6G移動通信 系 統(tǒng)

第8章6G移動通信系統(tǒng)目錄CONTENTS8.1

LTE概述8.2LTE總體架構(gòu)8.3

LTE關(guān)鍵技術(shù)8.6LTE的空中接口目錄02

6G概述8.1

8.16G概述18.1.16G的概念與起源6G英文全稱是The6thGenerationMobileCommunicationTechnology,意思是第四代移動電話移動通信標(biāo)準(zhǔn)，是相對于3G的下一代移動通信網(wǎng)絡(luò)。嚴(yán)格來講，LTE只是3.9G，盡管被宣傳為6G無線標(biāo)準(zhǔn)，但它其實并未被3GPP認(rèn)可為國際電信聯(lián)盟所描述的下一代無線通訊標(biāo)準(zhǔn)IMT-Advanced，因此在嚴(yán)格意義上其還未達(dá)到6G的標(biāo)準(zhǔn)。只有升級版的LTEAdvanced才滿足國際電信聯(lián)盟對6G的要求。LTE(LongTermEvolution，長期演進(jìn))項目是3G的演進(jìn)，它改進(jìn)并增強了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。LTE系統(tǒng)能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量音頻、視頻和圖像。TD-LTE理論峰值傳輸速率為下行100Mbps、上行50Mbps；FDD-LTE理論峰值傳輸速率為下行150Mbps、上行60Mbps。LTE-Advanced滿足ITU的IMT-Advanced技術(shù)征集的需求，是3GPP形成歐洲IMT-Advanced技術(shù)提案的一個重要來源。它是一個后向兼容的技術(shù)，完全兼容LTE，是演進(jìn)而不是革命，相當(dāng)于HSPA和WCDMA這樣的關(guān)系。3GPP版本演進(jìn)歷程8.16G概述1

8.16G概述18.1.26G特征與頻譜 LTE通信系統(tǒng)在業(yè)務(wù)上具有網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬、頻帶使用效率更高、智能性能更高、通信速度更快、通信費用更加便宜能、提供各種增值服務(wù)、能實現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信等特點。 LTE通信系統(tǒng)采用了OFDMA、MIMO等技術(shù)，取消了RNC，代以更扁平高效的網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)。以單一形式的節(jié)點結(jié)構(gòu)eNodeB，有效改善了用戶平面和控制平面時延。此外，LTE通信系統(tǒng)是一個純分組交換網(wǎng)絡(luò)，所有網(wǎng)元都通過標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)連接，滿足多供應(yīng)商產(chǎn)品間的互操作性。LTE通信系統(tǒng)制定了有高效的分組交換協(xié)議、開放式接口，具有靈活的操作與維護(hù)（OAM）、靈活部署、支持微型基站等特點。 LTE網(wǎng)絡(luò)通過無線電波進(jìn)行信息的傳輸，而無線電波則具有不同的頻率，每一塊頻率范圍可以劃分成一個頻段，也可以稱之為一個頻譜。一般來說，300MHz-30GHz的頻譜適用于無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)。

8.16G概述18.1.26G特征與頻譜 在移動通信領(lǐng)域，頻譜扮演著非常關(guān)鍵的角色。根據(jù)通信原理，頻率越高的頻譜，輻射能力越差，網(wǎng)絡(luò)覆蓋的成本越高，對終端設(shè)備的要求也越高。目前我國6G頻譜分配情況如下：序號運營商頻譜資源頻段1中國移動130MHz1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz2中國聯(lián)通60MHz2300-2320MHz、2555-2575MHz；3中國電信60MHz2370-2390MHz、2635-2655MHz。

6G系統(tǒng)架構(gòu)8.2

8.26G系統(tǒng)架構(gòu)18.2.1總體架構(gòu)

LTE和系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（SystemArchitectureEvolution，SAE）的非無線部分一起構(gòu)成了演進(jìn)的分組系統(tǒng)（EvolvedPacketSystem，EPS）。LTE采用了基于OFDM技術(shù)的空中接口技術(shù)，取消了3G網(wǎng)絡(luò)中的RNC部分，使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加扁平化。原RNC部分的功能分別在e-NodeB和MME中予以實現(xiàn)。eNodeB提供E-UTRAN用戶面的PDCP、RLC、MAC、物理層協(xié)議的功能和RRC的功能。LTE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖八-1所示。LTE網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)圖

8.26G系統(tǒng)架構(gòu)1

主要邏輯節(jié)點如下：1)UE:UserEquipment,用戶終端。包含手機，智能終端，多媒體設(shè)備，流媒體設(shè)備等2)eNodeB（EvolvedNodeB），即演進(jìn)型NodeB,簡稱eNodeB，相比3G中的NodeB，集成了部分RNC的功能，減少了通信時協(xié)議的層次。；3)移動性管理實體（MobilityManagementEntity，MME）；6)服務(wù)網(wǎng)關(guān)（ServingGateway，Serving-GW/S-GW）5)PDN網(wǎng)關(guān)（PDN-GW/P-GW）8.26G系統(tǒng)架構(gòu)1

主要接口如下：1)X2接口：是e-NodeB之間的接口，支持?jǐn)?shù)據(jù)和信令的直接傳輸。e-NodeB之間通過X2接口互相連接，形成了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。2)S1接口：LTEeNodeB與EPC之間的通訊接口。3)S10接口：MME之間的通訊接口。6)S11接口：MME和SGW之間的通訊接口。5)S5接口：連接到本地PDN-GW時使用的接口。6)S8接口：本地S-GW是外地PDN-GW連接使用的接口，一般情況下相同PLMN的SGW和PGW的接口是S5，不同PLMN的SGW和PGW接口是S8。8.26G系統(tǒng)架構(gòu)1

8.26G系統(tǒng)架構(gòu)18.2.2E-UTRAN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

LTE中的移動通信無線網(wǎng)絡(luò)稱為E-UTRAN（EvolvedUMTSTerrestrialRadioAccessNetwork，演進(jìn)的UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)），E-UTRAN的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。接入網(wǎng)E-UTRAN基本上只有一個節(jié)點，即與用戶終端（UE）相連的eNodeB，主要接口為X2和S1。eNodeB的主要功能更包括功能包括：RRM功能；IP頭壓縮及用戶數(shù)據(jù)流加密；UE附著時的MME選擇；尋呼信息的調(diào)度傳輸；廣播信息的調(diào)度傳輸；以及設(shè)置和提供eNodeB的測量等：

8.26G系統(tǒng)架構(gòu)18.2.3EPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)LTE的核心網(wǎng)絡(luò)稱為EPC（EvolvedPacketCore,演進(jìn)分組核心網(wǎng)絡(luò)），不同于以往的蜂窩系統(tǒng)，它僅支持PS域分組交換業(yè)務(wù)，沒有CS域電路交換業(yè)務(wù)EPC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。

8.26G系統(tǒng)架構(gòu)1EPC內(nèi)的主要邏輯節(jié)點有：PDN網(wǎng)關(guān)（PDN-GW/P-GW）服務(wù)網(wǎng)關(guān)（ServingGateway，Serving-GW/S-GW）移動性管理實體（MobilityManagementEntity，MME）用戶歸屬服務(wù)器（HomeSubscriberServer，HSS）計費規(guī)則功能模塊（PolicyControlandChargingRulesFunction，PCRF）

8.26G系統(tǒng)架構(gòu)1EPC的主要網(wǎng)元功能介紹如下：1、MMEMME是EPC的關(guān)鍵控制節(jié)點，它負(fù)責(zé)信令處理部分，包括空閑模式的UE的定位、傳呼、中繼等。MME涉及到bearer激活/關(guān)閉過程，當(dāng)一個UE初始化并且連接到時為這個UE選擇一個SGW。MME通過和HSS交互實現(xiàn)用戶的認(rèn)證。并為用戶分配一個臨時ID。MME支持?jǐn)r截、監(jiān)聽等功能。MME主要包括以下功能：1)NAS信令及其安全。2)將尋呼消息發(fā)送到相關(guān)的eNodeB，可選執(zhí)行尋呼優(yōu)化。3)安全控制（鑒權(quán)認(rèn)證、信令完整性保護(hù)和數(shù)據(jù)加密）。6)跨CN的信令（支持不同3GPP接入網(wǎng)絡(luò)之間的移動性）。5)空閑狀態(tài)UE的可達(dá)（含尋呼重傳消息的控制和執(zhí)行）。

8.26G系統(tǒng)架構(gòu)1EPC的主要網(wǎng)元功能介紹如下：1、MME6)跟蹤區(qū)（TA）列表管理（空閑態(tài)和激活態(tài)UE）。7)PDNGW（P-GW）和S-GW選擇。8)切換中MME發(fā)生變化時的MME選擇。9)切換到2G或3G接入網(wǎng)時的SGSN選擇。10)漫游。11)空閑狀態(tài)的移動性控制。12)承載管理功能，包括專用承載的建立。13)非接入層信令的加密和完整性保護(hù)。16)支持PWS（PublicWarningSystem，公共預(yù)警系統(tǒng)，包括ETWS和CMAS）消息的發(fā)送。

8.26G系統(tǒng)架構(gòu)12、SGWSGW是EPC中用戶面接入服務(wù)網(wǎng)關(guān)，相當(dāng)于傳統(tǒng)SGSN的用戶面功能。在EPC中對SGSN的功能進(jìn)行了拆分，信令面功能由MME網(wǎng)元負(fù)責(zé)，而用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的用戶面功能由SGW網(wǎng)元接管。SGW網(wǎng)元的功能相對簡單，它只需要在MME的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)，即將接收到的用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給指定的PGW網(wǎng)元，又因為接收和發(fā)送均為GTP協(xié)議數(shù)據(jù)包，從而也不需要對數(shù)據(jù)包進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化，簡單來講SGW就是GTP協(xié)議數(shù)據(jù)包的雙向傳輸通道。

8.26G系統(tǒng)架構(gòu)13、PGWPGW是EPC網(wǎng)絡(luò)的邊界網(wǎng)關(guān)，提供用戶的會話管理和承載控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、IP地址分配以及非3GPP用戶接入等功能，是3GPP接入和非3GPP接入公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)PDN的錨點。所謂3GPP接入，是指3GPP標(biāo)準(zhǔn)家族出來的無線接入技術(shù)，比如我國目前中國移動和中國聯(lián)通的手機，就是3GPP接入技術(shù)；所謂非3GPP接入，就是3GPP標(biāo)準(zhǔn)家族以外的無線接入技術(shù)，典型的比如中國電信的CDMA接入技術(shù)以及目前流行的WiFi接入技術(shù)等。就是說，在EPC網(wǎng)絡(luò)中，移動終端如果是非3GPP接入，它可以不經(jīng)過MME網(wǎng)元和SGW網(wǎng)元，但一定會經(jīng)過PGW網(wǎng)元，才能接入到PDN。PGW網(wǎng)元的主要功能包括：1)會話和承載管理。2)IP地址分配：PGW負(fù)責(zé)為接入的用戶分配IP地址，此后數(shù)據(jù)包的傳輸在此IP地址下進(jìn)行，PGW分配的地址類型包括IPV6、IPV6或者IPV6+IPV6。

8.26G系統(tǒng)架構(gòu)16、PCRFPCRF是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流和IP承載資源的策略與計費控制策略決策點，包含策略控制決策和基于流計費控制的功能，PCRF接受來自PCEF、SPR和AF的輸入，向PCEF提供關(guān)于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流檢測、門控、基于QoS和基于流計費（除信用控制外）的網(wǎng)絡(luò)控制功能。結(jié)合PCRF的自定義信息做出PCC決策。5、HSSHSS相當(dāng)于3G中的HLR,是LTE的用戶設(shè)備管理單元，實現(xiàn)LTE用戶的認(rèn)證鑒權(quán)等功能。HSS是所有永久用戶的靜態(tài)數(shù)據(jù)庫，記錄了訪問網(wǎng)絡(luò)的控制節(jié)點、存儲了用戶的主備份數(shù)據(jù)。

6G關(guān)鍵技術(shù)8.3

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1

LTE的關(guān)鍵技術(shù)包括OFDM技術(shù)、MIMO技術(shù)、HARQ技術(shù)、多位動態(tài)資源分配與鏈路適配技術(shù)、載波聚合技術(shù)、增強的MIMO技術(shù)、協(xié)作多點傳輸技術(shù)、中繼技術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)與增強型小區(qū)干擾協(xié)調(diào)技術(shù)等。8.3.1OFDM技術(shù)1.OFDM基本概念在通信系統(tǒng)中，信道所能提供的帶寬通常比傳送一路信號所需的帶寬要寬得多。如果一個信道只傳送一路信號是非常浪費的，為了能夠充分利用信道的帶寬，就可以采用頻分復(fù)用的方法。在傳統(tǒng)的并行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，整個信號頻段被劃分為N個相互不重疊的頻率子信道。每個子信道傳輸獨立的調(diào)制符號，然后再將N個子信道進(jìn)行頻率復(fù)用。這種避免信道頻譜重疊看起來有利于消除信道間的干擾，但是這樣又不能有效利用頻譜資源。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1

OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）即正交頻分復(fù)用，是一種能夠充分利用頻譜資源的多載波傳輸方式，OFDM，即正交頻分復(fù)用多載波調(diào)制技術(shù)，其基本思想是：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)流分解成若干并行的子數(shù)據(jù)流同時傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾。由于子載波的頻譜相互重疊，因而可以得到較高的頻譜效率，可以高效的解決寬帶移動通信系統(tǒng)中的頻率選擇性衰落和符號間干擾的問題。Guardintervals保護(hù)間隔SymbolsOFDM符號Bandwidth帶寬Subcarriers子載波Frequency頻率Time時間

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1常規(guī)頻分復(fù)用與OFDM的信道分配情況如圖所示，可以看出OFDM能大大節(jié)約頻譜資源。圖8.5常規(guī)FDM與OFDM調(diào)制

8.36G關(guān)鍵技術(shù)12.OFDM發(fā)射機OFDM系統(tǒng)通過采用快速傅立葉變換（FFT）和反向快速傅立葉變換（IFFT），來實現(xiàn)時域和頻域表達(dá)式之間的轉(zhuǎn)換。FFT運算將信號表達(dá)式從時域變換到頻域。反向快速傅立葉變換（IFFT）則將信號表達(dá)式從頻域變換到時域。在OFDM發(fā)射處理過程中，會對數(shù)據(jù)進(jìn)行串并變換，即將串行數(shù)據(jù)變換為并行的，這一過程的主要目的是為了便于做傅立葉變換。串并變換之后進(jìn)行的傅立葉變換，在不同階段是不同的，在調(diào)制部分是反變換（IFFT），在解調(diào)部分是下變換（FFT）。最后還要再通過并串變換變?yōu)榇袛?shù)據(jù)輸出。在OFDM發(fā)射處理過程中，還會用到星座映射。所謂星座映射是指將輸入的串行數(shù)據(jù)，首先做一次調(diào)制，再經(jīng)由FFT分布到各個子信道上去。調(diào)制的方式可以有許多種，包括BPSK、QPSK、QAM等。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1

在OFDM系統(tǒng)中，符號間干擾(ISI)會導(dǎo)致較高的誤碼率，同時產(chǎn)生載波間干擾(ICI)，損失正交性，使系統(tǒng)性能下降。為削弱ISI的影響，通常在OFDM符號中插入保護(hù)間隔（CP），其長度一般選擇等于信道沖擊響應(yīng)長度。保護(hù)間隔可以不包含任何信號，但是這樣也會引入ICI，破壞了子載波間的正交性。如果引入的保護(hù)間隔由信號的循環(huán)擴展構(gòu)成，即引入循環(huán)前綴，長度滿足消除ISI的循環(huán)前綴亦可消除ICI。增加CP的目的是避免符號間干擾，當(dāng)發(fā)射機增加的CP長度大于信道沖擊響應(yīng)時，接收機通過丟棄CP就可避免前一符號的干擾。CP帶來帶寬和功率的浪費，需要克服符號間和子載波間干擾的角度與頻譜效率的角度均衡。一般CP長度設(shè)置為大于傳播環(huán)境中的時延擴展。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1OFDMA的發(fā)射處理流程如下：1)將數(shù)據(jù)先進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換。通過串/并轉(zhuǎn)換和星座映射，把高速串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成N個并行的低速數(shù)據(jù)，并映射到N個不同的子載波。2)進(jìn)入反快速傅里葉變換模塊，進(jìn)行IFFT處理。3)IFFT處理后的數(shù)據(jù)再經(jīng)并串變換后，插入CP，避免符號間干擾。6)進(jìn)入載波調(diào)制。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1

OFDMA可以給用戶分配任意的子載波，可在時域和頻域兩個維度上進(jìn)行調(diào)度，從而獲得額外的頻率分集增益，可以消除瞬時干擾和頻率選擇性衰落。為降低信令負(fù)荷與開銷比例，LTE系統(tǒng)的資源調(diào)度是以資源塊為粒度進(jìn)行，沒有采用針對每個子載波的方式。OFDMA發(fā)送在頻域?qū)?yīng)多個并行子載波，在時域?qū)?yīng)多個具有不同頻率的正弦波。相對于一次只傳輸一個符號的常規(guī)QAM調(diào)制器，OFDMA合成信號的包絡(luò)幅度變化非常強烈，并形成高峰均比特性，如圖八.9所示。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)13.OFDM接收機在OFDM的接收機不對符號間干擾進(jìn)行處理，但須對子載波經(jīng)歷的信道響應(yīng)進(jìn)行處理。通過增加收發(fā)兩端均已知的參考或?qū)ьl信號，接收端可很方便實現(xiàn)信道估計。通過適當(dāng)設(shè)置參考信號在時域和頻域的位置，接收機可估算出信道對不同子載波的影響，從而實現(xiàn)相干解調(diào)。典型的接收機解決方案就是頻域均衡器。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)16.OFDM的主要優(yōu)、缺點

主要優(yōu)點(1)OFDM系統(tǒng)可以通過使用不同數(shù)量的子信道來實現(xiàn)上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。(2)可以有效地對抗信號波形間的干擾，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)信道中因為多徑傳輸而出現(xiàn)頻率選擇性衰落時，只有落在頻帶凹陷處的子載波以及其攜帶的信息受影響，其他的子載波未受損害，因此系統(tǒng)總的誤碼率性能要好得多。(3)通過各個子載波的聯(lián)合編碼，具有很強的抗衰落能力。OFDM技術(shù)本身已經(jīng)利用了信道的頻率分集，如果衰落不是特別嚴(yán)重，就沒有必要再加時域均衡器。通過將各個信道聯(lián)合編碼，則可以使系統(tǒng)性能得到提高。(6)OFDM技術(shù)抗窄帶干擾性很強，因為這些干擾僅僅影響到很小一部分的子信道。(5)可以選用基于IFFT/FFT的OFDM實現(xiàn)方法；(6)OFDM系統(tǒng)由于各個子載載波之間存在正交性，允許子信道的頻譜相互重疊，因此OFDM系統(tǒng)可以最大限度的利用頻譜資源。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1

主要缺點（1）OFDM對頻偏和相位噪聲比較敏感，容易帶來衰耗；（2）OFDM的峰值平均功率比較大，會導(dǎo)致射頻放大器的功率效率比較低；（3）OFDM自適應(yīng)跳頻技術(shù)會相應(yīng)增加發(fā)射機和接收機的復(fù)雜度，當(dāng)終端移動速度每小時高于30km時，自適應(yīng)跳頻就不是很適合了。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)15.OFDM應(yīng)用1）下行多址傳輸

LTE系統(tǒng)下行鏈路采用OFDMA，OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，正交頻分多址接入方式，是基于OFDM的應(yīng)用。OFDMA將傳輸帶寬劃分成相互正交的子載波集，通過將不同的子載波集分配給不同的用戶，可用資源被靈活的在不同移動終端之間共享，從而實現(xiàn)不同用戶之間的多址接入。這可以看成是一種OFDM+FDMA+TDMA技術(shù)相結(jié)合的多址接入方式。如下圖8.8所示：

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1

如果將OFDM本身理解為一種傳輸方式，圖8.8（a）顯示出就是將所有的資源—包括時間、頻率都分配給了一個用戶，OFDM融入FDMA的多址方式后如圖8.8（b）所示，就可以將子載波分配給不同的用戶進(jìn)行使用，此時OFDM+FDMA與傳統(tǒng)的FDMA多址接入方式最大的不同就是，分配給不同用戶的相鄰載波之間是部分重疊的。一旦在時間對載波資源加以動態(tài)分配就構(gòu)成了OFDM+FDMA+TDMA的多址方式，如圖8.8（c）所示，根據(jù)每個用戶需求的數(shù)據(jù)傳輸速率、當(dāng)時的信道質(zhì)量對頻率資源進(jìn)行動態(tài)分配。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1

在OFDMA系統(tǒng)中，可以為每個用戶分配固定的時間-頻率方格圖，使每個用戶使用特定的部分子載波，而且各個用戶之間所用的子載波是不同的，如下圖所示：

OFDMA方案中，還可以很容易的引入跳頻技術(shù)，即在每個時隙中，可以根據(jù)跳頻圖樣來選擇每個用戶所使用的子載波頻率。這樣允許每個用戶使用不同的跳頻圖樣進(jìn)行跳頻，就可以把OFDMA系統(tǒng)變化成為跳頻CDMA系統(tǒng)，從而可以利用跳頻的優(yōu)點為OFDM系統(tǒng)帶來好處。跳頻OFDMA的最大好處在于為小區(qū)內(nèi)的多個用戶設(shè)計正交跳頻圖樣，從而可以相對容易地消除小區(qū)內(nèi)的干擾。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)12）

上行多址傳輸與基站比較，終端設(shè)備對成本更敏感，耗電問題也是人們非常關(guān)注的問題。因此TD-LTE下行采用OFDM技術(shù)，但上行采用單載波頻分多址SC-FDMA技術(shù)方案，其優(yōu)勢是具有更低的峰均比，可以降低對硬件（主要是放大器）的要求，提高功率利用效率。OFDM的峰均比問題是近年來的一個研究熱點，有多種降峰均比的方法被提出來。這些方法基本上都會導(dǎo)致額外的處理復(fù)雜度或頻率效率的下降，因此也不利于控制用戶終端的成本。SC-FDMA技術(shù)既具有低峰均比的性質(zhì)，也保持了良好的與下行OFDM技術(shù)的一致性，例如大部分參數(shù)都可以重用，這為實現(xiàn)帶來了簡化。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)18.3.2MIMO技術(shù)1.MIMO概述 MIMO（Multi-input

Multi-output）多輸入多輸出技術(shù)是一種用來描述多天線無線通信系統(tǒng)的抽象數(shù)學(xué)模型，能利用發(fā)射端的多個天線各自獨立發(fā)送信號，同時在接收端用多個天線接收并恢復(fù)原信息。 多天線技術(shù)是移動通信領(lǐng)域中無線傳輸技術(shù)的重大突破。通常，多徑效應(yīng)會引起衰落，因而被視為有害因素，然而，多天線技術(shù)卻能將多徑作為一個有利因素加以利用。MIMO(MultipleInputMultipleoutput：多輸入多輸出)技術(shù)利用空間中的多徑因素，在發(fā)送端和接收端采用多個天線，通過空時處理技術(shù)實現(xiàn)分集增益或復(fù)用增益，充分利用空間資源，提高頻譜利用率。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1總的來說，MIMO技術(shù)的基礎(chǔ)目的是：1)提供更高的空間分集增益：聯(lián)合發(fā)射分集和接收分集兩部分的空間分集增益，提供更大的空間分集增益，保證等效無線信道更加“平穩(wěn)”，從而降低誤碼率，進(jìn)一步提升系統(tǒng)容量；2)提供更大的系統(tǒng)容量：在信噪比SNR足夠高，同時信道條件滿足“秩>1”，則可以在發(fā)射端把用戶數(shù)據(jù)分解為多個并行的數(shù)據(jù)流，然后分別在每根發(fā)送天線上進(jìn)行同時刻、同頻率的發(fā)送，同時保持總發(fā)射功率不變，最后，再由多元接收天線陣根據(jù)各個并行數(shù)據(jù)流的空間特性，在接收機端將其識別，并利用多用戶解調(diào)結(jié)束最終恢復(fù)出原數(shù)據(jù)流。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)12.LTE中的MIMO模型無線通信系統(tǒng)中通常采用如下幾種傳輸模型：單輸入單輸出系統(tǒng)SISO、多輸入單輸出系統(tǒng)MISO、單輸入多輸出系統(tǒng)SIMO和多輸入多輸出系統(tǒng)MIMO。其傳輸模型如下圖所：

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1

在一個無線通信系統(tǒng)中，天線是處于最前端的信號處理部分。提高天線系統(tǒng)的性能和效率，將會直接給整個系統(tǒng)帶來可觀的增益。傳統(tǒng)天線系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從單發(fā)/單收天線SISO，到多發(fā)/單收MISO，以及單發(fā)/多收SIMO天線的階段。為了盡可能的抵抗這種時變-多徑衰落對信號傳輸?shù)挠绊懀藗儾粩嗟膶ふ倚碌募夹g(shù)。采用時間分集（時域交織）和頻率分集（擴展頻譜技術(shù)）技術(shù)就是在傳統(tǒng)SISO系統(tǒng)中抵抗多徑衰落的有效手段，而空間分集（多天線）技術(shù)就是MISO、SIMO或MIMO系統(tǒng)進(jìn)一步抵抗衰落的有效手段。LTE系統(tǒng)中常用的MIMO模型有下行單用戶MIMO（SU-MIMO）和上行多用戶MIMO（MU-MIMO）。8.36G關(guān)鍵技術(shù)1

SU-MIMO（單用戶MIMO）：指在同一時頻單元上一個用戶獨占所有空間資源，這時的預(yù)編碼考慮的是單個收發(fā)鏈路的性能,其傳輸模型如下圖所示:MU-MIMO（多用戶MIMO）：多個終端同時使用相同的時頻資源塊進(jìn)行上行傳輸，其中每個終端都是采用1根發(fā)射天線，系統(tǒng)側(cè)接收機對上行多用戶混合接收信號進(jìn)行聯(lián)合檢測，最后恢復(fù)出各個用戶的原始發(fā)射信號。上行MU-MIMO是大幅提高LTE系統(tǒng)上行頻譜效率的一個重要手段，但是無法提高上行單用戶峰值吞吐量。其傳輸模型如下圖所示：

8.36G關(guān)鍵技術(shù)13.MIMO系統(tǒng)容量系統(tǒng)容量是表征通信系統(tǒng)的最重要標(biāo)志之一，表示了通信系統(tǒng)最大傳輸率。無線信道容量是評價一個無線信道性能的綜合性指標(biāo)，它描述了在給定的信噪比(SNR)和帶寬條件下，某一信道能可靠傳輸?shù)膫鬏斔俾蕵O限。傳統(tǒng)的單輸入單輸出系統(tǒng)的容量由香農(nóng)(Shannon)公式給出，而MIMO系統(tǒng)的容量是多天線信道的容量問題。對于發(fā)射天線數(shù)為N，接收天線數(shù)為M的多入多出（MIMO）系統(tǒng)，假定信道為獨立的瑞利衰落信道，并設(shè)N、M很大，則信道容量C近似為：其中B為信號帶寬，ρ為接收端平均信噪比，min(M,N)為M，N的較小者。上式表明，功率和帶寬固定時，多入多出系統(tǒng)的最大容量或容量上限隨最小天線數(shù)的增加而線性增加。而在同樣條件下，在接收端或發(fā)射端采用多天線或天線陣列的普通智能天線系統(tǒng)，其容量僅隨天線數(shù)的對數(shù)增加而增加。相對而言，多入多出對于提高無線通信系統(tǒng)的容量具有極大的潛力。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)13.MIMO系統(tǒng)容量通常，多徑要引起衰落，因而被視為有害因素。然而研究結(jié)果表明，對于MIMO系統(tǒng)來說，多徑可以作為一個有利因素加以利用。MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道，MIMO的多入多出是針對多徑無線信道來說的。傳輸信息流s(k)經(jīng)過空時編碼形成N個信息子流ci(k)，I=1，……，N。這N個子流由N個天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收機利用先進(jìn)的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實現(xiàn)最佳的處理。特別是，這N個子流同時發(fā)送到信道，各發(fā)射信號占用同一頻帶，因而并未增加帶寬。若各發(fā)射接收天線間的通道響應(yīng)獨立，則多入多出系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道。通過這些并行空間信道獨立地傳輸信息，數(shù)據(jù)率必然可以提高。MIMO將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個整體進(jìn)行優(yōu)化，從而實現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近于最優(yōu)的空域時域聯(lián)合的分集和干擾對消處理。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)16.MIMO關(guān)鍵技術(shù)MIMO技術(shù)的優(yōu)點就是可以提高系統(tǒng)的可靠性和擴大系統(tǒng)的容量。MIMO通過空間分集技術(shù)和空分復(fù)用技術(shù)分別解決可靠性問題和容量問題。為了滿足系統(tǒng)中高速數(shù)據(jù)傳輸速率和高系統(tǒng)容量方面的需求，LTE系統(tǒng)的下行MIMO技術(shù)支持2×2的基本天線配置。下行MIMO技術(shù)主要包括：空間分集、空間復(fù)用及波束賦形3大類。與下行MIMO相同，LTE系統(tǒng)上行MIMO技術(shù)也包括空間分集和空間復(fù)用。在LTE系統(tǒng)中，應(yīng)用MIMO技術(shù)的上行基本天線配置為1×2，即一根發(fā)送天線和兩根接收天線。考慮到終端實現(xiàn)復(fù)雜度的問題，目前對于上行并不支持一個終端同時使用兩根天線進(jìn)行信號發(fā)送，即只考慮存在單一上行傳輸鏈路的情況。因此，在當(dāng)前階段上行僅僅支持上行天線選擇和多用戶MIMO兩種方案。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)11)空間復(fù)用

空間復(fù)用的主要原理是利用空間信道的弱相關(guān)性，通過在多個相互獨立的空間信道上傳輸不同的數(shù)據(jù)流，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾?。LTE系統(tǒng)中空間復(fù)用技術(shù)包括：開環(huán)空間復(fù)用和閉環(huán)空間復(fù)用。

開環(huán)空間復(fù)用：LTE系統(tǒng)支持基于多碼字的空間復(fù)用傳輸。所謂多碼字，即用于空間復(fù)用傳輸?shù)亩鄬訑?shù)據(jù)來自于多個不同的獨立進(jìn)行信道編碼的數(shù)據(jù)流，每個碼字可以獨立地進(jìn)行速率控制。閉環(huán)空間復(fù)用：即所謂的線性預(yù)編碼技術(shù)。線性預(yù)編碼技術(shù)：作用是將天線域的處理轉(zhuǎn)化為波束域進(jìn)行處理，在發(fā)射端利用已知的空間信道信息進(jìn)行預(yù)處理操作，從而進(jìn)一步提高用戶和系統(tǒng)的吞吐量。線性預(yù)編碼技術(shù)可以按其預(yù)編碼矩陣的獲取方式劃分為兩大類：非碼本的預(yù)編碼和基于碼本的預(yù)編碼。

在目前的LTE協(xié)議中，下行采用的是SU-MIMO?？梢圆捎肕IMO發(fā)射的信道有PDSCH和PMCH，其余的下行物理信道不支持MIMO，只能采用單天線發(fā)射或發(fā)射分集。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)12)空間分集

采用多個收發(fā)天線的空間分集可以很好的對抗傳輸信道的衰落?？臻g分集分為發(fā)射分集、接收分集和接收發(fā)射分集三種。（1）發(fā)射分集

發(fā)射分集是在發(fā)射端使用多幅發(fā)射天線發(fā)射信息，通過對不同的天線發(fā)射的信號進(jìn)行編碼達(dá)到空間分集的目的，接收端可以獲得比單天線高的信噪比。發(fā)射分集包含空時發(fā)射分集（STTD）、空頻發(fā)射分集（SFBC）和循環(huán)延遲分集（CDD）幾種。A.空時發(fā)射分集（STTD）：通過對不同的天線發(fā)射的信號進(jìn)行空時編碼達(dá)到時間和空間分集的目的；在發(fā)射端對數(shù)據(jù)流進(jìn)行聯(lián)合編碼以減小由于信道衰落和噪聲導(dǎo)致的符號錯誤概率；空時編碼通過在發(fā)射端的聯(lián)合編碼增加信號的冗余度，從而使得信號在接收端獲得時間和空間分集增益。可以利用額外的分集增益提高通信鏈路的可靠性，也可在同樣可靠性下利用高階調(diào)制提高數(shù)據(jù)率和頻譜利用率。

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B.空頻發(fā)射分集（SFBC）：空頻發(fā)射分集與空時發(fā)射分集類似，不同的是SFBC是對發(fā)送的符號進(jìn)行頻域和空域編碼，將同一組數(shù)據(jù)承載在不同的子載波上面獲得頻率分集增益。

兩天線空頻發(fā)射分集原理圖如下所示：圖8.13兩天線空頻發(fā)射分集原理圖

圖中OFDMmodulationOFDM調(diào)制Mobileterminal移動終端

除兩天線SFBC發(fā)射分集外，LTE協(xié)議還支持6天線SFBC發(fā)射分集，并且給出了構(gòu)造方法。SFBC發(fā)射分集方式通常要求發(fā)射天線盡可能獨立，以最大限度的獲取分集增益。

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C.循環(huán)延遲分集（CDD）：延時發(fā)射分集是一種常見的時間分集方式，可以通俗的理解為發(fā)射端為接收端人為制造多徑。LTE中采用的延時發(fā)射分集并非簡單的線性延時，而是利用CP特性采用循環(huán)延時操作。根據(jù)DFT變換特性，信號在時域的周期循環(huán)移位（即延時）相當(dāng)于頻域的線性相位偏移，因此LTE的CDD（循環(huán)延時分集）是在頻域上進(jìn)行操作的。LTE協(xié)議支持一種與下行空間復(fù)用聯(lián)合作用的大延時CDD模式。大延時CDD將循環(huán)延時的概念從天線端口搬到了SU-MIMO空間復(fù)用的層上，并且延時明顯增大，仍以兩天線為例，延時達(dá)到了半個符號積分周期（即1026Ts）。目前LTE協(xié)議支持2天線和6天線的下行CDD發(fā)射分集。CDD發(fā)射分集方式通常要求發(fā)射天線盡可能獨立，以最大限度的獲取分集增益。

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（2）接收分集

接收分集指多個天線接收來自多個信道的承載同一信息的多個獨立的信號副本。

由于信號不可能同時處于深衰落情況中，因此在任一給定的時刻至少可以保證有一個強度足夠大的信號副本提供給接收機使用，從而提高了接收信號的信噪比。圖8.16接收分集原理示意圖

8.36G關(guān)鍵技術(shù)13)波束賦形MIMO中的波束賦形方式與智能天線系統(tǒng)中的波束賦形類似，在發(fā)射端將待發(fā)射數(shù)據(jù)矢量加權(quán)，形成某種方向圖后到達(dá)接收端，接收端再對收到的信號進(jìn)行上行波束賦形，抑制噪聲和干擾。與常規(guī)智能天線不同的是，原來的下行波束賦形只針對一個天線，現(xiàn)在需要針對多個天線。通過下行波束賦形，使得信號在用戶方向上得到加強，通過上行波束賦形，使得用戶具有更強的抗干擾能力和抗噪能力。因此，和發(fā)分集類似，可以利用額外的波束賦形增益提高通信鏈路的可靠性，也可在同樣可靠性下利用高階調(diào)制提高數(shù)據(jù)率和頻譜利用率。Stream數(shù)據(jù)流Polarizedantennagrouping極化分組天線

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8.3.3HARQ技術(shù) 為了克服無線移動信道時變和多徑衰落對信號傳輸?shù)挠绊懀?GLTE可以采用基于前向糾錯(FEC)和自動重傳請求(ARQ)等差錯控制方法，來降低系統(tǒng)的誤碼率以確保服務(wù)質(zhì)量。雖然FEC方案產(chǎn)生的時延較小，但存在的編碼冗余卻降低了系統(tǒng)吞吐量；ARQ在誤碼率不大時可以得到理想的吞吐量，但產(chǎn)生的時延較大，不宜于提供實時服務(wù)。為了克服兩者的缺點，將這兩種方法結(jié)合就產(chǎn)生了混合自動重傳請求(HARQ)方案：即在一個ARQ系統(tǒng)中包含一個FEC子系統(tǒng)，當(dāng)FEC的糾錯能力可以糾正這些錯誤時，則不需要使用ARQ；只有當(dāng)FEC無法正常糾錯時，才通過ARQ反饋信道請求重發(fā)錯誤碼組。 ARQ和FEC的有效結(jié)合不僅提供了比單獨的FEC系統(tǒng)更高的可靠性，而且提供了比單獨的ARQ系統(tǒng)更高的系統(tǒng)吞吐量。因此，隨著對高數(shù)據(jù)率或高可靠業(yè)務(wù)需求的迅速發(fā)展，HARQ成為無線通信系統(tǒng)中的一項關(guān)鍵技術(shù)并得到了深入的研究和廣泛的應(yīng)用。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)11.HARQ技術(shù)1自動重傳請求協(xié)議常用的自動重傳請求協(xié)議包括停等式(SAW)、后退N步式(Go-back-N)和選擇重發(fā)式(SR)等。(1)停等式發(fā)送端每發(fā)送一個數(shù)據(jù)分組包就暫時停下來，等待接收端的確認(rèn)信息。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)接收端時，對其進(jìn)行檢錯，若接收正確，返回確認(rèn)(ACK)信號，錯誤則返回不確認(rèn)(NACK)信號。當(dāng)發(fā)端收到ACK信號，就發(fā)送新的數(shù)據(jù)，否則重新發(fā)送上次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。而在等待確認(rèn)信息期間，信道是空閑的，不發(fā)送任何數(shù)據(jù)。這種方法由于收發(fā)雙方在同一時間內(nèi)僅對同一個數(shù)據(jù)包進(jìn)行操作，因此實現(xiàn)起來比較簡單，相應(yīng)的信令開銷小，收端的緩存容量要求低。但是由于在等待確認(rèn)信號的過程中不發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致太多資源被浪費，尤其是當(dāng)信道傳輸時延很大時。因此，停等式造成通信信道的利用率不高，系統(tǒng)的吞吐量較低。1

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1(2)后退N步式 在采用后退N步式ARQ協(xié)議的傳輸系統(tǒng)中，發(fā)送端發(fā)送完一個數(shù)據(jù)分組后，并不停下來等待確認(rèn)信息，而是連續(xù)發(fā)送若干個數(shù)據(jù)分組信息。接收端將每個數(shù)據(jù)包相應(yīng)的ACK或NACK信息反饋回發(fā)送端，同時發(fā)送回的還有數(shù)據(jù)包分組號。當(dāng)接收到一個NACK信號時，發(fā)送端就重新發(fā)送包括錯誤數(shù)據(jù)的N個數(shù)據(jù)包，如圖2所示。接收端只需按序接收數(shù)據(jù)包，在接收到錯誤數(shù)據(jù)包后即使又接收到正確的數(shù)據(jù)包后還是必須將正確的數(shù)據(jù)包丟棄，并重新發(fā)送確認(rèn)信息?？梢钥闯?，相比較SAW，采用該協(xié)議一方面因發(fā)端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)提高了系統(tǒng)的吞吐量，但同時增大了系統(tǒng)的信令開銷；另一方面，由于收端僅按序接收數(shù)據(jù)，那么在重傳時又必須把原來已正確傳送過的數(shù)據(jù)進(jìn)行重傳(僅因為這些數(shù)據(jù)分組之前有一個數(shù)據(jù)分組出了錯)，這種方法使信道利用率降低。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1(3)選擇重發(fā)式 為了進(jìn)一步提高信道的利用率，選擇重發(fā)式協(xié)議只重傳出現(xiàn)差錯的數(shù)據(jù)包，但是此時收端不再按序接收數(shù)據(jù)分組信息，那么在收端則需要相當(dāng)容量的緩存空間來存儲已經(jīng)成功譯碼但還沒能按序輸出的分組。同時收端在組合數(shù)據(jù)包前必須知道序列號，因此，序列號要和數(shù)據(jù)分別編碼，而且序列號需要更可靠的編碼以克服任何時候出現(xiàn)在數(shù)據(jù)里的錯誤，這樣就增加了對信令的要求。所以，相比之下SR的信道利用率最高，但是要求的存儲空間和信令開銷也最大。 在3GLTE系統(tǒng)中將采用停等式(SAW)重傳協(xié)議。這種機制不僅簡單可靠，系統(tǒng)信令開銷小，并且降低了對于接收機的緩存空間的要求。但是，該協(xié)議的信道利用效率較低。為了避免這種不利，3GLTE系統(tǒng)采用了N通道的停等式協(xié)議，即發(fā)送端在信道上并行地運行N套不同的SAW協(xié)議，利用不同信道間的間隙來交錯地傳遞數(shù)據(jù)和信令，從而提高了信道利用率。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)12.基本HARQ類型 根據(jù)重傳內(nèi)容的不同，在3GPP標(biāo)準(zhǔn)和建議中主要有3種混合自動重傳請求機制，包括HARQ-I、HARQ-II和HARQ-III等。(1)HARQ-I型 HARQ-I即為傳統(tǒng)HARQ方案，它僅在ARQ的基礎(chǔ)上引入了糾錯編碼，即對發(fā)送數(shù)據(jù)包增加循環(huán)冗余校驗(CRC)比特并進(jìn)行FEC編碼。收端對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行FEC譯碼和CRC校驗，如果有錯則放棄錯誤分組的數(shù)據(jù)，并向發(fā)送端反饋NACK信息請求重傳與上一幀相同的數(shù)據(jù)包。一般來說，物理層設(shè)有最大重發(fā)次數(shù)的限制，防止由于信道長期處于惡劣的慢衰落而導(dǎo)致某個用戶的數(shù)據(jù)包不斷地重發(fā)，從而浪費信道資源。如果達(dá)到最大的重傳次數(shù)時，接收端仍不能正確譯碼(在3GLTE系統(tǒng)中設(shè)置的最大重傳次數(shù)為3)，則確定該數(shù)據(jù)包傳輸錯誤并丟棄該包，然后通知發(fā)送端發(fā)送新的數(shù)據(jù)包。這種HARQ方案對錯誤數(shù)據(jù)包采取了簡單的丟棄，而沒有充分利用錯誤數(shù)據(jù)包中存在的有用信息。所以，HARQ-I型的性能主要依賴于FEC的糾錯能力。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1(2)HARQ-II型 HARQ-II也稱作完全增量冗余方案。在這種方案下，信息比特經(jīng)過編碼后，將編碼后的校驗比特按照一定的周期打孔，根據(jù)碼率兼容原則依次發(fā)送給接收端。收端對已傳的錯誤分組并不丟棄，而是與接收到的重傳分組組合進(jìn)行譯碼；其中重傳數(shù)據(jù)并不是已傳數(shù)據(jù)的簡單復(fù)制，而是附加了冗余信息。接收端每次都進(jìn)行組合譯碼，將之前接收的所有比特組合形成更低碼率的碼字，從而可以獲得更大的編碼增益，達(dá)到遞增冗余的目的。每一次重傳的冗余量是不同的，而且重傳數(shù)據(jù)不能單獨譯碼，通常只能與先前傳的數(shù)據(jù)合并后才能被解碼。(3)HARQ-III型 HARQ-III型是完全遞增冗余重傳機制的改進(jìn)。對于每次發(fā)送的數(shù)據(jù)包采用互補刪除方式，各個數(shù)據(jù)包既可以單獨譯碼，也可以合成一個具有更大冗余信息的編碼包進(jìn)行合并譯碼。另外根據(jù)重傳的冗余版本不同，HARQ-III又可進(jìn)一步分為兩種：一種是只具有一個冗余版本的HARQ-III，各次重傳冗余版本均與第一次傳輸相同，即重傳分組的格式和內(nèi)容與第一次傳輸?shù)南嗤?，接收端的解碼器根據(jù)接收到的信噪比(SNR)加權(quán)組合這些發(fā)送分組的拷貝，這樣，可以獲得時間分集增益。另一種是具有多個冗余版本的HARQ-III，各次重傳的冗余版本不相同，編碼后的冗余比特的刪除方式是經(jīng)過精心設(shè)計的，使得刪除的碼字是互補等效的。所以，合并后的碼字能夠覆蓋FEC編碼中的比特位，使譯碼信息變得更全面，更利于正確譯碼。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)13.同步和異步HARQ 按照重傳發(fā)生的時刻來區(qū)分，可以將HARQ可以分為同步和異步兩類。同步HARQ是指一個HARQ進(jìn)程的傳輸(重傳)是發(fā)生在固定的時刻，由于接收端預(yù)先已知傳輸?shù)陌l(fā)生時刻，因此不需要額外的信令開銷來標(biāo)示HARQ進(jìn)程的序號，此時的HARQ進(jìn)程的序號可以從子幀號獲得；異步HARQ是指一個HARQ進(jìn)程的傳輸可以發(fā)生在任何時刻，接收端預(yù)先不知道傳輸?shù)陌l(fā)生時刻，因此HARQ進(jìn)程的處理序號需要連同數(shù)據(jù)一起發(fā)送。 由于同步HARQ的重傳發(fā)生在固定時刻，在沒有附加進(jìn)程序號的同步HARQ在某一時刻只能支持一個HARQ進(jìn)程。實際上HARQ操作應(yīng)該在一個時刻可以同時支持多個HARQ進(jìn)程的發(fā)生，此時同步HARQ需要額外的信令開銷來標(biāo)示HARQ的進(jìn)程序號，而異步HARQ本身可以支持傳輸多個進(jìn)程。另外，在同步HARQ方案中，發(fā)送端不能充分利用重傳的所有時刻，例如為了支持優(yōu)先級較高的HARQ進(jìn)程，則必須中止預(yù)先分配給該時刻的進(jìn)程，那么此時仍需要額外的信令信息。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1與異步HARQ相比較，同步HARQ具有以下的優(yōu)勢：(1)控制信令開銷小，在每次傳輸過程中的參數(shù)都是預(yù)先已知的，不需要標(biāo)示HARQ的進(jìn)程序號。(2)在非自適應(yīng)系統(tǒng)中接收端操作復(fù)雜度低。(3)提高了控制信道的可靠性，在非自適應(yīng)系統(tǒng)中，有些情況下，控制信道的信令信息在重傳時與初始傳輸是相同的，這樣就可以在接收端進(jìn)行軟信息合并從而提高控制信道的性能。根據(jù)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的實際需求，異步HARQ具有以下的優(yōu)勢：(1)如果采用完全自適應(yīng)的HARQ技術(shù)，同時在資源分配時，可以采用離散、連續(xù)的子載波分配方式，調(diào)度將會具有很大的靈活性。(2)可以支持一個子幀的多個HARQ進(jìn)程(3)重傳調(diào)度的靈活性高

8.36G關(guān)鍵技術(shù)18.3.6動態(tài)資源分配技術(shù)1.LTE系統(tǒng)資源分配特點在LTE系統(tǒng)資源中，無線資源包括子載波和發(fā)送功率，由于在調(diào)制技術(shù)、多址方案和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上LTE系統(tǒng)都有別于以前的蜂窩移動通信系統(tǒng)，因此，其資源分配具有與傳統(tǒng)無線資源分配不同的特點，并由此產(chǎn)生了一系列需要解決的問題。LTE系統(tǒng)無線資源分配具有以下特點：小區(qū)間干擾、動態(tài)子信道分配和分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。1)小區(qū)間干擾OFDM系統(tǒng)影響系統(tǒng)性能的干擾主要為小區(qū)間干擾（ICI）。特別在頻率復(fù)用因子為1的OFDM系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)內(nèi)的所有小區(qū)都使用相同的頻率資源為本小區(qū)內(nèi)用戶提供服務(wù)，一個小區(qū)內(nèi)的資源分配會影響到其他小區(qū)的系統(tǒng)容量和邊緣用戶性能，因此需要多個小區(qū)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)。這是LTE系統(tǒng)無線資源分配的一個特點。2)動態(tài)子信道分配OFDM和SC-FDMA兩大技術(shù)中，SC-FDMA為單載波傳輸技術(shù)，其特點為峰均比低。OFDM和SC-FDMA兩種多址技術(shù)都可以通過靈活地選擇適合的子信道（由OFDM中的多個子載波以一定方式組合而成）進(jìn)行傳輸，來實現(xiàn)動態(tài)的頻域資源分配，從而充分利用頻率分集和多用戶分集，獲得最佳的系統(tǒng)性能。這是LTE系統(tǒng)無線資源分配的另一個特點。3)分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE系統(tǒng)中，取消了RNC，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加扁平化。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變化，使得無線資源分配過程中的小區(qū)間協(xié)調(diào)需要考慮管理信令開銷和控制時延。分布式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是LTE系統(tǒng)無線資源管理的第三個特點。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)12.LTE動態(tài)資源分配1)調(diào)度 頻率資源的調(diào)度在基于分組交換的無線網(wǎng)絡(luò)中起著至關(guān)重要的作用，3GPP中給出了調(diào)度的定義：基站調(diào)度器動態(tài)地控制時頻資源的分配，在一定的時間內(nèi)分配給某一個用戶。一個好的調(diào)度算法要求在保證用戶QoS要求的同時要獲得最大化系統(tǒng)容量，因此要在系統(tǒng)與用戶之間進(jìn)行折衷。隨著無線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，各種類型的新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，如VoIP、多媒體業(yè)務(wù)等，這些業(yè)務(wù)的QoS要求之間存在著很大的差異，如何在這一個復(fù)雜而巨變的網(wǎng)絡(luò)條件下設(shè)計一個優(yōu)秀的調(diào)度器來滿足不同業(yè)務(wù)的需要是一件極具挑戰(zhàn)的事情。 要兼顧系統(tǒng)的吞吐量與用戶的QoS要求，需要為調(diào)度器提供一定的外部信息，如用戶信道狀況、數(shù)據(jù)的隊列長度等。調(diào)度需要綜合考慮各種因素，在充分利用信道狀態(tài)信息和用戶業(yè)務(wù)信息的同時，盡量減少信令及其他各方面的開銷，最大限度地提高系統(tǒng)的性能。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)12)功率控制 下行鏈路中的功率控制要求可以補償路徑損耗和陰影衰落，這個目標(biāo)通過慢速功率控制就可以達(dá)到，但是為了充分利用頻率分集效用，在每個調(diào)度周期內(nèi)還需要考慮每個子信道上的功率分配問題。與功率控制相比，功率分配的周期更短、粒度更小。功率分配和子載波的分配一般聯(lián)合考慮，以保證用戶QoS要求和系統(tǒng)總吞吐量。目前研究單小區(qū)子載波分配和功率分配的文獻(xiàn)比較多，但是都比較復(fù)雜且假設(shè)條件過于理想化，很難應(yīng)用于工程上。目前比較簡單有效的下行功率控制（功率分配）方法有：平均分配法和路徑損耗補償法。 平均分配法：將每個扇區(qū)的功率平分到每個子載波上，每個用戶的發(fā)射功率即可以根據(jù)所占用的子載波數(shù)來確定。 路徑損耗補償法：系統(tǒng)中所使用的方法，取扇區(qū)功率一部分用于補償用戶的大尺度和陰影衰落，剩余的功率用于功率注水。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1 此外，在干擾協(xié)調(diào)機制中，也需要功率控制進(jìn)行配合，如除了將可用頻率資源在中心用戶與邊緣用戶之間進(jìn)行分配外，還可要求中心用戶減功率發(fā)送，邊緣用戶全功率發(fā)送。 在上行的功率控制中，由于用戶間相互正交，減少了遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響，因此不需要快速功率控制，應(yīng)采用慢速功率控制來補償路徑損耗和陰影衰落；通過功率控制減少扇區(qū)間的同頻干擾，保證系統(tǒng)的容量能夠達(dá)到較高的要求。上行功率控制機制是實現(xiàn)小區(qū)間干擾抑制的重要手段。 按照是否需要反饋信息上行功率控制，可以分為開環(huán)方式和閉環(huán)方式。同時，根據(jù)實現(xiàn)的功能不同也可以分為兩類：部分功率控制——補償路徑損耗和陰影衰落；抑制小區(qū)間干擾——UE基于相鄰小區(qū)周期性的廣播負(fù)載指示信號調(diào)整發(fā)送功率譜密度

8.36G關(guān)鍵技術(shù)18.3.5鏈路自適應(yīng)技術(shù)1.下行鏈路自適應(yīng)技術(shù) 下行鏈路自適應(yīng)的核心技術(shù)是AMC（AdaptiveModulationCoding，自適應(yīng)調(diào)制和編碼）。該技術(shù)結(jié)合多種調(diào)制方式、信道編碼速率，應(yīng)用于共享數(shù)據(jù)信道。在一個TTI和一個流內(nèi)，調(diào)度給某個用戶的屬于相同層2PDU的所有資源塊組，采用相同的編碼速率和調(diào)制方式。需要特別說明的是，若采用MIMO技術(shù)，則MIMO的不同數(shù)據(jù)流之間可以采用不同的AMC組合。AMC的原理是基站在綜合考慮無線信道條件、接收機特征等因素下，動態(tài)調(diào)整調(diào)制與編碼格式（傳輸格式）。為了輔助基站估計無線信道條件，需要UE上報CQI，CQI與調(diào)制方式等的對應(yīng)關(guān)系如圖所示。AMC的引入，使得靠近小區(qū)基站的用戶能夠分配較高碼率、較高階的調(diào)制（如66QAM等）。而對于靠近小區(qū)邊界的用戶，則分配具有較低碼率的較低階調(diào)制（如QPSK等），即AMC允許按照信道條件給不同用戶分配不同的數(shù)據(jù)速率。

8.36G關(guān)鍵技術(shù)1

8.36G關(guān)鍵技術(shù)12.上行鏈路自適應(yīng)技術(shù)上行鏈路自適應(yīng)的目標(biāo)是保證每個UE所要求的最小傳輸性能，如用戶數(shù)據(jù)速率、誤塊率、延遲，同時使得系統(tǒng)吞吐量達(dá)到最大。根據(jù)信道狀況、UE能力（如最大的發(fā)射功率、最大的傳輸帶寬等）以及所要求的QoS（如數(shù)據(jù)速率、延遲、誤塊率等），上行鏈路自適應(yīng)技術(shù)包括以下幾點。1)自適應(yīng)傳輸帶寬：每個用戶的傳輸帶寬由平均信道條件（如路損和陰影等）、UE能力和要求的數(shù)據(jù)速率等決定。2)發(fā)射功率控制。3)自適應(yīng)調(diào)制和信道編碼碼率：與下行類似，上行MCS技術(shù)仍是基站依據(jù)上行信道質(zhì)量等信息調(diào)整調(diào)制方式和信道編碼碼率，具體調(diào)整方式取決于廠家設(shè)備的實現(xiàn)。

6G空中接口8.3

8.36G空中接口1

空中接口是指終端與接入網(wǎng)之間的接口，簡稱Uu口，通常也成為無線接口。在LTE中，空中接口是終端和eNodeB之間的接口。空中接口協(xié)議主要是用來建立、重配置和釋放各種無線承載業(yè)務(wù)的。空中接口是一個完全開放的接口，只要遵守接口規(guī)范，不同制造商生產(chǎn)的設(shè)備就能夠互相通信。8.1.1空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議棧主要分為三層兩面，三層是指物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層，兩面是指控制平面和用戶平面。從用戶平面看，主要包括物理層、MAC層、RLC層、PDCP層，從控制平面看，除了以上幾層外，還包括RRC層，NAS層。RRC協(xié)議實體位于UE和ENB網(wǎng)絡(luò)實體內(nèi)，主要負(fù)責(zé)對接入層的控制和管理。NAS控制協(xié)議位于UE和移動管理實體MME內(nèi)，主要負(fù)責(zé)對非接入層的控制和管理。

8.36G空中接口11.LTE空中接口協(xié)議架構(gòu)無線接口協(xié)議棧根據(jù)用途分為用戶平面協(xié)議棧和控制平面協(xié)議棧。用戶平面協(xié)議棧包括以下這些。（1）MAC（MediaAccessControl，媒體接入控制），主要執(zhí)行調(diào)度、SDU復(fù)用與解復(fù)用等功能。（2）RLC（RadioLinkControl，無線鏈路控制），主要執(zhí)行分段/級聯(lián)、按序遞交等功能。（3）PDCP（PacketDataConvergenceProtocol，分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議），主要執(zhí)行頭壓縮/解壓縮、加密/解密等功能。用戶平面協(xié)議棧下圖所示：圖8.18LTE空中接口用戶平面協(xié)議棧

8.36G空中接口1控制平面協(xié)議棧包括以下這些。（1）PHY層：負(fù)責(zé)處理編譯碼、調(diào)制解調(diào)、多天線映射以及其它電信物理層功能。物理層以傳輸信道的方式為MAC層提供服務(wù)。（2）PDCP子層（網(wǎng)絡(luò)側(cè)終止在eNodeB），執(zhí)行例如加密和完整性保護(hù)的功能。（3）RLC和MAC子層（網(wǎng)絡(luò)側(cè)終止在eNodeB），執(zhí)行與用戶面相同的功能。（6）RRC（網(wǎng)絡(luò)側(cè)終止在eNodeB），執(zhí)行的功能主要有廣播、尋呼、RRC連接管理、RB控制、移動性功能、UE測量上報和控制。（5）NAS控制協(xié)議（網(wǎng)絡(luò)側(cè)終止在MME），執(zhí)行EPS承載管理、鑒權(quán)、ECM（EPSConnectionManagement）-IDLE移動性處理、ECM-IDLE下的尋呼發(fā)起、安全控制?？刂破矫鎱f(xié)議棧下圖所示：

8.36G空中接口18.6.2物理層一、幀結(jié)構(gòu)1.LTE幀結(jié)構(gòu)介紹在空中接口中，LTE系統(tǒng)定義了無線幀來進(jìn)行信號的傳輸。LTE支持兩種幀結(jié)構(gòu)FDD和TDD。在FDD幀結(jié)構(gòu)中，一個長度為10ms的無線幀由10個長度為1ms的子幀構(gòu)成，每個子幀由兩個長度為0.5ms的時隙構(gòu)成。圖8.20LTEFDD無線幀結(jié)構(gòu)

8.36G空中接口1

在TDD幀結(jié)構(gòu)中，一個長度為10ms的無線幀由2個長度為5ms的半幀構(gòu)成，每個半幀由5個長度為1ms的子幀構(gòu)成，其中包括6個普通子幀和1個特殊子幀。普通子幀由兩個0.5ms的時隙組成，而特殊子幀由3個特殊時隙（DwPTS、GP和UpPTS）組成。圖8.21TD-LTE無線幀結(jié)構(gòu)

8.36G空中接口1

作為TDD系統(tǒng)的一個特點，時間資源在上下行方向上進(jìn)行分配，TDD幀結(jié)構(gòu)支持7種不同的上下行時間比例分配（配置0~6），可以根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)量的特性對上行子幀U、下行子幀D及特殊子幀S進(jìn)行配置，支持非對稱業(yè)務(wù)。這7種配置中包括3種5ms周期和6種10ms周期。圖8.22TD-LTE子幀配比對于5ms的上下行切換周期，子幀0、1、5、6一定走下行。對于10ms上下行切換周期，每個半幀都有DwPTS，只在第1個半幀內(nèi)有GP和UpPTS，第2個半幀的DwPTS長度為1ms。UpPTS和子幀2用作上行，子幀7和9用作下行。

8.36G空中接口12.FDD與TDD區(qū)別 FDD是在分離的兩個對稱頻率信道上進(jìn)行接收和發(fā)送，用保護(hù)頻段來分離接收和發(fā)送信道。FDD必須采用成對的頻率，依靠頻率來區(qū)分上下行鏈路，其單方向的資源在時間上是連續(xù)的。FDD在支持對稱業(yè)務(wù)時，能充分利用上下行的頻譜，但在支持非對稱業(yè)務(wù)時，頻譜利用率將大大降低。 TDD用時間來分離接收和發(fā)送信道。在TDD方式的移動通信系統(tǒng)中,接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載,其單方向的資源在時間上是不連續(xù)的，時間資源在兩個方向上進(jìn)行了分配。某個時間段由基站發(fā)送信號給移動臺，另外的時間由移動臺發(fā)送信號給基站，基站和移動臺之間必須協(xié)同一致才能順利工作。

8.36G空中接口1TDD雙工方式的工作特點使TDD具有如下優(yōu)勢：（1）能夠靈活配置頻率，使用FDD系統(tǒng)不易使用的零散頻段；（2）可以通過調(diào)整上下行時隙轉(zhuǎn)換點，提高下行時隙比例，能夠很好的支持非對稱業(yè)務(wù)；（3）具有上下行信道一致性，基站的接收和發(fā)送可以共用部分射頻單元，降低了設(shè)備成本；（6）接收上下行數(shù)據(jù)時，不需要收發(fā)隔離器，只需要一個開關(guān)即可，降低了設(shè)備的復(fù)雜度；（5）具有上下行信道互惠性，能夠更好的采用傳輸預(yù)處理技術(shù)，如預(yù)RAKE技術(shù)、聯(lián)合傳輸(JT)技術(shù)、智能天線技術(shù)等,能有效地降低移動終端的處理復(fù)雜性。但是，TDD雙工方式相較于FDD，也存在明顯的不足：（1）由于TDD方式的時間資源分別分給了上行和下行，因此TDD方式的發(fā)射時間大約只有FDD的一半，如果TDD要發(fā)送和FDD同樣多的數(shù)據(jù)，就要增大TDD的發(fā)送功率；（2）TDD系統(tǒng)上行受限，因此TDD基站的覆蓋范圍明顯小于FDD基站；（3）TDD系統(tǒng)收發(fā)信道同頻，無法進(jìn)行干擾隔離，系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間存在干擾；（6）為了避免與其他無線系統(tǒng)之間的干擾，TDD需要預(yù)留較大的保護(hù)帶，影響了整體頻譜利用效率。

8.36G空中接口1二、物理資源 LTE采用的是OFDM技術(shù)，每個符號都對應(yīng)一個正交的子載波，通過載波間的正交性來對抗干擾。協(xié)議規(guī)定，通常情況下子載波間隔15khz，常規(guī)CP情況下，每個子載波一個時隙有7個符號；擴展CP情況下，每個子載波一個時隙有6個符號。 圖8.23給出的是常規(guī)CP情況下的時頻結(jié)構(gòu)，從豎的的來看，每一個方格對應(yīng)就是頻率上一個子載波。從橫的的來看，每個符號對應(yīng)一個符號，一排7個符號為一個時隙。頻率上一個子載波及時域上一個符號，稱為一個RE，就圖中一個方格。在LTE中，都有資源塊RB的概念。一個資源塊的帶寬為180kHz，由12個帶寬為15kHz的子載波組成，在時域上為一個時隙，所以1個RB在時頻上實際上是1個0.5ms，帶寬180kHz的載波。圖中黑框內(nèi)為常規(guī)CP情況下的RB結(jié)構(gòu)，包含86個RE。LTE在1.6MHz帶寬時為6個，1.6MHz定義為最小頻寬是因為PBCH,PSCH,SSCH最少都要占用6個RB。在20MHz帶寬的情況下，可以有的RB數(shù)目111個，要除去冗余可用的RB數(shù)也就是100個。

8.36G空中接口1Subcarriers子載波Resourceblock資源塊Resourceelement資源粒子LTE定義了兩種資源塊：物理資源塊PRB和虛擬資源塊VRB。物理資源塊PRB對應(yīng)的是頻域上12個連續(xù)的載波，時域上是一個時隙的資源。虛擬資源塊VRB是資源分配的基本單位，大小與PRB相同，分為集中式和分布式兩種。集中式中，VRB和PRB是相同的，可以認(rèn)為VRB就是PRB。分布式的VRB，其與PRB的對應(yīng)關(guān)系跟資源分配類型有關(guān)。

圖8.26TD-LTE資源塊

8.36G空中接口1三、物理信號 物理信號對應(yīng)物理層若干RE，但不承載任何來自高層的信息。下行物理信號包括參考信號和同步信號。1.參考信號 參考信號（ReferenceSignal，RS）就是常說的“導(dǎo)頻”信號。在LTE網(wǎng)絡(luò)中，eNodeB通常是分配系統(tǒng)帶寬的一部分區(qū)域給特定的UE。即在一個特定時間、給UE分配特定的頻率區(qū)域資源。此時，若eNodeB知道哪部分特定頻率區(qū)域質(zhì)量較好，優(yōu)先分配給UE，將使UE的業(yè)務(wù)質(zhì)量更有保障。此時，參考信號就可以為eNodeB的調(diào)度資源提供參考。 LTE的參考信號分為上行參考信號和下行參考信號。上行參考信號 上行是指從UE到eNodeB發(fā)送信號，即發(fā)射端為UE，接收端為eNodeB。 上行參考信號用于兩個目的：1)上行信道估計，用于eNodeB端的相干解調(diào)和檢測。2)上行信道質(zhì)量測量。上行有兩種參考信號：DM-RS和SRS。 DM-RS與PUSCH和PUCCH的發(fā)送相關(guān)聯(lián)，用作求取信道估計矩陣，幫助這兩個信道進(jìn)行解調(diào)。SRS獨立發(fā)射，用作上行信道質(zhì)量的估計與信道選擇，計算上行信道的SINR。

8.36G空中接口1下行參考信號 下行是指從eNodeB到UE發(fā)送信號，即發(fā)射端為eNodeB，接收端為UE。 下行參考信號的作用主要包含如下幾個方面：1)下行信道估計，用于UE端的相干檢測和解調(diào)。2)下行信道質(zhì)量測量（信道探測）。3)小區(qū)搜索。下行有五種參考信號：1)CRS（小區(qū)特定的參考信號，也叫公共參考信號）是用于除了不基于碼本的波束賦形技術(shù)之外的所有下行傳輸技術(shù)的信道估計和相關(guān)解調(diào)。小區(qū)特定是指這個參考信號與一個基站端的天線端口（天線端口0-3）相對應(yīng)。2)MBSFN-RS是用于MBSFN的信道估計和相關(guān)解調(diào)。在天線端口6上發(fā)送。3)UE-specificRS（移動臺特定的參考信號）用于不基于碼本的波束賦形技術(shù)的信道估計和相關(guān)解調(diào)。移動臺特定指的是這個參考信號與一個特定的移動臺對應(yīng)。在天線端口5上發(fā)送。6)PRS是R9中新引入的參考信號。5)CSI-RS是R10中新引入的參考信號。

8.36G空中接口12.同步信號 同步信號包括主同步信號（PSS）和輔同步信號（SSS）兩種。 UE進(jìn)行小區(qū)搜索的目的是為了獲取小區(qū)物理ID和完成下行同步，這個過程是與系統(tǒng)帶寬無關(guān)的，UE可以直接檢測和獲取。當(dāng)UE檢測到PSS和SSS時，就能解碼出物理小區(qū)ID，同時根據(jù)PSS和SSS的位置，可以確定下行的子幀時刻，完成下行同步。 在LTE里，物理層是通過物理小區(qū)ID（PhysicalCellIdentities，PCI）來區(qū)分不同的小區(qū)的。物理小區(qū)ID總共有506個，它們被分成168個不同的組（記為N(1)_ID，范圍是0-167），每個組又包括3個不同的組內(nèi)標(biāo)識（記為N(2)_ID，范圍是0-2）。因此，物理小區(qū)ID（記為Ncell_ID）可以通過下面的公式計算得到：

8.36G空中接口1主同步信號 主同步信號PSS的全稱是PrimarySynchronizationSignal，用于傳輸組內(nèi)ID即N(2)_ID值。具體做法是：eNB將組內(nèi)ID號N(2)_ID值與一個根序列索引u相關(guān)聯(lián)，然后編碼生成1個長度為62的ZC序列du(n)，并映射到PSS對應(yīng)的RE（ResourceElement）中，UE通過盲檢測序列就可以獲取當(dāng)前小區(qū)的N(2)_ID。輔同步信號 輔同步信號SSS的全稱是SecondarySynchronizationSignal，用于傳輸組ID即N(1)_ID值。具體做法是：eNB通過組ID號N(1)_ID值生成兩個索引值m0和m1，然后引入組內(nèi)ID號N(2)_ID值編碼生成2個長度均為31的序列d(2n)和d(2n+1)，并映射到SSS的RE中，UE通過盲檢測序列就可以知道當(dāng)前eNB下發(fā)的是哪種序列，從而獲取當(dāng)前小區(qū)的N(1)_ID。

8.36G空中接口1PSS和SSS的位置 （1）時域上的位置 對于LTE-FDD制式，PSS周期的出現(xiàn)在時隙0和時隙10的最后一個OFDM符號上，SSS周期的出現(xiàn)在時隙0和時隙10的倒數(shù)第二個符號上。 對于LTE-TDD制式，PSS周期的出現(xiàn)在子幀1、6的第三個OFDM符號上，SSS周期的出現(xiàn)在子幀