【正文】 譜幅度恰好為零 ，在解調(diào)過程中從這些相互重疊的子信道符號頻譜提取出每個子信道符號而不會受到其他子信道的干擾 (ICI)。各個子信道頻譜之間并不存在相互干擾，因此可以說 OFDM 的符號頻譜 也是 滿足 奈奎斯特準則。 但子載波之間 存在頻偏時 就會導(dǎo)致這種正交性的破壞，即 OFDM系統(tǒng)對頻偏差較為敏感。 系統(tǒng)架構(gòu) 輸 入 數(shù) 據(jù) 編 碼 交 織 數(shù) 字 調(diào) 制 映 射 串 并 變 換 I F F T 并 串 變 換 C P / 加 窗數(shù) 據(jù) 接 收 譯 碼 解 交 織 數(shù) 字 解 調(diào) 解 映 射 并 串 變 換 F F T 串 并 變 換 去 C P射 頻 T X同 步射 頻 R X 圖 25 OFDM 收發(fā)機框圖 如圖 25 所示，發(fā)送端將傳輸?shù)臄?shù)字信號轉(zhuǎn)換成子載波的幅度和相位的映射，并進行 IFFT將數(shù)據(jù)的頻譜表達式變成時域上。 IFFT變換和 FFT變換的作用相 反 ，適用于任何的所有應(yīng)用系統(tǒng)，其中上半部分為發(fā)射機鏈路，下半部分為接收機鏈路。 輸入導(dǎo)頻： 根據(jù) LTE 的幀結(jié)構(gòu)，在不同的符號塊 分別 插入導(dǎo)頻 和 同步數(shù)據(jù) ，這些參考信號主要用來 在接收機信道估計，幫助解調(diào)信道信息 。 導(dǎo)頻數(shù)據(jù) ： 參考 信號 序列定義為 ????,????(??),公式如下： ????,????(??)= 1√2(1?2?c(2m))+?? 1√2(1?2? ??(2??+1)),?? = 0、 …2????????????,?????1； (25) (小區(qū)特定參考信號 )；包含有參考信號的 OFDM 符號上產(chǎn)生參考信號的偽隨機序列的初始種子由下式?jīng)Q定： ?????????? = 210 ?(7? (???? +1)+?? +1)? (2???????????????+1)+2???????????????+?????? (26) 4 其中： ?????? = {1 (正常 CP)0 (擴展 CP) (27) 表 21 配置 CP 參量 配置 ?????????? ?????????????? 正常 CP ?f = 15kHz 12 7 擴展 CP ?f = 15kHz 6 ?f = 24 3 正常 CP 情況下， RB 的大小為時域上 1 個 時隙 ，頻域上戰(zhàn) 12 個子載波。 表 22 參考信號參量說明 標識 說明 ?????? OFDM 符號長度 (含 CP)選擇正常 CP： ?????? = 1 ???? ????為一個無線幀中包含的時隙編號，取值范圍為 0~19, ?? ??表示一個時隙中包含的 OFDM 符號編號，取值范圍為 0~6； ??????max， DL ??????max， DL表示下行 RB的最大數(shù)量 m m= 0,1， …， 2??????max， DL ?1表示一個導(dǎo)頻序列在頻域的序列號 ??(??) ??(??)為偽隨機序列 ?????????????? 物理層小區(qū)標識，這里默認為 0(選擇標準：當基站較少時，可以自定義選取 ) ??????(1) ??????(1)代表物理層小區(qū)標識，取值范圍 0~167 ??????(2) ??????(2)代表物理層小區(qū)標識組內(nèi)的物理層標識，取值范圍 0~2 RB 時域為 ??symbDL 個連續(xù)的 OFDM 符號，頻域為 ??sc????個連續(xù)子載波，因此由??symbDL *??sc????個 RE 組成，該方案選擇 10M 帶寬，所以 ????=50 ??symbDL ??symbDL 為 OFDM 下行符號標識，該方案選擇 FDD_LTE，所以 ??symbDL =7 ??RBDL ??RBDL為下行資源塊標識， ??RBDL的數(shù)量由該小區(qū)下行傳輸帶寬決定，應(yīng)滿足：6=??RBDL=110,該方案選擇 10M 帶寬，所以 ??RBDL=50 同步數(shù)據(jù)： LTE 系統(tǒng)沒有使用固定的公共主同步信號，而是 采用 了 3 個可用的主同步信號，分別和小區(qū) ??????(2)對應(yīng)。小區(qū)內(nèi)的主同步信號序列從 3 種 不同的序列中選擇一種，物理層小區(qū)標識組內(nèi)的 3 個物理層小區(qū)標識與 3 個主同步信號序列 一一對應(yīng) 。 主同步信號序列 d(n)是根據(jù)下面的頻域 ZadoffChu(ZC)序列生成的。 FDZC 序列長度為 63； PSC序列長度 =63(包括 DC) ????(??) = { ???????????(??+1)63 ?? = 0、 …、 30?????????(??+2)(??+1)63 ??= 3 3 …、 61 (28) 選擇不同的根索引 μ，可以得到互相關(guān)性很好的主同步信號。 ZadoffChu(ZC)根序列 μ根據(jù)下表： 表 23 主同步信號跟索引 μ 物理層小區(qū)表示組內(nèi)的物理表示 根 序列序號 ?? 0 25 1 29 2 34 循環(huán)前綴 (CP)： 應(yīng)用 OFDM 的一個 主要 原因在于該系統(tǒng)可以有效對抗多徑時延 。 把輸入數(shù)據(jù)流串并變換到 N 個并 5 行的子信道中， 使得每個調(diào)制子載波的數(shù)據(jù)周期可以擴 展 為原始數(shù)據(jù)符號周期的 N 倍， 時延 擴展與符號周期的數(shù)值比同樣降低 N倍。為了最大限度的消除符號間干擾 (inter symbol interference。ISI)，在每個 OFDM符號之間插入 保護間隔 (GI,Guard Interval),保護間隔長度為 ????一般要大于無線信道中最大 時延擴展，這樣一個符號的 多徑 分量才不會 干擾 下一個符號 ，在這段保護間隔內(nèi)可以 選擇不插入任何信號，即 空白傳輸 ，然而在這種情況下，由于多徑傳播的 作用 ，會產(chǎn)生載波間干擾 (ICI)，即 破壞了 子載波間的正交性 。 如圖 25 所示，每個 OFDM 符號 中都包含 所有的非零子載波信號，而且也可同時出現(xiàn)該 OFDM符號的 時延 信號 ，即第一子載波和第二子載波的 時延 信號 。在 FFT 運算時間內(nèi)，第一個子載波和第二個子載波之間的周期數(shù)之差 ?T已不是 整數(shù)，當接收機對第一個子載波進行解調(diào)時，第二子載波會對第一子載波造成干擾，同樣，當接收機對第二子載波進行解調(diào)時，也會存在來自第一子載波的干擾 。 圖 25 多徑情況下，空閑保護間隔在子載波間造成的干擾 通過在每個符號 起始 位置增加保護間隔可進一步抵制 ISI，還可減少在接收端定時偏移錯誤，這種保護間隔是一種循環(huán)復(fù)制，增加符號的波形長度，在 符號 的 數(shù)據(jù)部分，每一個子載波內(nèi)有一個整數(shù)倍的循環(huán)， 符號 的復(fù)制產(chǎn)生 了 一個循環(huán)信號 循環(huán)前綴 (CP) [4]，即將每個 OFDM 符號的后 ????時間中的樣點復(fù)制到 OFDM 符號前面，形成前綴，在交接點沒有任何間隔。 則符號的總長度 ???? = ???? +???????? (????為 OFDM 符號的總長度； ????為抽樣的保護間隔長度， ????????為 FFT 變換產(chǎn)生的 OFDM 符號長度 )。 如圖26 所示。 保 護 間 隔 I F F T 輸 出 保 護 間 隔符 號 N + 1時 間符 號 N 1IFFTIFFT符 號 N復(fù) 制 圖 26 加入保護間隔的 OFDM 符號 MIMO(多輸入多輸出 ) MIMO： (MultipleInput MultipleOutput) [5]多輸入多輸出 。 該技術(shù)依賴于 運用 多個接收 /發(fā)送天線的技術(shù)，可用于提高系統(tǒng)性能，包括提高系統(tǒng)容量和提高小區(qū)覆蓋范圍，也可以提高業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，相比 SISO， MISO,SIMO,MIMO 是無線移動通信領(lǐng)域天線技術(shù)的重大突破， 如 表 24所示， 任何一個無線通信系統(tǒng)，只要其發(fā)射端和接收端均采用 多個天線或天線陣列，就可構(gòu)成一個無線 MIMO 系統(tǒng) 。 表 24 SISO、 MIMO、 SIMO 結(jié)構(gòu)示意圖 類別 說明 示意圖 6 SISO 單發(fā)單收 (SISO)技術(shù)， 應(yīng)用在傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)中 發(fā) 射接 收 MISO 多 發(fā)單 收 (MISO) 技術(shù)， 應(yīng)用在發(fā)送分級系統(tǒng)中 發(fā) 射 接 收 SIMO 單 發(fā)多 收 (SIMO) 技術(shù)， 應(yīng)用在接收分集系統(tǒng)中 發(fā) 射接 收 利用多天線傳輸將串行映射為并行，各自獨立 運行，采用各自的調(diào)制方式發(fā)送電波，同時也采用對應(yīng)的解調(diào)方式進行接收電波。 如圖 27 所示。 接 收發(fā) 射 圖 27 MIMO 工作結(jié)構(gòu)示意圖 LTE 實現(xiàn)方式 LTE 標準定義了頻分雙工 (FDD)和時分雙工 (TDD)兩種方式。 (FDD) FDD 是在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收與發(fā)送，用保護頻段來分離接收和發(fā)送信道。 FDD必須采用成堆的頻率，依靠頻率來區(qū)分上下行鏈路，其單方向的資源在時間上連續(xù)的。 (TDD) TDD 用時間來分離 接收和發(fā)送信道，接收和發(fā)送使用同一頻率的不同時隙作為信道的承載，上行或下行 方向的資源時間上是不連續(xù)的。某個時間段由基站發(fā)送信號給移動臺，其余 由移動臺發(fā)送信號給基站，基站和移動臺之間必須協(xié)同一致才能順利工作。 FDD/TDD 的比較 表 25 LTE FDD/TDD 的比較 相同點 不同點 高層信令，包含 NAS,RRC 等 幀結(jié)構(gòu)：影響無線資源管理，調(diào)度實現(xiàn) 2 層用戶面處理， MAC,RLC,PDCP TDD 上下行時分方式，影響物理層反饋過程 物理層基本機制，幀長，調(diào)制，多址，信道編碼，功率控制，干擾控制等 同步： TDD 系統(tǒng)要求時間同步， FDD 在支持 eMBMS時才需考慮 TDD 與 FDD 空中接口指標要求完全相同 多天線： TDD 系統(tǒng)可基于上行估計下行 LTE 物理層主要性能指標 表 26 LTE物理層主要性能指標 7 發(fā)送帶寬 3MHz 5MHz 10MHz 15MHz 20MHz 子幀長度 子載波間隔 15KHz(MBMS 專用小區(qū) ) 抽樣頻率 FFT 大小 128 256 512 1024 1536 2048 資源塊 (RB)數(shù)量 6 15 25 50 75 100 占用子載波數(shù)量 73 181 301 601 901 1201 每 個 子 幀OFDM 符號數(shù)量 (短 /長CP) 14/12 OFDM符號長度 正常CP 第一個符號： ,其余符號 擴展CP CP 長度(us/抽樣 ) 正常CP ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 擴展CP () () () () () ( LTE 的幀結(jié)構(gòu) [5]有 FDDLTE和 LDDLTE，由于該 設(shè)計是基于 FDDLTE 的幀結(jié)構(gòu)進行展開設(shè)計的，這里著重介紹 FDDLTE 的幀結(jié)構(gòu)： FDD 幀結(jié)構(gòu)的每個無線幀長 ???? =307200*???? =10ms, 包含 20 個時隙，每個時隙長度為??????????=15360*????=。編號 0~19。 一個子幀包含 2 個連續(xù)的時隙，在 FDD 模式下，下行有 10 個子幀，上行也有 10 個子幀。 0 1 2 3 1 7 1 8 1 9一 個時 隙一 個 子 幀一 幀 = 1 0 m s 0 1 2 3C P 4 C P 5C P 6C P : 8 0C P : 7 2C P : 7 2C P : 7 2C P : 7 2 C P : 7 2 C P : 7 2C PC PC PC PI F F T / F F T : 1 0 2 41 m s0 . 5 m s 圖 28 FDDLTE 幀結(jié)構(gòu) 8 圖 29 FDDLTE 子載波分布 [5] 如圖 29 所示， 根據(jù) LTE 幀結(jié)構(gòu) ，在第 0 和第 4 符號進行插入導(dǎo)頻，在第 6 符號插入同步數(shù)據(jù) 。 對于 參考導(dǎo)頻 ， 在 0、 4符號中添加導(dǎo)頻。頻域間隔 6個子載波，使用交叉菱形狀導(dǎo)頻。參考 LTE單天線導(dǎo)頻方案。每時隙占用 200 個 RE。具體表 26 所示： 表 27 一個時隙中符號塊的具體資源粒 一個時隙中的符號塊 第 0 符號塊 第 1 符號塊 第 2 符號塊 第 3 符號塊 第 4 符號塊