LTE空口关键技术解析

LTE空口关键技术解析,课程内容,多址技术多天线技术AMC链路自适应HARQ信道调度与快速调度小区间干扰协调,LTE的技术特点,基于OFDM的上下行多址接入和信号调制方式下行采用正交频分多址OFDMA上行采用单载波频分多址SC-FDMA消除无线网络自干扰资源分配更灵活,采用更高阶的调制:64QAM系统峰值频谱效率达到6bps/Hz,OFDM原理,OFDM即正交频分多路复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing），与传统的多载波调制（MCM）相比，OFDM调制的各个子载波间可相互重叠，并且能够保持各个子载波之间的正交性。,Bandwidth,OFDM原理,OFDM的基本原理是将高速的数据流分解为N个并行的低速数据流，在N个子载波上同时进行传输。这些在N子载波上同时传输的数据符号，构成一个OFDM符号,多址方式概述,LTE采用OFDMA（正交频分多址：OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess）作为下行多址方式,LTE采用DFT-S-OFDM（离散傅立叶变换扩展OFDM：DiscreteFourierTransformSpreadOFDM）、或者称为SC-FDMA（单载波FDMA：SingleCarrierFDMA）作为上行多址方式,OFDMA主要参数,子载波间隔15kHz，用于单播（unicast）和多播（MBSFN）传输7.5kHz，仅仅可以应用于独立载波的MBSFN传输频域主要参数时域主要参数一个时隙中不同OFDM符号的循环前缀长度不同CP影响一个时隙中的符号个数,SC-FDMA主要参数,子载波间隔15kHz频域主要参数时域主要参数一个时隙中不同SC-OFDM符号的循环前缀长度不同,下行OFDMA正交频分多址,OFDMA技术OFDM调制技术和多用户子载波分配结合的传输技术每个用户使用一个二维时频子载波集进行传输,其带宽可灵活动态分配同时避免了符号间干扰,子载波间干扰和多用户接入干扰缺陷:峰均比高,不适合终端信号波形,IFFT,下行OFDMA的多用户资源分配,OFDMA的多载波传输方式将频谱划分为时频二维资源：频域的子载波和时域的符号间隔。,上行SC-FDMA单载波频分多址,上行采用SC-FDMA作为多址接入及信号调制技术OFDMA的劣势是调制输出信号的峰均比较高，使得功放效率降低，不适合上行终端的信号传输SC-FDMA对调制信号先进行离散付立叶变换,再对输出结果在连续的子载波子集上做OFDM调制从而降低信号峰均比,同时保持了OFDMA抗多径和无多用户接入干扰的优势,上行SC-FDMA的多用户资源分配,不同用户在同一传输间隔占用不相交的子带同一用户在不同传输间隔可以占用不相同的子带,OFDMA与SC-FDMA的对比,课程内容,多址技术多天线技术AMC链路自适应HARQ信道调度与快速调度小区间干扰协调,多天线技术,自适应多天线技术OFDM技术与MIMO技术的融合,提高系统吞吐量支持多种模式的多入多出技术(SU-MIMO，MU-MIMO)自适应MIMO技术根据信道特性调整传输参数在链路稳定性和容量之间取得最佳折衷。,LTE的基本配置是DL2*2和UL1*2,最大支持4*4,多天线技术应用类型：传输分集空间复用波束赋形,MIMO的不同应用模式,SU-MIMO结合空间复用两个数据流在一个TTI中传送给UE,SU-MIMO结合发射分集只传给UE一个数据流,MU-MIMO结合空间复用.给每个UE传送两个数据流.,MU-MIMO结合发射分集.给每个UE传送一个数据流.,空间复用可以在一个TTI中传送两流数据，而发射分集在一个TTI中实际传送了一个数据流；SU-MIMO与MU-MIMO区别在于占用相同时频资源的数据流发给同一个用户或者不同的用户,多天线技术传输分集,MIMO,多天线发射分集技术把多径信号在接收端合并,提高链路抗衰落的能力,亦即降低在同等平均接收信号强度下的误码率;2发2收能提供最大4阶的分集增益,使得误码率与平均信噪比的4次方成反比。,y11,y21,MIMO用于分集增益的基本信道模型,TX,RX,-x2*x1,x1*x2,H,y22,y12,更稳健的等效SISO,RX,TX,x2x1,y1,y2,H=sqrt(|h11|2+|H12|2+|h21|2+|h22|2),h11,h12,h21,h22,多天线技术空间复用,MIMO,收发两端配置多个天线可构成多入多出(MIMO)信道如上左图.其平坦衰落数学模型如上右图.如果上述H可逆,则可用接收到的y=y1,y2解出x=x1,x2,这样相对于单入单出(SIMO),数据率提高了2倍!通常而言,对于M发N收,数据率相对于1发1收最高可提高min(M,N)倍.H可逆的前提是收发之间必须要有丰富的多径!MIMO与OFDM最佳匹配,x1,x2,y1,y2,H,MIMO用于空间复用增益的基本信道模型,TX,RX,2个独立的等效SISO,x1,x2,y1,y2,TX,RX,h2,h1,h11,h12,h21,h22,单用户双数据流,单用户双数据流,波束赋形是一种应用于小间距的天线阵列多天线传输技术，其主要原理是利用空间的强相关性及波的干涉原理产生强方向性的辐射方向图，使辐射方向图的主瓣自适应的指向用户来波方向，从而提高性噪比，提高系统容量或者覆盖范围。,波束赋形示意图,多天线技术波束赋形,LTE采用的多天线技术,上行多天线技术上行传输天线选择(TSTD)MU-MIMO（多用户MIMO）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，闭环空间复用以及MU-MIMO波束赋形,多码字传输多码字传输即复用到多根天线上的数据流可以独立进行信道编码和调制单码字传输是一个数据流进行信道编码和调制之后再复用到多根天线上LTE支持最大的码字数目为2。为了降低反馈的量,单码字多码字,空间复用多码字传输,空间复用预编码技术,基于预编码的空间复用是将多个数据流在发送之前使用一个预编码矩阵进行线性加权。,22,SU-MIMOMU-MIMO,下行多用户MIMO,下行MU-MIMO:将多个数据流传输个不同的用户终端，多个用户终端以及eNB构成下行MU-MIMO系统下行MU-MIMO可以在接收端通过消除/零陷的方法，分离传输给不同用户的数据流下行MU-MIMO还可以通过在发送端采用波束赋形的方法，提前分离不同用户的数据流，从而简化接收端的操作LTE下行目前同时支持SU-MIMO和MU-MIMO,上行MU-MIMO:不同用户使用相同的时频资源进行上行发送（单天线发送），从接收端来看，这些数据流可以看作来自一个用户终端的不同天线，从而构成了一个虚拟的MIMO系统，即上行MU-MIMOLTE上行仅仅支持MU-MIMO这一种MIMO模式,SU-MIMOMU-MIMO,上行多用户MIMO,多天线技术处理流程,LayerMapper模块完成码字到层的映射操作，其中层有不同的解释：在使用单天线传输、传输分集以及波束赋形时，层数目等于天线端口数目；在使用空间复用传输时，层数目等于空间信道的Rank数目，即实际传输的流数目。Pre-coding模块完成层到天线端口的映射操作，空间复用中的预编码操作、传输分集操作主要在这个模块中完成。AntennaPortMapper模块完成天线端口到物理天线单元的映射操作，波束赋形操作主要在这个模块中完成。,25,多天线技术的自适应切换,LTE提供了统一的发射信号处理架构，通过终端反馈的机制来实施多天线的自适应切换,终端反馈CQI/RI/PMI,分别代表调制编码方式多天容量增益的阶数多天线预编码的矢量/矩阵,支持的多天线传输模式：发射分集,适用于发射天线间相关性弱的多天线信道。闭环/开环空间复用，适用于收发之间多径丰富且收发同时多径角度扩展大的多天线信道。秩为1的预编码，适用于发射天线间相关性强的多天线信道。,CQI,RI,PMI,课程内容,多址技术多天线技术AMC链路自适应HARQ信道调度与快速调度小区间干扰协调,链路自适应技术,链路自适应技术可以通过两种方法实现：功率控制和速率控制。一般意义上的链路自适应都指速率控制，LTE中即为自适应编码调制技术（AdaptiveModulationandCoding），应用AMC技术可以使得eNodeB能够根据UE反馈的信道状况及时地调整不同的调制方式（QPSK、16QAM、64QAM）和编码速率。从而使得数据传输能及时地跟上信道的变化状况。这是一种较好的链路自适应技术。对于长时延的分组数据，AMC可以在提高系统容量的同时不增加对邻区的干扰。,28,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,链路自适应技术功率控制,29,链路自适应技术速率控制(即AMC),时域AMC。频域AMC。空域AMC。,30,调制方式、编码方式等各项参数组合，使得AMC技术更加高效、灵活,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,链路自适应技术速率控制(即AMC),31,LTE上行方向的链路自适应技术基于基站测量的上行信道质量，直接确定具体的调制与编码方式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（如右图）,链路自适应技术LTE上下行方向链路自适应,32,课程内容,多址技术多天线技术AMC链路自适应HARQ信道调度与快速调度小区间干扰协调,HARQ,HybridAutomaticRepeatreQuest（HARQ）是一种前向纠错FEC和重传ARQ相结合的技术。HARQ与AMC配合使用，为LTE的HARQ进程提供精细的弹性速率调整。LTE中的HARQ技术采用增量冗余（IncrementalRedundantcy，IR）HARQ,即通过第一次传输发送信息bit和一部分冗余bit，而通过重传（Retransmission）发送额外的冗余bit，如果第一次传输没有成功解码，则可以通过重传更多冗余bit降低信道编码率，从而实现更高的解码成功率。如果加上重传的冗余bit仍然无法正常解码，则进行再次重传。随着重传次数的增加，冗余bit不断积累，信道编码率不断降低，从而可以获得更好的解码效果。HARQ针对每个传输块（TB）进行重传。,混合自动重传请求(HARQ),ARQ(重传反馈)就是在发送端发送能够检错的码，在接收端根据译码结果是否出错并通过反馈信道向发送端发送一个ACK或NACK；FEC(前向纠错)就是在发送端发送能够纠错的码，接收端根据纠错码的译码规则进行译码，纠正一定程度上的误码；HARQ(混合自动重传请求)就是将ARQ和FEC结合起来，在编码时增加一定的冗余度，发送能够有效纠错的码；,35,重传与初传之间的定时关系：同步HARQ协议；异步HARQ协议LTE上行为同步HARQ协议：如果重传在预先定义好的时间进行，接收机不需要显示告知进程号，则称为同步HARQ协议根据PHICH传输的子帧位置，确定PUSCH的传输子帧位置与PDCCHPUSCH的定时关系相同LTE下行为异步HARQ协议：如果重传在上一次传输之后的任何可用时间上进行，接收机需要显示告知具体的进程号，则称为异步HARQ协议,HARQ定时关系,自适应HARQ：自适应HARQ是指重传时可以改变初传的一部分或者全部属性，比如调制方式，资源分配等，这些属性的改变需要信令额外通知。非自适应HARQ：非自适应的HARQ是指重传时改变的属性是发射机与接收机实现协商好的，不需要额外的信令通知。LTE下行采用自适应的HARQLTE上行同时支持自适应HARQ和非自适应的HARQ非自适应的HARQ仅仅由PHICH信道中承载的NACK应答信息来触发自适应的HARQ通过PDCCH调度来实现，即基站发现接收输出错误之后，不反馈NACK，而是通过调度器调度其重传所使用的参数,HARQ自适应/非自适应HARQ,单纯HARQ机制中，接收到的错误数据包都是直接被丢掉的HARQ与软合并结合：将接收到的错误数据包保存在存储器中，与重传的数据包合并在一起进行译码，提高传输效率HARQ技术主要有两种实现方式：一种是在重传时，重传数据与初次传输时相同，这种方式称为ChaseCombine（CC）或软合并；另一种是重传时的数据与初次传输的有所不同，这种方式称为增量冗余（IR：IncrementalRedundancy)。IR又分为部分增量冗余（PIR：PartialIncrementalRedundancy)和全增量冗余（FIR，FullIncrementalRedundancy)。PIR指重传时校验比特与初次传输不同，系统比特不变，重传的数据是可以自译码的。FIR则优先传输校验比特，系统比特不完整，故不可以自译码。,HARQHARQ与软合并,IR合并,LTE支持使用IR合并的HARQ，其中CC合并可以看作IR合并的一个特例,CC合并,HARQHARQ与软合并,课程内容,多址技术多天线技术AMC链路自适应HARQ信道调度与快速调度小区间干扰协调,基本思想对于某一块资源，选择信道传输条件最好的用户进行调度，从而最大化系统吞吐量,多用户分集,信道调度,下行：基于公共参考信号上行：基于探测参考信号,信道调度,LTE系统支持基于频域的信道调度相对于单载波CDMA系统，LTE系统的一个典型特征是可以在频域进行信道调度和速率控制,快速调度即为分组调度，其基本理念就是快速服务。,调度方法:TDM、FDM、SDM。,快速调度,调度原则公平调度算法RoundRobin(RR)最大C/I调度算法(MaxC/I)部分公平调度算法(PF),43,快速调度,44,基于时间的轮循方式,基于流量的轮循方式,最大C/I方式,部分公平方式,每个用户被顺序的服务，得到同样的平均分配时间，但每个用户由于所处环境的不同，得到的流量并不一致,每个用户不管其所处环境的差异，按照一定的顺序进行服务，保证每个用户得到的流量相同,系统跟踪每个用户的无线信道衰落特征，依据无线信道C/I的大小顺序，确定给每个用户的优先权，保证每一时刻服务的用户获得的C/I都是最大的,综合了以上几种调度方式，既照顾到大部分用户的满意度，也能从一定程度上保证比较高的系统吞吐量，是一种实用的调度方法,课程内容,多址技术多天线技术AMC链路自适应HARQ信道调度与快速调度小区间干扰协调,静态ICIC技术就是在相邻小区之间进行协调，以避免或降低ICI。这种“协调”实际上是通过在小区边缘采用小区频率复用方法实现的，可分为“软频率复用”（SoftFrequencyReuse，SFR）“部分频率复用”(FractionalFrequencyReuse，FFR)。在上行，ICIC是和调度以及功率控制相结合的。在下行，ICIC是和调度以及用户的功率分配相结合的。,基本思想：以小区间协调的方式对资源的使用进行限制，包括限制哪些时频资源可用，或者在一定的时频资源上限制其发射功率静态的小区间干扰协调半静态的小区间干扰协调动态的小区间干扰协调,小区间干扰协调,SFR,频率资源被划分为3部分，其中位于小区中心的用户可以使用所有的频率资源，而位于小区边缘的用户只能使用部分频率资源，并且相邻小区的小区边缘用户所使用的频率资源不同，从而降低小区边缘用户的干扰,FFR,频率资源被划分为3部分，所有小区都可以使用全部的频率资源，但是不同的小区类型只允许一部分频率可以使用较高的发射功率，比如位于小区边缘的用户可以使用这部分频率，而且不同小区类型的频率集合不同，从而降低小区边缘用户的干扰。,ICIC基本思想,Cell1,Cell2,HII,OI,RNTP,测量(CQI,RSRPetc.),干扰信号,有用信号,Power,Frequency,Power,Frequency,Power,Frequency,CCU,CEU,OI:OverloadindicatorHII:HighinterferenceindicatorRNTP:RelativenarrowbandtransmitpowerCQI:ChannelQualityIndication,静态ICIC特点,频带分配相对静止。功率控制也是相对静止，或者调整周期较长静态。单站配置更多的小区，频带可以根据小区类型继续进行划分；频带一旦划分好，就不再变化，这是目前静态ICIC的频率配置；允许用户属性调整，就是说静态的ICIC下可以动态的调整小区中边缘用户和中心用户的相对比例，以达到小区内部用户和资源的平衡分配。功率分配有固定的功率差(相对于导频中心用户为-xdB，边缘用户为+ydB，x,y即Pa的取值)，阶梯的功率差，以及根据GBR和用户Se状况的慢速功率分配；目前对于静态ICIC而言默认是固定功率分配。,半静态ICIC特点,频带分配是动态收缩扩充的。功率调整是结合干扰和QoS动态变化的。半静态ICIC的解决方案，就频带而言，各个小区的边缘高功率频带可以根据本区的QoS满足水平以及邻区的高功率频带位置做频带的收缩和扩充，各个小区能够通过X2交互干扰协调信息；就功率而言，根据不同小区不同的负载度对不同的小区进行不同的功率分配，小区内再根据不同的用户SE做不同慢速功率分配措施，以达到小区间干扰和功率分配的平衡，改善小区边缘用户的信干噪比，从而改善边缘用户整体QoS满