊DFT實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) 設(shè)設(shè)OFDM信號發(fā)射周期為信號發(fā)射周期為0, T, T內(nèi)并傳的內(nèi)并傳的N個(gè)符

14、號為個(gè)符號為 (d0d1 dN-1)，第，第k個(gè)符號個(gè)符號dk調(diào)制第調(diào)制第k個(gè)子載波個(gè)子載波 ，則在，則在0, T內(nèi)的任一時(shí)刻內(nèi)的任一時(shí)刻t， OFDM信號可表示為：信號可表示為：2kjf te120( ) t0,TNjkt Tkks tde離散化后為離散化后為:120(01)Nji kNikksdeiN在接收端，為了恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)信號，可以對在接收端，為了恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)信號，可以對s si做做DFT得：得：120(01)Njik NkiidsekNOFDM技術(shù)OFDM系統(tǒng)收發(fā)機(jī)的關(guān)鍵模塊系統(tǒng)收發(fā)機(jī)的關(guān)鍵模塊DFT實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)上述分析說明：上述分析說明：OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)可以分別由系統(tǒng)的

15、調(diào)制和解調(diào)可以分別由IDFT/DFT來代替：來代替：在發(fā)射端通過在發(fā)射端通過N點(diǎn)的點(diǎn)的IDFT運(yùn)算，把頻域數(shù)據(jù)符號運(yùn)算，把頻域數(shù)據(jù)符號dk變換為時(shí)域數(shù)據(jù)符號變換為時(shí)域數(shù)據(jù)符號si ，經(jīng)過射頻載波調(diào)制之后，經(jīng)過射頻載波調(diào)制之后，發(fā)送到無線信道中發(fā)送到無線信道中在接收端通過在接收端通過N點(diǎn)的點(diǎn)的DFT運(yùn)算，把接收到的時(shí)域數(shù)運(yùn)算，把接收到的時(shí)域數(shù)據(jù)符號據(jù)符號xi變換為頻域數(shù)據(jù)符號變換為頻域數(shù)據(jù)符號dk。在在OFDM系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用中，可以采用更加快捷的系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用中，可以采用更加快捷的IFFT/FFT，可以顯著降低運(yùn)算的復(fù)雜度。，可以顯著降低運(yùn)算的復(fù)雜度。OFDM技術(shù)SC-FDMA多址方式的實(shí)現(xiàn)多址

16、方式的實(shí)現(xiàn)4G上行采用上行采用SC-FDMA多址接入，其實(shí)現(xiàn)是基于多址接入，其實(shí)現(xiàn)是基于DFT-S-OFDM調(diào)制方案，與調(diào)制方案，與OFDM相比，具有較低相比，具有較低的的PAPR。OFDM技術(shù)DFT-S-OFDM調(diào)制原理圖SC-FDMA多址方式的實(shí)現(xiàn)多址方式的實(shí)現(xiàn)DFT-S-OFDM的調(diào)制過程是以長度為的調(diào)制過程是以長度為M的數(shù)據(jù)符號塊為的數(shù)據(jù)符號塊為單位完成的，具體如下：單位完成的，具體如下：1）通過）通過DFT離散傅里葉變換，獲取該時(shí)域離散序列的頻離散傅里葉變換，獲取該時(shí)域離散序列的頻域序列。域序列。2）DFT的輸出信號送入的輸出信號送入N點(diǎn)離散傅里葉反變換點(diǎn)離散傅里葉反變換IDFT中，

17、中，其中其中 ，IDFT多出的那一部分長度用多出的那一部分長度用0補(bǔ)齊。補(bǔ)齊。3）在）在IDFT之后，為避免符號干擾，同樣為該組數(shù)據(jù)添加之后，為避免符號干擾，同樣為該組數(shù)據(jù)添加循環(huán)前綴。循環(huán)前綴。OFDM技術(shù)NM利用利用DFT-S-OFDM以上的特點(diǎn)可以方便地實(shí)現(xiàn)以上的特點(diǎn)可以方便地實(shí)現(xiàn)SC-FDMA多址接入方式。多用戶復(fù)用頻率資源時(shí)，只需要改變不同多址接入方式。多用戶復(fù)用頻率資源時(shí)，只需要改變不同用戶用戶DFT的輸出到的輸出到IDFT輸入的對應(yīng)關(guān)系，就可以實(shí)現(xiàn)多址輸入的對應(yīng)關(guān)系，就可以實(shí)現(xiàn)多址接入，同時(shí)子載波之間保持正交性，避免了多址干擾。接入，同時(shí)子載波之間保持正交性，避免了多址干擾。OF

18、DM技術(shù)基于DFT-S-OFDM的SC-FDMA信號生成方案示意圖數(shù)字音頻廣播（數(shù)字音頻廣播（DAB）是第一個(gè)正式使用是第一個(gè)正式使用OFDM的標(biāo)準(zhǔn)，的標(biāo)準(zhǔn)，1995由由ETSI制定。制定。系統(tǒng)存在的主要問題：系統(tǒng)存在的主要問題：1、信號的時(shí)延大，例如，當(dāng)信號的時(shí)延大，例如，當(dāng)兩個(gè)發(fā)射機(jī)相距兩個(gè)發(fā)射機(jī)相距40km時(shí)，時(shí)延達(dá)到時(shí)，時(shí)延達(dá)到133 s；2、頻、頻譜譜利用率要求高。利用率要求高。！有四種模式，每種模式利用不同組的有四種模式，每種模式利用不同組的OFDM參數(shù)，參數(shù)，其中模式其中模式13適用于特定的頻段，而模式適用于特定的頻段，而模式4可以提供更可以提供更好的覆蓋范圍，但是它更容易受到多

19、普勒頻移的影響。好的覆蓋范圍，但是它更容易受到多普勒頻移的影響。模式模式1適用于地面單頻網(wǎng)絡(luò)；模式適用于地面單頻網(wǎng)絡(luò)；模式2適用于常規(guī)的地面適用于常規(guī)的地面本地廣播；模式本地廣播；模式3適用于衛(wèi)星廣播。具體模式的適用于衛(wèi)星廣播。具體模式的OFDM參數(shù)見下頁。參數(shù)見下頁。OFDM技術(shù)應(yīng)用舉例（1）模式1模式2模式3模式4子載波個(gè)數(shù)1536384192768子載波間隔1kHz4kHz8kHz2kHz符號時(shí)間長度1.246ms311.5 s155.8 s623 s保護(hù)間隔246 s61.5 s30.8 s123 s載波頻率375MHz 1.5GHz 3GHz 1.5GHz發(fā)射機(jī)距離 96km 24k

20、m 12km 48kmDABDAB的四種傳輸模式：的四種傳輸模式：OFDM技術(shù)應(yīng)用舉例（1）無線局域網(wǎng)（無線局域網(wǎng)（WLAN）在新一代在新一代WLAN標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11a和歐洲和歐洲ETSI的的HiperLAN/2中，均采用了中，均采用了OFDM技術(shù)。技術(shù)。IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)工作在標(biāo)準(zhǔn)工作在5GHz頻帶，采用頻帶，采用OFDM調(diào)制技術(shù)，使用基于調(diào)制技術(shù)，使用基于CSMA/CA的分布式媒體接入的分布式媒體接入控制（控制（MAC），速率可達(dá)），速率可達(dá)54Mbit/s。HiperLAN/2標(biāo)準(zhǔn)工作在標(biāo)準(zhǔn)工作在5GHz頻帶，應(yīng)用了頻帶，應(yīng)用了OFDM和鏈路自適應(yīng)技術(shù)，采用基于無

21、線和鏈路自適應(yīng)技術(shù)，采用基于無線ATM的集中式的集中式管理管理MAC ，最高速率可達(dá)，最高速率可達(dá)54Mbit/s，實(shí)際應(yīng)用最，實(shí)際應(yīng)用最低也能保持在低也能保持在20Mbit/s左右。左右。OFDM技術(shù)應(yīng)用舉例（2）移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)資源受限的系統(tǒng)，因此，如何高效地利用有限的無線資源來滿足劇增的用戶需求已經(jīng)成為移動(dòng)通信業(yè)界的一大難題。無線資源管理技術(shù)無線資源管理框架圖： 無線資源管理就是對移動(dòng)通信系統(tǒng)的空中資源的規(guī)劃和調(diào)度，其核心問題是在保證QoS的前提下，提高頻譜利用率，其基本出發(fā)點(diǎn)是在網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)量和時(shí)延分布不均勻、且信道的狀態(tài)因信號衰落和干擾而變化的狀況時(shí)，動(dòng)態(tài)分配和調(diào)整可用的資源。 無線資

22、源管理的限制因素 用戶動(dòng)態(tài)需求 信道動(dòng)態(tài)時(shí)變 用戶位置動(dòng)態(tài)變化無線資源管理技術(shù) 無線資源管理的4類資源 能量資源（如信號功率、能量） 時(shí)間資源（如時(shí)隙、業(yè)務(wù)幀、導(dǎo)頻符號等） 頻率資源（如信號帶寬、保護(hù)頻段、調(diào)制模式等） 空間資源（如天線角度、天線位置等）4G移動(dòng)通信系統(tǒng)1 4G發(fā)展背景2 4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 3 4G空中接口4 4G關(guān)鍵技術(shù) 5 LTE系統(tǒng)的無線接口6 4G增強(qiáng)技術(shù)30LTE系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)FDD幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)該幀結(jié)構(gòu)適用于全雙工和半雙工該幀結(jié)構(gòu)適用于全雙工和半雙工FDD模式。一個(gè)無線幀模式。一個(gè)無線幀長度為長度為10ms，包含，包含10個(gè)子幀。每個(gè)子幀包含個(gè)子幀。每個(gè)子幀包含

23、2個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙長度為個(gè)時(shí)隙長度為0.5ms。LTE系統(tǒng)的無線接口 LTE FDD模式幀結(jié)構(gòu)LTE系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)TDD幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)該幀結(jié)構(gòu)適用于該幀結(jié)構(gòu)適用于TDD模式。如圖模式。如圖9-15所示，每個(gè)無線幀由所示，每個(gè)無線幀由兩個(gè)半幀構(gòu)成，每個(gè)半幀長度為兩個(gè)半幀構(gòu)成，每個(gè)半幀長度為5ms。每個(gè)半幀又由。每個(gè)半幀又由8個(gè)常個(gè)常規(guī)時(shí)隙和規(guī)時(shí)隙和3個(gè)特殊時(shí)隙（個(gè)特殊時(shí)隙（DwPTS、GP、和、和UpPTS）構(gòu)成。）構(gòu)成。LTE系統(tǒng)的無線接口 LTE FDD模式幀結(jié)構(gòu)LTE系統(tǒng)的物理資源塊幀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的物理資源塊幀結(jié)構(gòu)資源粒子（資源粒子（Resource Element，RE）資

24、源粒子組（資源粒子組（Resource Element Group, REG）控制信道粒子（控制信道粒子（Channel Control Element, CCE）資源塊（資源塊（Resource Block, RB）資源塊組（資源塊組（Resource Block Group, RBG）LTE系統(tǒng)的無線接口LTE系統(tǒng)的無線接口物理資源塊的定義4G沿用了UMTS里面的三種信道：LTE系統(tǒng)的無線接口u物理信道：由物理層用于具體信號的傳輸。u傳輸信道：描述的是信息的傳輸方式，即定義了信息是如何傳輸?shù)摹邏輯信道：描述了信息的類型，即定義了傳輸?shù)氖鞘裁葱畔?。LTE系統(tǒng)的信道系統(tǒng)的信道下行信道：LTE

25、系統(tǒng)的無線接口 物理下行共享信道（PDSCH）：承載下行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。 物理廣播信道（PBCH）：承載廣播信息。 物理多播信道（PMCH）：承載多小區(qū)的廣播信息。 物理控制格式指示信道（PCFICH）：用于承載該子幀上控制區(qū)域大小的信息。 物理下行控制信道（PDCCH）：用于承載下行調(diào)度的信息。 物理HARQ指示信道（PHICH）：用于承載對于終端上行數(shù)據(jù)的ACK/NACK反饋信息，和HARQ機(jī)制有關(guān)。 LTE系統(tǒng)的信道系統(tǒng)的信道上行信道：LTE系統(tǒng)的無線接口 物理上行共享信道（PUSCH）：用于承載上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。 物理上行控制信道（PUCCH）：用于承載上行控制信息。 物理隨機(jī)接入信道（PRAC

26、H）：用于承載隨機(jī)接入前道序列的發(fā)送，基站通過對序列的檢測以及后續(xù)的信令交流，建立起上行同步。 LTE系統(tǒng)的信道系統(tǒng)的信道下行物理信道的處理過程下行信道的處理過程：加擾：物理層傳輸?shù)拇a字都要經(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。層映射：將復(fù)數(shù)調(diào)制信號映射到一個(gè)或多個(gè)發(fā)射層。預(yù)編碼：對每個(gè)發(fā)射層的調(diào)制信號進(jìn)行預(yù)編碼，并映射到相應(yīng)的天線端口。下行物理信道的處理過程資源單元映射：將每個(gè)天線端口的復(fù)制調(diào)制信號映射到相應(yīng)的資源單元上。OFDM信號生成：每個(gè)天線端口信號生成OFDM信號。下行信道的調(diào)制方式：物理信道調(diào)制方式物理信道調(diào)制方式PBCHQPSKPCFICHQPSKPDCC

27、HQPSKPHICHQPSKPMCHQPSK,16QAM,64QAMPDSCHQPSK,16QAM,64QAM上行物理信道的處理過程上行信道的處理過程：DFT：將調(diào)制的復(fù)制信號進(jìn)行傅里葉變換。SC-OFDM信號生成：每個(gè)天線端口信號生成SC-OFDM信號。上行物理信道的處理過程上行信道的調(diào)制方式：物理信道調(diào)制方式PUCCHBPSK,QPSKPRACHQPSKPUSCHQPSK,16QAM,64QAM傳輸信道概述 物理層通過傳輸信道向MAC子層或更高層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，傳輸信道特性由傳輸格式定義。傳輸信道描述了數(shù)據(jù)在無線接口上是如何進(jìn)行傳輸?shù)?，以及所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)特征。如：數(shù)據(jù)如何被保護(hù)以防止傳輸錯(cuò)

28、誤，信道編碼類型，CRC保護(hù)或者交織，數(shù)據(jù)包的大小等。傳輸信道也有上下行之分。擴(kuò)散關(guān)系下行共享信道 尋呼信道多播信道用于傳輸下行用戶控制信息或業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。用于發(fā)送給UE的控制信息。用于MBMS用戶控制信息的傳輸。下行傳輸信道用于廣播系統(tǒng)信息和小區(qū)的特定信息。廣播信道上行傳輸信道隨機(jī)接入信道承載有限的控制信息。用于傳輸上行用戶控制信息或業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。上行共享信道邏輯信道概述邏輯信道概述用于傳輸廣播系統(tǒng)控制信息。邏輯信道概述用于傳輸尋呼信息和改變通知消息系統(tǒng)信息。邏輯信道概述該信道為點(diǎn)到多點(diǎn)的下行信道，用于UE接收MBMS業(yè)務(wù)。 邏輯信道概述當(dāng)終端和網(wǎng)絡(luò)間沒有RRC連接時(shí)，終端級別控制信息的傳輸使用該信

29、道。 邏輯信道概述該信道為點(diǎn)到點(diǎn)的雙向信道，用于傳輸終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)存在RRC連接時(shí)的專用控制信息。 邏輯信道概述針對單個(gè)用戶提供點(diǎn)到點(diǎn)的業(yè)務(wù)傳輸。 邏輯信道概述該信道為點(diǎn)到多點(diǎn)的下行信道。用戶只會(huì)使用該信道來接收MBMS業(yè)務(wù)。 三種信道的映射關(guān)系u MAC子層使用邏輯信道與RLC子層進(jìn)行通信，使用傳輸信道與物理層進(jìn)行通信。因此MAC子層負(fù)責(zé)邏輯信道和傳輸信道之間的映射。上行邏輯信道到傳輸信道的映射關(guān)系三種信道的映射關(guān)系下行邏輯信道到傳輸信道的映射關(guān)系三種信道的映射關(guān)系上行傳輸信道到物理信道的映射關(guān)系下行傳輸信道到物理信道的映射關(guān)系LTE系統(tǒng)的物理信號 同步信號用于小區(qū)搜索過程中UE和E-UTR

30、AN的時(shí)頻同步，包含兩個(gè)部分： 主同步信號（Primary Synchronization Signal, PSS）：用于符號定時(shí)對準(zhǔn)、頻率同步以及部分的小區(qū)ID檢測。 次同步信號（Secondary Synchronization Signal, SSS）：用于幀定時(shí)對準(zhǔn)、CP長度檢測以及小區(qū)組ID檢測。下行同步信號下行同步信號LTE系統(tǒng)的物理信號 數(shù)據(jù)解調(diào)參考符號 上行DMRS主要用于上行信道估計(jì)，即eNodeB進(jìn)行相干檢測和解調(diào)時(shí)使用。此外，DMRS還用于上行信道質(zhì)量測量。 信道探測參考信號 SRS為了支持頻率選擇性調(diào)度，需要UE對較大帶寬進(jìn)行探測，通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其實(shí)際傳輸數(shù)據(jù)的帶寬。因此

31、，上行SRS開銷可能很大，為了盡量降低開銷，顯然應(yīng)該選用分布式的RS，采用動(dòng)態(tài)（而不是靜態(tài)的）傳送方式，即信道探測（Sounding）的帶寬不是一個(gè)固定的值（由eNodeB根據(jù)系統(tǒng)帶寬靈活制定）。上行參考信號上行參考信號LTE系統(tǒng)的物理信號 下行參考信號由已知的參考信號構(gòu)成，以RE為單位，即一個(gè)參考信號占用一個(gè)RE，LTE設(shè)計(jì)下行參考符號主要用于三種目的，即下行信道質(zhì)量測量、下行信道估計(jì)（UE進(jìn)行相干檢測和解調(diào)）和小區(qū)搜索。在LTE空中接口標(biāo)準(zhǔn)中，設(shè)計(jì)了3種下行參考信號，分別為小區(qū)特定（Cell Specific）參考符號、MBSFN（Multicast Broadcast Single Fr

32、equency Network）參考符號和用于波速成形的UE特定（UE Specific）參考符號。下行參考信號下行參考信號4G移動(dòng)通信系統(tǒng) 1 4G發(fā)展背景 2 4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 3 4G空中接口 4 4G關(guān)鍵技術(shù) 5 LTE系統(tǒng)的無線接口 6 4G增強(qiáng)技術(shù)594G增強(qiáng)技術(shù)載波聚合(Carrier Aggregation)增強(qiáng)多天線技術(shù)中繼技術(shù)(Relay)協(xié)作式多點(diǎn)傳輸技術(shù)(CoMP)提高數(shù)提高數(shù)據(jù)速率，據(jù)速率，提升系提升系統(tǒng)容量，統(tǒng)容量，改善通改善通信質(zhì)量。信質(zhì)量。載波聚合 載波聚合：即通過聯(lián)合調(diào)度和使用多個(gè)成分載波的上資源，使得4G系統(tǒng)可以支持最大100MHz的帶寬。載波聚合連續(xù)性載波聚合非連續(xù)性載波聚合頻帶內(nèi)不連續(xù)頻帶間不連續(xù)載波聚合 這種非連續(xù)載波聚合可以在基帶層面通過插入“空白子載波”來實(shí)現(xiàn)。對OFDM系統(tǒng)來說：上限20MHz上限100MHz 增強(qiáng)多天線技術(shù)LTELTE-A下行4天線發(fā)送下行8天線發(fā)送，上行4天線發(fā)送單單天天線線發(fā)發(fā)送送（T TM M1 1）發(fā)發(fā)射射分分集集（T TM M2 2）循循環(huán)環(huán)時(shí)時(shí)延延分分集集（T TM M3 3）閉閉環(huán)環(huán)空空間間復(fù)復(fù)用用（T TM M4 4）多多用用戶戶M MI IM MO O（T TM M5 5）單單層層閉閉環(huán)環(huán)空空間間復(fù)復(fù)用用（T TM M6 6）單單流流波波束束賦賦形形（T TM M