LTE关键技术分析.pptx
- 文档编号:18797441
- 上传时间:2023-11-19
- 格式:PPTX
- 页数:100
- 大小:4.05MB
LTE关键技术分析.pptx
《LTE关键技术分析.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《LTE关键技术分析.pptx(100页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
,LTE关键技术,培训目标,学完本课程后,您应该能:
了解LTE高阶调制、AMC、功率控制、HARQ、信道调度掌握OFDM的基本原理了解OFDM技术的优缺点掌握LTE的下行多址方式和上行多址方式掌握LTE采用的MIMO方式,目录,高阶调制,AMC和功率控制,HARQ,MIMO基本原理,OFDM基本原理,信道调度,高阶调制,高阶调制调制方式:
下行支持QPSK,16QAM和64QAM。
上行支持QPSK,16QAM和64QAM(上行64QAM对于手机是可选功能)。
QPSK调制理论速率为2bit/符号16QAM调制的理论速率是QPSK的2倍,64QAM调制的理论速率是16QAM的1.5倍,LTE的调制方式,目录,高阶调制,AMC和功率控制,HARQ,MIMO基本原理,OFDM基本原理,信道调度,LTE链路自适应技术,保证发送功率恒定的情况下,通过调整无线链路传输的调制方式与编码速率,确保链路的传输质量当信道条件较差时选择较小的调制方式与编码速率,当信道条件较好是选择较大的调制方式,从而最大化了传输速率,速率控制可以充分利用所有的功率,自适应调制和编码(AMC),自适应调制和编码(AMC),信道质量的信息反馈,即ChannelQualityIndicator(CQI)UE测量信道质量,并报告(每1ms或者是更长的周期)给eNodeBeNodeB基于CQI来选择调制方式,数据块的大小和数据速率,LTE下行方向的链路自适应技术基于UE反馈的CQI,从预定义的CQI表格中具体的调制与编码方式,下行方向链路自适应,eNodeB对CQI的处理,LTE中速率的配置通过CQI映射到MCS(ModulationandCodingScheme,调制与编码策略)索引值实现。
MCS将所关注的影响通讯速率的因素作为表的列,将MCS索引作为行,形成一张速率表。
所以,每一个MCS索引其实对应了一组参数下的物理传输速率。
LTE中支持两种形式的CQI,PMI和RI上报:
周期性的和非周期性的上报。
周期性的CQI上报通常是通过PUCCH来进行的。
如果UE在发送周期性CQI的子帧上,同时被调度有数据需要发送,那么,周期性的CQI上报将通过PUSCH来进行。
此时,UE将在PUSCH中采用和PUCCH中同样的CQI/PMI/RI格式,而相应的PUCCH上的CQI上报资源将会闲置不用。
eNodeB还可以触发UE进行非周期性的上报。
非周期性的上报是通过PUSCH来进行的。
这些上报可以在PUSCH上单独地或者和其他数据一起进行发送。
在周期性CQI上报和非周期性CQI上报子帧同时存在的子帧,UE将会只上报非周期性的CQI上报而丢弃周期性的上报,CQI上报机制,通过动态调整发射功率,维持接收端一定的信噪比,从而保证链路的传输质量当信道条件较差时需要增加发射功率,当信道条件较好时需要降低发射功率,从而保证了恒定的传输速率,功率控制可以很好的避免小区内用户间的干扰,功率控制,上行功率控制,终端的功率控制目的:
节电,补偿链路损耗和抑制用户间干扰手段:
采用闭环功率控制机制控制终端在上行单载波符号上的发射功率,使得不同距离的用户都能以适当的功率达到基站,避免“远近效应”。
通过X2接口交换小区间干扰信息,进行协调调度,抑制小区间的同频干扰,交互的信息有:
过载指示OI(被动):
指示本小区每个PRB上受到的上行干扰情况。
相邻小区通过交换该消息了解对方的负载情况。
高干扰指示HII(主动):
指示本小区每个PRB对于上行干扰的敏感程度。
反映了本小区的调度安排,相邻小区通过交换该信息了解对方将要采用的调度安排,并进行适当的调整以实现协调的调度。
上行功率控制,对于上行PUSCH、PUCCH以及SRS都需要进行功率控制PUSCH的功率控制命令字由该PUSCH的调度信令(DCIformat0)给出,或者与其他用户的功率控制命令字复用在一起,由DCIformat3/3A给出PUCCH的功率控制命令字由调度PUCCH(与PDSCH对应)的调度信令(DCIformat1/1A/2)给出,或者与其他用户的功率控制命令字复用在一起,由DCIformat3/3A给出SRS没有具体的功率控制命令字,借用PUSCH的功率控制命令字,并由高层通知功率偏差,下行功率分配,在频率和时间上采用恒定的发射功率,基站通过高层信令指示该发射功率数值。
下行功率分配以每个RE为单位,控制基站在各个时刻各个子载波上的发射功率。
下行功率分配方法:
提高参考信号的发射功率(PowerBoosting)与用户调度相结合实现小区间干扰抑制的相关机制,导频功率设置,对于RS功率的配置,为了保证上下链路平衡,基站的发射功率能够用完,所以TypeA和TypeB符号上的功率尽量相等。
系统定义了如下参数以达到这个要求:
对于PB的映射关系如下所示:
导频功率设置,功率参数配置的PA=-3,PB=1应该如何理解呢,首先a=PA=-3=10lg(无RSPDSCHRE)因此=2无RSPDSCHREPB=1,b/a=1,表示无RSPDSCHRE=有RSPDSCHRE令无=得到下边的图,导频功率参数设置,CRS功率计算方式:
=单通道+=单通道+=单通道+.,实际上的意义就是把单通道的功率分配到1200个子载波上,得到无RS的PDSCH_RE功率,再通过RS功率与无RS的PDSCH_RE功率的映射关系得到RS功率。
导频功率计算公式,目录,高阶调制,AMC和功率控制,HARQ,MIMO基本原理,OFDM基本原理,信道调度,FEC:
前向纠错编码ARQ:
自动重传请求HARQ:
ARQ+FEC单路停等协议与多路并行停等协议同步HARQ协议与异步HARQ协议自适应的HARQ与非自适应的HARQ,LTE关键技术-HARQ,FEC通信系统,劣势:
可靠性较低;对信道的自适应能力较低为保证更高的可靠性需要较长的码,因此编码效率较低,复杂度和成本较高,优势:
更高的系统传输效率;自动错误纠正,无需反馈及重传;低时延.,ARQ通信系统,劣势:
连续性和实时性较低;传输效率较低;,优势:
复杂性较低;可靠性较高;适应性较高;,LTE关键技术-HARQ,传统的ARQ接收端接收数据块,并解编码根据CRC解校验,得到误块率如果数据块误块率高丢弃错误的数据块接收端要求发送端重发完整的错误的数据块,混合HARQ接收端接收数据块,并解编码根据CRC解校验,得到误块率如果误块率较高暂时保存错误的数据块接收端要求发送端重发接收端将暂存的数据块和重发的数据混合后再解编码,Packet2,Transmitter,Receiver,多进程“停-等”HARQ,“停-等”(Stop-and-Wait,SaW)HARQ对于某个HARQ进程,在等到ACK/NACK反馈之前,此进程暂时中止,待接收到ACK/NACK后,在根据是ACK还是NACK决定发送新的数据还是进行旧数据的重传。
同步和异步HARQ,同步HARQ:
每个HARQ进程的时域位置被限制在预定义好的位置,这样可以根据HARQ进程所在的子帧编号得到该HARQ进程的编号。
同步HARQ不需要额外的信令指示HARQ进程号。
异步HARQ:
不限制HARQ进程的时域位置,一个HARQ进程可以在任何子帧。
异步HARQ可以灵活的分配HARQ资源,但需要额外的信令指示每个HARQ进程所在的子帧。
Page27,自适应和非自适应HARQ,自适应HARQ:
可以根据无线信道条件,自适应的调整每次重传采用的资源块(RB)、调制方式、传输块大小、重传周期等参数。
可看作HARQ和自适应调度、自适应调制和编码的结合,可以提高系统在时变信道中的频谱效率,但会大大提高HARQ流程的复杂度,并需要在每次重传时都发送传输格式信令,大大增加了信令开销。
非自适应HARQ:
对各次重传均用预定义好的传输格式,收发两端都预先知道各次重传的资源数量、位置、调制方式等资源,避免了额外的信令开销,下行异步自适应HARQ流程,UE通过PUCCH向eNodeB反馈上次传输的ACK/NACK信息。
经过一定的延迟到达eNodeB。
eNodeB对PUCCH的ACK/NACK信息进行解调和处理,并根据ACK/NACK信息和下行资源分配情况对重传数据进行调度。
PDSCH按照下行调度的时域位置发送重传数据,并经过一定的下行传输延迟到达UE端。
UE经过一定的处理延迟对下行重传完成处理,并通过PUCCH再次反馈ACK/NACK信息。
结束一个下行HARQRTT流程,下行HARQ传输时序,上行同步非自适应HARQ流程,eNodeB通过PHICH(物理HARQ指示信道)向UE反馈上次传输的ACK/NACK信息,经过一定的延迟到达UEUE对PHICH的ACK/NACK信息进行解调和处理,并根据ACK/NACK信息在预定义的时域位置通过PUSCH发送重传数据,并经过一定的上行传输延迟到达eNodeB端eNodeB经过一定的处理延迟对上行重传完成处理,并通过PHICH再次反馈针对此次的重传信息结束一个上行HARQRTT传输。
上行HARQ传输时序,HARQ进程数量,对于SaWHARQ,一次传输发出后,要等待RTT时间才能决定下一次传输是新数据还是旧数据的重传。
并发HARQ进程可以不浪费RTT等待时间。
RTT越大,需要越多的并行HARQ进程数量以填满RTTHARQ进程数量约等于RTT/TTI,目录,高阶调制,AMC和功率控制,HARQ,MIMO基本原理,OFDM基本原理,信道调度,MAC调度,MAC调度只在eNodeB内MAC调度不仅控制复用、优先级处理和HARQ,也控制资源分配、天线映射和MCSinPHY.调度原理DL:
todynamicallydeterminewhichUEsaresupposedtoreceiveDL-SCHtransmissionandonwhatresourcesUL:
todynamicallydeterminewhichUEsaretotransmitdataonUL-SCHandonwhichuplinkresources,MAC调度,MAC调度算法,常用的分组调度算法最大C/I算法轮询算法(RoundRobin:
RR)正比公平算法(PF)增强型正比公平算法(EPF)其他调度算法持续调度算法(Persistentscheduling:
PS)半持续调度算法(Semi-persistentscheduling:
SPS)动态调度算法(Dynamicalscheduling:
DS),illustrationofULscheduling,LTE中资源分配方式,LTE下行采用OFDM,上行采用SC-FDMA。
时间和频率是LTE中主要控制的两类资源。
包括集中式(Localized)和分布式(Distributed)两种基本的资源分配方式。
一、集中式资源分配为用户分配连续的子载波或资源块。
这种资源分配方式适合于低度移动的用户,通过选择质量较好的子载波,提高系统资源的利用率和用户峰值速率。
从业务的角度讲,这种方式比较适合于数据量大、突发特征明显的非实时业务。
这种方式的一个缺点是需要调度器获取比较详细的CQI(ChannelQualityIndicator,信道质量指示)信息。
二、分布式资源分配为用户分配离散的子载波或资源块。
这种资源分配方式适合于移动的用户,此类用户信道条件变化剧烈,很难采用集中式资源分配。
从业务的角度讲,比较适合突发特征不明显的业务,如VoIP,可以减少信令开销。
LTE中调度机制,根据传输业务类型的不同,LTE系统中的分组调度支持动态调度和半静态调度两种调度机制。
一、动态调度动态调度中,由MAC层(调度器)实时、动态的分配时频资源和允许的传输速率。
动态调度是最基本、最灵活的调度方式。
资源分配采用按需分配方式,每次调度都需要调度信令的交互,因此控制信令开销很大,因此,动态调度适合突发特征明显的业务。
二、半静态调度半静态调度是动态调度和持续调度的结合。
所谓持续调度方式,就是指按照一定的周期,为用户分配资源。
其特点是只在第一次分配资源时进行调度,以后的资源分配均无需调度信令指示。
半静态调度条中,由RRC在建立服务连接时分配时频资源和允许的传输速率,也通过RRC消息进行资源重配置。
与动态调度相比,这种调度方式灵活性稍差,但控制信令开销较小,适合突发特征不明显、有保障速率要求的业务,例如VoIP业务。
LTE中下行调度,在TD-LTE系统中,下行调度器通过动态资源分配的方式将物理层资源分配给UE,可分配的物理资源块包括PRB、MCS(ModulationandCodingScheme,调制编码方式)、天线端口等,然后在对应的下行子帧通过C-RNTI加扰的PDCCH发送下行调度信令给UE。
在非DRX状态下,UE一直监听PDCCH,通过C-RNTI识别是否有针对该UE的下行调度信令,如果UE检测有针对该UE的调度信令,则在调度信令指示的资源块位置上接收下行数据。
LTE中上行调度,在TD-LTE系统中,下行调度器通过动态资源分配的方式将物理层资源分配给UE,然后在第n-k个下行子帧上通过C-RNTI加扰的PDCCH将第n个上行子帧的调度信令发送给UE,即上行调度信令与上行数据传输之间存在一定的定时关系。
在非DRX状态下,UE一直监听PDCCH,通过C-RNTI识别是否有针对该UE的上行调度信令。
如果有针对该UE的调度信令,则按照调度信令的指示在第n个上行子帧上进行上行数据传输。
目录,高阶调制,AMC和功率控制,HARQ,MIMO基本原理,OFDM基本原理,信道调度,OFDM的由来,OFDM:
OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing正交频分复用,OFDM原理,正交频分复用技术,多载波调制的一种。
将一个宽频信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到每个子信道上进行传输。
OFDM扩大码元周期的好处:
码元虽然被干扰,但是距离抽样时刻还有一段时间,因此造成的码间干扰将会减小很多。
正交调制满足的条件:
1,正弦波和余弦波的乘积在一个基波周期内的积分等于0。
即:
2,自身乘积的积分在一个基波周期内的积分大于0,OFDM正交性,OFDM是为多径衰落信道而设计的,时域影响:
符号间干扰,频域影响:
频率选择性衰落,应对频率选择性衰落-窄带并行传输,化零为整,简化接收机的信道均衡操作避免符号间干扰和天线间干扰相互混杂,有效分离信道均衡和MIMO检测,多普勒频移,多普勒频移,设手机发出信号频率为fT,基站收到的信号频率为fR,相对运动速度为,为电磁波在自由空间的传播速度(光速);fdoppler即为多普勒频移例360km/h车速,3GHz频率的多普勒频移:
子载波间隔确定-多普勒频移影响,2GHz频段,350km/h带来648Hz的多普勒频移,对高阶调制(64QAM)造成显著影响。
低速场景,多普勒频移不显著,子载波间隔可以较小高速场景,多普勒频移是主要问题,子载波间隔要较大仿真显示,子载波间隔大于11KHz,多普勒频移不会造成严重性能下降当15KHz时,EUTRA系统和UTRA系统具有相同的码片速率,因此确定单播系统中采用15KHz的子载波间隔独立载波MBMS应用场景为低速移动,应用更小的子载波间隔,以降低CP开销,提高频谱效率,采用7.5KHz子载波Wimax的子载波间隔为10.98KHz,UMB的子载波间隔为9.6KHz,如何解决ISI和ICI呢-保护间隔和循环前缀(CP),保护间隔:
从图中可以看出保护间隔大于最大多径时延即可实现无码间串扰,解决符号间干扰ISI,多径破坏了正交性:
解决方法:
加CP(循环前缀)解决载频间干扰ICI,加CP操作,CP长度的确定,CP长度的考虑因素:
频谱效率/符号间干扰和子载波间干扰越短越好:
越长,CP开销越大,系统频谱效率越低越长越好:
可以避免符号间干扰和子载波间干扰,CP长度的确定,OFDM技术的优势,频谱效率高带宽扩展性强抗多径衰落频域调度和自适应实现MIMO技术较为简单,OFDM技术的优势-频谱效率高,各子载波可以部分重叠,理论上可以接近Nyquist极限。
实现小区内各用户之间的正交性,避免用户间干扰,取得很高的小区容量。
相对单载波系统(WCDMA),多载波技术是更直接实现正交传输的方法,OFDM技术的优势-带宽扩展性强,OFDM系统的信号带宽取决于使用的子载波数量,几百kHz几百MHz都较容易实现,FFT尺寸带来的系统复杂度增加相对并不明显。
非常有利于实现未来宽带移动通信所需的更大带宽,也更便于使用2G系统退出市场后留下的小片频谱。
单载波CDMA只能依赖提高码片速率或多载波CDMA的方式支持更大带宽,都可能造成接收机复杂度大幅上升。
OFDM系统对大带宽的有效支持成为其相对单载波技术的决定性优势。
OFDM技术的优势-抗多径衰落,多径干扰在系统带宽增加到5MHz以上变得相当严重。
OFDM将宽带转化为窄带传输,每个子载波上可看作平坦衰落信道。
插入CP可以用单抽头频域均衡(FDE)纠正信道失真,大大降低了接收机均衡器的复杂度单载波信号的多径均衡复杂度随着带宽的增大而急剧增加,很难支持较大的带宽。
对于更大带宽20M以上,OFDM优势更加明显,OFDM技术的优势-频域调度和自适应,集中式、分布式子载波分配方式,集中式子载波分配方式:
时域调度、频域调度分布式子载波分配方式:
终端高速移动或低信干噪比,无法有效频域调度,多载波/单载波对频率选择性衰落的适应,OFDM技术的优势-实现MIMO技术简单,MIMO技术关键是有效避免天线间的干扰(IAI),以区分多个并行数据流。
在平坦衰落信道可以实现简单的MIMO接收。
频率选择性衰落信道中,IAI和符号间干扰(ISI)混合在一起,很难将MIMO接收和信道均衡分开处理,OFDM技术存在的问题,OFDM输出信号是多个子载波时域相加的结果,子载波数量从几十个到上千个,如果多个子载波同相位,相加后会出现很大幅值,造成调制信号的动态范围很大。
因此对RF功率放大器提出很高的要求,较高的峰均比(PARP),受频率偏差的影响,高速移动引起的Doppler频移造成载波间的干扰系统设计时已通过增大导频密度(大致为每0.25ms发送一次导频,时域密度大于TD-S)来减弱此问题带来的影响,OFDM系统虽然保证了小区内用户的正交性,但无法实现自然的小区间多址(CDMA则很容易实现)。
如果不采取额外设计,将面临严重的小区间干扰。
多小区多址,OFDM不足1-峰均比高(PeaktoAveragePowerRatio),每个RB中,12个不同的调制OFDM符号同时发送。
其中生成的组合能量会导致积极的峰值(符号相同时)或是消极的空值(符号不同时),这意味着OFDM系统有一个高的峰均比,因此对发射机内放大器的线性提出了很高的要求。
OFDM不足1峰均比高,下行使用高性能功放,上行采用SC-FDMA以改善蜂均比,OFDM不足2对频率偏移特别敏感,LTE使用频率同步解决频偏问题,OFDM不足3-多小区多址和干扰抑制,OFDM系统虽然保证了小区内用户的正交性,但无法实现自然的小区间多址(CDMA则很容易实现)。
如果不采取额外设计,将面临严重的小区间干扰(某些宽带无线接入系统就因缺乏这方面的考虑而可能为多小区组网带来困难)。
可能的解决方案包括加扰、小区间频域协调、干扰消除、跳频等。
多址技术,下行多址技术:
OFDMA上行多址技术主要考虑因素:
终端处理能力有限,尤其发射功率受限。
OFDM技术由于高的PAPR问题不利于在上行实现。
单载波(SC)传输技术PAPR较低LTE采用在频域实现的多址方式:
单载波频分多址(SC-FDMA),OFDMAVSSC-FDMA,LTE多址方式-下行,将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源,将不同的子载波资源分配给不同的用户实现多址。
因为子载波相互正交,所以小区内用户之间没有干扰。
峰均比示意图,下行多址方式OFDMA,下行多址方式特点,同相位的子载波的波形在时域上直接叠加。
因子载波数量多,造成峰均比(PAPR)较高,调制信号的动态范围大,提高了对功放的要求。
频率,时间,用户A,用户B,用户C,子载波,在这个调度周期中,用户A是分布式,用户B是集中式,LTE多址方式-上行,和OFDMA相同,将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源,将不同的子载波资源分配给不同的用户实现多址。
注意不同的是:
任一终端使用的子载波必须连续,上行多址方式SC-FDMA,上行多址方式特点,考虑到多载波带来的高PAPR会影响终端的射频成本和电池寿命,LTE上行采用SingleCarrier-FDMA(即SC-FDMA)以改善峰均比。
SC-FDMA的特点是,在采用IFFT将子载波转换为时域信号之前,先对信号进行了FFT转换,从而引入部分单载波特性,降低了峰均比。
频率,时间,用户A,用户B,用户C,子载波,在任一调度周期中,一个用户分得的子载波必须是连续的,目录,高阶调制,AMC和功率控制,HARQ,MIMO基本原理,OFDM基本原理,信道调度,LTE多天线技术,无线通信系统可以利用的资源:
时间、频率、空间LTE系统中,对空间资源和频率资源进行了重新开发,大大提高了系统性能。
多天线技术通过在收发两端同时使用多根天线,扩展了空间域,充分利用了空间扩展所提供的特征,从而带来了系统容量的提高。
为什么选用MIMO?
一、MIMO为无线资源增加了空间维的自由度。
二、MIMO通过空时处理技术,充分利用空间资源,在无需增加频谱资源和发射功率的情况下,成倍地提升通信系统的容量与可靠性,提高频谱利用率。
三、MIMO能够获得比单入单出(SISO),单入多出(SIMO)和多入单出(MISO)更高的信道容量。
MIMO常用M*N来表示,M表示发射端天线数目,N表示接收端天线数目移动室外宏站常用的比如8*2;2*2电信室外宏站常用的比如4*2;2*2,MIMO的定义,广义定义:
多进多出(Multiple-InputMultiple-Output)多个输入和多个输出既可以来自于多个数据流,也可以来自于一个数据流的多个版本。
按照这个定义,各种多天线技术都可以算作MIMO技术,狭义定义:
多流MIMO提高峰值速率多个信号流在空中并行传输按照这个定义,只有空间复用和空分多址可以算作MIMO,MIMO的表示方式,MIMO常用M*N来表示,M表示发射端天线数目,N表示接收端天线数目移动室外宏站常用的比如8*2;2*2电信室外宏站常用的比如4*2;2*2对于发射端或者接收端单侧收发的天线数目我们则用xTyR来表示移动室外宏站常用的8T8R表示宏站8根天线发送8根天线接收电信室外宏站常用的2T4R表示宏站2根天线发送4根天线接收,MIMO技术的分类,从MIMO的效果分类:
传输分集(TransmitDiversity)利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性,发射或接收一个数据流,避免单个信道衰落对整个链路的影响。
波束赋形(Beamforming)利用较小间距的天线阵元之间的相关性,通过阵元发射的波之间形成干涉,集中能量于某个(或某些)特定方向上,形成波束,从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果。
空间复用(SpatialMultiplexing)利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性,向一个终端/基站并行发射多个数据流,以提高链路容量(峰值速率)。
空分多址(SDMA)利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性,向多个终端并向发射数据流,或从多个终端并行接收数据流,以提高用户容量。
从是否在发射端有信道先验信息分:
闭环(Close-Loop)MIMO:
通过反馈或信道互异性得到信道先验信息开环(Open-Loop)MIMO:
没有信道先验信息,下行多天线技术传输分集SFBC,SFBC+FSTD,闭环Rank1预编码空间复用开环空间复用,闭环空间复用
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- LTE 关键技术 分析