【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Figure22: FSTD transmit diversityTSTD和FSTD分集方式結(jié)合可以產(chǎn)生為FSTD+TSTD分集方式，如下圖所示。 Figure 23: FSTD+TSTD transmit diversity (special case for PVS)同TSTD類似，只能獲得空間增益，具有容易擴(kuò)展到任意天線的特點(diǎn)。因此其性能與TSTD的分集方式也較為接近。三、LTE物理層技術(shù) 　　LTE的研究工作主要集中在物理層、空中接口協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)幾個(gè)方面，其中網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面的工作和4GPP系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（SAE）項(xiàng)目密切相關(guān)。本文將對(duì)這幾個(gè)方面的重大技術(shù)決定和進(jìn)展做一簡(jiǎn)單的介紹。 　（一）基本傳輸技術(shù)和多址技術(shù) 　　基本傳輸技術(shù)和多址技術(shù)是無(wú)線通信技術(shù)的基礎(chǔ)。4GPP成員在討論多址技術(shù)方案時(shí)，主要分成兩個(gè)陣營(yíng)：多數(shù)公司認(rèn)為OFDM／FDMA技術(shù)與CDMA技術(shù)相比，可以取得更高的頻譜效率；而少數(shù)公司認(rèn)為OFDM系統(tǒng)和CDMA系統(tǒng)性能相當(dāng)，出于后向兼容的考慮，應(yīng)該沿用CDMA技術(shù)。持前一種看法的公司全部支持在下行采用OFDM技術(shù)，但在上行多址技術(shù)的選擇上又分為兩種觀點(diǎn)：大部分廠商因?yàn)閷?duì)OFDM的上行峰平比PAPR（將影響手持終端的功放成本和電池壽命）有顧慮，主張采用具有較低PAPR的單載波技術(shù)；另一些公司（主要是積極參與WiMAX標(biāo)準(zhǔn)化的公司）建議在上行也采用OFDM技術(shù)，并用一些增強(qiáng)技術(shù)解決PAPR的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)激烈的討論和艱苦的融合，4GPP最終選擇了大多數(shù)公司支持的方案，即下行OFDM；上行SC（單載波）FDMA。 　　上行SCFDMA信號(hào)可以用“頻域”和“時(shí)域”兩種方法生成，頻域生成方法又稱為DFT擴(kuò)展OFDM（DFTSOFDM）；時(shí)域生成方法又稱為交織FDMA（IFDMA）。采用哪種生成方法目前尚未確定，但大部分公司支持采用DFTSOFDM技術(shù)（如圖1所示）。這種技術(shù)是在OFDM的IFFT調(diào)制之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行DFT擴(kuò)展，系統(tǒng)發(fā)射的是時(shí)域信號(hào)，從而可以避免OFDM系統(tǒng)發(fā)送頻域信號(hào)帶來(lái)的PAPR問(wèn)題。 圖1　DFTSOFDM發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu) 　　（二）　“宏分集”之爭(zhēng) 　　是否采用宏分集技術(shù)，是LTE討論中的又一個(gè)焦點(diǎn)。這個(gè)問(wèn)題看似是物理層技術(shù)的取舍，實(shí)則影響到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的選擇，對(duì)LTE/SAE系統(tǒng)的發(fā)展方向有深遠(yuǎn)的影響。 　　4GPP內(nèi)部在下行宏分集問(wèn)題上的看法比較一致。由于存在難以解決的“同步問(wèn)題”，各公司很早就明確，對(duì)單播（Unicast）業(yè)務(wù)不采用下行宏分集。只是在提供多小區(qū)廣播（Broadcast）業(yè)務(wù)時(shí)，由于放松了對(duì)頻譜效率的要求，可以通過(guò)采用較大的循環(huán)前綴（CP），解決小區(qū)之間的同步問(wèn)題，從而使下行宏分集成為可能。 　　與下行相比，4GPP對(duì)上行宏分集的取舍卻遲遲不決。宏分集的基礎(chǔ)是軟切換，這種CDMA系統(tǒng)的典型技術(shù)，在FDMA系統(tǒng)中卻可能“弊大于利”。更重要的是，軟切換需要一個(gè)“中心節(jié)點(diǎn)”（如UTRAN中的RNC）來(lái)進(jìn)行控制，這和大多數(shù)公司推崇的網(wǎng)絡(luò)“扁平化”、“分散化”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)背道而馳。經(jīng)過(guò)仿真結(jié)果的比較、激烈的爭(zhēng)論、甚至“示意性”的表決，4GPP最終決定LTE（至少在目前）不考慮宏分集技術(shù)。 　?。ㄈY(jié)構(gòu)和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 　　LTE在數(shù)據(jù)傳輸延遲方面的要求很高（單向延遲小于5ms），這一指標(biāo)要求LTE系統(tǒng)必須采用很小的最小交織長(zhǎng)度（TTI）。大多數(shù)公司主要出于對(duì)FDD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，（1幀包含20個(gè)子幀）。但是一些研發(fā)TDD技術(shù)的4GPP成員注意到這種子幀長(zhǎng)度和UMTS中現(xiàn)有的兩種TDD技術(shù)的時(shí)隙長(zhǎng)度不匹配。，如果LTE ，則新、老的系統(tǒng)的時(shí)隙無(wú)法對(duì)齊，使得TDSCDMA系統(tǒng)和LTE TDD系統(tǒng)難以“臨頻共址”共存。在中國(guó)公司的堅(jiān)持下，4GPP在這個(gè)問(wèn)題上形成決議：，但在考慮和LCRTDD（即TDSCDMA）系統(tǒng)兼容時(shí)。 　　OFDM和SCFDMA（以DFTSOFDM為例）的子載波寬度選定為15kHz，這是一個(gè)相對(duì)適中的值，兼顧了系統(tǒng)效率和移動(dòng)性，明顯比WiMAX系統(tǒng)大。下行OFDM的CP長(zhǎng)度有長(zhǎng)短兩種選擇，（）。短CP為基本選項(xiàng)，長(zhǎng)CP可用于大范圍小區(qū)或多小區(qū)廣播。短CP情況下一個(gè)子幀包含7個(gè)（）OFDM符號(hào)；長(zhǎng)CP情況下一個(gè)子幀包含6個(gè)（）OFDM符號(hào)。上行由于采用單載波技術(shù)，子幀結(jié)構(gòu)和下行不同。DFTSOFDM的一個(gè)子幀包含6個(gè)（）“長(zhǎng)塊”和2個(gè)“短塊”（如圖2所示），長(zhǎng)塊主要用于傳送數(shù)據(jù)，短塊主要用于傳送導(dǎo)頻信號(hào)。 圖2　DFTSOFDM子幀結(jié)構(gòu) 　　雖然為了支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，但系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)的調(diào)整TTI，以便在支持其他業(yè)務(wù)時(shí)，避免由于不必要的IP包分割造成的額外的延遲和信令開銷。 　　上、下行系統(tǒng)分別將頻率資源分為若干資源單元（RU）和物理資源塊（PRB），RU和PRB分別是上、下行資源的最小分配單位，大小同為25個(gè)子載波，即375kHz。下行用戶的數(shù)據(jù)以虛擬資源塊（VRB）的形式發(fā)送，VRB可以采用集中（Localized）或分散（Distributed）方式映射到PRB上。Localized方式即占用若干相鄰的PRB，這種方式下，系統(tǒng)可以通過(guò)頻域調(diào)度獲得多用戶增益。Distributed方式即占用若干分散的PRB，這種方式下，系統(tǒng)可以獲得頻率分集增益。上行RU可以分為L(zhǎng)ocalized RU（LRU）和Distributed RU（DRU），LRU包含一組相鄰的子載波，DRU包含一組分散的子載波。為了保持單載波信號(hào)格式，如果一個(gè)UE占用多個(gè)LRU，這些LRU必須相鄰；如果占用多個(gè)DRU，所有子載波必須等間隔。 　?。ㄋ模∑渌锢韺釉O(shè)計(jì) 　　參考符號(hào)（導(dǎo)頻）設(shè)計(jì) 　　LTE目前確定了下行參考符號(hào)（即導(dǎo)頻）設(shè)計(jì)。下行導(dǎo)頻格式如圖3所示，系統(tǒng)采用時(shí)分復(fù)用（TDM）的導(dǎo)頻插入方式。每個(gè)子幀可以插入兩個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)，第1和第2導(dǎo)頻分別在第1和倒數(shù)第3個(gè)符號(hào)。導(dǎo)頻的頻域密度為6個(gè)子載波，第1和第2導(dǎo)頻在頻域上交錯(cuò)放置。采用MIMO時(shí)，須支持至少4個(gè)正交導(dǎo)頻（以支持4天線發(fā)送），但對(duì)智能天線例外。在一個(gè)小區(qū)內(nèi)，多天線之間主要采用頻分復(fù)用（FDM）方式的正交導(dǎo)頻。在不同的小區(qū)之間，正交導(dǎo)頻在碼域?qū)崿F(xiàn)（CDM）。 圖3　OFDM導(dǎo)頻結(jié)構(gòu) 上行控制信道復(fù)用 　　LTE上行由于采用單載波技術(shù)，控制信道的復(fù)用不如OFDM靈活。上行控制信道用于傳送兩種信令：與數(shù)據(jù)相關(guān)的信令（AMC格式、HARQ信息等）和與數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的信令（RACH、COI、ACK/NACK、調(diào)度請(qǐng)求）。經(jīng)過(guò)反復(fù)的討論，4GPP決定只采用TDM方式復(fù)用控制信道，因?yàn)檫@種方式可以保持SCFDMA的低PAPR特性。與數(shù)據(jù)相關(guān)的信令將和UE的數(shù)據(jù)復(fù)用在一個(gè)時(shí)頻資源塊中。 　調(diào)制與編碼 　　LTE下行主要采用QPSK、16QAM、64QAM三種調(diào)制方式。上行主要采用位移BPSK（π/2shift BPSK，用于進(jìn)一步降低DFTSOFDM的PAPR）、QPSK、8PSK和16QAM。另一個(gè)正在考慮的降PAPR技術(shù)是頻域?yàn)V波（Spectrum Shaping）。另外也已明確，Cubic Metric是比PAPR更準(zhǔn)確的衡量對(duì)功放非線性影響的指標(biāo)。在信道編碼方面，LTE主要考慮Turbo碼，但如果能獲得明顯的增益，也將考慮其他編碼方式，如LDPC碼。 　調(diào)度 　　調(diào)度就是動(dòng)態(tài)的將最適合的時(shí)頻資源分配給某個(gè)用戶，系統(tǒng)根據(jù)信道質(zhì)量信息（CQI）的反饋、有待調(diào)度的數(shù)據(jù)量、UE能力等決定資源的分配，并通過(guò)控制信令通知用戶。調(diào)度實(shí)際上和鏈路自適應(yīng)、HARO是密不可分的。LTE的調(diào)度可以靈活的在Localized和Distributed方式之間切換，并將考慮減小開銷的方法。一種方法就是對(duì)話音業(yè)務(wù)一次性調(diào)度相對(duì)固定的資源（Persistent Scheduling）。 　鏈路自適應(yīng) 　　鏈路自適應(yīng)的核心技術(shù)是自適應(yīng)調(diào)制和編碼（AMC）。LTE對(duì)AMC技術(shù)的爭(zhēng)論主要集中在是否對(duì)一個(gè)用戶的不同頻率資源采用不同的AMC（RBspecific AMC）。理論上說(shuō)，由于頻率選擇性衰落的影響，這樣做可以比在所有頻率資源上采用相同的AMC配置（RBmon AMC）取得更佳的性能。但大部分公司在仿真中發(fā)現(xiàn)這種方法帶來(lái)的增益并不明顯，反而會(huì)帶來(lái)額外的信令開銷，因此最終決定采用RBmon AMC。 　　HARQ 　　LTE基本采用增量冗余（Incremental Redundancy）HARQ。另外，各公司還就是否采用異步HARQ或自適應(yīng)HARQ展開了討論。基本的HARQ，每次重傳的時(shí)刻和所采用的發(fā)射參數(shù)（調(diào)制編碼方式及資源分配等）都是預(yù)先定義好的。而異步HARQ則可以根據(jù)需要隨時(shí)發(fā)起重傳，自適應(yīng)HARQ（即每次重傳的發(fā)射參數(shù)）可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，因此異步HARQ和自適應(yīng)HARQ與基本的HARQ相比可以取得一定增益，但需要額外的信令開銷。 　　功率控制 　　由于不存在CDMA系統(tǒng)中的“用戶間干擾”，LTE系統(tǒng)可以在每個(gè)子頻帶內(nèi)分別進(jìn)行“慢功控”。但如果對(duì)小區(qū)邊緣用戶進(jìn)行完全的功控，可能導(dǎo)致小區(qū)間干擾問(wèn)題。因此，目前正在考慮只對(duì)邊緣用戶“部分的”的補(bǔ)償路損和陰影衰落，從而避免產(chǎn)生較強(qiáng)的小區(qū)干擾，這樣可以獲得更大的系統(tǒng)容量。 　　同步 　　除了考慮基本的UE和Node B之間的同步外，基于OFDM/FDMA的LTE系統(tǒng)還需要考慮兩種特殊的同步。一種是上行同步（又稱時(shí)間控制）。為了保證上行多用戶之間的正交性，要求各用戶的信號(hào)同時(shí)到達(dá)Node B，誤差在CP以內(nèi)。因此需要根據(jù)用戶距Node B的位置遠(yuǎn)近調(diào)整它們的發(fā)射時(shí)間。 　　另一個(gè)問(wèn)題是Node B之間的同步。與異步的WCDMA系統(tǒng)不同，保持Node B之間的正交性可以使基于OFDM/FDMA的LTE系統(tǒng)獲得更好的性能。但4GPP系統(tǒng)不像4GPP2系統(tǒng)可以依靠外部時(shí)鐘（如GPS）取得同步，因此需要采取別的方法。目前正在考慮的方法是：Node B借助小區(qū)內(nèi)各UE的報(bào)告和相鄰Node B作同步校準(zhǔn)，以此類推，使全系統(tǒng)逐步和參考基站取得同步。 　　小區(qū)間干擾抑制 　　LTE提高小區(qū)邊緣數(shù)據(jù)率的目標(biāo)將通過(guò)小區(qū)間干擾抑制技術(shù)實(shí)現(xiàn)。目前正在考慮的方案包括干擾隨機(jī)化、干擾協(xié)調(diào)、干擾消除和慢功控等。干擾隨機(jī)化可能采用小區(qū)加擾或交織多址（IDMA）實(shí)現(xiàn)。但此方法的性能差強(qiáng)人意；干擾協(xié)調(diào)即在小區(qū)邊緣采用小于1的頻率復(fù)用，從而避免強(qiáng)干擾。這種方法的缺點(diǎn)是可用于小區(qū)邊緣的頻率資源有限，限制了小區(qū)邊緣的峰值速率和系統(tǒng)容量；干擾消除即在接收機(jī)采用多用戶檢測(cè)消除相鄰小區(qū)的干擾，這種方法的缺點(diǎn)是要求干擾源小區(qū)和被干擾小區(qū) 　　切換 　　在切換方面，除了系統(tǒng)內(nèi)的切換，LTE也正在考慮不同頻率和不同系統(tǒng)（如其他4GPP系統(tǒng)、WLAN系統(tǒng)等）之間的切換。 　　其他的物理層技術(shù)，如上行導(dǎo)頻、小區(qū)搜索、隨機(jī)接入、多播廣播（MBMS）、層1和層2信令等，也正在討論之中。