第8章第四代(4G)移動(dòng)通信技術(shù)

第8章第四代(4G)移動(dòng)通信技術(shù)第一頁(yè)，共70頁(yè)。4G概況8.1TDD和FDD的關(guān)鍵過(guò)程差異8.2正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)8.3OFDM關(guān)鍵技術(shù)8.4MIMO與智能天線8.5軟件無(wú)線電技術(shù)8.6軟件無(wú)線電技術(shù)8.7第二頁(yè)，共70頁(yè)。

2013年12月4日，中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部發(fā)布公告，向中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通頒發(fā)“LTE/第四代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)（TD-LTE）”經(jīng)營(yíng)許可，4G牌照的發(fā)放，意味著4G網(wǎng)絡(luò)、終端、業(yè)務(wù)都進(jìn)入正式商用的階段，標(biāo)準(zhǔn)著我國(guó)正式進(jìn)入4G時(shí)代。

4G又稱為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有超過(guò)2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。它包括寬帶無(wú)線固定接入、寬帶無(wú)線局域網(wǎng)、移動(dòng)光帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)（基于地面和衛(wèi)星系統(tǒng)）。與已有的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)相比，4G通信系統(tǒng)具有更高的數(shù)據(jù)速率和傳輸質(zhì)量；更好的業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS），更高的頻譜利用率，更高的安全性、智能性和靈活性；可以容納更多的用戶，支持包括非對(duì)稱性業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)；能實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)間的無(wú)縫漫游，包括網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫、中斷無(wú)縫和內(nèi)容無(wú)縫。第三頁(yè)，共70頁(yè)。8.1

4G概況

4G是相對(duì)于3G的下一代通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上，4G在開始階段也是由眾多自主技術(shù)提供商和電信運(yùn)營(yíng)商合力推出的，技術(shù)和效果也參差不齊。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）定義了4G的標(biāo)準(zhǔn)——符合100Mbps傳輸數(shù)據(jù)的速度。達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通信技術(shù)，理論上都可以稱之為4G。不過(guò)由于這個(gè)極限峰值的傳輸速度要建立在大于20MHz帶寬系統(tǒng)上，所以ITU將LTE-TDD、LTE-FDD、WiMAX，以及HSPA+四種技術(shù)都定義為4G的范疇。值得注意的是，它其實(shí)不符合國(guó)際電信聯(lián)盟對(duì)下一代無(wú)線通訊的標(biāo)準(zhǔn)（IMT-Advanced）定義，只有升級(jí)版的LTEAdvanced才滿足國(guó)際電信聯(lián)盟對(duì)4G的要求。第四頁(yè)，共70頁(yè)。8.1.14G的兩種制式

LTE（LongTermEvolution，長(zhǎng)期演進(jìn)）項(xiàng)目是3G的演進(jìn)，它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)。主要特點(diǎn)是在20MHz頻譜寬帶下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率，相對(duì)于3G網(wǎng)絡(luò)大大的提高了小區(qū)的容量，同時(shí)將網(wǎng)絡(luò)延遲大大降低：內(nèi)部單向傳輸時(shí)延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時(shí)間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時(shí)間小于100ms。并且這一標(biāo)準(zhǔn)也是3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)項(xiàng)目。

LTE-Advanced，從字面上看LTE-Advanced就是LTE技術(shù)的升級(jí)版。LTE-Advanced的正式名稱為FurtherAdvancementsforE-UTRA。LTE-Advanced是一個(gè)向后兼容的技術(shù)，完全兼容LTE，是演進(jìn)而不是革命，相當(dāng)于HSPA和WCDMA這樣的關(guān)系。LTE-Advanced的入圍，包含TDD和FDD兩種制式，其中TD-SCDMA將能夠進(jìn)化到TDD制式，而WCDMA網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)化到FDD制式。第五頁(yè)，共70頁(yè)。

TD-LTE（TimeDivisionLongTermEvolution）是LTE技術(shù)中的TDD(TimeDivisionDuplexing)時(shí)分雙工模式。該技術(shù)由上海貝爾、諾基亞西門子通信、大唐電信、華為技術(shù)、中興通訊、中國(guó)移動(dòng)、高通、ST-Ericsson等業(yè)者共同開發(fā)。

FDD-LTE(FrequencyDivisionDuplexingLongTermEvolution)是LTE技術(shù)中的FDD(FrequencyDivisionDuplexing）頻分雙工模式。由于無(wú)線技術(shù)的差異、使用頻段的不同以及各個(gè)廠家的利益等因素，F(xiàn)DD-LTE的標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于TD-LTE。FDD-LTE已成為當(dāng)前世界上采用的國(guó)家及地區(qū)最廣泛的，終端種類最豐富的一種4G標(biāo)準(zhǔn)。第六頁(yè)，共70頁(yè)。8.1.2

TDD與FDD設(shè)計(jì)中的不同由于TDD以時(shí)間區(qū)分上下行，F(xiàn)DD以頻率區(qū)分上下行。因此二者的差異首先體現(xiàn)在幀結(jié)構(gòu)上。FDD的無(wú)線幀由10個(gè)長(zhǎng)度為1ms的子幀組成，每個(gè)子幀包含兩個(gè)長(zhǎng)度為0.5ms的時(shí)隙。TDD無(wú)線幀分為普通子幀和特殊子幀，其中普通子幀包含兩個(gè)0.5ms的時(shí)隙．特殊子幀包含3個(gè)時(shí)隙．即DwFIS（downlinkpilottimeslot，下行導(dǎo)頻時(shí)隙）、GP（guardperiod，保護(hù)間隔）和UpPTS（uplinkpilottimeslot，上行導(dǎo)頻時(shí)隙）。另外，TDD的子幀上下行比例可依據(jù)網(wǎng)絡(luò)上下行業(yè)務(wù)的實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置。TDD與FDD在幀結(jié)構(gòu)上的不同是導(dǎo)致兩者其他差異存在的根源，使得TDD和FDD在同步信號(hào)、參考信號(hào)和信道設(shè)計(jì)方面需分別考慮，主要包括如下幾點(diǎn)。第七頁(yè)，共70頁(yè)。

1.同步信號(hào)設(shè)計(jì)

同步信號(hào)用于UE對(duì)小區(qū)進(jìn)行搜索時(shí)獲取時(shí)間、頻率同步和小區(qū)標(biāo)識(shí)，分為PSS(primarysynchronizationsignal，主同步信號(hào))和SSS(secondarysynchronizationsignal，輔同步信號(hào))。TDD和FDD的主、輔同步信號(hào)在無(wú)線幀中的絕對(duì)位置和相對(duì)位置都不同。這種差異使得終端在接入網(wǎng)絡(luò)的初始階段就能識(shí)別出系統(tǒng)是TDD還是FDD制式。第八頁(yè)，共70頁(yè)。2.參考信號(hào)設(shè)計(jì)

上行鏈路中SRS(soundingreferencesignal，探測(cè)參考信號(hào))用于eNodeB對(duì)上行信道質(zhì)量進(jìn)行估計(jì)，下行鏈路中URS(UE-specificreferencesignal，UE特定參考信號(hào))可用于下行波束賦形。FDD系統(tǒng)使用普通數(shù)據(jù)子幀傳輸SRS。而TDD系統(tǒng)中，SRS還可在UpPTS時(shí)隙發(fā)送，而且TDD終端在UpPTS時(shí)隙發(fā)送SRS應(yīng)為首選。另外，相比FDD系統(tǒng)而言．由于TDD系統(tǒng)的上下行鏈路對(duì)稱特性．參考信號(hào)對(duì)TDD系統(tǒng)具有更加重要的作用。第九頁(yè)，共70頁(yè)。3.信道設(shè)計(jì)

在進(jìn)行控制信道和數(shù)據(jù)信道的設(shè)計(jì)時(shí)，也需要考慮TDD和FDD的不同特性。以PDCCH(physicaldownlink

controlchannel，物理下行控制信道)為例，PDCCH主要用于上下行資源的分配調(diào)度信息和上行功率控制消息的傳輸，在每個(gè)子幀的開始部分發(fā)送，當(dāng)下行資源塊數(shù)量大于10時(shí)，其長(zhǎng)度可為1、2或者3個(gè)OFDM符號(hào)，當(dāng)下行資源塊數(shù)量小于10時(shí)，用于PDCCH的OFDM符號(hào)數(shù)為2、3或4個(gè)。但對(duì)于TDD而言，如果PDCCH信道位于DwPTS時(shí)隙。則這兩種情況下的PDCCH的長(zhǎng)度分別只能為l、2個(gè)OFDM符號(hào)和固定為2個(gè)OFDM符號(hào)。第十頁(yè)，共70頁(yè)。8.1.34G的優(yōu)勢(shì)

①通信速度快、質(zhì)量高。從移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率作比較，第一代模擬式通信系統(tǒng)僅提供語(yǔ)音服務(wù)；第二代數(shù)字式移動(dòng)通信系統(tǒng)傳輸速率也只有9.6kbps，最高達(dá)到32kbps；第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)理論數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到2Mbps，實(shí)際最高數(shù)據(jù)傳輸速率最高只有386kbps；第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)則可達(dá)到最高100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。

②網(wǎng)絡(luò)頻譜寬、頻率使用效率高。4G通信系統(tǒng)在3G通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行大幅度的改造和研究，使4G網(wǎng)絡(luò)在通信寬帶上比3G網(wǎng)絡(luò)的蜂窩系統(tǒng)的寬帶高出許多。4G信道占有100MHz的頻譜，相當(dāng)于W-CDMA3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。第十一頁(yè)，共70頁(yè)。

③提供各種增值服務(wù)。4G通信并不是從3G通信的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的升級(jí)而演變過(guò)來(lái)的，它們的核心技術(shù)根本就是不同的，3G移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術(shù)，而4G移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)則以正交頻分復(fù)用（OFDM）最受矚目，利用這種技術(shù)人們可以實(shí)現(xiàn)例如無(wú)線區(qū)域環(huán)路（WLL）、數(shù)字音訊廣播（DAB）等方面的無(wú)線通信增值服務(wù)。

④通信費(fèi)用更加便宜。由于4G通信不僅解決了與3G通信的兼容性問(wèn)題，讓更多的現(xiàn)有通信用戶能輕易地升級(jí)到4G通信，而且4G通信引入了許多尖端的通信技術(shù)，這些技術(shù)保證了4G通信能提供一種靈活性非常高的系統(tǒng)操作方式，因此相對(duì)其他技術(shù)來(lái)說(shuō)，4G通信部署起來(lái)就容易迅速的多；同時(shí)在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，通信運(yùn)營(yíng)商們直接在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施之上，采用逐步引入的方法，這樣就能夠有效地降低費(fèi)用。第十二頁(yè)，共70頁(yè)。8.2

TDD和FDD的關(guān)鍵過(guò)程差異

由于LTETDD與FDD在設(shè)計(jì)考慮上的差別。導(dǎo)致了其在某些關(guān)鍵過(guò)程的設(shè)計(jì)上也必須采用不同策略，下面對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)分析。8.2.1HARQ過(guò)程

HARQ（hybridautomaticrepeat-request，混合式自動(dòng)重傳請(qǐng)求）是一種降低傳輸錯(cuò)誤概率的機(jī)制。LTETDD與FDD在HARQ的ACK／NACK傳輸及其與原始發(fā)送數(shù)據(jù)的定時(shí)關(guān)系、最大并發(fā)進(jìn)程數(shù)、RTT（roundtriptime，往返時(shí)間）等方面存在差異。

1．HARQ過(guò)程的定時(shí)關(guān)系

LTEFDD系統(tǒng)中，上下行子幀數(shù)目相等，數(shù)據(jù)與反饋的ACK／NACK之間可以建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，其HARQ過(guò)程簡(jiǎn)單明了。圖8.1為L(zhǎng)TEFDD中HARQ的定時(shí)關(guān)系示意。第十三頁(yè)，共70頁(yè)。第十四頁(yè)，共70頁(yè)。

從圖8.l中可看出，子幀i收到的ACK/NACK信息總是對(duì)應(yīng)于在子幀i-4發(fā)送的數(shù)據(jù)。另外，對(duì)于下行異步HARQ，收到ACK/NACK后數(shù)據(jù)的重傳或新數(shù)據(jù)的發(fā)送與之前的數(shù)據(jù)發(fā)送沒(méi)有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系；而對(duì)于上行同步HARQ，重傳數(shù)據(jù)或新數(shù)據(jù)總是在i+4時(shí)刻發(fā)送。

LTETDD系統(tǒng)中，由于上下行子幀資源不連續(xù)，且配置方式有多種，造成上下行的子幀數(shù)目不相等，無(wú)法建立一一對(duì)應(yīng)的反饋關(guān)系。

圖8.2以TDD的上下行配置2為例，給出了LTETDD上行HARQ的定時(shí)關(guān)系。從圖8.2中可以看出，其RTT為10ms。第十五頁(yè)，共70頁(yè)。第十六頁(yè)，共70頁(yè)。

2.HARQACK/NACK的傳輸

TDDLTE系統(tǒng)中，當(dāng)存在上行子幀多于下行子幀時(shí)需使用一個(gè)下行子幀調(diào)度多個(gè)上行子幀，當(dāng)下行子幀多于上行子幀時(shí)需使用一個(gè)上行子幀反饋多個(gè)下行子幀。對(duì)此,協(xié)議中提供了以下兩種解決方法。①ACK/NACK綁定：對(duì)前面多個(gè)下行子幀數(shù)據(jù)的ACK/NACK進(jìn)行“與”運(yùn)算，使用一個(gè)ACK/NACK完成前面多個(gè)下行子幀PDSCH數(shù)據(jù)的反饋。這是協(xié)議中默認(rèn)的LTETDD系統(tǒng)ACK/NACK反饋機(jī)制。②ACK/NACK復(fù)用：在一個(gè)上行子幀的PUCCH資源上使用2bit同時(shí)反饋多個(gè)傳輸數(shù)據(jù)的各自ACK/NACK。

上述兩種解決方法中，ACK/NACK綁定的缺點(diǎn)是出現(xiàn)NACK時(shí)，接收端無(wú)法確定具體是哪個(gè)子幀傳輸錯(cuò)誤，即使只有一個(gè)子幀錯(cuò)誤，也需要重傳所有被綁定的子幀。但帶來(lái)的好處是減小了控制開銷。第十七頁(yè)，共70頁(yè)。

3．HARQ的最大并發(fā)進(jìn)程數(shù)

由于LTE中HARQ采用“?！取睓C(jī)制，即一個(gè)HARQ處理進(jìn)程中，需等待一定時(shí)間收到ACK/NACK反饋后才能決定下一次進(jìn)行新數(shù)據(jù)發(fā)送或是重傳，因此LIE采用并發(fā)多個(gè)進(jìn)程的方式來(lái)提高資源的利用率。

4．DRX狀態(tài)下的HARQ

DRX（discontinuousreception，非連續(xù)接收）的目的是為了減少UE的功率消耗。在DRX狀態(tài)下，UE會(huì)為每一個(gè)下行HARQ進(jìn)程開啟一個(gè)HARQRTT定時(shí)器，這個(gè)定時(shí)器長(zhǎng)度為UE期待收到重傳數(shù)據(jù)需等待的最小子幀數(shù)。當(dāng)HARQRTT定時(shí)器未過(guò)期時(shí)，UE不可進(jìn)入睡眠狀態(tài)，以避免遺漏接收重傳數(shù)據(jù)。第十八頁(yè)，共70頁(yè)。8.2.2

半持續(xù)調(diào)度過(guò)程LTE中存在動(dòng)態(tài)調(diào)度和SPS（semi-persistentscheduling，半持續(xù)調(diào)度）兩種分組調(diào)度方式。SPS方式下，無(wú)線資源的分配在一段較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)半靜態(tài)地分配給UE，適合于如VoIP等數(shù)據(jù)分組小，時(shí)延要求高且數(shù)據(jù)傳送具有一定周期性的業(yè)務(wù)。

LTETDD的SPS比FDD復(fù)雜。首先，SPS周期必須是上下行時(shí)隙配置周期的整數(shù)倍，以避免上下行沖突。另外，HARQ重傳與SPS之間可能產(chǎn)生沖突，例如上行SPS調(diào)度周期為20ms，HARQRTT為10ms，當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)重傳時(shí)，則第一個(gè)數(shù)據(jù)的重傳可能與第二個(gè)數(shù)據(jù)的首次傳輸發(fā)生沖突。針對(duì)此問(wèn)題，協(xié)議中專門為TDD設(shè)計(jì)了雙間隔SPS機(jī)制。雙間隔SPS指在半持續(xù)調(diào)度中使用兩個(gè)不同的調(diào)度周期T1和T2。其中：T1=SPS調(diào)度周期+子幀偏置（offset）；

T2=SPS調(diào)度周期-子幀偏置（offset）；

第十九頁(yè)，共70頁(yè)。

不過(guò)，雙間隔SPS雖然可以減少?zèng)_突的可能性，但并不能杜絕沖突的發(fā)生。當(dāng)依然可能出現(xiàn)沖突時(shí)，則需要使用動(dòng)態(tài)調(diào)度來(lái)真正避免沖突。在SPS配置下，UE仍會(huì)監(jiān)聽在PDCCH信道上的動(dòng)態(tài)調(diào)度信息。如果數(shù)據(jù)重傳和初始傳輸發(fā)生沖突，則可通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)度，首先傳輸重傳數(shù)據(jù)，然后在接下來(lái)的空閑子幀中傳輸初始數(shù)據(jù)。

如圖8.3所示，在數(shù)據(jù)l的重傳與數(shù)據(jù)2的初始傳輸可能發(fā)生沖突時(shí)，先進(jìn)行數(shù)據(jù)1的重傳，然后在一個(gè)偏置時(shí)間后，再開始數(shù)據(jù)2的初始傳輸。第二十頁(yè)，共70頁(yè)。8.2.3

隨機(jī)接入與尋呼過(guò)程

1.隨機(jī)接入過(guò)程

在與網(wǎng)絡(luò)建立連接之前。UE需要通過(guò)PRACH（physicalrandomaccesschannel，物理隨機(jī)接入信道）發(fā)起隨機(jī)接入過(guò)程以獲得網(wǎng)絡(luò)的接入許可。PRACH在頻域上占用72個(gè)子載波．在時(shí)域上由循環(huán)前綴和接入前導(dǎo)序列兩部分組成，長(zhǎng)度分別為TCP和TSEQ。根據(jù)這兩個(gè)長(zhǎng)度的不同取值，可將PRACH分為5種不同的格式，如表8.1所示。第二十一頁(yè)，共70頁(yè)。

其中，前4種格式TDD和FDD相同，分別適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。如格式0隨機(jī)接入時(shí)隙在1個(gè)子幀中傳送，支持中小覆蓋范圍的小區(qū)；格式1和3由于CP較長(zhǎng)，適于大的小區(qū)半徑；格式2和3采用重復(fù)的前導(dǎo)序列，可以增加PRACH的鏈路預(yù)算。格式4則為TDD特有，其前導(dǎo)序列和CP的持續(xù)時(shí)間較短，專門用于在UpPTS中發(fā)起隨機(jī)接入，叫做短RACH，且只適用于UpPTS長(zhǎng)度為2個(gè)OFDM符號(hào)的情況。

第二十二頁(yè)，共70頁(yè)。2.尋呼過(guò)程

LTE中沒(méi)有專門用于尋呼的物理信道，而是在PDSCH中傳送需要的尋呼消息。LTETDD和FDD的尋呼過(guò)程是相同的。但由于TDD中尋呼消息必須選擇下行子幀才能發(fā)送。因此其可用于尋呼的子幀不同于FDD。對(duì)于FDD，子幀0、4、5和9可用于尋呼；對(duì)TDD，子幀0、1、5和6可用于尋呼。設(shè)計(jì)更易于實(shí)現(xiàn)。

經(jīng)上述分析，TDD與FDD之間因幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同而使得其在信號(hào)、信道設(shè)計(jì)等方面存在差異，并導(dǎo)致其在關(guān)鍵過(guò)程實(shí)現(xiàn)上存在區(qū)別。從協(xié)議層面而言，這些差異主要集中在物理層，兩者的RLC（radiolinkcontrol，無(wú)線鏈路控制）層、PDCP（packetdataconvergenceprotocol，分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議）層、NAS（non-accessstratum。非接入）層并無(wú)差異。第二十三頁(yè)，共70頁(yè)。

從以上分析還可得出，TDD的上下行子幀配置多樣，更適合非對(duì)稱業(yè)務(wù)，且TDD具有上下行信道互惠性等FDD不具備的優(yōu)勢(shì)，適用于更真實(shí)的場(chǎng)景，資源利用率更高。但是，多種不同的上下行時(shí)隙配置也造成了HARQ、SPS等過(guò)程復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)更困難，同時(shí)造成了業(yè)務(wù)時(shí)延增加，使得TDD在傳輸時(shí)延敏感業(yè)務(wù)時(shí)不具備優(yōu)勢(shì)。另外，從上述比較還可看出，相比于UMTS時(shí)代的TDD和FDD兩種制式，LTE時(shí)代的TDD與FDD在協(xié)議實(shí)現(xiàn)上已逐漸融合。第二十四頁(yè)，共70頁(yè)。8.3

正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)

第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以正交頻分復(fù)用(OFDM)為技術(shù)核心?8.3.1

OFDM技術(shù)原理

OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）即正交頻分復(fù)用，是一種能夠充分利用頻譜資源的多載波傳輸方式。常規(guī)頻分復(fù)用與OFDM的信道分配情況如圖8.4所示。可以看出OFDM至少能夠節(jié)約二分之一的頻譜資源。第二十五頁(yè)，共70頁(yè)。第二十六頁(yè)，共70頁(yè)。

OFDM主要思想：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開，這樣可以減少子信道間相互干擾ISI。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相干帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。

在OFDM傳播過(guò)程中，高速信息數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換，分配到速率相對(duì)較低的若干子信道中傳輸，每個(gè)子信道中的符號(hào)周期相對(duì)增加，這樣可減少因無(wú)線信道多徑時(shí)延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)造成的碼間干擾。另外，由于引入保護(hù)間隔，在保護(hù)間隔大于最大多徑時(shí)延擴(kuò)展的情況下，可以最大限度地消除多徑帶來(lái)的符號(hào)間干擾。如果用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，還可避免多徑帶來(lái)的信道間干擾。第二十七頁(yè)，共70頁(yè)。8.3.2OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

OFDM系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：①把高速數(shù)據(jù)流通過(guò)串并轉(zhuǎn)換，使得每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)符號(hào)持續(xù)長(zhǎng)度相對(duì)增加，從而可以有效地減小無(wú)線信道的時(shí)間彌散所帶愛(ài)的ISI，這樣就減小了接收機(jī)內(nèi)均衡的復(fù)雜度，有時(shí)甚至可以不采用均衡器，僅通過(guò)采用插入循環(huán)前綴的方法消除ISI的不利影響。②OFDM系統(tǒng)由于各個(gè)子載波之間存在正交性，允許子信道的頻譜相互重疊，因此與常規(guī)的頻分復(fù)用系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)可以最大限度地利用頻譜資源。③各個(gè)子信道中這種正交調(diào)制和解調(diào)可以采用快速傅立葉變換（FFT）和快速傅立葉反變換（IFF）來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二十八頁(yè)，共70頁(yè)。

④無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般都存在非對(duì)稱性，即下行鏈路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量要遠(yuǎn)大于上行鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸量，如Internet業(yè)務(wù)中的網(wǎng)頁(yè)瀏覽、FTP下載等。另一方面，移動(dòng)終端功率一般小于1W，在大蜂窩環(huán)境下傳輸速率低于10kbit/s～100kbit/s；而基站發(fā)送功率可以較大，有可能提供1Mbit/s以上的傳輸速率。⑤由于無(wú)線信道存在頻率選擇性，不可能所有的子載波都同時(shí)處于比較深的衰落情況中，因此可以通過(guò)動(dòng)態(tài)比特分配以及動(dòng)態(tài)子信道的分配方法，充分利用信噪比較高的子信道，從而提高系統(tǒng)的性能。

第二十九頁(yè)，共70頁(yè)。

OFDM系統(tǒng)與單載波系統(tǒng)相比，存在如下主要缺點(diǎn)：①易受頻率偏差的影響

②存在較高的峰值平均功率比

⑥OFDM系統(tǒng)可以容易與其他多種接入方法相結(jié)合使用，構(gòu)成OFDMA系統(tǒng)，其中包括多載波碼分多址MC-CDMA、跳頻OFDM以及OFDM-TDMA等等，使得多個(gè)用戶可以同時(shí)利用OFDM技術(shù)進(jìn)行信息的傳遞。⑦因?yàn)檎瓗Ц蓴_只能影響一小部分的子載波，因此OFDM系統(tǒng)可以在某種程度上抵抗這種窄帶干擾。第三十頁(yè)，共70頁(yè)。8.4OFDM關(guān)鍵技術(shù)

8.4.1保護(hù)間隔和循環(huán)前綴

采用OFDM的一個(gè)主要原因是它可以有效地對(duì)抗多徑時(shí)延擴(kuò)展。為了最大限度地消除符號(hào)間干擾，可以在每個(gè)OFDM符號(hào)之間插入保護(hù)間隔（guardinterval），而且該保護(hù)間隔長(zhǎng)度Tg一般要大于無(wú)線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣一個(gè)符號(hào)的多徑分量就不會(huì)對(duì)下一個(gè)符號(hào)造成干擾。在這段保護(hù)間隔內(nèi)，可以不插入任何信號(hào)，即是一段空閑的傳輸時(shí)段。然而在這種情況中，由于多徑傳播的影響，則會(huì)產(chǎn)生信道間干擾（ICI），即子載波之間的正交性遭到破壞，不同的子載波之間產(chǎn)生干擾，如圖8.5所示。第三十一頁(yè)，共70頁(yè)。第三十二頁(yè)，共70頁(yè)。

由于每個(gè)OFDM符號(hào)中都包括所有的非零子載波信號(hào)，而且也同時(shí)會(huì)出現(xiàn)該OFDM符號(hào)的時(shí)延信號(hào)，因此上圖中給出了第一個(gè)子載波和第二個(gè)子載波的延時(shí)信號(hào)，從圖中可以看出，由于在FFT運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)，第一子載波與帶有延時(shí)的第二子載波之間的周期個(gè)數(shù)之差不再是整數(shù)，所以當(dāng)接收機(jī)試圖對(duì)第一子載波進(jìn)行解調(diào)時(shí)，第二子載波會(huì)對(duì)此造成干擾。同樣，當(dāng)接收機(jī)對(duì)第二子載波進(jìn)行解調(diào)時(shí)，有時(shí)會(huì)存在來(lái)自第一子載波的干擾。為了消除由于多徑所造成的ICI，OFDM符號(hào)需要在其保護(hù)間隔內(nèi)填入循環(huán)前綴信號(hào)，如圖8.6所示。這樣就可以保證在FFT周期內(nèi)，OFDM符號(hào)的延時(shí)副本內(nèi)包含的波形的周期個(gè)數(shù)也是整數(shù)。這樣，時(shí)延小于保護(hù)間隔Tg的時(shí)延信號(hào)就不會(huì)再解調(diào)過(guò)程中產(chǎn)生ICI。第三十三頁(yè)，共70頁(yè)。通常，當(dāng)保護(hù)間隔占到20%時(shí)，功率損失也不到1dB。但是帶來(lái)的信息速率損失達(dá)20%，而在傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)中存在信息速率（帶寬）的損失。但是插入保護(hù)間隔可以消除ISI和多徑所造成的ICI的影響，因此這個(gè)代價(jià)是值得的。第三十四頁(yè)，共70頁(yè)。8.4.2

同步技術(shù)同步在通信系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的地位。例如，當(dāng)采用同步解調(diào)或相干檢測(cè)時(shí)，接收機(jī)需要提取一個(gè)與發(fā)射載波同頻同相的載波；同時(shí)還要確定符號(hào)的起始位置等。一般的通信系統(tǒng)中存在如下的同步問(wèn)題：①發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的載波頻率不同；②發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的采樣頻率不同；③接收機(jī)不知道符號(hào)的定時(shí)起始位置。在OFDM系統(tǒng)中存在如下幾個(gè)方面的同步要求：①載波同步：接收端的振蕩頻率要與發(fā)送載波同頻同相；②樣值同步：接收端和發(fā)射端的抽樣頻率一致；③符號(hào)定時(shí)同步：IFFT和FFT起止時(shí)刻一致。

第三十五頁(yè)，共70頁(yè)。與單載波系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)對(duì)同步精度的要求更高，同步偏差會(huì)在OFDM系統(tǒng)中引起ISI及ICI。圖8.7顯示了OFDM系統(tǒng)中的同步要求，并且大概給出各種同步在系統(tǒng)中所處的位置。第三十六頁(yè)，共70頁(yè)。1.載波同步

發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的頻率偏差導(dǎo)致接收信號(hào)在頻域內(nèi)發(fā)生偏移。如果頻率偏差是子載波間隔的n（n為整數(shù)）倍，雖然子載波之間仍然能夠保持正交，但是頻率采用值已經(jīng)偏移了n個(gè)子載波的位置，造成映射在OFDM頻譜內(nèi)的數(shù)據(jù)符號(hào)的誤碼率高達(dá)0.5。如果載波頻率偏差不是子載波間隔的整數(shù)倍，則在子載波之間就會(huì)存在能量的“泄漏”，導(dǎo)致子載波之間的正交性遭到破壞，從而在子載波之間引入干擾，使得系統(tǒng)的誤碼率性能惡化。圖8.8給出了載波同步與失步情況下的性能比較。第三十七頁(yè)，共70頁(yè)。通常通過(guò)兩個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)載波同步，即捕獲（acquisition）模式和跟蹤（tracing）模式。在跟蹤模式中，只需要處理很小的頻率波動(dòng)；但是當(dāng)接收機(jī)處于捕獲模式時(shí)，頻率偏差可以較大，可能是子載波間隔的若干倍。接收機(jī)中第一階段的任務(wù)就是要盡快地進(jìn)行粗略頻率估計(jì)，解決載波的捕獲問(wèn)題；第二階段的任務(wù)就是能夠鎖定并且執(zhí)行跟蹤任務(wù)。在第一階段（捕獲階段）內(nèi)只需要考慮如何在較大的捕獲范圍內(nèi)粗略估計(jì)載波頻率，不需要考慮跟蹤性能如何；而在第二階段（跟蹤階段）內(nèi)，只需要考慮如何獲得較高的跟蹤性能。第三十八頁(yè)，共70頁(yè)。

2.符號(hào)定時(shí)同步由于在OFDM符號(hào)之間插入了循環(huán)前綴保護(hù)間隔，因此OFDM符號(hào)定時(shí)同步的起始時(shí)刻可以在保護(hù)間隔內(nèi)變化，而不會(huì)造成ICI和ISI，如圖8.9所示。第三十九頁(yè)，共70頁(yè)。

只有當(dāng)FFT運(yùn)算窗口超出了符號(hào)邊界，或者落入符號(hào)的幅度滾降區(qū)間，才會(huì)造成ICI和ISI。因此，OFDM系統(tǒng)對(duì)符號(hào)定時(shí)同步的要求會(huì)相對(duì)較寬松，但是在多徑環(huán)境中，為了獲得最佳的系統(tǒng)性能，需要確定最佳的符號(hào)定時(shí)。

當(dāng)前提出的關(guān)于多載波系統(tǒng)的符號(hào)定時(shí)同步和載波同步大都采用插入導(dǎo)頻符號(hào)的方法，這會(huì)導(dǎo)致帶寬和功率資源的浪費(fèi)，降低系統(tǒng)的有效性。實(shí)際上，幾乎所有的多載波系統(tǒng)都采用插入保護(hù)間隔的方法來(lái)消除符號(hào)間串?dāng)_。為了克服了導(dǎo)頻符號(hào)浪費(fèi)資源的缺點(diǎn)，通常利用保護(hù)間隔所攜帶的信息完成符號(hào)定時(shí)同步和載波頻率同步的最大似然估計(jì)算法。第四十頁(yè)，共70頁(yè)。8.4.3

信道估計(jì)加入循環(huán)前周后的OFDM系統(tǒng)可以等效為N個(gè)獨(dú)立的并行子信道。如果不考慮信道噪聲，Ｎ個(gè)子信道上的接收信號(hào)等于各自子信道上的發(fā)送信號(hào)與信道的頻譜特性的乘積。如果通過(guò)估計(jì)方法預(yù)先獲知信道的頻譜特性，將各子信道上的接收信號(hào)與信道的頻譜特性相除，即可實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的正確解調(diào)。常見(jiàn)的信道估計(jì)方法有基于導(dǎo)頻信道和基于導(dǎo)頻符號(hào)（參考信號(hào)）這兩種，多載波系統(tǒng)具有時(shí)頻二維結(jié)構(gòu)，因此采用導(dǎo)頻符號(hào)的輔助信道估計(jì)更靈活。導(dǎo)頻符號(hào)輔助方法是在發(fā)送端的信號(hào)中某些固定位置插入一些已知的符號(hào)和序列，在接收端利用這些導(dǎo)頻符號(hào)和導(dǎo)頻序列按照某些算大進(jìn)行信道估計(jì)。在單載波系統(tǒng)中，導(dǎo)頻符號(hào)和導(dǎo)頻序列只能在時(shí)間軸方向插入，在接收端提取導(dǎo)頻符號(hào)估計(jì)信道脈沖響應(yīng)。第四十一頁(yè)，共70頁(yè)。8.4.4

降峰均比技術(shù)除了對(duì)頻率偏差敏感之外，OFDM系統(tǒng)的另一個(gè)主要缺點(diǎn)就是峰值功率與平均功率比，簡(jiǎn)稱峰均比（PAPR）過(guò)高的問(wèn)題。即與單載波系統(tǒng)相比，由于OFDM符號(hào)是由多個(gè)獨(dú)立的經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)相加而成的，這樣的合成信號(hào)就有可能產(chǎn)生比較大的峰值功率，由此會(huì)帶來(lái)較大的峰值平均功率比。信號(hào)預(yù)畸變技術(shù)是最簡(jiǎn)單最直接的降低系統(tǒng)內(nèi)峰均比的方法。在信號(hào)被送到放大器之前，首先經(jīng)過(guò)非線性處理，對(duì)有較大峰值功率的信號(hào)進(jìn)行預(yù)畸變，使其不會(huì)超出放大器的動(dòng)態(tài)變化范圍，從而避免降低較大的PAPR的出現(xiàn)。最常用的信號(hào)預(yù)畸變技術(shù)包括限幅和壓縮擴(kuò)張方法。第四十二頁(yè)，共70頁(yè)。

1.限幅方法信號(hào)經(jīng)過(guò)非線性部件之前進(jìn)行限幅，就可以使得峰值信號(hào)低于所期望的最大電平值。盡管限幅非常簡(jiǎn)單，但是它也會(huì)為OFDM系統(tǒng)帶來(lái)相關(guān)的問(wèn)題。首先，對(duì)OFDM符號(hào)幅度進(jìn)行畸變，會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成自身干擾，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的BER性能降低。其次，OFDM信號(hào)的非線性畸變會(huì)導(dǎo)致帶外輻射功率值的增加，其原因在于限幅操作可以被認(rèn)為是OFDM采樣符號(hào)與矩形窗函數(shù)相乘。為了克服矩形窗函數(shù)所造成的帶外輻射過(guò)大的問(wèn)題，可以利用其他的非矩形窗函數(shù)。總之，選擇窗函數(shù)的原則就是：其頻譜特性比較好，而且也不能在時(shí)域內(nèi)過(guò)長(zhǎng)，避免對(duì)更多個(gè)時(shí)域采樣信號(hào)造成影響。第四十三頁(yè)，共70頁(yè)。

2.壓縮擴(kuò)張方法除了限幅方法之外，還有一種信號(hào)預(yù)畸變方法就是對(duì)信號(hào)實(shí)施壓縮擴(kuò)張。在傳統(tǒng)的擴(kuò)張方法中，需要把幅度比較小的符號(hào)進(jìn)行放大，而大幅度信號(hào)保持不變，一方面增加了系統(tǒng)的平均發(fā)射功率，另一方面使得符號(hào)的功率值更加接近功率放大器的非線性變化區(qū)域，容易造成信號(hào)的失真。因此給出一種改進(jìn)的壓縮擴(kuò)張變換方法。在這種方法中，把大功率發(fā)射信號(hào)壓縮，而把小功率信號(hào)進(jìn)行放大，從而可以使得發(fā)射信號(hào)的平均功率相對(duì)保持不變。這樣不但可以減小系統(tǒng)的PAPR，而且還可以使得小功率信號(hào)抗干擾的能力有所增強(qiáng)。壓縮擴(kuò)張變化的OFDM系統(tǒng)基帶簡(jiǎn)圖如圖8.10所示。第四十四頁(yè)，共70頁(yè)。第四十五頁(yè)，共70頁(yè)。8.5MIMO與智能天線

8.5.1MIMO原理

多輸入多輸出（Multiple-InputMultiple-Output，MIMO）的系統(tǒng)框圖如圖8.11所示。第四十六頁(yè)，共70頁(yè)。該技術(shù)最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天線來(lái)抑制信道衰落。MIMO技術(shù)是指在發(fā)射端和接收端分別設(shè)置多副發(fā)射天線和接收天線，其出發(fā)點(diǎn)是將多發(fā)送天線與多接收天線相結(jié)合以改善每個(gè)用戶的通信質(zhì)量（如差錯(cuò)率）或提高通信效率（如數(shù)據(jù)速率）。信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大。也就是說(shuō)可以利用MIMO信道成倍地提高無(wú)線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。利用MIMO技術(shù)可以成倍提高信道的容量，同時(shí)也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。前者是利用MIMO信道提供的空間復(fù)用增益，后者是利用MIMO信道提供的空間分集增益。目前MIMO技術(shù)領(lǐng)域另一個(gè)研究熱點(diǎn)就是空時(shí)編碼。第四十七頁(yè)，共70頁(yè)。8.5.2MIMO核心技術(shù)

MIMO系統(tǒng)在一定程度上可以利用傳播中多徑分量，也就是說(shuō)MIMO可以抗多徑衰落，但是對(duì)于頻率選擇性深衰落，MIMO系統(tǒng)依然是無(wú)能為力。目前解決MIMO系統(tǒng)中的頻率選擇性衰落的方案一般是利用均衡技術(shù)，還有一種是利用OFDM。

OFDM由于碼率低和加入了時(shí)間保護(hù)間隔而具有極強(qiáng)的抗多徑干擾能力。由于多徑時(shí)延小于保護(hù)間隔，所以系統(tǒng)不受碼間干擾的困擾，這就允許單頻網(wǎng)絡(luò)（SFN）可以用于寬帶OFDM系統(tǒng)，依靠多天線來(lái)實(shí)現(xiàn)，即采用由大量低功率發(fā)射機(jī)組成的發(fā)射機(jī)陣列消除陰影效應(yīng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)完全覆蓋。第四十八頁(yè)，共70頁(yè)。

MIMO-OFDM系統(tǒng)的核心技術(shù)主要包括：

1.MIMO-OFDM的信道估計(jì)

在一個(gè)傳輸分集的OFDM系統(tǒng)中，只有在接收端有很好的信道信息時(shí)，空時(shí)碼才能進(jìn)行有效的解碼。估計(jì)信道參數(shù)的難度在于，對(duì)于每一個(gè)天線每一個(gè)子載波都對(duì)應(yīng)多個(gè)信道參數(shù)。MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)方法一般有三種：非盲信道估計(jì)、盲信道估計(jì)和半盲信道估計(jì)。（1）非盲信道估計(jì)

非盲信道估計(jì)是通過(guò)在發(fā)送端發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)或訓(xùn)練序列，接收端根據(jù)所接收的信號(hào)估計(jì)出導(dǎo)頻處或訓(xùn)練序列處的信道參數(shù)，然后根據(jù)導(dǎo)頻或訓(xùn)練序列處的信道參數(shù)得到數(shù)據(jù)信號(hào)處的信道參數(shù)。當(dāng)信道為時(shí)變信道時(shí)，即使是慢時(shí)變信道，也必須周期性的發(fā)射訓(xùn)練序列，以便及時(shí)更新信道估計(jì)。這類方法的好處是估計(jì)誤差小，收斂速度快，不足是由于發(fā)送導(dǎo)頻或訓(xùn)練序列而浪費(fèi)了一定的系統(tǒng)資源。第四十九頁(yè)，共70頁(yè)。

（2）盲信道估計(jì)

盲信道估計(jì)是利用信道的輸出以及與輸入有關(guān)的統(tǒng)計(jì)信息，在無(wú)需知道導(dǎo)頻或訓(xùn)練序列的情況下估計(jì)信道參數(shù)。其好處是傳輸效率高，不足是魯棒性相對(duì)較差、收斂速度慢，而且運(yùn)算量較大。

（3）半盲信道估計(jì)

半盲信道估計(jì)是在盲信道估計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它利用盡量少的導(dǎo)頻信號(hào)或訓(xùn)練序列來(lái)確定盲信道估計(jì)算法所需的初始值，然后利用盲信道估計(jì)算法進(jìn)行跟蹤、優(yōu)化、獲得信道參數(shù)。由于盲信道算法運(yùn)算復(fù)雜度較高，目前還存在很多問(wèn)題，難以實(shí)用化。而半盲信道估計(jì)算法有望在非盲算法和盲算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行折衷處理，從而降低運(yùn)算復(fù)雜度。第五十頁(yè)，共70頁(yè)。2.空時(shí)信號(hào)處理技術(shù)

空時(shí)信號(hào)處理是隨著MIMO技術(shù)而誕生的新概念，與傳統(tǒng)信號(hào)處理方式的區(qū)別在于其從時(shí)間和空間兩方面同時(shí)研究信號(hào)的處理問(wèn)題。從信令方案的角度看，MIMO主要分為空時(shí)編碼和空間復(fù)用兩種。（1）空時(shí)編碼

空時(shí)編碼技術(shù)在發(fā)射端對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行聯(lián)合編碼，以減小由于信道衰落和噪聲所導(dǎo)致的符號(hào)錯(cuò)誤率，同時(shí)增加信號(hào)的冗余度，從而使信號(hào)在接收端獲得最大的分集增益和編碼增益。（2）空間復(fù)用

空間復(fù)用是通過(guò)不同的天線盡可能多地在空間信道上傳輸相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)。第五十一頁(yè)，共70頁(yè)。3.MIMO-OFDM系統(tǒng)同步技術(shù)（1）載波同步

載波頻率不同步會(huì)破壞子載波之間的正交性，不僅造成解調(diào)后輸出的信號(hào)幅度衰減以及信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)，更嚴(yán)重的是帶來(lái)子載波間的干擾（ICI），同時(shí)載波不同步還會(huì)影響到符號(hào)定時(shí)和幀同步的性能。一般來(lái)說(shuō)，MIMO-OFDM系統(tǒng)的子載波之間的頻率間隔很小，因而所能容忍的頻偏非常有限，即使很小的頻偏也會(huì)造成系統(tǒng)性能的急劇下降，所以載波同步對(duì)MIMO-OFDM系統(tǒng)尤為重要。第五十二頁(yè)，共70頁(yè)。（2）符號(hào)同步

在接收數(shù)據(jù)流中尋找OFDM符號(hào)的分界是符號(hào)同步的任務(wù)。MIMO-OFDM系統(tǒng)的符號(hào)不存在眼圖，沒(méi)有所謂的最佳抽樣點(diǎn)，它的特征是一個(gè)符號(hào)由IV個(gè)抽樣值（IV為系統(tǒng)的子載波數(shù)）組成，符號(hào)定時(shí)也就是要確定一個(gè)符號(hào)開始的時(shí)間。符號(hào)同步的結(jié)果用來(lái)判定各個(gè)OFDM符號(hào)中用來(lái)做FFT的樣值的范圍，而FFT的結(jié)果將用來(lái)解調(diào)符號(hào)中的各子載波。（3）幀同步

幀同步是在OFDM符號(hào)流中找出幀的開始位置，也就是我們常說(shuō)的數(shù)據(jù)幀頭檢測(cè)，在幀頭被檢測(cè)到的基礎(chǔ)上，接收機(jī)根據(jù)幀結(jié)構(gòu)的定義，以不同方式處理一幀中具有不同作用的符號(hào)。第五十三頁(yè)，共70頁(yè)。

4.分集技術(shù)

無(wú)線通信的不可靠性主要是由無(wú)線衰落信道時(shí)變和多徑特性引起的，如何在不增加功率和不犧牲帶寬的情況下，減少多徑衰落對(duì)基站和移動(dòng)臺(tái)的影響就顯得很重要。唯一的方法是采用抗衰落技術(shù)，而克服多徑衰落的有效方法就是采用前面第五章介紹的各種分集技術(shù)。不同分集技術(shù)的適用場(chǎng)合不同，一般系統(tǒng)中都會(huì)考慮多種技術(shù)的結(jié)合。在MIMO-OFDM中，由于利用了時(shí)間、頻率和空間3種分集技術(shù)，大大增加了系統(tǒng)對(duì)噪聲、干擾、多徑的容限。第五十四頁(yè)，共70頁(yè)。8.5.3智能天線

智能天線系統(tǒng)在移動(dòng)通信鏈路的發(fā)射端或接收端帶有多根天線，根據(jù)信號(hào)處理位于通信鏈路的發(fā)射端還是接收端，智能天線技術(shù)被定義為多入單出（MISO，MultipleInputSingleOutput）、單入多出（SIMO，SingleInputMultipleOutput）和多入多出（MIMO，MultipleInputMultipleOutput）等幾種方式。下面分別介紹智能化接收、智能化發(fā)射及動(dòng)態(tài)信道分配這三種智能天線技術(shù)的特點(diǎn)。第五十五頁(yè)，共70頁(yè)。1.智能化接收技術(shù)

應(yīng)用智能天線CDMA系統(tǒng)中，由于不同用戶占用同一信道，不同用戶帶來(lái)的多址干擾（MAI）和多徑信道帶來(lái)的碼間干擾（ISI）會(huì)使到達(dá)基站的用戶信號(hào)產(chǎn)生畸變，所以必須采用信道估計(jì)和均衡技術(shù)，將各用戶信號(hào)進(jìn)行分離和恢復(fù)（即多用戶檢測(cè)MUD）。整個(gè)上行信道等效為一個(gè)多重單輸入多輸出系統(tǒng)。

另一方面，為了給智能發(fā)射提供依據(jù)，在上行中還需要估計(jì)反映用戶空間位置信息的參量，如DOA、空域特征（SS，Spatialsignature）等，它們的精度估計(jì)將直接影響到下行選擇性發(fā)送的性能。第五十六頁(yè)，共70頁(yè)。3.動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)

在通信中，信道分配是保障通信質(zhì)量、有效利用信道的核心技術(shù)之一。在空分信道引入系統(tǒng)后，空分、頻分、時(shí)分和碼分信道的動(dòng)態(tài)分配技術(shù)已成為新的技術(shù)難點(diǎn)。后三種信道分配技術(shù)是確定性的，可由系統(tǒng)根據(jù)用戶情況動(dòng)態(tài)分配，但空分信道分配不同。在基站處，接收功率相差不大和用戶方向角度差大于天線主波瓣的用戶，可分享同一時(shí)、頻域信道。這樣，空分信道分配就成為動(dòng)態(tài)的條件組合問(wèn)題，且隨著用戶空間位置的移動(dòng)，為跟蹤用戶，空分信道必須相應(yīng)變化，隨時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。第五十七頁(yè)，共70頁(yè)。8.6

軟件無(wú)線電技術(shù)

軟件無(wú)線電（Software-DefinedRadio，SDR）是20世紀(jì)90年代初提出的通信新概念和新技術(shù)。以現(xiàn)代通信理論為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號(hào)處理為核心，以微電子技術(shù)為支持，其中心思想是構(gòu)建一個(gè)具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用數(shù)字硬件平臺(tái)，通過(guò)實(shí)時(shí)的軟件控制，實(shí)現(xiàn)各種無(wú)線電系統(tǒng)的通信功能，并使寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）及數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）等先進(jìn)的模塊盡可能地靠近射頻天線的要求。第五十八頁(yè)，共70頁(yè)。一個(gè)理想的軟件無(wú)線電的組成結(jié)構(gòu)如圖8.12所示。軟件無(wú)線電主要由天線、射頻前端、寬帶A/D-D/A轉(zhuǎn)換器、通用和專用數(shù)字信號(hào)處理器以及各種軟件組成。軟件無(wú)線電的天線一般要覆蓋比較寬的頻段，要求每個(gè)頻段的特性均勻，以滿足各種業(yè)務(wù)的需求。射頻前端在發(fā)射時(shí)主要完成上變頻、濾波、功率放大等任務(wù)，接受時(shí)實(shí)現(xiàn)濾波、放大、下變頻等功能。而模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化后的處理任務(wù)全由DSP軟件承擔(dān)。為了減輕通用DSP的處理壓力，通常把A/D轉(zhuǎn)換器傳來(lái)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)專用數(shù)字信號(hào)處理器件處理，降低數(shù)據(jù)流速率，并且把信號(hào)變至基帶后，再把數(shù)據(jù)送給通用DSP進(jìn)行處理。第五十九頁(yè)，共70頁(yè)。其核心技術(shù)主要有：

寬帶/分頻段天線

多載波功率放大器（MCPA）

高速寬帶A/D，D/A變換

高速并行DSP

軟件無(wú)線電的算法。軟件無(wú)線電中的算法具有以下特點(diǎn)：①對(duì)信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性。對(duì)算法的要求在時(shí)空上很高；②軟件無(wú)線電算法應(yīng)具高度自由化（便于升級(jí)），開放性（模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化）；③目前主要算法為數(shù)值法，但并不排斥其他算法，或者多種算法的結(jié)合。第六十頁(yè)，共70頁(yè)。8.74G的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃在4G時(shí)代，移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)以及通信設(shè)備廠家間的激烈競(jìng)爭(zhēng)，使得移動(dòng)通信現(xiàn)網(wǎng)存在多制式、多廠商、多層網(wǎng)絡(luò)并存的現(xiàn)象。同時(shí)，隨著移動(dòng)通信的快速發(fā)展，用戶規(guī)模和需求不斷增長(zhǎng)，為了滿足用戶的業(yè)務(wù)需求不斷進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來(lái)越大，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)以十萬(wàn)計(jì)。另外，運(yùn)營(yíng)企業(yè)要求LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化朝著高效率和低成本方向發(fā)展，并且由于LTE系統(tǒng)性能對(duì)系統(tǒng)內(nèi)外干擾高度敏感，使得LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化變得十分復(fù)雜。

8.7.1LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要點(diǎn)一個(gè)精品的網(wǎng)絡(luò)需要符合覆蓋連續(xù)、容量合理、成本最優(yōu)三個(gè)基本條件，因此在進(jìn)行LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮以下四個(gè)方面：第六十一頁(yè)，共70頁(yè)。1.

重點(diǎn)關(guān)注站高和下傾角打造合理的蜂窩結(jié)構(gòu)——由于受頻譜資源的限制，LTE網(wǎng)絡(luò)多采用同頻組網(wǎng)方式，在同頻組網(wǎng)時(shí)，需要嚴(yán)格控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，盡量保持完整的蜂窩結(jié)構(gòu)，以減小系統(tǒng)間的同頻干擾，提升系統(tǒng)性能。嚴(yán)格控制下傾角——通過(guò)下傾角的調(diào)整，減小不同小區(qū)間覆蓋重疊區(qū)面積，使天線上3dB的重疊區(qū)域?qū)拵H滿足最高速要求的切換帶設(shè)置，減小系統(tǒng)間的同頻干擾，從而實(shí)現(xiàn)干擾和移動(dòng)性能之間的最佳平衡。合理規(guī)劃基站站高——基站高度規(guī)劃應(yīng)特別注意避免越區(qū)覆蓋。在城區(qū)，建議站高控制在30m～40m，郊區(qū)建議控制在50