移動(dòng)通信系統(tǒng)概述-LTE無(wú)線關(guān)鍵技術(shù)

LTE組網(wǎng)技術(shù)目錄01LTE組網(wǎng)架構(gòu)02典型組網(wǎng)介紹LTE組網(wǎng)架構(gòu)LTE典型組網(wǎng)EPS：演進(jìn)型分組交換系統(tǒng)E-UTRAN:演進(jìn)型通用陸地?zé)o線接入網(wǎng)EPC：演進(jìn)型分組核心網(wǎng)LTE組網(wǎng)架構(gòu)EPC演進(jìn)LTE組網(wǎng)架構(gòu)LTE/SAE系統(tǒng)架構(gòu)主要網(wǎng)元功能HSS:類似HLR,主要存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，以及移動(dòng)性管理和鑒權(quán)等功能；MME：SAE的控制面網(wǎng)元，提供移動(dòng)性管理功能；SAE-GW：用戶面網(wǎng)元包括了SGW和PGW，提供承載控制、計(jì)費(fèi)、IP地址分配等功能；PCRF：策略計(jì)費(fèi)規(guī)劃功能單元，提供QOS保障和資源管控；eNodeB：基站，控制無(wú)線資源管理。LTE組網(wǎng)架構(gòu)現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景典型組網(wǎng)介紹同頻組網(wǎng)全網(wǎng)所有小區(qū)使用相同的頻點(diǎn)同頻組網(wǎng)的特點(diǎn)包括：整個(gè)系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)的所有小區(qū)可以使用相同的頻帶為本小區(qū)內(nèi)的用戶提供服務(wù)，頻譜效率高；雖然載波頻率和相位的偏移等因素會(huì)造成子信道間的干擾，但是可以在物理層通過(guò)采用先進(jìn)的無(wú)線信號(hào)處理算法使這種干擾降到最低。同頻組網(wǎng)需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題是：由于每個(gè)小區(qū)頻率一樣，小區(qū)之間會(huì)出現(xiàn)同頻干擾；LTE同頻組網(wǎng)性能好壞，取決于小區(qū)間干擾是否能夠降低到用戶可以接受的程度。典型組網(wǎng)介紹異頻組網(wǎng)同一基站的不同小區(qū)使用不同的頻率異頻組網(wǎng)的特點(diǎn)包括：相鄰小區(qū)為了降低干擾，使用不同的頻率；LTE系統(tǒng)是寬帶系統(tǒng)，不可能像GSM那樣有很多的頻點(diǎn)可以利用，并且OFDM系統(tǒng)的特點(diǎn)也允許有比GSM更加緊密的復(fù)用方式；頻譜效率相對(duì)于同頻要低一些；RRM算法簡(jiǎn)單，邊緣速率相對(duì)于同頻組網(wǎng)會(huì)高一些。異頻組網(wǎng)需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題：需要進(jìn)行合理的頻率規(guī)劃，確保網(wǎng)絡(luò)干擾最??；受限于頻帶資源，所以存在著干擾控制與頻帶使用的平衡問(wèn)題。典型組網(wǎng)介紹特殊場(chǎng)景組網(wǎng)-室內(nèi)覆蓋多系統(tǒng)共室內(nèi)分布系統(tǒng)（圖2）（1）（2）（3）新建LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)（圖1）MIMO-1MIMO-NRRU功分器功分器MIMO技術(shù)目錄01MIMO技術(shù)概述02LTE系統(tǒng)中的MIMO模型03MIMO原理04MIMO關(guān)鍵技術(shù)4G的關(guān)鍵技術(shù)——MIMO技術(shù)MIMO技術(shù)概述MIMO(MultipleInputMultipleoutput)故名思意就是多輸入多輸出。多天線技術(shù)是移動(dòng)通信領(lǐng)域中無(wú)線傳輸技術(shù)的重大突破。通常，多徑效應(yīng)會(huì)引起衰落，因而被視為有害因素，然而，多天線技術(shù)卻能將多徑作為一個(gè)有利因素加以利用。MIMO技術(shù)利用空間中的多徑因素，在發(fā)送端和接收端采用多個(gè)天線，如下圖所示，通過(guò)空時(shí)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)分集增益或復(fù)用增益，充分利用空間資源，提高頻譜利用率。4G的關(guān)鍵技術(shù)——MIMO技術(shù)LTE系統(tǒng)中的MIMO模型無(wú)線通信系統(tǒng)中通常采用如下幾種傳輸模型:單輸入單輸出系統(tǒng)SISO、多輸入單輸出系統(tǒng)MISO、單輸入多輸出系統(tǒng)SIMO和多輸入多輸出系統(tǒng)MIMO。其傳輸模型如圖所示。4G的關(guān)鍵技術(shù)——MIMO技術(shù)LTE系統(tǒng)中的MIMO模型在一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)中，天線是處于最前端的信號(hào)處理部分。提高天線系統(tǒng)的性能和效率，將會(huì)直接給整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)可觀的增益。傳統(tǒng)天線系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從單發(fā)/單收天線SISO，到多發(fā)/單收MISO，以及單發(fā)/多收SIMO天線的階段。為了盡可能的抵抗這種時(shí)變-多徑衰落對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀藗儾粩嗟膶ふ倚碌募夹g(shù)。采用時(shí)間分集(時(shí)域交織)和頻率分集(擴(kuò)展頻譜技術(shù))技術(shù)就是在傳統(tǒng)SISo系統(tǒng)中抵抗多徑衰落的有效手段，而空間分集（多天線）技術(shù)就是MISO、SIMO或MIMO系統(tǒng)進(jìn)一步抵抗衰落的有效手段。4G的關(guān)鍵技術(shù)——MIMO技術(shù)LTE系統(tǒng)中的MIMO模型MU-MIMO(多用戶MIMO):多個(gè)終端同時(shí)使用相同的時(shí)頻資源塊進(jìn)行上行傳輸，其中每個(gè)終端都是采用1根發(fā)射天線，系統(tǒng)側(cè)接收機(jī)對(duì)上行多用戶混合接收信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)，最后恢復(fù)出各個(gè)用戶的原始發(fā)射信號(hào)。上行MU-MIMO是大幅提高LIE系統(tǒng)上行頻譜效率的一個(gè)重要手段,但是無(wú)法提高上行單用戶峰值吞吐量。其傳輸模型如下圖所示。4G的關(guān)鍵技術(shù)——MIMO技術(shù)LTE系統(tǒng)中的MIMO模型LTE系統(tǒng)中常用的MIMO模型有下行單用戶MIMO(SU-MIMO）和上行多用戶MIMO(MU-MIMO)。SU-MIMO（單用戶MIMO):指在同一時(shí)頻單元上一個(gè)用戶獨(dú)占所有空間資源，這時(shí)的預(yù)編碼考慮的是單個(gè)收發(fā)鏈路的性能，其傳輸模型如下圖所示。4G的關(guān)鍵技術(shù)——MIMO技術(shù)MIMO原理MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道，MIMO的多入多出是針對(duì)多徑無(wú)線信道來(lái)說(shuō)的。下圖所示為MIMO系統(tǒng)的原理圖。4G的關(guān)鍵技術(shù)——MIMO技術(shù)MIMO關(guān)鍵技術(shù)為了滿足系統(tǒng)中高速數(shù)據(jù)傳輸速率和高系統(tǒng)容量方面的需求，LIE系統(tǒng)的下行MIMO技術(shù)支持2×2的基本天線配置。下行MIMO技術(shù)主要包括：空間分集、空間復(fù)用及波束成形3大類。與下行MIMO相同，LTE系統(tǒng)上行MIMO技術(shù)也包括空間分集和空間復(fù)用。在LIE系統(tǒng)中，應(yīng)用MIMO技術(shù)的上行基本天線配置為1×2，即一根發(fā)送天線和兩根接收天線?？紤]到終端實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的問(wèn)題，目前對(duì)于上行并不支持一個(gè)終端同時(shí)使用兩根天線進(jìn)行信號(hào)發(fā)送，即只考慮存在單一上行傳輸鏈路的情況。因此，在當(dāng)前階段上行僅僅支持上行天線選擇和多用戶MIMO兩種方案。4G的關(guān)鍵技術(shù)——MIMO技術(shù)MIMO關(guān)鍵技術(shù)空間復(fù)用空間復(fù)用的主要原理是利用空間信道的弱相關(guān)性，通過(guò)在多個(gè)相互獨(dú)立的空間信道上傳輸不同的數(shù)據(jù)流，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾?。LIE系統(tǒng)中空間復(fù)用技術(shù)包括:開(kāi)環(huán)空間復(fù)用和閉環(huán)空間復(fù)用?？臻g分集采用多個(gè)收發(fā)天線的空間分集可以很好的對(duì)抗傳輸信道的衰落?？臻g分集分為發(fā)射分集、接收分集和接收發(fā)射分集三種。波束成形MIMO中的波束成形方式與智能天線系統(tǒng)中的波束成形類似，在發(fā)射端將待發(fā)射數(shù)據(jù)矢量加權(quán)，形成某種方向圖后到達(dá)接收端，接收端再對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行上行波束成形，抑制噪聲和干擾。高階編碼與自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)目錄01高階編碼02自適應(yīng)調(diào)制編碼4G的關(guān)鍵技術(shù)——高階編碼與自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)高階編碼調(diào)制的作用是把基帶（基頻）信號(hào)送到射頻信道的技術(shù)，也是無(wú)線接口寬帶化的首選技術(shù)?；镜恼{(diào)制方式有3種，幅度鍵控（ASK）、頻率鍵控（FSK）、相位鍵控（PSK）。LTE改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用了更高階的調(diào)制方式及鏈路自適應(yīng)技術(shù)。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率。4G的關(guān)鍵技術(shù)——高階編碼與自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)高階編碼LTE支持多種調(diào)制方式，平常我們所聽(tīng)到看到的信號(hào),由于頻率、帶寬以及易受干擾等原因，不適合直接用天線發(fā)射，所以就使用一個(gè)高頻信號(hào)作為載波，把需要傳輸?shù)男盘?hào)混入載波中，通過(guò)天線發(fā)射，在接收端再通過(guò)解調(diào)電路，篩選出所需頻率信號(hào)，再濾除干擾信號(hào)，還原出我們所需的信號(hào)。LTE采用了QPSK、16QAM、64QAM三種高階調(diào)制方式。4G的關(guān)鍵技術(shù)——高階編碼與自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)高階編碼QAM是一種矢量調(diào)制，將輸入比特先映射到一個(gè)復(fù)平面上，形成復(fù)數(shù)調(diào)制符號(hào)，然后將符號(hào)的I、Q分量采用幅度調(diào)制，分別對(duì)應(yīng)調(diào)制在相互正交的兩個(gè)載波上。這樣與幅度調(diào)制（AM）相比，其頻譜利用率將提高1倍。樣點(diǎn)數(shù)目越多，其傳輸效率越高，例如具有16個(gè)樣點(diǎn)的16QAM信號(hào)，每個(gè)樣點(diǎn)表示一種矢量狀態(tài)，16QAM有16態(tài)，每4位二進(jìn)制數(shù)規(guī)定了16態(tài)中的一態(tài)。64QAM的每個(gè)符號(hào)和周期傳送6比特，所以LTE采用64QAM調(diào)制方式，比16QAM速率提升50%。但是越是高性能的調(diào)制方式，其對(duì)信號(hào)質(zhì)量（信噪比）的要求也越高。4G的關(guān)鍵技術(shù)——高階編碼與自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）和所有其他技術(shù)一樣，調(diào)制方式的選擇也受到很多條件的限制，其中最重要的限制就是越是高效率的調(diào)制方式，其對(duì)信號(hào)質(zhì)量的要求也越苛刻。這意味著，如果某個(gè)用戶離基站遠(yuǎn)了，或者所處位置信號(hào)變?nèi)?，就不能用高速度的調(diào)制方式，為了克服這種弊端，自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）應(yīng)運(yùn)而生了。4G的關(guān)鍵技術(shù)——高階編碼與自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)AMC的基本原理是通過(guò)信道估計(jì)，獲得信道的瞬時(shí)狀態(tài)信息，根據(jù)無(wú)線信道變化選擇合適的調(diào)制和編碼方式。網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)用戶瞬時(shí)信道質(zhì)量狀況和目前無(wú)線資源，選擇最合適的下行鏈路調(diào)制和編碼方式，從而提高頻帶利用效率，使用戶達(dá)到盡量高的數(shù)據(jù)吞吐率。當(dāng)用戶處于有利的通信地點(diǎn)時(shí)(如靠近基站或存在用戶數(shù)據(jù)發(fā)送可以采用高階調(diào)制和高速率的信道編碼方式，例如：64QAM和3／4編碼速率，從而得到高的峰值速率；而當(dāng)用戶處于不利的通信地點(diǎn)時(shí)(如位于小區(qū)邊緣或者信道深衰落)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)則選取低階調(diào)制方式和低速率的信道編碼方案，AMC是一種增強(qiáng)包數(shù)據(jù)傳輸性能的很有效的技術(shù)。自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）4G的關(guān)鍵技術(shù)——高階編碼與自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)