简述LTE关键技术

简述LTE关键技术---王亮由于我是做CDMA的，实际的LTE设备我也没有接触过，但是理论的资料看了不少，我本身也是学习过程，抛砖引玉吧。1.OFDM这个技术说的很玄乎，其实在wimax和wifi里早就利用了，OFDM并不比CDMA的频谱利用率更高，但是他的优势是大宽带的支持更简单更合理，而且配合mimo更好。举个例子，CDMA是一个班级，又说中文又说英文，如果大家音量控制的好的话，虽然是一个频率但是可以达到互不干扰，所以1.25m的带宽可以实现4.9m的速率。而OFDMA则可以想象成上海的高架桥，10米宽的路，上面架设一个5米宽的高架，实际上道路的通行面积就是15米，这样虽然我水平路面不增加但是可以通行的车辆增加了。而OFDM也是利用这个技术，利用傅里叶快速变换导入正交序列，相当于在有限的带宽里架设了N个高架桥，目前是一个ofdm信号的前半个频率和上一个频点的信号复用，后半个频率和后一个频点的信号复用。那信号频率重叠了怎么区分，很简单，OFDM，O就是正交的意思，正交就是能保证唯一性，举例子，A和B重叠，但是A*a+B*b，a和b是不同的正交序列,如果我要从同一个频率中只获取A，那么通过计算，（A*a+B*b）*a=A*a*a+B*b*a=A+0=A（因为正交，a*a=1，a*b=0）。所以OFDMA是允许频率重叠的，甚至理论上可以重叠到无限，但是为了增加解调的容易性，目前LTE支持OFDM重叠波长的一半。2.mimo其实在早期的LTE放弃CDMA很重要的一个原因就是CDMA对MIMO支持不好，而OFDM采用的子载波数据是将串行数据转化为并行，并行数据可以很好地适应MIMO的接收。MIMO就是多进多出的意思，这样我可以在空间传送多路信号，其中分这么几大类，我简单的给大家介绍下(我也是刚看MIMO，找不到合适的资料，但是大概意思还懂点)a、single-ant。单天线传输（基本模式）b、transmitting-diversity。适合覆盖边缘，用不同模式在不同天线上传输相同数据，提高传输质量。就好比你在香港问路，一个人用粤语说一遍，另外一个人用普通话说一遍，你总能明白一个吧。c、open/closeloopsdma。适合覆盖好的地方，通过空分复用提升速率。好比你左右2个耳朵同时接收2个不同的内容，相同的时间信息量翻倍。d、mu-mimo，适合2个用户分隔较远的情况，同时可以对2个用户传输不同的内容，增加信息量输出。e、closelooprank=1。适合覆盖边缘，1个天线发射，2个天线接收，类似c，但是2个耳朵接收同一个内容，增加可靠性f、还一种波形对准用户方式，智能天线能够根据波束找到用户方向（波的干涉原理），将主瓣对准它，增加可靠性。说白了mimo就是基站和发射天线之间的一些小协议，通过判断用户的位置，信号强度，由基站决定采用哪种方式给用户发送数据，由天线实现，可能还有很多种，很多小类。3.HARQ其实刚看到这个知识点的时候，我觉得CDMA里也有HARQ就没仔细看，后来翻翻才知道大有文章，在CDMA中，HARQ的作用是早终止，例如这个包是计划4次发射成功的，我每发一次就让对方给个回复，如果给NAK，说明没解调，继续发，给ACK就说明对方解调了，可以终止了，类似编程里的判断语句，最终如果就发了2次对方就回了ACK，说明我提前发送成功，节约了资源。而LTE里的HARQ为什么单独拿出来讲，因为它不光具有早中止的功能，还有纠错功能，相当于HARQ=FEC+ARQ,FEC是QPP的tubo编码，例如我发一个包，对方没解调出来，对方不会说丢弃而是保留这个包，回NAK，第二次发这个包，对方收到会和上次保留的包进行比对，如果2次缺失的内容刚好能互补，能够还原这个包就回ACK，这样就相当于分为了2步，先进行纠错和检测，能纠正过来就回ACK，不能纠正再进行ARQ。4.PAPROFDM由于在频域上的子载波是互相重叠的，所以如果2个子载波刚好都是正能量，那么合并后会更高，很容易造成高峰均比，峰均比最大的不好就是功率要求大，直接的影响就是功放利用率低，同时要线性更好的功放，举个例子，例如住房子，如果你和姚明一起住，那么层高要3米才行，如果没有姚明，层高2.7就够了，那么开发商不愿意增加成本怎么办，最简单的办法就是把姚明折叠起来，让他一直坐着。OFDM也是一样，这个技术就叫PAPR。主要是采用2种方法，a、限幅，就是信号经过非线性部件之前进行限幅，将峰值信号降低，数学上是设定一个目标值，大于目标值的乘以一个系数让其降下来（书上都有数学公式），就类似让姚明弯腰一样，但是你降下来的部分会对原来的部分造成干扰，也是一个不利的方面。b、压缩扩张，除了限幅，还可以把大功率信号压缩，而把小功率信号放大，缩小差距从而降低峰均比。其实就是在IFFT是计算一个平均振幅值，在反变换时候将这个平均振幅值加载反变换过程中，起个中和的作用。5.循环加入CPOFDM每个子载波都必须为一个整数波形，但是如果发生了时延，到了接收端可能就不一定完整了，举个例子，如果你发了1234（其实是有保护间隔的），但是由于时延，有一部分超出了接收端的时间窗，接收端收到的是234……，这样的话在一个子载波周期里就不是完整的波了，失去了原来的正交特性，从而引起载波间的干扰，所以就引入了个概念CP。很多人知道CP，但是可能不知道是怎么加的，其实是将波形的后半部分复制到前半部分，从而形成一个保护带，还用上面的例子，加入cp后为341234，其中34是cp，接收端收到的是41234，这样我就保证了1234都能收到，同时4也是我波形里面的一部分（4123本身就是个完整的波，就是相位变了但是仍然可以解调），不会破坏正交性。接收端取出CP后就恢复了原来的数据，这样就可以解决时延的问题了。而加入多大的CP也是根据你环境所决定的。CP过大会占用过多资源，影响速率，过小容易造成干扰，也是个敏感的东西。前面讲了OFDM，MIMO，自适应编码，HARQ等等关键技术，还剩一个小区间干扰消除，今天我有时间刚好就写写吧。先讲讲为何会有小区间干扰，假如你在一个小区内，你和其它用户都是通过OFDMA区分的，也就是正交的，是不会存在干扰的。可是如果你在2个小区之间呢？那就不一样了，你在2个小区A和B之间，A和B是同频的，同时有没有一个统一的OFDMA，所以对这个用户来说，你用A，B就是干扰，举个例子，你在你们班的学号是1号，在你们班回答问题，1号是你就肯定没错，可是如果你们班和别的班混在一起上课，老师说，1号回答问题，那么这个1号就不一定代表你了。这就叫小区间的干扰那么怎么克服呢，下面讲几种方法。1.加扰法在CDMA中也有加扰，作用就是避免全0或者全1，增加解调可靠性，LTE也用，其作用也是一样，增加小区边缘信号的随机性，在你原有信号的基础上加上扰码序列，我觉得应该是UEid之类的东西，这样出现相同号码的几率就会下降（其实是相关性下降，理解就行），举例啊，你是1号，加扰后变成101，那么另外一个班的1号可能加扰后变成了201，那么同样是1号，干扰的几率就下降了。2.跳频法这个很简单，学过GSM的都知道，把频率错开，怎么也不可能有干扰了，继续举例子，如果2个班合并，1个班只要单号，另外一个班只要双号，这样每个号码都不会有冲突了，这个目前LTE有子帧内跳频和子帧跳频，这个就是跳频的范围不同而已。3.发射端波束赋形这个技术来源于TDSCDMA，就是通过共振确定被干扰用户的方向，在这个方向上功率调低，减少对其的干扰，听着就比较玄乎不是，目前证明在td上使用是很失败的，LTE也只是列为可选，还没见那家公司用。4.irc又一个大缩写，其实也不难，就是利用多跟天线之间的加权来克服干扰，这个目前好像采用的也很少。我也不是很明白，我的理解类似一根天线为x，另外一根为y，通过2个天线权重的不同克服干扰，有明白的可以一起探讨。5.小区间干扰协调这个是最nb的了，我觉得也是最可用的，主要设计思想就是通过不同的频率来分开边界的用户，这个和跳频不同，跳频的作用是通过频率变化来增加随机性，而小区间干扰则是隔离2个小区。主要实现方法是分频率协调和功率协调。频率协调很简单，就是将频率分为三等分，小区中央的用户用全部频段，而边缘的用户用其中的三分之一。这样边缘的用户相当于频分了，就不存在干扰了。举个例子，红蓝黄三重颜色，小区中央的用户三种颜色都用，保证速率，A小区边缘的用红色，B小区边缘用蓝色，C小区边缘用黄色，这样边缘的用户就不会混了，也就不存在干扰。这里涉及一个重要的问题，如何区分边界用户？其实很简单，UE会测量小区质量，上报一个RSRP，小区就是根据RSRP来判断是否在覆盖边缘，从而决定是给他全频段还是部分频段。还有一种是功率协调。作用和上面一样，但是实现方式不同，三个小区每个小区都有一个频段功率较大，保证边缘占用。举例，A小区的黄色功率大，B小区的蓝色功率大，C小区的红色功率大，虽然我没有区分边缘用户，但是从覆盖的角度来看边界也被区分为红黄蓝。当然也可以分为静态和半静态。上面说的都是静态，半静态就更复杂些，可以决定哪些PRB分给谁来减少干扰。说说qos吧，和cdma一样，LTE的qos是基于承载的，也就是说是基于连接的，你的连接订了，qos也就定了。举个例子，你修了条高速，那么它的qos就是120km，你修了个国道，qos就是80，无论上面跑的什么车，下面的pdcp，rlc，mac和物理层更多的是维护这个链路的优先级而不是包。目前qos最小的粒度也就是这个了，LTE分为9种qos，标识为qci，希望大家明白，目前没有一个qos的粒度到了包（packet）这个级别，那如果一个人又视频又下载东西怎么办，好说，建立2个承载。同步，无论FDD还是TDD都是分主同步和辅同步的，这个有人问TDD，我专门翻了TDD帧结构看了看，没问题。FDD的主同步信号（pss）在每个帧中的0子帧0时隙中最后一个ofdm符号，辅助同步信号在0子帧1时隙的倒数第二个OFDM符号，没半帧一个周期重复。（注意频域上是中间6个RB才有同步信号）那么，是不是同步周期就是没半帧呢？不是，主同步信号前后半个帧的信号是相同的，也就是没半帧重复一次，周期就是半帧5ms，而辅同步信号前后半帧内容不同，所以他的周期是一个帧，10ms。总结一下，主同步pss，每半帧重复一次，2次重复之间就是5ms，辅同步sss每一帧出现2次，前后不同，但是和下一帧同位置的一样，2次相同的sss之间是1个帧，10ms。TDD的类似，只不过信号位置不一样，但是周期是一样的。而由于FDD和TDD的同步信号位置不同，所以在同步的时候，就知道该系统是TDD还是FDD了。2.小区搜索既然是同步，为何分主同步和辅同步呢？主要是2种同步符号所带信息不同，在LTE里，主同步有3个，辅同步信号有168个，3*168=504，这个数字和小区id（pci）数目是对应的，这不是偶然。ue在做小区搜索的时候，由于主同步是5ms周期，所以先进行主同步pss，获得小区id，可以这么理解主同步有3个，对应3个扇区。再10ms同步辅同步sss，获得小区ID组。类似于基站，这样有了基站有了小区，就知道你同步到那个扇区下面了。那么这个小区id（pci=3*sss+pss）。随后才是读取这个小区的广播消息，获取天线配置，接着获取系统消息，知道信道配置，邻区列表。