【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(gè)子信道符號而不會(huì)受到其他子信道的干擾 (ICI)。各個(gè)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(zhǔn)則。 但子載波之間 存在頻偏時(shí) 就會(huì)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(jī)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(jìn)行 IFFT將數(shù)據(jù)的頻譜表達(dá)式變成時(shí)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(jī)鏈路，下半部分為接收機(jī)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(jī)信道估計(jì)，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(jī)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(kuò)展 CP) (27) 表 21 配置 CP 參量 配置 ?????????? ?????????????? 正常 CP ?f = 15kHz 12 7 擴(kuò)展 CP ?f = 15kHz 6 ?f = 24 3 正常 CP 情況下， RB 的大小為時(shí)域上 1 個(gè) 時(shí)隙 ，頻域上戰(zhàn) 12 個(gè)子載波。 表 22 參考信號參量說明 標(biāo)識 說明 ?????? OFDM 符號長度 (含 CP)選擇正常 CP： ?????? = 1 ???? ????為一個(gè)無線幀中包含的時(shí)隙編號，取值范圍為 0~19, ?? ??表示一個(gè)時(shí)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(gè)導(dǎo)頻序列在頻域的序列號 ??(??) ??(??)為偽隨機(jī)序列 ?????????????? 物理層小區(qū)標(biāo)識，這里默認(rèn)為 0(選擇標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)基站較少時(shí)，可以自定義選取 ) ??????(1) ??????(1)代表物理層小區(qū)標(biāo)識，取值范圍 0~167 ??????(2) ??????(2)代表物理層小區(qū)標(biāo)識組內(nèi)的物理層標(biāo)識，取值范圍 0~2 RB 時(shí)域?yàn)???symbDL 個(gè)連續(xù)的 OFDM 符號，頻域?yàn)???sc????個(gè)連續(xù)子載波，因此由??symbDL *??sc????個(gè) RE 組成，該方案選擇 10M 帶寬，所以 ????=50 ??symbDL ??symbDL 為 OFDM 下行符號標(biāo)識，該方案選擇 FDD_LTE，所以 ??symbDL =7 ??RBDL ??RBDL為下行資源塊標(biāo)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(gè)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(biāo)識組內(nèi)的 3 個(gè)物理層小區(qū)標(biāo)識與 3 個(gè)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(gè) 主要 原因在于該系統(tǒng)可以有效對抗多徑時(shí)延 。 把輸入數(shù)據(jù)流串并變換到 N 個(gè)并 5 行的子信道中， 使得每個(gè)調(diào)制子載波的數(shù)據(jù)周期可以擴(kuò) 展 為原始數(shù)據(jù)符號周期的 N 倍， 時(shí)延 擴(kuò)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(gè) OFDM符號之間插入 保護(hù)間隔 (GI,Guard Interval),保護(hù)間隔長度為 ????一般要大于無線信道中最大 時(shí)延擴(kuò)展，這樣一個(gè)符號的 多徑 分量才不會(huì) 干擾 下一個(gè)符號 ，在這段保護(hù)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(huì)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(gè) OFDM 符號 中都包含 所有的非零子載波信號，而且也可同時(shí)出現(xiàn)該 OFDM符號的 時(shí)延 信號 ，即第一子載波和第二子載波的 時(shí)延 信號 。在 FFT 運(yùn)算時(shí)間內(nèi)，第一個(gè)子載波和第二個(gè)子載波之間的周期數(shù)之差 ?T已不是 整數(shù)，當(dāng)接收機(jī)對第一個(gè)子載波進(jìn)行解調(diào)時(shí)，第二子載波會(huì)對第一子載波造成干擾，同樣，當(dāng)接收機(jī)對第二子載波進(jìn)行解調(diào)時(shí)，也會(huì)存在來自第一子載波的干擾 。 圖 25 多徑情況下，空閑保護(hù)間隔在子載波間造成的干擾 通過在每個(gè)符號 起始 位置增加保護(hù)間隔可進(jìn)一步抵制 ISI，還可減少在接收端定時(shí)偏移錯(cuò)誤，這種保護(hù)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(gè)子載波內(nèi)有一個(gè)整數(shù)倍的循環(huán)， 符號 的復(fù)制產(chǎn)生 了 一個(gè)循環(huán)信號 循環(huán)前綴 (CP) [4]，即將每個(gè) OFDM 符號的后 ????時(shí)間中的樣點(diǎn)復(fù)制到 OFDM 符號前面，形成前綴，在交接點(diǎn)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(hù)間隔長度， ????????為 FFT 變換產(chǎn)生的 OFDM 符號長度 )。 如圖26 所示。 保 護(hù) 間 隔 I F F T 輸 出 保 護(hù) 間 隔符 號 N + 1時(shí) 間符 號 N 1IFFTIFFT符 號 N復(fù) 制 圖 26 加入保護(hù)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(yùn)用 多個(gè)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(dòng)通信領(lǐng)域天線技術(shù)的重大突破， 如 表 24所示， 任何一個(gè)無線通信系統(tǒng)，只要其發(fā)射端和接收端均采用 多個(gè)天線或天線陣列，就可構(gòu)成一個(gè)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(dú)立 運(yùn)行，采用各自的調(diào)制方式發(fā)送電波，同時(shí)也采用對應(yīng)的解調(diào)方式進(jìn)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(shí)現(xiàn)方式 LTE 標(biāo)準(zhǔn)定義了頻分雙工 (FDD)和時(shí)分雙工 (TDD)兩種方式。 (FDD) FDD 是在分離的兩個(gè)對稱頻率信道上進(jìn)行接收與發(fā)送，用保護(hù)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(shí)間上連續(xù)的。 (TDD) TDD 用時(shí)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(shí)隙作為信道的承載，上行或下行 方向的資源時(shí)間上是不連續(xù)的。某個(gè)時(shí)間段由基站發(fā)送信號給移動(dòng)臺(tái)，其余 由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號給基站，基站和移動(dòng)臺(tái)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(diǎn) 不同點(diǎn) 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(shí)現(xiàn) 2 層用戶面處理， MAC,RLC,PDCP TDD 上下行時(shí)分方式，影響物理層反饋過程 物理層基本機(jī)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(shí)間同步， FDD 在支持 eMBMS時(shí)才需考慮 TDD 與 FDD 空中接口指標(biāo)要求完全相同 多天線： TDD 系統(tǒng)可基于上行估計(jì)下行 LTE 物理層主要性能指標(biāo) 表 26 LTE物理層主要性能指標(biāo) 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(gè) 子 幀OFDM 符號數(shù)量 (短 /長CP) 14/12 OFDM符號長度 正常CP 第一個(gè)符號： ,其余符號 擴(kuò)展CP CP 長度(us/抽樣 ) 正常CP ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 擴(kuò)展CP () () () () () ( LTE 的幀結(jié)構(gòu) [5]有 FDDLTE和 LDDLTE，由于該 設(shè)計(jì)是基于 FDDLTE 的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行展開設(shè)計(jì)的，這里著重介紹 FDDLTE 的幀結(jié)構(gòu)： FDD 幀結(jié)構(gòu)的每個(gè)無線幀長 ???? =307200*???? =10ms, 包含 20 個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙長度為??????????=15360*????=。編號 0~19。 一個(gè)子幀包含 2 個(gè)連續(xù)的時(shí)隙，在 FDD 模式下，下行有 10 個(gè)子幀，上行也有 10 個(gè)子幀。 0 1 2 3 1 7 1 8 1 9一 個(gè)時(shí) 隙一 個(gè) 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(jìn)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(gè)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(shí)隙占用 200 個(gè) RE。具體表 26 所示： 表 27 一個(gè)時(shí)隙中符號塊的具體資源粒 一個(gè)時(shí)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