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©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.LTE关键技术Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page1前言LTE关键技术OFDM多天线技术Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page2前言l平坦衰落信道中，MIMO系统可以利用传播中的多径分量l对于频率选择性衰落信道，MIMO系统依然无能为力l将MIMO系统与OFDM技术相结合，可以充分利用二者的优势p一方面，MIMO-OFDM系统不仅有很高的频谱利用率，而且在OFDM基础上合理的开发了空间资源，可以提供更高的数据速率，提高系统容量，改善系统性能。p另一方面，加入了OFDM调制技术的MIMO系统在抗多径方面表现出了很大的优势，使得MIMO系统在频率选择性衰落信道中也能取作用Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page3内容概述OFDMOFDM概述OFDM基本原理OFDM关键技术多天线引言MIMO系统的极限容量MIMO系统的性能增益分析MIMO技术在LTE中的应用Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page4目录1.OFDM概述2.OFDM基本原理3.OFDM关键技术Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page5OFDM技术的发展lOFDM技术的应用已有近40年的历史，最初主要用于军用无线通信系统l20世纪的五六十年代，美国军方创建了世界上第一个多载波调制系统l二十世纪七十年代，采用大规模子载波和频率重叠技术的OFDM系统出现l二十世纪九十年代，随着数字信号处理技术的发展，OFDM系统在发射端和接收端分别采用IFFT和FFT来实现，从而导致系统实现复杂度大大降低，使得该技术开始广泛应用Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page6OFDM技术的优缺点l优点p频谱利用率高p抗多径干扰p抗频率选择性衰落p信道估计与均衡实现简单l缺点p对频率偏移特别敏感p多普勒频谱扩展会引起ICIpOFDM系统的PAPR较大Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page7优点1：频谱利用率高lOFDM系统中各个子载波之间是彼此重叠、相互正交的，从而极大提高了频谱利用率Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page8优点2：有效抵抗多径干扰Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page9优点3：有效抵抗频率选择性衰落0100200300400500600-30-25-20-15-10-50510FrequencyFrequencySlectiveFadingCopyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page10OFDM技术的缺点lOFDM技术最大的缺点是对频率偏移特别敏感，收发两端晶振的不一致会引起ICI，虽然在接收端可以通过频率同步来获取频率偏移并进行校正，但由于频偏估计的不精确而引起的残留频偏将会使信号检测性能下降l在移动环境下，由于终端移动而引起的多普勒频谱扩展，同样会引起ICI，这就要求系统设计时合理地配置各种参数以尽量降低ICI对检测性能的影响lOFDM系统的PAPR较大，对功放和削波提出了更高的要求Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page11目录1.OFDM概述2.OFDM基本原理3.OFDM关键技术Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page12OFDM技术的模拟基带实现l主要思想：p将数据进行串并转换，得到N路并行的数据流，并将它们调制到相互正交的子载波上，各个子载波的频谱相互交叠p下面的式子可以保证子载波之间的正交性在接收端对其进行相关解调时，Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page13OFDM技术的数字基带实现示意图下图描述了OFDM系统在发射端用IFFT来实现多载波叠加的过程。由前面的公式可以得出，对发射序列进行IFFT之后所得到的，恰好是模拟基带实现时多载波叠加后数据的采样序列，对其进行D/A转换，即可得到模拟基带实现时的发射信号tje0wtjNe1-wΣ0,ns1,-NnsP/SIDFT0,ns1,-NnsΜΜΜD/ACopyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page14OFDM系统实现框图P/SIFFTS/Ps(t)AddCyclicPrefixTx.filter:GT(ω)Channel:H(ω)n(t)S/PFFTP/Sr(t)RemoveCyclicPrefixRx.filter:GT(ω)TransmitterReceiverChannelΜΜΜΜΜCopyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page15目录1.OFDM概述2.OFDM基本原理3.OFDM关键技术Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page16目录3.OFDM关键技术3.1时频同步3.2信道估计3.3PAPR抑制3.4动态资源分配Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page17时频同步－保护间隔第1径第2径第1径第2径无保护间隔有保护间隔Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page18时频同步－循环前缀Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page19时频同步－循环前缀Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page20时频同步－频率同步的影响下图显示，频率不同步将直接引入ICI，而且ICI的影响要比ISI的影响大得多，所以在OFDM系统中，频率同步的精度要求比符号同步高Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page21OFDM系统信道估计l信道估计的作用：估计信道衰落系数(包括幅度和相位)，以实现相干解调l资源：p利用训练序列进行信道估计p利用导频子载波进行信道估计l方法：p最小二乘（LS）p最小均方误差（MMSE）l利用训练序列进行信道估计通常进行一维（频域）插值，利用导频子载波进行信道进行估计，要进行时频二维插值，一般采用线性插值即可满足要求Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page22OFDM峰均比l主要原因是OFDM最后的功率是多个信号功率的叠加，由于每个信号的变化没有规律，因此最终叠加后的功率变化就很大lSC-FDMA也有幅度和功率变化，但每个用户的发送信号与单载波相同，没有叠加的因素,因此功率的变化就要相对小很多l上行采用SC-FDMA以改善蜂均比DFTSub-carrierMappingCPinsertionSize-NTXSize-NFFTCodedsymbolrate=RNTXsymbolsIFFTCopyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page23OFDM峰均比l上行采用SC-FDMA以改善蜂均比Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page24OFDM系统的动态资源分配lOFDM系统中可供分配的资源包括功率、子载波、编码调制方式l根据信道质量为每个用户动态分配最优子载波l根据信道质量为每个子载波动态分配合适的编码调制方式l根据注水定理，通过合理的资源分配使系统容量最大化或者发射功率最小化l将QoS与动态资源分配相结合，考虑业务需求和公平性l将功率分配与远近效应相结合，尽量降低自干扰Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page25内容概述OFDMOFDM概述OFDM基本原理OFDM关键技术多天线引言MIMO系统的极限容量MIMO系统的性能增益分析MIMO技术在LTE中的应用Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page26目录1.引言2.MIMO系统的极限容量3.MIMO系统的性能增益分析4.MIMO技术在LTE中的应用Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page27引言l随着Turbo编码及LDPC编码的成熟和实用化，实际时频通信系统基本上逼近了Shannon给出的最高效率：lMIMO技术：p利用空间维度资源p在发射端和接收端同时采用多天线技术p在不增加发射功率和带宽的前提下，成倍地提高无线通信系统的传输容量p容量的提升与天线数目成比例关系HzsbNPCT//1log02⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page28LTE的性能目标与峰值速率lLTE的性能目标p在20MHz的带宽下,下行峰值速率达到100Mbpsp在20MHz的带宽下,上行峰值速率达到50MbpslLTE峰值速率p资源块(RB)-频域:12个子载波;时域:1个时隙(0.5ms)p64QAM调制:1个符号可传6个比特p无线资源块:20MHz共有100RBsp短CP，每个子帧14个符号，假设其中2个符号用于控制信息p理论峰值速率计算nSISO：12*（14-2）*6*100*1000=86.4MbpsnMIMO(2*2):2*86.4=172.8MBpsCopyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page29目录1.引言2.MIMO系统的极限容量3.MIMO系统的性能增益分析4.MIMO技术在LTE中的应用Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Allrightsreserved.Page30MIMO系统的极限容量lMIMO(MultipleInputMultipleOutput):收发两端同时采用2天线为例l接收信号：l极限容量：22h11h21h12h1x2x1y2y⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=02IdetlogNCHHHRxxnHxy+=()TExxRxx=2222121212121111nxhxhynxhxhy++=++=Copyright©2009HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Al