LTE無線通信系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)

徐跟齊

【摘要】 隨著科技的進(jìn)步和時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)通信的服務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)種類的要求也越來越高。雖然第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡稱3G）能夠提供更好質(zhì)量、更大容量的通信服務(wù)，但是它自身存在著不同時(shí)段、通信速率的不同業(yè)務(wù)環(huán)境之間的無縫漫游等業(yè)務(wù)方面的局限性。通過科研人員多年的研究發(fā)現(xiàn)，長期演進(jìn)（簡稱LTE）系統(tǒng)有著比3G更為強(qiáng)大的功能，本文將著重對(duì)LTE無線通信系統(tǒng)的幾大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】 LTE 無線通信系統(tǒng) 多址技術(shù)

通過各方面的綜合比較，LTE系統(tǒng)在多址技術(shù)和其他一些技術(shù)領(lǐng)域方面比UMTS系統(tǒng)都有革命性的改進(jìn)，比方說自適應(yīng)技術(shù)、多天線技術(shù)等。除此之外還引入了一些革新性的技術(shù)用于系統(tǒng)的整體優(yōu)化，比方說小區(qū)干擾抑制技術(shù)等。本文將會(huì)就其中幾大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析和研究，它們分別是MIMO技術(shù)、OFDM技術(shù)、小區(qū)干擾抑制技術(shù)、AMC和HARQ。

一、MIMO技術(shù)

多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)是在接收端和發(fā)射端分別使用了多個(gè)接收天線和發(fā)射天線，然后利用收發(fā)空間信道的傳播特性來減少誤比特率、提高數(shù)據(jù)速率，最終達(dá)到改善無線信號(hào)傳送質(zhì)量的目的。由于各發(fā)射天線在同一時(shí)間發(fā)送的信號(hào)所占用的是同一個(gè)頻帶，因此能夠讓頻譜利用率和系統(tǒng)的容量得到成倍的提高。

MIMO技術(shù)主要包括兩個(gè)—空間復(fù)用技術(shù)和發(fā)送分集技術(shù)。其中空間復(fù)用技術(shù)指的是在不同的發(fā)送天線上發(fā)送各種各樣的信息，充分利用空間信道的弱相關(guān)性，從而讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾侍岣?；發(fā)送分集指的是在不同的發(fā)送天線上發(fā)送包含相同信息的信號(hào)。它同樣也是利用空間信道的弱相關(guān)性，然后結(jié)合頻率或者時(shí)間上的選擇性，讓信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠性提高。如果說MIMO系統(tǒng)中NR根接收天線，有Nr根發(fā)送天線。那么接收端接收到的信號(hào)為：r=Hx+n。在這個(gè)公式中X表示Nr×1的發(fā)送信號(hào)矢量；r表示NGX1的接收信號(hào)矢量。

二、OFDM技術(shù)

正交頻分復(fù)用（簡稱OFDM）技術(shù)是將頻帶劃分為多個(gè)子信道的數(shù)據(jù)并行傳輸，將高速數(shù)據(jù)流分成多個(gè)低速的、并行的數(shù)據(jù)流，然后調(diào)制到每個(gè)信道的子載波上來傳輸。正因?yàn)樗鼘o線信道（非平坦衰落的）轉(zhuǎn)化成子信道（多個(gè)正交平坦衰落的），從而達(dá)到消除信道波形間造成干擾，這樣可以有效對(duì)抗多徑衰落。

OFDM系統(tǒng)用于區(qū)分不同子載波的是正交方法，值得注意的是，子載波間的頻譜是能夠相互重疊的，因此可以在多個(gè)OFDM符號(hào)之間插入保護(hù)間隔，但是保護(hù)間隔一定不得小于無線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，事實(shí)證明，通過這種方式可以大大地消除多徑所帶來的符號(hào)間干擾，加上通常為保護(hù)間隔都采用循環(huán)前綴作，這樣就可以避免由于多徑造成的信道間干擾。對(duì)于多址技術(shù)，LTE系統(tǒng)中上行采用單載波FDMA，下行則是采用OFDMA，具體如圖1和圖2所示。

在OFDM調(diào)制過程中由于子載波之間的相對(duì)獨(dú)立性以及正交性，每一個(gè)子載波都可以以一個(gè)特定的發(fā)射功率和調(diào)制方式為用戶傳輸特定數(shù)據(jù)，我們只需要通過為每個(gè)用戶分配這些子載波組中的一組或幾組，就可以得到OFDMA（新的多址方式）。而SC-FDMA其實(shí)是相對(duì)OFDMA而言所提出的一種多址方案，它具有可以降低上行發(fā)射信號(hào)的峰均比的特點(diǎn)。通過這種技術(shù)可以讓基站在每個(gè)傳輸時(shí)間間隔內(nèi)給每個(gè)用戶分配一個(gè)獨(dú)立的頻段來對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。這樣，就可以將不同用戶的數(shù)據(jù)在頻率和時(shí)間上實(shí)現(xiàn)完全分開，避免了小區(qū)內(nèi)同頻干擾，保證了同一時(shí)刻小區(qū)內(nèi)不同用戶所使用上行載波的正交性。而SC-FDMA的頻域?qū)崿F(xiàn)方法—離散傅立葉變換擴(kuò)展OFDM，多用戶子載波的映射可以在頻域上完成，它將將不同的子載波給不同的用戶集合分配，這樣可以便于在多用之間靈活地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)傳輸帶寬共享，加上信號(hào)在頻域的正交性緣故，從而可以避免系統(tǒng)中的用戶間產(chǎn)生多址干擾。

三、小區(qū)干擾抑制技術(shù)

對(duì)于那些小區(qū)邊緣的用戶，往往會(huì)因?yàn)橄噜徯^(qū)的用戶（占用同樣載波資源）對(duì)其干擾比較大，加上本身位置離基站距離較遠(yuǎn)，導(dǎo)致雖然整個(gè)小區(qū)的吞吐量非常高，但小區(qū)邊緣用戶吞吐量較低、服務(wù)質(zhì)量仍然較差的情況。小區(qū)間干擾帶來小區(qū)中心用戶與邊緣用戶的數(shù)據(jù)速率差異很大，造成邊緣用戶的通信質(zhì)量較差，這會(huì)對(duì)服務(wù)的一致性帶來很大影響。就目前而言，小區(qū)邊緣用戶性能已經(jīng)成為衡量無線通信系統(tǒng)質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，所以我們一定要想方設(shè)法利用好抑制小區(qū)間干擾技術(shù)。一般地說，LTE系統(tǒng)中的小區(qū)干擾抑制技術(shù)主要有干擾隨機(jī)化技術(shù)、干擾協(xié)調(diào)技術(shù)和干擾刪除技術(shù)三種。

其中干擾隨機(jī)化技術(shù)指的是將干擾信號(hào)隨機(jī)化，雖然這種隨機(jī)化無法讓干擾的能量降低，但能使干擾的特性與高斯白噪接近，從而抑制小區(qū)間干擾；干擾協(xié)調(diào)技術(shù)就是對(duì)資源管理（發(fā)射功率或者頻率資源）進(jìn)行一定的限制設(shè)置，以協(xié)調(diào)多個(gè)小區(qū)的動(dòng)作，避免小區(qū)間干擾現(xiàn)象的產(chǎn)生；干擾刪除技術(shù)就是對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行解調(diào)甚至解碼，然后利用接收的增益處理消除干擾信號(hào)分量（從接收信號(hào)中）。

四、AMC和HARQ

眾所周知，OFDM系統(tǒng)與單載波相比具有更多的自由度，它能夠根據(jù)信道響應(yīng)，對(duì)編碼效率、調(diào)制模式靈活選擇，同時(shí)進(jìn)行HARQ處理，從而能夠使鏈路頻譜效率得到顯著提高。而自適應(yīng)調(diào)制編碼（簡稱AMC）是鏈路自適應(yīng)技術(shù)中其中的一種，它可以在移動(dòng)通信系統(tǒng)中作為基本的鏈路自適應(yīng)技術(shù)粗略的選擇數(shù)據(jù)速率與調(diào)制編碼方式。它本質(zhì)上是在保持誤比特率（也叫做BER）恒定的基礎(chǔ)上，通過發(fā)射功率的調(diào)整選擇調(diào)制模式；或者通過調(diào)制階數(shù)的選擇，用來適應(yīng)信噪比的動(dòng)態(tài)變化。

值得注意的是，AMC需要控制三大關(guān)鍵參數(shù)：調(diào)制階數(shù)、發(fā)射功率和信道編碼速率。為了克服多徑衰落與無線移動(dòng)信道時(shí)變對(duì)信號(hào)傳輸造成影響，可以采用基于自動(dòng)重傳技術(shù)（ARQ）和前向糾錯(cuò)編碼（FEC）等差錯(cuò)控制方法使系統(tǒng)的BER降低以確保服務(wù)質(zhì)量。有一點(diǎn)需要強(qiáng)調(diào)的是，雖然FEC方案產(chǎn)生的時(shí)延較小，但存在的編碼冗余卻會(huì)造成系統(tǒng)吞吐量降低；ARQ在誤碼率不大時(shí)可以得到理想的吞吐量，但會(huì)產(chǎn)生較大的時(shí)延，不適合提供實(shí)時(shí)服務(wù)。

鑒于此，為了克服兩者的缺點(diǎn)，將這兩種方法結(jié)合就產(chǎn)生了HARQ。

五、總結(jié)語

綜上所述，本文主要向大家介紹了LTE無線通信系統(tǒng)中的四大關(guān)鍵技術(shù)：MIMO技術(shù)、OFDM技術(shù)、小區(qū)干擾抑制技術(shù)、AMC和HARQ。為了實(shí)現(xiàn)3G到4G的轉(zhuǎn)變，相關(guān)的研究人員應(yīng)當(dāng)對(duì)這四大技術(shù)的特點(diǎn)有非常清楚的了解，然后在實(shí)踐過程中進(jìn)行有效應(yīng)用，從而進(jìn)一步提高LTE系統(tǒng)的性能。

參 考 文 獻(xiàn)

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