白话一些LTE关键技术

网络 4G/5G
LTE系统引入了OFDM和MIMO等关键传输技术,显著增加了频谱效率和数据传输速率,并支持多种带宽分配:1.4MHz,3MHz,5MHz,10MHz,15MHz和20MHz等,且支持全球主流2G/3G频段和一些新增频段,因而频谱分配更加灵活,系统容量和覆盖也显著提升。

由于我是做CDMA的,实际的LTE设备我也没有接触过,但是理论的资料看了不少,包括红宝书,个人感觉国内的书籍还没有特别好的,涵盖的面很广,但是细节很少,了解个大概可以,想要深入研究的话除非看协议,但是协议看着多累啊,不似以前摩托和爱立信的书籍,知识点比较讲的透彻。有人说白宝书不错,回头准备网购一本看看,我本身也是学习过程,抛砖引玉吧。

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OFDM

这个技术说的很玄乎,其实在wimax和wifi里早就利用了,我以前就说过OFDM并不比CDMA的频谱利用率更高,但是他的优势是大宽带的支持更简单更合理,而且配合mimo更好。

举个例子,CDMA是一个班级,又说中文又说英文,如果大家音量控制的好的话,虽然是一个频率但是可以达到互不干扰,所以1.25m的带宽可以实现4.9m的速率。而OFDMA则可以想象成上海的高架桥,10米宽的路,上面架设一个5米宽的高架,实际上道路的通行面积就是15米,这样虽然我水平路面不增加但是可以通行的车辆增加了。而OFDM也是利用这个技术,利用傅里叶快速变换导入正交序列,相当于在有限的带宽里架设了N个高架桥,目前是一个ofdm信号的前半个频率和上一个频点的信号复用,后半个频率和后一个频点的信号复用。

那信号频率重叠了怎么区分,很简单,OFDM,O就是正交的意思,正交就是能保证唯一性,举例子,A和B重叠,但是A*a+B*b,a和b是不同的正交序列,如果我要从同一个频率中只获取A,那么通过计算,(A*a+B*b)*a=A*a*a+B*b*a=A+0=A(因为正交,a*a=1,a*b=0)。所以OFDMA是允许频率重叠的,甚至理论上可以重叠到无限,但是为了增加解调的容易性,目前LTE支持OFDM重叠波长的一半。

MIMO

其实在早期的LTE放弃CDMA很重要的一个原因就是CDMA对MIMO支持不好,而OFDM采用的子载波数据是将串行数据转化为并行,并行数据可以很好地适应MIMO的接收。(至于为什么不用CDMA,大家可以好好看看红宝书)

MIMO就是多进多出的意思,这样我可以在空间传送多路信号,其中分这么几大类,我简单的给大家介绍下(我也是刚看MIMO,找不到合适的资料,但是大概意思还懂点)

a、single-ant。单天线传输(基本模式)

b、transmitting-diversity。适合覆盖边缘,用不同模式在不同天线上传输相同数据,提高传输质量。就好比你在香港问路,一个人用粤语说一遍,另外一个人用普通话说一遍,你总能明白一个吧。

c、open/close loop sdma。适合覆盖好的地方,通过空分复用提升速率。好比你左右2个耳朵同时接收2个不同的内容,相同的时间信息量翻倍。

d、mu-mimo,适合2个用户分隔较远的情况,同时可以对2个用户传输不同的内容,增加信息量输出。

e、close loop rank=1 。适合覆盖边缘,1个天线发射,2个天线接收,类似c,但是2个耳朵接收同一个内容,增加可靠性

f、还一种波形对准用户方式,智能天线能够根据波束找到用户方向(波的干涉原理),将主瓣对准它,增加可靠性。

说白了mimo就是基站和发射天线之间的一些小协议,通过判断用户的位置,信号强度,由基站决定采用哪种方式给用户发送数据,由天线实现,可能还有很多种,很多小类,我这里看的也不全,具体细节也是一头雾水。

HARQ

其实刚看到这个知识点的时候,我觉得CDMA里也有HARQ就没仔细看,后来翻翻才知道大有文章,在CDMA中,HARQ的作用是早终止,例如这个包是计划4次发射成功的,我每发一次就让对方给个回复,如果给NAK,说明没解调,继续发,给ACK就说明对方解调了,可以终止了,类似编程里的判断语句,最终如果就发了2次对方就回了ACK,说明我提前发送成功,节约了资源。

而LTE里的HARQ为什么单独拿出来讲,因为它不光具有早中止的功能,还有纠错功能,相当于HARQ=FEC+ARQ,FEC是QPP的tubo编码,例如我发一个包,对方没解调出来,对方不会说丢弃而是保留这个包,回NAK,第二次发这个包,对方收到会和上次保留的包进行比对,如果2次缺失的内容刚好能互补,能够还原这个包就回ACK,这样就相当于分为了2步,先进行纠错和检测,能纠正过来就回ACK,不能纠正再进行ARQ。

PAPR

OFDM由于在频域上的子载波是互相重叠的,所以如果2个子载波刚好都是正能量,那么合并后会更高,很容易造成高峰均比,峰均比最大的不好就是功率要求大,直接的影响就是功放利用率低,同时要线性更好的功放,举个例子,例如住房子,如果你和姚明一起住,那么层高要3米才行,如果没有姚明,层高2.7就够了,那么开发商不愿意增加成本怎么办,最简单的办法就是把姚明折叠起来,让他一直坐着。OFDM也是一样,这个技术就叫PAPR。主要是采用2种方法:

a、限幅,就是信号经过非线性部件之前进行限幅,将峰值信号降低,数学上是设定一个目标值,大于目标值的乘以一个系数让其降下来(书上都有数学公式),就类似让姚明弯腰一样,但是你降下来的部分会对原来的部分造成干扰,也是一个不利的方面。

b、压缩扩张,除了限幅,还可以把大功率信号压缩,而把小功率信号放大,缩小差距从而降低峰均比。其实就是在IFFT是计算一个平均振幅值,在反变换时候将这个平均振幅值加载反变换过程中,起个中和的作用。

循环加入CP

OFDM每个子载波都必须为一个整数波形,但是如果发生了时延,到了接收端可能就不一定完整了,举个例子,如果你发了1234(其实是有保护间隔的),但是由于时延,有一部分超出了接收端的时间窗,接收端收到的是234……,这样的话在一个子载波周期里就不是完整的波了,失去了原来的正交特性,从而引起载波间的干扰,所以就引入了个概念CP。

很多人知道CP,但是可能不知道是怎么加的,其实是将波形的后半部分复制到前半部分,从而形成一个保护带,还用上面的例子,加入cp后为341234,其中34是cp,接收端收到的是41234,这样我就保证了1234都能收到,同时4也是我波形里面的一部分(4123本身就是个完整的波,就是相位变了但是仍然可以解调),不会破坏正交性。接收端取出CP后就恢复了原来的数据,这样就可以解决时延的问题了。而加入多大的CP也是根据你环境所决定的。CP过大会占用过多资源,影响速率,过小容易造成干扰,也是个敏感的东西。

前面讲了OFDM,MIMO,自适应编码,HARQ等等关键技术,还剩一个小区间干扰消除,今天我有时间刚好就写写吧。

先讲讲为何会有小区间干扰,假如你在一个小区内,你和其它用户都是通过OFDMA区分的,也就是正交的,是不会存在干扰的。可是如果你在2个小区之间呢?那就不一样了,你在2个小区A和B之间,A和B是同频的,同时有没有一个统一的OFDMA,所以对这个用户来说,你用A,B就是干扰,举个例子,你在你们班的学号是1号,在你们班回答问题,1号是你就肯定没错,可是如果你们班和别的班混在一起上课,老师说,1号回答问题,那么这个1号就不一定代表你了。这就叫小区间的干扰。

那么怎么克服呢,下面讲几种方法。

1、加扰法

在CDMA中也有加扰,作用就是避免全0或者全1,增加解调可靠性,LTE也用,其作用也是一样,增加小区边缘信号的随机性,在你原有信号的基础上加上扰码序列,我觉得应该是UEid之类的东西,这样出现相同号码的几率就会下降(其实是相关性下降,理解就行),举例啊,你是1号,加扰后变成101,那么另外一个班的1号可能加扰后变成了201,那么同样是1号,干扰的几率就下降了。

2、跳频法

这个很简单,学过GSM的都知道,把频率错开,怎么也不可能有干扰了,继续举例子,如果2个班合并,1个班只要单号,另外一个班只要双号,这样每个号码都不会有冲突了,这个目前LTE有子帧内跳频和子帧跳频,这个就是跳频的范围不同而已。

3、发射端波束赋形

这个技术来源于TD-SCDMA,就是通过共振确定被干扰用户的方向,在这个方向上功率调低,减少对其的干扰,听着就比较玄乎不是,目前证明在td上使用是很失败的,LTE也只是列为可选,还没见那家公司用。

4、irc

又一个大缩写,其实也不难,就是利用多根天线之间的加权来克服干扰,这个目前好像采用的也很少。我也不是很明白,我的理解类似一根天线为x,另外一根为y,通过2个天线权重的不同克服干扰,有明白的可以一起探讨。

5、小区间干扰协调

这个是最nb的了,我觉得也是最可用的,主要设计思想就是通过不同的频率来分开边界的用户,这个和跳频不同,跳频的作用是通过频率变化来增加随机性,而小区间干扰则是隔离2个小区。主要实现方法是分频率协调和功率协调。

频率协调很简单,就是将频率分为三等分,小区中央的用户用全部频段,而边缘的用户用其中的三分之一。这样边缘的用户相当于频分了,就不存在干扰了。举个例子,红蓝黄三重颜色,小区中央的用户三种颜色都用,保证速率,A小区边缘的用红色,B小区边缘用蓝色,C小区边缘用黄色,这样边缘的用户就不会混了,也就不存在干扰。

这里涉及一个重要的问题,如何区分边界用户?其实很简单,UE会测量小区质量,上报一个RSRP,小区就是根据RSRP来判断是否在覆盖边缘,从而决定是给他全频段还是部分频段。

还有一种是功率协调。作用和上面一样,但是实现方式不同,三个小区每个小区都有一个频段功率较大,保证边缘占用。举例,A小区的黄色功率大,B小区的蓝色功率大,C小区的红色功率大,虽然我没有区分边缘用户,但是从覆盖的角度来看边界也被区分为红黄蓝。

当然也可以分为静态和半静态。上面说的都是静态,半静态就更复杂些,可以决定哪些PRB分给谁来减少干扰。

本来想讲讲信令,可是考虑到大家很多都有实际经验而我连设备都没接触到就算了,这东西各种资料多得是。就说说qos吧,和cdma一样,LTE的qos是基于承载的,也就是说是基于连接的,你的连接订了,qos也就定了。举个例子,你修了条高速,那么它的qos就是120km,你修了个国道,qos就是80,无论上面跑的什么车,下面的pdcp,rlc,mac和物理层更多的是维护这个链路的优先级而不是包。目前qos最小的粒度也就是这个了,LTE分为9种qos,标识为qci,希望大家明白,目前没有一个qos的粒度到了包(packet)这个级别,那如果一个人又视频又下载东西怎么办,好说,建立2个承载。

责任编辑:林琳 来源: 互联网
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