通信关键技术

通信关键技术OFDM是什么如何实现载波间的正交?50年前提出，为什么直到近20年才逐渐实用？依赖FFT（快速傅立叶变换）依赖数字信号处理（DSP）芯片的发展OFDM（正交频分复用）的本质就是一个频分系统，而频分是无线通信最朴素的实现方式，可以多采用几个频率并行发送，实现宽带传输：传统FDM系统中，载波之间需要很大的保护带，频谱效率很低OFDM系统允许载波之间紧密相临，甚至部分重合，可以实现很高的频谱效率

Bandwidth通信中的OFDM原理通信中的OFDM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。

决定OFDM成败的CP保护间隔(GuardInterval)：无线电信号从发射天线抵达接收天线，一般都会经过多个路径，多径会导致信号的衰落和相移。因此，在通信无线信号传输时，前一个符号的多径分量信号可能会与后一个符号的主径信号叠加从而造成干扰。为了最大限度地消除符号间干扰，在OFDM符号之间插入保护间隔，保护间隔长度大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量不会对下一个符号造成干扰。

循环前缀(cyclicprefix)：多径会导致信号的衰落和相移，相移将造成子载波间的正交性破坏，从而带来子载波间的干扰。为了解决多径传播造成子载波间的正交性破坏，将每个OFDM符号的后时间中的样点复制到OFDM符号的前面，形成循环前缀(cyclicprefix)。决定OFDM成败的CP

通信下行OFDM多址方式6通信下行采用的OFDM多址方式是OFDMA多址接入技术（正交频分多址OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess），存在两种子载波间隔：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传输信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目（15KHz）721803006009001200子载波数目（7.5KHz）144360600120018002400下行子载波数目CP长度

OFDM优缺点OFDM系统的优点：各子信道上的正交调制和解调可以采用IDFT和DFT实现，运算量小，实现简单OFDM系统可以通过使用不同数量的子信道，实现上下行链路的非对称传输所有的子信道不会同时处于频率选择性深衰落，可以通过动态子信道分配充分利用信噪比高的子信道，提升系统性能OFDM系统的缺点：对频率偏差敏感：传输过程中出现的频率偏移，如多普勒频移，或者发射机载波频率与接收机本地振荡器之间的频率偏差，会造成子载波之间正交性破坏存在较高的峰均比(PARA)：OFDM调制的输出是多个子信道的叠加，如果多个信号相位一致，叠加信号的瞬间功率会远远大于信号的平均功率，导致较大的峰均比，这对发射机PA的线性提出了更高的要求

通信上行OFDM多址方式8为解决较高峰均比问题，通信上行采用的SC-FDMA多址接入技术（单载波FDMA：SingleCarrierFDMA），也称为DFT-S-OFDM多址接入技术（离散傅立叶变换扩展OFDM：DiscreteFourierTransformSpreadOFDM）信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目721803006009001200下行子载波数目CP长度

MIMO多天线技术的基本思想是在收\发双端采用多根天线，分别同时发射与接收，通过空时处理技术，充分利用空间资源，在无需增加频谱资源和发射功率的情况下，成倍地提升通信系统的容量与可靠性，提高频谱利用率MIMO多天线技术数学模型在发射器端配置Nt个发射天线，在接收器端配置了Nr接收天线，xj（j＝1,2,……Nt）表示第j号发射天线发射的信号，

ri（i＝1,2,……Nr）表示第i号接收天线接收的信号，hij表示第j号发射天线到第i号接收天线的信道衰落系数。在接收端，噪声信号ni是统计独立的复零均值高斯变量，而且与发射信号独立，不同时刻的噪声信号间也相互独立，每一个接收天线接收的噪声信号功率相同，假设信道是准静态的平坦瑞利衰落信道，模型图如右MIMO多天线技术

无线信道容量是评价一个无线信道性能的综合性指标，它描述了在给定的信噪比(SNR)和带宽条件下，某一信道能可靠传输的传输速率极限。传统的单输入单输出系统的容量由香农(Shannon)给出。MIMO多天线技术C=Wlog(1+s/n)其中：C：无线信道容量W：频带宽度s：无线信号强度n：无线干扰强度

TM1单天线端口（端口0）外场广泛应用的模式TM2TM3TM4TM5多用户MIMOTM6TM7TM8TM9TM10通信-A发射分集开环空分复用闭环空分复用闭环预编码秩等于1单流波束赋形（端口5）双流波束赋形（R9）最大8*8传输（R10）CoMP技术MASSIVEMIMO兼容单天线发射，BCH,PHICH,PDSCH都采用这种发射方式提高小区吞吐量提升小区的覆盖半径提高小区吞吐量提高峰值吞吐量提高边缘用户吞吐量大规模提高小区吞吐量通信MIMO模式

传输分集（TM2）多天线技术——传输分集发射分集：发射分集就是在发射端使用多幅发射天线发射信息，通过对不同的天线发射的信号进行编码达到空间分集的目的，接收端获得比单天线高的信噪比接收分集：个天线接收来自多个信道的承载同一信息的多个独立的信号副本，由于信号不可能同时处于深衰落情况中，因此在任一给定的时刻至少可以保证有一个强度足够大的信号副本提供给接收机使用，从而提高了接收信号的信噪比接收发射分集：综合发射分集和接收分集功能空时发射分集STTD空频发射分集SFTD循环延迟分集CDD发射分集将接收到的多径信号合并，获得分集增益对抗衰落，从而在不改变接收信号功率的情况下降低误码率，提升用户速率

空间复用（TM3\TM4）多天线技术——空间复用空间复用技术的基本原理是，将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的带宽内由多个发射天线上同时刻发射，经过无线信道后，由多个接收天线接收，并根据各个并行数据流的空间特性（SpatialSignature），利用解调技术，最终恢复出原数据流。通信空间复用采用多码字，最大的码字数目为2

接收到训练序列之后，系统会从已有的码字集合里选出最佳的预编码矩阵，被选出来的矩阵和信噪比等信息通过发射机发送给终端这种方式通常用在信道变化比较慢的场景，例如：室内环境、终端慢速移动场景等，从而提升单位带宽的吞吐量，提高频谱利用率MIMOChannelModelusedforSMMIMOx1x2y1y2HTXRXh11h12h21h22Twostreamofsingleuser多天线技术——空间复用闭环空间复用（TM4）系统不需要反馈信道信息当RI=1，发射分集(SFBC)当RI>1，采用CDD的预编码技术DD通常应用在高速移动的场景开环空间复用（TM3）

多天线技术——波束赋形15波束赋形技术的实现方式是，利用较小间距的天线阵元之间的相关性（天线间距小于λ/2），将一个单一的数据流通过加权后经由天线阵元发射，各天线阵元发射波之间形成干涉，集中能量于某个（或某些）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。波束赋形技术可以充分的利用TDD系统的信道对称性，要求使用小间距的天线阵列，且天线单元数目要足够多

降低干扰

提高容量

扩大覆盖面积

提升通信质量降低发射功率多天线技术——波束赋形基于码本的波束赋形(DLTM6)终端选择系统推荐的PMI信息并上报给基站需要使用小区参考信号(CRS)，不需要使用终端参考信号非码本的波束赋形(DLTM7)利用上下行信道的互易性使用上行信道的测量值来估计下行发射的参数基站计算好各个天线阵子的权值，控制各个阵子发射信号的幅度和相位，使信号同相叠加需要使用小区参考信号(CRS)和终端参考信号双流波束赋形（TM8）

多天线技术——增强型MIMO技术增强型MIMO技术（TM9）下行最大支持8天线，最大支持8层传输，即8x8MIMO提高下行吞吐量和频谱效率基于CSI-RS进行闭环TM9码本测量TDD方式支持开环TM9多流业务发射上行最大支持4天线，最大支持4层传输，即4x4MIMO大幅提高吞吐量和频谱效率PUCCH支持基于SORTD的发射分集，提高上行控制信息的传输质量SRS支持多端口发射，配合PUSCH进行空间复用的码本测量TDD模式可用于TM9开环SU-MIMO增强MU-MIMO进一步增强，如SU-MU的动态切换、UE专用导频的引入等，用来提高MU-MIMO的性能CSIfeedback

CoMP(CoordinatedMultiplePoint,协同多点传输)（TM10）多天线技术——CoMP通过多个地理位置相互独立分散的传输点之间的动态协作来改善小区边缘用户的服务质量，提高小区吞吐量尤其是边缘用户吞吐量的一项重要技术手段CoMP协作传输点不仅包括同构网宏小区基站单元，还包括异构网中的RRH,RRU,LPN等射频单元CoMP技术于2009年在4GPPTR36.814中首次被正式提出，后被正式写入R11协议，是通信-A的一项关键技术

场景1同构网中的CoMP应用异构网中的CoMP应用eNB协同区域站内CoMP场景2

高发射功率RRU光纤站间CoMP低发射功率RRU

(全向天线)eNB光纤宏小区覆盖的区域，由于业务热点或补盲的需要，加入了低功率节点

场景3中，低功率节点具有与宏小区不同的小区ID场景4中，低功率节点具有与宏小区相同的小区ID场景3/4多天线技术——CoMP技术的应用场景

成本最低的提升容量的方式更大的带宽更多的接入节点更高的谱效率470M-790M800M-900M2.4G-2.6G3.5G5G–50G1.8G-2.1GExistingSpectrum3X-5X300m-500m20m-50m新型多天线技术40X5XHetNetSmallCellMacro密集服务节点频谱资源稀缺有限频谱资源比较昂贵增加小区间干扰增加网络部署成本多天线技术——通信-AMassiveMIMO

UESRSRI/CQI/PMIeNB根据SRS进行BF权值计算/BF增益测量下行信道质量信息在MAC层做下行MIMO模式自适应切换处理确定UE最佳的TM传输模式UE通过RRC信令通知UEeNB传输MIMO各个模式的切换通信系统目前主要应用的是TM3和TM7之间的切换TM3主要应用在小区中心区域业务密集地区；TM7主要应用在小区边缘TM3->TM7：当单流BF有增益且频谱效率小于BF峰值下获得的频谱效率时，会由TM3向TM7切换TM7->TM3：当单流BF无增益且频谱效率大于等于单流MCS=9时的频谱效率时，会由TM7向TM3切换

AMC(AdaptiveModulationandCoding)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功率控制可以很好的避免小区内用户间的干扰速率控制可以充分利用所有的功率功率控制自适应速率控制自适应

23HARQ（HybridAutomaticRepeatreQuest）混合自动重传请求技术（HARQ）是一种前向纠错FEC和重传ARQ相结合的技术。HARQ针对每个传输块（TB）进行重传，与AMC配合使用，为通信的HARQ进程提供精细的弹性速率调整。通信中的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。

快速分组调度传统信道调度的基本思想是，对于某一块资源，选择信道传输条件最好的用户进行调度，从而最大化基站的吞吐量。即为max-C/I调度假设资源块是时分的，每一个时刻只有一个用户被调度，那么采用最大C/I调度时，尽管每一个用户所经历的信道在不同时刻有好有坏，但是从基站角度来看，任何一个时刻总是能够找到一个信道质量最好的用户。这种通过选择最好信道质量的用户进行信号传输的方法通常叫做多用户分集（Multi-userdiversity），信道的选择性越大，小区中的用户越多，多用户分集越大对于同一块资源，由于移动通信系统用户所处的位置不同，其对应的信号传输信道也是不同的。

快速分组调度比例公平调度（Proportional-fair，PF）：综合了以上两种调度方式，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，保证每个用户得到相同的流量或相同的服务时间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Max-C/I调度：公平调度（Round-robin，RR）

小区间干扰消除小区间干扰随机化（ICIRandomization）干扰随机化不能降低干扰的能量，但能通过给干扰信号加扰的方式将干扰随机化为“白噪声”，从而抑制小区间干扰利用干扰的统计特性对干扰进行抑制误差较大跳频传输PDSCH、PUSCH以及PUCCH采用子帧内跳频传输PUSCH可以采用子帧间的跳频传输小区间干扰消除（ICICancellation）通过将干扰信号解调/解码后，对该干扰信号进行重构，然后从接收信号中减去。可以显著改善小区边缘的系统性能，获得较高的频谱效率，但是对于带宽较小的业务(如VolP)则不太适用，在OFDMA系统中实现也比较复杂

小区边界干扰严重小区间干扰消除小区间干扰协调（ICICoordination—ICIC）基本思想是通过管理无线资源使得小区间干扰得到控制，是一种考虑多个小区中资源使用和负载等情况而进行的多小区无线资源管理方案。具体而言，ICIC以小区间协调的方式对各个小区中无线资源的使用进行限制，包括限制时频资源的使用或者在一定的时频资源上限制其发射功率等是目前研究的一项热门技术，其实现简单，可以应用于各种带宽的业务．并且对于干扰抑制有很好的效果通信同频组网时，小区间干扰比较严重，导致位于小区边缘的用户数据吞吐量急剧下降，用户感受差通信同频组网干扰问题小区间干扰协调（