LTE技术

LTE技术与发展第一课、什么是4G和LTE第一节、什么是4G和LTE？与以往的技术有什么区别？一、1、4G就是第四代移动通信，第四代移动通信系统可称为广带接入和分布式网络，其网络结构将是一个采用全IP的网络结构。2、4G采用许多关键技术：正交频率复用技术（OFDM），多载波调制技术，自适应调制和编码（AMC）技术，MIMO（多输入多输出）和智能天线技术。3、第四代移动通信技术具有以下特点：（1）传输速率更快：高速移动250km/h（2Mbps）;中速移动60km/h(20Mbps);低速（100Mbps）；（2）频谱利用率更高：下载速度可达5Mbps~10Mbps；（3）网络频谱更宽：每个4G信道将会占用100MHz或更多的带宽，3G则为5~10Mbps；（4）容量更大；（5）灵活性更强；（6）实现更多质量的多媒体通信：语音、数据、影像（7）兼容性更平滑：接口开放。二、LTE:3GPP长期演进：1、3GPP长期演进以OFDM/FDMA为核心的技术，可被看做准4G技术或3.9G。2、主要性能目标包括：A、在20MHz频谱带宽提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速度；B、改善小区边缘用户的性能；C、提高小区容量；D、降低系统延迟。三、LTE频段：FDD-LTE主流频段：1.8G/2.6G/及低频段700MHz、800MHz。TD-LTE主流频段：2.6G/2.3GHz。注：中国政府宣布将2500-2690MHz共190MHz划分为TDD。LTE与以往移动通信系统的速率对比：无线蜂窝制式GSMCDMA下行速率236kbps153kbps上行速率118kbps153kbps无线蜂窝制式CDMA2000(EVDORA)TD-SCDMA(HSPA)下行速率3.1Mbps2.8Mbps上行速率1.8Mbps2.2Mbps无线蜂窝制式TD-LTEFDD-LTE下行速率100Mbps150Mbps上行速率50Mbps40Mbps第二节、TD-LTE和FDD-LTE技术简介，全球发展状况：一、TDD-LTE与FDD-LTE的介绍和区别：1、TDD-LTE上下行在同一频点的时隙分配；FDD-LTE上下行通过不同的频点分配。二、FDD与TDD的工作原理：1、FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。FDD必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其当方向的资源在时间上是连续的。2、TDD用时间来分离接收和发送信道。其接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行分配。3、TDD比FDD的优缺点：优：A、能够灵活配置频率；B、通过调整上下行时隙转换点提高下行时隙比例，能够很好地支持非对称业务；C、具有上下行信道一致性，降低了设备成本；D、接收上下行数据时，只需要一个开关即可；缺：A、发射时间短；B、TDD系统上行受限，基站覆盖范围小于FDD；C、TDD系统收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间存在干扰。三、使用TDD与FDD技术在LTE应用上的优劣：1、TDD移动通信体制在功率控制以及智能天线技术的使用方面有明显的优势（但TDD系统的覆盖范围半径小）2、TDD可以灵活的设置上下行转换时刻，用于实现不对称的上下行业务带宽等（转换时刻的设置必须与相邻基站同事进行）3、与FDD相比，TDD可以使用零碎的频段，因为上下行与时间区别，不必要求带宽对称的频段；4、TDD技术不需要收发隔离器，只需要一个开关即可。5、移动台移动速度受限制；6、发射功率受限。四、TD-LTE和FDD-LTE在全球的发展状况：截止2013年3月份，全球125各国家共计412个运营商投资建设LTE网络。67个国家的156个电信运营商已商用LTE网络。其中商用的TDD网络共14个。截止2013年3月全球已商用的FDD-LTE网络为149个。其中主流频段为1.8G/2.6G/及低频段700MHz、800MHz。到2013年3月全球共有14个TD-LTE商用网络。其中主流频段为2.6G/2.3GHz。截止2013年3月，全球97个厂商共发布了821款LTE终端产品，比去年同期增长54%，其中智能手机增长更快，是去年同期的4倍，现已有261款。TDD模式的终端共166款。目前，LTE用户发展较好的主要是美日韩运营商。第二课、LTE关键技术OFDM第一节、什么是OFDM？基本原理和应用：一、OFDM是MCM多载波调制的一种。主要思想：将信道分成若干子信道，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。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰ICI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此，每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。1、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。2、多载波优点：（1）可以在不改变系统基本参数或设备设计的情况下使用不同的频谱带宽。频谱利用率高，就是一个能当两个用。（2）可变带宽的传输资源可以在频域内自由调度，分配给不同的用户。（3）为软频率复用和小区间的干扰协调提供便利。二、OFDM技术的发展：OFDM这种技术是HPA联盟工业规范的基础，它采用一种不连续的多音调技术，将被称为载波的不同频率中的大量信号合并成单一的信号，从而完成信号传送。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，因此常常会被利用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。第二节、OFDM与CDMA等技术比较1、OFDM将传输频宽分割成多个窄频宽的子信道，同时使用多个载波来载送讯息，由于讯息资料被平均分配于各个子通道同时传送，有效降低每个子通道之实质资料与传送速率，因而具有良好频谱使用效率及绝佳多重路径损耗之免疫力。2、CDMA技术是基于扩频通信理论的调制和多址连接技术。OFDM技术属于多载波调制技术，它的基本思想是将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各个子载波并行传输。3、OFDM优点：良好的网络的可扩展性；更高的频谱利用率、更灵活的调制方式和抗多径干扰能力。4、差异：——调制技术：CDMA中下行链路可支持多种调制，但每条链路的调制方式必须相同，而上行链路却不支持多种调制OFDM中，每条链路都可以独立调制。（引入自适应调制）——峰均功率比（PAPR）：CDMA系统的PAPR一般在5~11dB，并会随着数据速率和使用码数的增加而增加。在OFDM系统中，由于信号包络的不恒定性，使得该系统对非线性很敏感。——抗窄带干扰能力：OFDM中窄带干扰只影响整个扩频信号的一小部分。——抗多径干扰能力：CDMA中记接收机采用RAKE分集接收技术来区分和绑定多路信号能量。OFDM是将待发射的信息码元通过串并变换，降低速率，从而增加码元周期，已削弱多径干扰的影响。——功率控制技术：CDMA中功率控制解决远近效应，也有效解决了网络的容量。OFDM系统引入功率控制的目的是最小化信号间干扰。——网络规划：OFDM系统网络规划最基本的目的是减少信道间干扰。——均衡技术：均衡技术可以补偿时分信道中由于多径效应而引起的ISI。第三课、LTE关键技术之OFDM和MIMO第一节、LTE关键技术之OFDM和MIMO背景：影响通信速率的因素：C=B*VC：速率；B:带宽；V:每Hz的速率；提高网络速率的方法：增加带宽和增加频带利用率。一、OFDM正交频分复用：OFDM原理很简单，就是将大的频谱分为若干小的子载波，各相邻子载波相互重叠，相邻子载波相互正交（通过傅里叶变实现），从而使其重叠但不干扰。然后将串行数据映射到子载波上传输，实现统一调度。传统的多载波是分开的，载波之间要有保护间隔，而OFDM则是重叠在一起的，节省了带宽。同时OFDM时统一调度，而FDM是子载波分别调度，效率不一样。OFDM的子载波小于信道相干带宽，客服了频率选择性衰落。二、OFDMA正交频分多址：OFDM是一种频分技术，而OFDMA是利用频分技术实现的多址技术。OFDMA要实现主要有两点：1、将高速串行数据流转化为并行，实现串并转换，必须为并行能进行傅里叶变换。2、将每一路调制到各个子载波上，子载波在经过快速傅里叶变换FFT（或者IFFT）实现互相正交。OFDMA继承了OFDM的特点，具有随着带宽的增加，OFDMA信号仍能保持正交的特点，同时还可以频域调制，还能支持MIMO。OFDMA对频谱支持六种带宽：名义带宽（MHz）1.435101520RB数目615255075100实际占用带宽（MHz）1.082.74.5913.518注：LTE上行技术是SC-FDMA（单载波频分多址）三、CP循环前缀：所谓循环前缀CP的意思就是我这个保护间隔不用传统的全0，而是用我自身的一部分，将符号的最后一部分拿出来放到前面当保护间隔，就是CP。由于保护间隔是信号的一部分，所以不会破坏符号本身的正交性。由于基站覆盖的距离远近不同，多径延迟也不同，所以CP分为三种：常规；扩展和超长扩展（海边等特殊场合用到）。CP的长度也会影响物理层资源快的大小，间接影响速率。四、MIMO系统：原理是通过收发端的多天线技术来实现多路数据的传输，从而增加速率。MIMO大致可以分为三类：空间分集；空间复用和波束赋行。1、空间分集（发射分集、传输分集）：利用较大间距的天线阵元之间或赋行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。其实就是两根天线传输同一个数据，但是两个天线上的数据护卫共轭，一个数据传了两遍，有分集增益，保证数据能够准确传输。2、空间复用（空分复用）：利用较大间距的天线阵元之间的赋行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）。如果上一个技术是增加可靠性，这个技术就是增加峰值速率，2个天线传输2个不同的数据流，相当于速率增加了一倍。3、波束赋行：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。4、LTER8版本中的MIMO分类：目前R8版本主要分了7类MIMO1单天线端口，端口0兼容单发射天线2发射分集3开环空分复用提高用户峰值速率4闭环空分复用5多用户MIMO提高小区吞吐量6闭环Rank=1预编码7单天线端口，端口5增强小区覆盖（1）单天线传输，也是基础模式，兼容单天线UE。（2）不同模式在不同天线上传输同一个数据，适用于覆盖边缘。（3）开环空分复用，无需用户反馈，不同天线传输不同数据，相当于速率增加一倍，适用于覆盖较好区域。（4）同上，只不过增加了用户反馈，对无线环境的变化更敏感。（5）多个天线传输给多个用户，如果用户较多且每个用户数据量不大的话可以采用，增加小区吞吐量。（6）闭环波束赋行一种，基于码本的（预先设置好），预编码矩阵是在接收端终端获得，并反馈PMI，由于有反馈所以可以形成闭环。（7）无需码本的波束赋行，适用于TDD，由于TDD上下行是在同一频点，所以可以根据上行推断出下行，无需码本和反馈，FDD由于上下行不同频点所以不能使用。5、上行MIMO技术（R8版本）：上行支持MU-MIMO，但是上行天线只支持1发，也就是1*2和1*4，可以采用最高阶的64qam调制。第二节、为什么OFDM系统比CDMA系统更容易与MIMO技术结合？MIMO技术的关键是有效避免天线之间的干扰，以区分多个并行数据流。在水平衰落信道中可以实现更简单的MIMO接收。在频率选择性信道中，由于天线间干扰和符号间干扰混合在一起，很难将MIMO接收和信道均衡分开处理。如果采用将MIMO接收和信道均衡混合处理的MIMO接收均衡的技术，则接收机会比较复杂。目前解决MIMO系统中的频率选择性衰落的方案一般是利用均衡技术，还有一种是利用OFDM。4G需