OFDMA基本原理

LTE培训-OFDMA基本原理Huangzhen2015/09/01,Page2,移动通信技术的几个基本概念,BBU的作用RRU的作用：为什么tds和tdl可以合用rru，为什么软件升级就能从tds到tdl，为什么扩容开license就可以？RRU下行把基带信号数模转化，然后进行上变频，再功率放大上变频就是把基带信号调制到一个载波上，或者把调制在低频载波上的信号变换到高频载波上。比如说广播电台就是把音频信号调制到100MHz的载波上，或者在发射机里把调制在10MHz载波上的信号变换到100MHz载波上。下变频就是反过来，不过一般不包括把调制信号变回基带信号，那个就叫解调了。,Page3,移动通信技术的几个基本概念,原理就是把你要变频的信号和一个固定频率信号一块送进一个非线性器件（所谓的混频器），就会得到两个频率相加的频率和相减的频率。比如说把10MHz和90MHz的两个信号送进混频器，就会有100MHz和80MHz的频率出来，用滤波器滤掉80MHz的，你就完成了10MHz到100MHz的变频。有两个信号，一个频率是alpha，一个频率是beta，把它们相乘，就得到两个信号，一个频率是alpha+beta，另一个的频率是alpha-beta。公式是coscos=cos（+)+cos（-）/2,Page4,移动通信技术的几个基本概念,码分复用LTE中其实也大量使用了扩频通信和码分的概念什么是正交码？一组2进制序列，其中任意两个序列作相关计算的值都为零；1001011011000011101001011111000010011001110011001010101011111111什么是相关计算？例如序列1和序列2的相关计算：1用正电平表示，0用负电平表示序列1：+1-1-1+1-1+1+1-1序列2：+1+1-1-1-1-1+1+1逐位相乘：+1-1+1-1+1-1+1-1进行积分计算：(+1)+(-1)+(+1)+(-1)+(+1)+(-1)+(+1)+(-1)=0,Page5,移动通信技术的几个基本概念,CDMA中码分复用用户数据的扩频处理：,Page6,移动通信技术的几个基本概念,CDMA中码分复用用户数据的解扩处理以用户1为例：用户收到的是用户1、2、3的混合信号,Page7,移动通信技术的几个基本概念,CDMA中码分复用用户数据的实际处理过程扩频加扰去扰解扩什么是加扰？用一个速率与扩频后数据速率相同的伪随机码进行逐位相乘计算例如用户1的加扰处理：,Page8,移动通信技术的几个基本概念,CDMA中码分复用为什么要加扰？如果不进行加扰处理，那么对同一个小区内的不同用户，通过对不同用户采用不同的扩频码进行扩频处理后发射，接收端在解码时各用户采用自己对应的扩频码进行相关计算，就能过滤掉发给其他用户的信号而只剩下发给自己的信号，从而成功解码；但在多基站的情况下，手机会收到来自不同基站的信号（每个都会发出给自己多个用户的信号），而不同基站的用户很可能会采用同一个扩频码，例如A基站有3个用户，分别采用扩频码1、2、3，B也基站有3个用户，分别采用扩频码1、2、3，此时对手机A1会收到混合信号A1、A2、A3、B1、B2、B3，在解码时由于A1和B1采用了相同的正交码，而携带的业务数据之间在每一bit上都可能不同，例如对手机A1要传1而对手机B1要传0，那么手机收到的混合信号中A1+B1的混合分量就是如下：,Page9,移动通信技术的几个基本概念,CDMA中码分复用即使A2、A3、B2、B3这几路信号通过相关计算能过滤掉，但A1和B1之间的相互影响将导致无法正确解码，更何况只要A基站发出的信号到达手机的时延与B基站发出的信号到达手机的时延不同，那么在进行相关计算时B2、B3与A1之间的相关性被破坏，故未必能完全过滤掉。,Page10,移动通信技术的几个基本概念,CDMA中码分复用为了能降低周边基站对服务小区的影响，对用户数据进行扩频处理后还需进行加扰处理。假设：A小区用户数据为A1、A2、A3，所用的K1、K2、K3，扰码为Q1；B小区用户数据为B1、B2、B3，所用的K1、K2、K3，扰码为Q2；故A1用户收到的混合信号为：A1*K1*Q1+A2*K2*Q1+A3*K3*Q1+B1*K1*Q2+B2*K2*Q2+B3*K3*Q2,Page11,移动通信技术的几个基本概念,CDMA中码分复用1）进行去扰操作（也就是用服务小区的扰码与混合信号进行逐位相乘计算）的结果为：A1*K1*Q1*Q1+A2*K2*Q1*Q1+A3*K3*Q1*Q1+B1*K1*Q2*Q1+B2*K2*Q2*Q1+B3*K3*Q2*Q1其中Q1*Q1后相当于没进行加扰操作，故A小区的几路信号被还原成进行扩频后的值；Q1*Q2由于扰码自身的特性会成为伪随机序列，B小区的几路信号由于与随机信号进行逐位相乘计算故也会成为随机序列，即0、1个数差不多多的序列；A1*K1*Q1*Q1+A2*K2*Q1*Q1+A3*K3*Q1*Q1+B1*K1*Q2*Q1+B2*K2*Q2*Q1+B3*K3*Q2*Q1=A1*K1+A2*K2+A3*K3+random（B1）+random（B2）+random（B3）2）解扩处理A2*K2、A3*K3在用K1进行解扩计算时由于K1、K2、K3之间的正交性会等于零，而random（B1）+random（B2）+random（B3）会约等于零，从而使A1能得到正确解码,Page12,OFDMA原理,Page13,OFDMA原理,Page14,OFDMA原理,Page15,OFDMA原理,Page16,OFDMA原理,Page17,OFDMA原理,待传数据根据调制方式不同（以64QAM为例）每6bit表示为1个复数，分配了多少个子载波则表示为多少个并列待传的复数；每个复数用采样数为2048的波形图（子载波为k，对应的波形为k个基波周期）表示为1个实数序列和1个虚数序列，多个复数的波形图表示序列逐位累加合并，得到1个实数序列和1个虚数序列；两个序列分别进行加CP处理；数模转化后两个序列采用I/Q调制进行高频处理后由天线发出。,Page18,OFDMA原理,CP保护原理,Page19,OFDMA原理,CP保护原理,Page20,OFDMA原理,CP保护原理,Page21,SC-FDMA原理,OFDM系统的输出是多个子信道信号的叠加，因此，如果多个信号的相位一致，所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远高于信号的平均功率。PAPR高，对发射机的线性度提出了很高的要求。所以在上行链路，基于OFDM的多址接入技术并不适合用在UE侧使用。LTE上行链路所采用的SC-FDMA多址接入技术基于DFT-spreadOFDM传输方案，同OFDM相比，它具有较低的峰均比。,Page22,SC-FDMA原理,发射端：由多个待传数据组成的序列，可以用多个不同频点的余弦波和正弦波信号叠加起来表示，把这些频点的幅值提取出来（DFT，提取的方法是用不同的余弦/正弦信号与待传数据序列做相关计算，也就采样点逐位相乘再累加），提取出来的幅值用下行同样的方法进行OFDMA处理。接收端：收到的基带信号通过DFT过程得出子载波的调制值，这些值作为多个对应频点的幅值，将这些信号的混合信号可以还原出发射端的多个待传数据组成的序列。,Page23,SC-FDMA原理,通过DFT获取输入信号的频谱，后面N点的IDFT，或者看成是OFDM的调制过程实际上就是将输入信号的频谱信息调制到多个正交的子载波上去。LTE下行OFDM正交的子载波上承载的直接是数据符号。正是因为这点，所以DFTS-OFDM的PAPR能够保持与初始的数据符号相同的PAPR。N=M时的特例最能体现这一点，如下图所示：,Page24,SC-FDMA原理,DFTS-OFDM的调制过程是以长度为M的数据符号块为单位完成的：通过DFT离散傅里叶变换，获取这个时域离散序列的频域序列。这个长度为M的频域序列要能够准确描述出M个数据符号块所表示的时域信号。DFT的输出信号送入N点的离散傅里叶反变换IDFT中去，其中NM。因为IDFT的长度比DFT的长度长，IDFT多出的那一部分输入为用0补齐。在IDFT之后，为避免符号干扰同样为这一组数据添加循环前缀。从上面的调制过程可以看出，DFTS-OFDM同OFDM的实现有一个相同的过程，即都有一个采用IDFT的过程，所以DFTS-OFDM可以看成是一个加入了预编码的OFDM过程。如果DFT的长度M等于IDFT的长度N，那么两者级联，DFT和IDFT的效果就互相抵消了，输出的信号就是一个普通的单载波调制信号。当NM并且采用零输入来补齐IDFT，IDFT输出的