1、主要内容双工方式1正交频分复用2多址方式3MIMO技术44高阶调制和自适应编码混合自动请求重传561双工方式频分双工时分双工频分双工时分双工频分双工FDD上下行数据同时传输，操作时需要两个独立的信道，一个信道用来向下传送信息，另一个信道用来向上传送信息，两个信道之间存在一个保护频段，以防止邻近的发射机和接收机之间产生相互干扰。采用FDD模式工作的系统是连续控制的系统，适应于大区制的国家和国际间覆盖漫游，适合于对称业务，如话音和交互式数据业务。频分双工时分双工时分双工TDD是利用时间来区分上行信道和下行信道的双工方式。在TDD模式的移动通信系统中，接收和传送使用的是相同的频率（即载波），但是在不
2、同的时隙里，即在不同的时段发送信息，相互之间留有一定的保护时隙，保证上行与下行之间相互隔离。频分双工时分双工频分双工与时分双工的区别-1TDD可以灵活地设置上下行转换时刻，实现不对称的上下行业务带宽，有效地提高了系统传输不对称业务时的频谱利用率。而FDD必须使用成对的收发频率，在支持对称业务时能充分利用上下行的频谱，但在进行非对称的业务时，频谱利用率则大为降低。FDD系统硬件实现简单。对于FDD技术，由于基站的接收和发送使用不同的射频单元，且有收发隔离，因此系统的设计和实现相对简单，而对于TDD而言，射频单元需要分时隙进行接收和发送，因此TDD需要一个收发开关控制射频模块。频分双工时分双工频分
3、双工与时分双工的区别-2TDD设备成本相对较低。采用TDD模式工作的系统，上下行工作于同一频率，使之很适用于运用智能天线技术，通过智能天线的自适应波束赋形可有效减少多径干扰，提高设备的可靠性，而收发采用相同频段的FDD系统则难以采用上述技术。同时，智能天线技术要求采用多个小功率的线性功率放大器代替单一的大功率线性放大器，其价格远低于单一大功率线性放大器，因此TDD系统的基站设备成本远低于FDD的基站成本。在抗干扰方面，FDD可消除邻近小区基站和本区基站之间的干扰，但仍存在邻区基站对本区移动机的干扰以及邻区移动机对本区基站的干扰，而使用TDD则能引起邻区基站对本区基站、邻区基站对本区移动机、邻区
4、移动机对本区基站以及邻区移动机对本区移动机的四项干扰。综合比较，FDD系统的抗干扰性能要优于TDD系统。2正交频分复用OFDM基本概念关键技术频分双工OFDM基本概念OFDM主要思想是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除码间串扰。OFDM的子信道多径效应带来的符号间干扰插入空闲保护间隔带来的子载波干扰如果保护间隔内不插入任何符号，由于多径传播的影响，子载波间的正交性遭到
5、破坏，不同的子载波之间会产生载波间干扰。循环前缀为了插入空闲保护间隔引起的子载波间干扰，OFDM需要在保护间隔内引入循环前缀CP的概念。CP是将OFDM符号最后的一段数据复制到该符号前面形成循环结构，这样就可以保证有时延的OFDM符号在傅立叶积分周期内总是有整数倍的周期，从而达到相互正交的结果。循环前缀长度OFDM数据处理过程OFDM技术优势-11）频谱效率高：各子载波之间可以部分重叠，理论上可以接近奈奎斯特极限；实现小区内各用户之间的正交性，避免用户间干扰，取得很高的小区容量；相对单载波系统（如WCDMA），多载波技术是更直接实现正交传输的方法。2）带宽扩展性强：OFDM系统的信号带宽取决于
6、使用的子载波数量，几百kHz至几百MHz都较容易实现，非常有利于提供未来宽带移动通信所需的更大带宽，也更便于使用2G系统退出市场后留下的小片频谱，而单载波CDMA只能依赖提高码片速率或多载波的方式支持更大带宽，都有可能造成接收机复杂度大幅上升。OFDM系统对大带宽的有效支持成为其相对单载波技术的决定性优势。OFDM技术优势-23）抗多径衰落：多径干扰在系统带宽增加到5MHz以上变得相当严重，OFDM通过将宽带转化为窄带传输，每个子载波上可看作平坦衰落，并且插入CP可以用单抽头频域均衡纠正信道失真，大大降低了接收机均衡器的复杂度。单载波信号的多径均衡复杂度随着带宽的增大而急剧增加，很难支持较大的
7、带宽。对于带宽20M以上，OFDM优势更加明显。4）频域调度和自适应：OFDM可以利用集中式或者分布式的子载波分配方式应对频率选择性衰落的影响。由于用于传输的子载波带宽较小且相互正交，受到频率选择性衰落影响的情况各不相同。在为用户提供载波资源时，就可以选择衰落影响小，无线环境良好的载波进行传输。这样就规避了频率对于信道衰落的影响。OFDM技术不足1）对频率偏移特别敏感：由于OFDM子信道的频谱相互覆盖，这就对它们之间的正交性提出了更高的要求。然而由于无线信道的时变性，无线信号在传输的过程中会发生频率偏移。载波频率偏移带来两个破坏性的影响：一是降低信号幅度，其次由于OFDM子载波之间的正交性遭到
8、破坏，导致载波间干扰，使得系统的误码率性能恶化。在低阶调制下，频率误差控制在2%以内才能避免信噪比急剧下降。使用更高阶调制时，频率精确度要求就更高。OFDM技术不足2）高峰均比问题，高PAPR会增加模数转换和数模转换的复杂度，降低射频功率放大器的效率，增加发射机功放的成本和耗电量，不利于在上行链路实现（终端成本和耗电量受到限制）。3多址方式码分多址时分多址频分多址举一反三多址方式无线通信系统中常用的多址技术有码分多址（Code Division Multiple Access,，CDMA）频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）、时分多址（Ti
9、me Division Multiple Access，TDMA）、空分多址（Space Division Multiple Access，SDMA）和正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）。CDMA多址方式CDMA多址方式用不同码型的地址码来划分信道，每一地址码对应一个信道，每一信道对时间及频率都是共享的，在CDMA方式中，每个用户所分配到的码字是唯一的，互相正交或准正交的，以此实现不同用户的信号在频率和时间上都可以重叠。在发射端，信息数据被高速地址码调制；在接收端，用与发端相同的本地地址码控制的相关器进行相关接
10、收；FDMA多址方式频分多址是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道（或称信道）分配给不同的用户使用。这些频道互不交叠，其宽度应能传输一路数字话音信息，而在相邻频道之间无明显的串扰。频分多址的频道被划分成高低两个频段，在高低两个频段之间留有一段保护频带，其作用是防止同一部电台的发射机对接收机产生干扰。TDMA多址方式时分多址是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），然后根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动台的信号而不混淆。SDMA多址方式空分多址也称为
11、多光束频率复用，它通过标记不同方位的相同频率的天线光束来进行频率的复用。这种技术是利用空间划分成不同的信道。举例来说，在一颗卫星上使用多个天线，各个天线的波束射向地球表面的不同区域。地面上不同地区的地球站，它们在同一时间、即使使用相同的频率进行工作，它们之间也不会形成干扰。OFDMA多址方式OFDMA 多址接入技术将传输带宽划分成正交的互不重叠的一系列子载波集，将不同的子载波集分配给不同的用户实现多址。OFDMA系统可动态地把可用带宽资源分配给需要的用户，很容易实现系统资源的优化利用。由于不同用户占用互不重叠的子载波集，在理想同步情况下，系统无多用户间干扰，即无多址干扰。4MIMO产生背景技术
12、分类MIMO技术产生背景C=B log2（1+S/N）（bit/s）B为信道的带宽（以 Hz 为单位）；S 为信道内所传信号的平均功率；N 为信道内部的平均高斯噪声功率；MIMO技术产生背景香农公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信道的极限传输速率就越高。只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且码元传输速率也达到了上限值，此时提高信道容量C的有效方式就是采用多天线技术，它能更好地利用空间维度资源，在不增加发射功率和带宽的前提下
13、，成倍地提高无线通信系统的传输容量。MIMO技术分类所谓多天线，就是在进行信号接收和发送的时候使用了多根天线，也就意味着系统可以同时接收和发送多个数据流或者是一个数据流的多个版本，因此其又称为多进多出或者是多输入多输出技术，即MIMO。利用MIMO达成的传输效果，可以将其分为三类：空间复用、空间分集、波束赋形空间复用在空间复用技术中，发射端的高速数据流被分割为多个较低速率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上采用相同频段发射出去。如果发射端与接收端的天线阵列之间构成的空域子信道足够不同，即能够在时域和频域之外额外提供空域的维度，使得在不同发射天线上传送的信号之间能够相互区别，因此接收机能
14、够区分出这些并行的子数据流，而不需付出额外的频率或者时间资源。空间复用技术在高信噪比条件下能够极大提高信道容量，并且能够在“开环”，即在发射端无法获得信道信息的条件下使用。空间分集在空间分集技术中，利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，发射或接收同一个数据流，避免单个信道衰落对整个链路的影响。信号包络在短距离传播时呈瑞利分布，长距离传播呈标准正态分布。通过多个信道接收到承载相同信息的多个信号副本，由于信道不同，接受信号也不同，接收机将多径信号分离成不相关的多路信号，这时接收端误码率最小。根据收发天线数又分为发射分集、接收分集与接收发射分集。波束赋形在波束赋形技术中，利用较小间距的
15、天线阵元之间的相关性，通过阵元发射的波之间形成干涉，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。波束赋型技术又称为智能天线，通过对多个天线输出信号的相关性进行相位加权，使信号在某个方向形成同相叠加，在其他方向形成相位抵消，从而实现信号的增益。MIMO增益1.阵列增益由于接收机对接收信号做的相干合并而获取的平均接收信噪比的提高称为阵列增益。在发送端不知道信道信息的情况下，MIMO信道可以获得的阵列增益与接收天线数成正比。阵列增益可以提高接收端信噪比，从而提升信号接收质量。MIMO增益2.复用增益复用增益来源于空间信道理论上的复用阶数。对于M*N的MIMO系统，
16、假设每对发射天线和接收天线之间的信道独立，并假设每根天线发射的信号相互独立且速率相等，则理论上相对单天线发射可以获得的复用阶数是min（M,N）。min（M,N）表示取发射天线数和接收天线数的最小值。复用阶数是空间信道容量能力的一个理论表征，可理解为M*N的MIMO系统提供的理论上的系统容量能力为SISO系统的min（M,N）倍。分集增益3.分集增益分集增益来源于空间信道理论上的分集阶数。根据收发天线数目的不同，可以分为下面三类。接收分集：被用于SIMO信道，分集阶数的最大值等于接收天线的数目。发射分集：常用于MISO信道，可以在发射机已知或未知下行信道状态信息的情况下进行。时空编码技术是一种
17、特殊的发射分集，依靠特定编码方案，在无下行信道信息情况下，仍有较好性能。收发联合分集：对于M*N的MIMO系统，假设每对发射天线和接收天线之间的信道独立，并假设每根天线发射的信号相同，则理论上相对单天线发射可以获得的分集阶数是M*N。M*N表示发射天线数和接收天线数的乘积。分集阶数是空间信道容错能力的一个理论表征，可理解为M*N的MIMO系统提供的理论上的系统容错能力为SISO系统的M*N倍。LTE系统中的传输模式Mode传输模式技术描述应用场景1单天线传输信息通过单天线进行发送无法布放双通道室分系统的室内站2发射分集同一信息的多个信号副本分别通过多个衰落特性相互独立的信道进行发送信道质量不好
18、时，如小区边缘3开环空间复用终端不反馈信道信息，发射端根据预定义的信道信息来确定发射信号信道质量高且空间独立性强时4闭环空间复用需要终端反馈信道信息，发射端采用该信息进行信号预处理以产生空间独立性信道质量高且空间独立性强时，终端静止时性能好5多用户MIMO 基站使用相同时频资源将多个数据流发送给不同用户，接收端利用多根天线对干扰数据流进行取消和零陷。6单层闭环空间复用终端反馈RI=1时，发射端采用单层预编码，使其适应当前的信道7单流Beamforming发射端利用上行信号来估计下行信道的特征，在下行信号发送时，每根天线上乘以相应的特征权值，使其天线阵发射信号具有波束赋形效果信道质量不好时，如小
19、区边缘8双流Beamforming结合复用和智能天线技术，进行多路波束赋形发送，既提高用户信号强度，又提高用户的峰值和均值速率5高阶调制和自适应编码高阶调制自适应编码调制数字通信领域中，经常将数字信号在复平面上表示，以直观的表示信号以及信号之间的关系，这种图示就是星座图。星座图可以看成数字信号的一个“二维眼图”阵列。一般来说，每种调制方式都有它特定的星座图。一种调制方式的“星座点”越多，每个点代表的比特数就越多，在同样的频带宽度下提供的数据传输速率就越快。常见调制方式常见的调制方式有如下几种。BPSK：Binary Phase Shift Keying，二相相移键控,一个符号代表1bit；QP
20、SK：Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控，一个符号代表2bit；8PSK：8 Phase Shift Keying，八相相移键控，一个符号代表3bit；16QAM：16 Quadrature Amplitude Modulation，6正交幅相调制，一个符号代表4bit；64QAM：64 Quadrature Amplitude Modulation，64正交幅相调制，一个符号代表6bit。高阶调制高阶调制主要用于改善基站的吞吐量，同样的信号脉冲，利用64QAM进行调制，相对于利用16QAM进行调制，信息的传送速率可以提高50%；但同时，高阶调制受到信道质
21、量的影响较大，在通信环境恶劣的时候，高阶调制更容易产生误码。LTE的调制方式LTE支持的数字调制技术，包括QPSK，16QAM以及64QAM。具体选用哪种调制方式，需要根据信道质量状况和资源使用情况来决定。自适应编码自适应调制编码（Adaptive Modulation and Coding，AMC）是指系统能够根据信道的变化情况，选择合适的调制和编码方式。即系统能够根据用户瞬时信道质量状况和目前资源选择最合适的链路调制和编码方式，使用户达到尽量高的数据吞吐率。LTE采用的MCS6HARQ高阶调制自适应编码自动请求重传自动请求重传（Automatic Repeat Request，ARQ）是有
22、线通信中用来保证通信质量的技术之一。在数据通信里，通常要求较大的带宽和较高的传输质量。当前一次尝试传输失败时，就要求重传数据分组，这样的传输机制就称之为ARQ。ARQ机制FEC机制在无线传输环境下，移动性带来的衰落、信道噪声以及其他用户带来的干扰使得信道传输质量很差，所以应该对数据分组加以保护来抑制各种干扰。这种保护主要是采用前向纠错编码（FEC），在分组中传输额外的比特，来实现自动错误纠正，而无需反馈及重传。HARQ机制混合自动重传（Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ）将ARQ和FEC结合起来，整合了ARQ的高可靠性和FEC的高效率，从而保证较高的传输质
23、量。本章小结本章从双工方式、正交频分复用、多址方式、多入多出、高阶调制和自适应编码以及HARQ这几个方面介绍LTE系统的关键技术。LTE采用的双工方式有两种：TDD和FDD，TDD方式以时间区分上下行，FDD则以频率区分上下行，两种方式各有利弊，在LTE系统中相互共存。作为LTE系统的另一关键技术，正交频分复用将高速串行的数据流变换成低速并行的数据流，通过插入循环前缀，对抗子载波间干扰，因此将OFDMA作为LTE的下行多址技术，但由于OFDM存在较大的峰均比问题，上行方向采用SC-FDMA作为多址方式。习题1.OFDM技术存在哪些优势和不足？2.LTE上下行分别采用什么多址技术？3.简述多址技术与双工技术的区别。4.LTE支持的数字调制技术包括哪些？5.MIMO技术可以分为几类？6.什么是HARQ？7.什么是自适应调制编码？其优点是什么？谢谢观看 安徽邮电职业技术学院安徽邮电职业技术学院
