LTE基础原理与关键技术 作者 曾召华_ 第3章.pptVIP

;在线教务辅导网：;　　作为多载波通信的一种，正交频分复用(OFDM)最具有优势的应用环境就是频率选择性信道。但与一般的频分复用(FDM)技术不同，OFDM系统的各个子信道在时间上相互正交，在频率上相互重叠。典型的FDM系统及OFDM系统频谱如图3.1.1所示。;　　;　　一个高速的串行数据发射方法(例如CDMA系统)最大的问题在于由于符号速率太高，导致符号周期Ts可能远远小于无线信道的多径时延Td，这样将造成严重的符号间干扰(ISI)。为了克服这个问题，必须使用非常复杂的时域均衡技术。当数据符号速率更进一步提高时，时域均衡器太过于复杂，由此限制了串行数据发射方法的进一步使用。;　　OFDM的基本做法是把高速串行数据流通过串/并变换，变成多个低速的并行数据，每个低速的数据流采用一个子信道进行传输，这样每个子信道上的符号周期得到加长(N·Ts)，远远大于Td。此时每个子信道基本不存在ISI，本质上是把一个频选信道“切割”成若干非频选信道，在每个非频选信道中不需要复杂的均衡器就可以解调数据。OFDM串/并变换如图3.1.2所示。;　　;　　多径时延造成的频选信道如图3.1.3所示，进一步可以确定，在常规宽带载波系统中，只能根据一个宽带的信道质量来确定编码方式，而OFDM理论上可以根据若干子信道质量分别确定编码方式。对于信道质量高的，采用更高效率的编码方式。另外，假如再考虑各子信道发射功率(“注水”)，便可以得到最大的吞吐量。　　图3.1.4给出了宽带载波系统和OFDM系统对抗频选衰落的基本示意图。;　　;　　;　　一个典型的OFDM连续信号，在某个OFDM符号内可以表示为 (3.2.1);其中，di表示该符号内第i个传输数据符号，它在第i个子信道上传输；fc为载波频率； 为子信道的频宽，T＝N·Ts为各个子信道上数据符号的周期时间。 定义为  (3.2.2); 假定s(t)的带宽为Bc＝N×Δf，以进行抽样，形成离散时间信号: (3.2.3)  对s(t)进行离散化后的离散信号具有IDFT的表达形式，因此可以借鉴FFT/IFFT等快速算法实现ODFM调制、解调过程。OFDM发射/接收原理示意图如图3.2.1所示。;　　;由于有 (3.2.4)则有 (3.2.5); 式(3.2.5)说明:在理想信道下，即无时延、无频偏等情况时，OFDM各子载波具有正交性。　　完整的OFDM系统时-频资源分配示意图如图3.2.2所示。　　相比以前的系统，可以非常清楚地看到，OFDM系统对资源的定义:首先分时间段－符号段，在每段时间内，又分子载波，更加细化，而不是粗放式的，因此提供了更好利用信道的可能性，从而提升了系统的整体吞吐量。　　LTE20 MHz系统带宽、100 RB资源定义下的频谱重新描述如图3.2.3所示。;　　;　　;　　图中，固定每子载波带宽为Δf＝15 kHz(PRACH/MB MS除外，因为它们的子载波带宽分别为1.25 kHz和7.5 kHz)，为了支持最大20 MHz的信号带宽，协议定义为1200个子载波，即有效带宽为1200×15 kHz＝18 MHz；同时也为了最近FFT点数的需要，离1200最近的2N，就是2048点，即代表2048个子载波，因此确定最低采样信号带宽为 　Bc＝Δf×2048＝15 kHz×2048＝30.72 MHz; 按照单倍采样速率，则采样频率也为30.72 MHz，对应时域采样间隔为 即; 根据图1.3.1和图1.3.2，每1 ms的子帧中含有 　　个离散样值(即I/Q数)。同时为了克服符号段之间的多径干扰，也克服符号段内部子载波之间的干扰，OFDM系统在符号段之间设计了CP，这些样值在时域如图3.2.4所示。;　　;　　这些样值在LTE中按照如下的规则分配:　　·NormalCP(正常覆盖小区):14×ND＋14×NNor-CP＝14×2048＋14×146.3＝30720其中，14表示每1 ms中有14个符号周期；每个符号的I/Q样值数目ND为2048；每个NormalCP的I/Q样值数目NNor-CP大约为146.3样值(该值为平均计算的结果，实际协议中约定，每子帧中有2个符号，即每时隙第一个符号CP长度为160，其余符号CP长度为144) 32.55×146.3≈4762 ns≈4.76μs;在这种配置下，假定同步估计与跟踪完全准确时，则可以认为或约束多径时延扩展小于NNor-CP，即约束多径之间的最大传播路径之间不超过4.76×300≈1.4 km，才不至于引起符号段间干扰