FDD LTE無(wú)線性能與影響因素分析

陳劉

摘要：LTE，俗稱3.9G。是3GPP陸地通用的無(wú)線接入體系長(zhǎng)期演進(jìn)而形成的系統(tǒng)。所采用的是上行SC-FDMA與下行OFDM多地址方案來(lái)作為它的物理層的多地址方案，主要是利用改進(jìn)或增強(qiáng)的3G空中接口來(lái)改善小區(qū)邊緣的用戶性能，以此提升小區(qū)容量并且降低系統(tǒng)的延遲時(shí)間。作為由3G演進(jìn)為4G的主流技術(shù)，LTE已經(jīng)在部分國(guó)家成功開始商用。作為新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，LTE技術(shù)則吸引了眾多網(wǎng)絡(luò)研究者的興趣。該文主要從FDD-LTE關(guān)鍵技術(shù)及其性能、FDD-LTE技術(shù)中小區(qū)搜索以及FDD、TDD系統(tǒng)進(jìn)行比較等方面來(lái)對(duì)FDD-LTE無(wú)線性能及其影響因素進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：FDD-LTE技術(shù)；小區(qū)搜索；系統(tǒng)特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）05-0908-02

隨著現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在全世界的快速發(fā)展以及通信網(wǎng)絡(luò)日益增長(zhǎng)的高速度、多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，新一代的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)則要求更多的先進(jìn)技術(shù)借以達(dá)到更高的傳輸速度和更大的系統(tǒng)容量。目前，世界各國(guó)均已將移動(dòng)通信技術(shù)的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)入對(duì)第四代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的研究和開發(fā)。而LTE技術(shù)則在這種環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生，LTE是基于OFDMA技術(shù)、由3GPP組織制定的全球通用標(biāo)準(zhǔn)，包括TDD（時(shí)分雙工）和FDD（頻分雙工）兩種模式，用于非成對(duì)的頻譜與成對(duì)的頻譜。FDD是這個(gè)技術(shù)所支援的其中的一種雙工模式，采用FDD模式的LTE被稱為FDD-LTE。

為了進(jìn)一步改善現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，我們應(yīng)該充分地了解和掌握LTE技術(shù)的無(wú)線性能及其影響因素以及LTE技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)，從而更加完善通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

1 FDD-LTE的核心技術(shù)及其性能

1.1 FDD-LTE核心技術(shù)

FDD-LTE系統(tǒng)將多輸出多輸入（MIMO）與正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)作為基礎(chǔ)，上行采用的是單載波頻分復(fù)用即SC-FDMA技術(shù)，下行則采用的是OFDM技術(shù)。單載波頻分復(fù)用技術(shù)是一種混合調(diào)制技術(shù)，它可以將OFDM的長(zhǎng)符號(hào)特性與單載波的低峰均比特性有機(jī)結(jié)合，使其更加適用于實(shí)際工程。

OFDM技術(shù)的基本原理是在頻域內(nèi)將指定的信號(hào)傳輸?shù)缆贩殖扇舾上嗷オ?dú)立的正交子信道，但是由于OFDM是利用多路并行來(lái)傳輸信息的，因此對(duì)于每個(gè)正交子信道中的子載波進(jìn)行調(diào)制以及在并行傳輸過(guò)程中，調(diào)制后的頻譜會(huì)發(fā)生相互重疊的現(xiàn)象，但是每個(gè)子信道的載波間能夠保持正交，這樣就可以減少子信道之間的干擾，從而提高頻帶的利用率。同時(shí)，由于在各個(gè)子信道上傳輸?shù)氖钦瓗盘?hào)（即信號(hào)帶寬小于信道帶寬的信號(hào)），因此可以將每個(gè)子信道看作是平坦性的衰落，而這將會(huì)在極大程度上減少符號(hào)干擾。因而，OFDM技術(shù)已經(jīng)成為在第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中備受關(guān)注的技術(shù)之一。

MIMO技術(shù)是利用發(fā)射端和接收端的多通道與多天線進(jìn)行同步接收和發(fā)射，信號(hào)在傳輸時(shí)將會(huì)被多重切割，但在接收時(shí)可以利用DSP重新技術(shù)的方式根據(jù)時(shí)間差等因素重新組合被分開的各路信號(hào)，并正確而快速地將原本發(fā)射時(shí)的信號(hào)進(jìn)行還原。

OFDM與MIMO技術(shù)的有效結(jié)合已經(jīng)成為第四代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)與LTE的核心技術(shù)之一，MIMO技術(shù)可在一定程度上抵抗多徑衰落，而OFDM技術(shù)能有效抑制頻率的選擇性衰落。目前，利用MIMO與OFDM有效結(jié)合的技術(shù)可以更加合理地開發(fā)頻譜資源，從而提供高速率的數(shù)據(jù)傳輸功能。

1.2 LTE技術(shù)性能

與3G技術(shù)相比，LTE技術(shù)有如下幾種特性：

1）支持多種系統(tǒng)帶寬、靈活的帶寬部署以及“對(duì)稱”與“非對(duì)稱”的上下行帶寬分配，從而保障了在系統(tǒng)分配上的靈活性；

2）LTE系統(tǒng)的架構(gòu)是以分組域業(yè)務(wù)為主要目標(biāo)，采用了更平坦的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以減少業(yè)務(wù)延遲；

3）由于下行采用的是OFDM技術(shù)，能夠靈活地進(jìn)行資源分配；而上行采用的是SC-FDMA的多地址技術(shù)，可減低對(duì)于移動(dòng)平臺(tái)射頻的要求；

4）通過(guò)利用短時(shí)隙幀結(jié)構(gòu)，可降低無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的延遲以及交織長(zhǎng)度，從而解決了向下兼容的問(wèn)題。

5）利用數(shù)據(jù)包頻域調(diào)度、混合自動(dòng)重傳的功能來(lái)提高小區(qū)平均傳輸速率。

綜上所述，我們可以知道：與3G技術(shù)相比，LTE技術(shù)更加具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，即：分組傳送快、可降低延遲、能夠向下兼容、覆蓋面積廣以及能夠高速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

2 FDD-LTE小區(qū)搜索

2.1 小區(qū)搜索流程

小區(qū)搜索作為L(zhǎng)TE用戶終端物理層中處理過(guò)程的第一步，能夠使eNodeB與終端之間時(shí)間、頻率達(dá)到同步，因此小區(qū)搜索是LTE技術(shù)中至關(guān)重要的一步。

而小區(qū)搜索的流程則是：UE首先確定 LTE 小區(qū)所處頻點(diǎn)，而這需要通過(guò)計(jì)算頻點(diǎn)處的 RSSI來(lái)判斷，確定系統(tǒng)所處頻點(diǎn)后，接著檢測(cè)PSS 符號(hào)的所在位置，然后 UE 就能獲取小區(qū) ID 部分信息，再利用這一部分信息去檢測(cè) SSS 則將獲得關(guān)于小區(qū)的全部ID信息、CP長(zhǎng)度、雙工模式以及幀定時(shí)等信息。最后檢測(cè) PBCH信道以及承載 SIB 的PDSCH 。這樣UE就可以接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)了。但是在UE接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的過(guò)程中，由于受到LTE技術(shù)的限制以及一些外在的因素的影響，小區(qū)搜索的速率并不能達(dá)到一個(gè)理想值，因此對(duì)于影響小區(qū)搜索因素的研究與探討顯得尤為重要。

2.2 小區(qū)搜索影響因素

LTE技術(shù)中的小區(qū)搜索主要受到以下幾個(gè)方面的影響：

1）帶寬的影響：由于帶寬受到用戶電腦硬件配置，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等因素的影響，因此在一般情況下，網(wǎng)絡(luò)信息傳輸速度都無(wú)法達(dá)到理論值；

2）局域網(wǎng)中上網(wǎng)用戶數(shù)量的影響：在同一局域網(wǎng)中，同一時(shí)間使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的用戶數(shù)量的增加將會(huì)降低用戶使用數(shù)據(jù)信息的速度。

3）LTE算法的影響：不同的LTE算法存在著不同的優(yōu)缺點(diǎn)，各自的側(cè)重點(diǎn)也有差異。目前，許多學(xué)者提出了不同的小區(qū)搜索算法，比如基于變換域的簡(jiǎn)化的LTE小區(qū)搜索算法，同步算法等等，但是由于各自的側(cè)重點(diǎn)不一樣，得出的結(jié)論也是不一樣的。因此，在無(wú)法設(shè)計(jì)出權(quán)威的算法出來(lái)的前提下，如何選用算法對(duì)小區(qū)搜索進(jìn)行計(jì)算和優(yōu)化則成為了一個(gè)比較重要的問(wèn)題。

4）終端性能及核心網(wǎng)絡(luò)配置的影響：終端性能及核心網(wǎng)絡(luò)的配置情況對(duì)于用戶使用網(wǎng)絡(luò)資源會(huì)產(chǎn)生較大的影響。一般而言，配置較高的用戶使用網(wǎng)絡(luò)資源的速率將會(huì)優(yōu)于配置較低的用戶。

5）有無(wú)干擾：在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)信號(hào)干擾是影響無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量、接入等指標(biāo)的重要因素之一。因?yàn)樗粌H能夠影響網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，而且可以降低用戶使用的質(zhì)量。因此，如何解決干擾是改善移動(dòng)通信系統(tǒng)工作中的一個(gè)重點(diǎn)。

6）是否采用多天線技術(shù)：?jiǎn)瘟鞫嗵炀€分集與波束賦形技術(shù)可以為用戶的信噪比帶來(lái)增益，通過(guò)提升信道質(zhì)量，選擇更加高階的調(diào)制編碼方式來(lái)提升容量，加快小區(qū)搜索速率。

3 FDD-LTE與TDD-LTE系統(tǒng)的比較

FDD-LTE系統(tǒng)中的上下行傳輸所采用的是一對(duì)對(duì)稱頻段同時(shí)接收、發(fā)送數(shù)據(jù)，而TDD-LTE系統(tǒng)中的上下行傳輸則使用的是相同頻段在不同時(shí)間上進(jìn)行傳輸。在3GPP要求中，LTE標(biāo)準(zhǔn)中的TDD模式與FDD模式最初在功能提供以及演進(jìn)增強(qiáng)方面就必須保持同步發(fā)展。兩者傳輸數(shù)據(jù)的方式不同，各自有各自的特點(diǎn)。比較而言，F(xiàn)DD部署時(shí)間早，適用于頻譜資源比較豐富的地區(qū)。而TDD則適用于頻譜資源比較緊張地區(qū)，它能夠提供靈活的上下行數(shù)據(jù)信息，滿足用戶需求。同時(shí)TDD能夠提供更好的下載數(shù)據(jù)的服務(wù)，而FDD的覆蓋面積則更為廣泛。綜上所述，我們可以知道，只有將FDD與TDD有效地結(jié)合起來(lái)，才能夠更好地利用網(wǎng)絡(luò)資源，為用戶提供更加快速便捷的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)LTE技術(shù)性能的分析以及TDD-LTE和FDD-LTE的比較，我們可以得出以下結(jié)論。由于FDD-LTE系統(tǒng)具有穩(wěn)定、高效、覆蓋率廣等特點(diǎn)，它能夠?yàn)橛脩魩?lái)良好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，因此在未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中將會(huì)得到更好的發(fā)展。但是由于當(dāng)前技術(shù)限制，現(xiàn)在的MIMO以及OFDM技術(shù)都存在著某些限制，所以我們需要通過(guò)改進(jìn)核心技術(shù)的方式來(lái)改善用戶使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時(shí)出現(xiàn)的類似數(shù)據(jù)信息傳輸速度慢、網(wǎng)絡(luò)接入不穩(wěn)定等問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)FDD與TDD技術(shù)的比較，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以充分利用兩者所具有的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，加強(qiáng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α?/p>

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