白話一些LTE關(guān)鍵技術(shù)
由于我是做CDMA的,實際的LTE設(shè)備我也沒有接觸過,但是理論的資料看了不少,包括紅寶書,個人感覺國內(nèi)的書籍還沒有特別好的,涵蓋的面很廣,但是細(xì)節(jié)很少,了解個大概可以,想要深入研究的話除非看協(xié)議,但是協(xié)議看著多累啊,不似以前摩托和愛立信的書籍,知識點比較講的透徹。有人說白寶書不錯,回頭準(zhǔn)備網(wǎng)購一本看看,我本身也是學(xué)習(xí)過程,拋磚引玉吧。
OFDM
這個技術(shù)說的很玄乎,其實在wimax和wifi里早就利用了,我以前就說過OFDM并不比CDMA的頻譜利用率更高,但是他的優(yōu)勢是大寬帶的支持更簡單更合理,而且配合mimo更好。
舉個例子,CDMA是一個班級,又說中文又說英文,如果大家音量控制的好的話,雖然是一個頻率但是可以達(dá)到互不干擾,所以1.25m的帶寬可以實現(xiàn)4.9m的速率。而OFDMA則可以想象成上海的高架橋,10米寬的路,上面架設(shè)一個5米寬的高架,實際上道路的通行面積就是15米,這樣雖然我水平路面不增加但是可以通行的車輛增加了。而OFDM也是利用這個技術(shù),利用傅里葉快速變換導(dǎo)入正交序列,相當(dāng)于在有限的帶寬里架設(shè)了N個高架橋,目前是一個ofdm信號的前半個頻率和上一個頻點的信號復(fù)用,后半個頻率和后一個頻點的信號復(fù)用。
那信號頻率重疊了怎么區(qū)分,很簡單,OFDM,O就是正交的意思,正交就是能保證唯一性,舉例子,A和B重疊,但是A*a+B*b,a和b是不同的正交序列,如果我要從同一個頻率中只獲取A,那么通過計算,(A*a+B*b)*a=A*a*a+B*b*a=A+0=A(因為正交,a*a=1,a*b=0)。所以O(shè)FDMA是允許頻率重疊的,甚至理論上可以重疊到無限,但是為了增加解調(diào)的容易性,目前LTE支持OFDM重疊波長的一半。
MIMO
其實在早期的LTE放棄CDMA很重要的一個原因就是CDMA對MIMO支持不好,而OFDM采用的子載波數(shù)據(jù)是將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行,并行數(shù)據(jù)可以很好地適應(yīng)MIMO的接收。(至于為什么不用CDMA,大家可以好好看看紅寶書)
MIMO就是多進(jìn)多出的意思,這樣我可以在空間傳送多路信號,其中分這么幾大類,我簡單的給大家介紹下(我也是剛看MIMO,找不到合適的資料,但是大概意思還懂點)
a、single-ant。單天線傳輸(基本模式)
b、transmitting-diversity。適合覆蓋邊緣,用不同模式在不同天線上傳輸相同數(shù)據(jù),提高傳輸質(zhì)量。就好比你在香港問路,一個人用粵語說一遍,另外一個人用普通話說一遍,你總能明白一個吧。
c、open/close loop sdma。適合覆蓋好的地方,通過空分復(fù)用提升速率。好比你左右2個耳朵同時接收2個不同的內(nèi)容,相同的時間信息量翻倍。
d、mu-mimo,適合2個用戶分隔較遠(yuǎn)的情況,同時可以對2個用戶傳輸不同的內(nèi)容,增加信息量輸出。
e、close loop rank=1 。適合覆蓋邊緣,1個天線發(fā)射,2個天線接收,類似c,但是2個耳朵接收同一個內(nèi)容,增加可靠性
f、還一種波形對準(zhǔn)用戶方式,智能天線能夠根據(jù)波束找到用戶方向(波的干涉原理),將主瓣對準(zhǔn)它,增加可靠性。
說白了mimo就是基站和發(fā)射天線之間的一些小協(xié)議,通過判斷用戶的位置,信號強度,由基站決定采用哪種方式給用戶發(fā)送數(shù)據(jù),由天線實現(xiàn),可能還有很多種,很多小類,我這里看的也不全,具體細(xì)節(jié)也是一頭霧水。
HARQ
其實剛看到這個知識點的時候,我覺得CDMA里也有HARQ就沒仔細(xì)看,后來翻翻才知道大有文章,在CDMA中,HARQ的作用是早終止,例如這個包是計劃4次發(fā)射成功的,我每發(fā)一次就讓對方給個回復(fù),如果給NAK,說明沒解調(diào),繼續(xù)發(fā),給ACK就說明對方解調(diào)了,可以終止了,類似編程里的判斷語句,最終如果就發(fā)了2次對方就回了ACK,說明我提前發(fā)送成功,節(jié)約了資源。
而LTE里的HARQ為什么單獨拿出來講,因為它不光具有早中止的功能,還有糾錯功能,相當(dāng)于HARQ=FEC+ARQ,FEC是QPP的tubo編碼,例如我發(fā)一個包,對方?jīng)]解調(diào)出來,對方不會說丟棄而是保留這個包,回NAK,第二次發(fā)這個包,對方收到會和上次保留的包進(jìn)行比對,如果2次缺失的內(nèi)容剛好能互補,能夠還原這個包就回ACK,這樣就相當(dāng)于分為了2步,先進(jìn)行糾錯和檢測,能糾正過來就回ACK,不能糾正再進(jìn)行ARQ。
PAPR
OFDM由于在頻域上的子載波是互相重疊的,所以如果2個子載波剛好都是正能量,那么合并后會更高,很容易造成高峰均比,峰均比最大的不好就是功率要求大,直接的影響就是功放利用率低,同時要線性更好的功放,舉個例子,例如住房子,如果你和姚明一起住,那么層高要3米才行,如果沒有姚明,層高2.7就夠了,那么開發(fā)商不愿意增加成本怎么辦,最簡單的辦法就是把姚明折疊起來,讓他一直坐著。OFDM也是一樣,這個技術(shù)就叫PAPR。主要是采用2種方法:
a、限幅,就是信號經(jīng)過非線性部件之前進(jìn)行限幅,將峰值信號降低,數(shù)學(xué)上是設(shè)定一個目標(biāo)值,大于目標(biāo)值的乘以一個系數(shù)讓其降下來(書上都有數(shù)學(xué)公式),就類似讓姚明彎腰一樣,但是你降下來的部分會對原來的部分造成干擾,也是一個不利的方面。
b、壓縮擴張,除了限幅,還可以把大功率信號壓縮,而把小功率信號放大,縮小差距從而降低峰均比。其實就是在IFFT是計算一個平均振幅值,在反變換時候?qū)⑦@個平均振幅值加載反變換過程中,起個中和的作用。
循環(huán)加入CP
OFDM每個子載波都必須為一個整數(shù)波形,但是如果發(fā)生了時延,到了接收端可能就不一定完整了,舉個例子,如果你發(fā)了1234(其實是有保護(hù)間隔的),但是由于時延,有一部分超出了接收端的時間窗,接收端收到的是234……,這樣的話在一個子載波周期里就不是完整的波了,失去了原來的正交特性,從而引起載波間的干擾,所以就引入了個概念CP。
很多人知道CP,但是可能不知道是怎么加的,其實是將波形的后半部分復(fù)制到前半部分,從而形成一個保護(hù)帶,還用上面的例子,加入cp后為341234,其中34是cp,接收端收到的是41234,這樣我就保證了1234都能收到,同時4也是我波形里面的一部分(4123本身就是個完整的波,就是相位變了但是仍然可以解調(diào)),不會破壞正交性。接收端取出CP后就恢復(fù)了原來的數(shù)據(jù),這樣就可以解決時延的問題了。而加入多大的CP也是根據(jù)你環(huán)境所決定的。CP過大會占用過多資源,影響速率,過小容易造成干擾,也是個敏感的東西。
前面講了OFDM,MIMO,自適應(yīng)編碼,HARQ等等關(guān)鍵技術(shù),還剩一個小區(qū)間干擾消除,今天我有時間剛好就寫寫吧。
先講講為何會有小區(qū)間干擾,假如你在一個小區(qū)內(nèi),你和其它用戶都是通過OFDMA區(qū)分的,也就是正交的,是不會存在干擾的。可是如果你在2個小區(qū)之間呢?那就不一樣了,你在2個小區(qū)A和B之間,A和B是同頻的,同時有沒有一個統(tǒng)一的OFDMA,所以對這個用戶來說,你用A,B就是干擾,舉個例子,你在你們班的學(xué)號是1號,在你們班回答問題,1號是你就肯定沒錯,可是如果你們班和別的班混在一起上課,老師說,1號回答問題,那么這個1號就不一定代表你了。這就叫小區(qū)間的干擾。
那么怎么克服呢,下面講幾種方法。
1、加擾法
在CDMA中也有加擾,作用就是避免全0或者全1,增加解調(diào)可靠性,LTE也用,其作用也是一樣,增加小區(qū)邊緣信號的隨機性,在你原有信號的基礎(chǔ)上加上擾碼序列,我覺得應(yīng)該是UEid之類的東西,這樣出現(xiàn)相同號碼的幾率就會下降(其實是相關(guān)性下降,理解就行),舉例啊,你是1號,加擾后變成101,那么另外一個班的1號可能加擾后變成了201,那么同樣是1號,干擾的幾率就下降了。
2、跳頻法
這個很簡單,學(xué)過GSM的都知道,把頻率錯開,怎么也不可能有干擾了,繼續(xù)舉例子,如果2個班合并,1個班只要單號,另外一個班只要雙號,這樣每個號碼都不會有沖突了,這個目前LTE有子幀內(nèi)跳頻和子幀跳頻,這個就是跳頻的范圍不同而已。
3、發(fā)射端波束賦形
這個技術(shù)來源于TD-SCDMA,就是通過共振確定被干擾用戶的方向,在這個方向上功率調(diào)低,減少對其的干擾,聽著就比較玄乎不是,目前證明在td上使用是很失敗的,LTE也只是列為可選,還沒見那家公司用。
4、irc
又一個大縮寫,其實也不難,就是利用多根天線之間的加權(quán)來克服干擾,這個目前好像采用的也很少。我也不是很明白,我的理解類似一根天線為x,另外一根為y,通過2個天線權(quán)重的不同克服干擾,有明白的可以一起探討。
5、小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)
這個是最nb的了,我覺得也是最可用的,主要設(shè)計思想就是通過不同的頻率來分開邊界的用戶,這個和跳頻不同,跳頻的作用是通過頻率變化來增加隨機性,而小區(qū)間干擾則是隔離2個小區(qū)。主要實現(xiàn)方法是分頻率協(xié)調(diào)和功率協(xié)調(diào)。
頻率協(xié)調(diào)很簡單,就是將頻率分為三等分,小區(qū)中央的用戶用全部頻段,而邊緣的用戶用其中的三分之一。這樣邊緣的用戶相當(dāng)于頻分了,就不存在干擾了。舉個例子,紅藍(lán)黃三重顏色,小區(qū)中央的用戶三種顏色都用,保證速率,A小區(qū)邊緣的用紅色,B小區(qū)邊緣用藍(lán)色,C小區(qū)邊緣用黃色,這樣邊緣的用戶就不會混了,也就不存在干擾。
這里涉及一個重要的問題,如何區(qū)分邊界用戶?其實很簡單,UE會測量小區(qū)質(zhì)量,上報一個RSRP,小區(qū)就是根據(jù)RSRP來判斷是否在覆蓋邊緣,從而決定是給他全頻段還是部分頻段。
還有一種是功率協(xié)調(diào)。作用和上面一樣,但是實現(xiàn)方式不同,三個小區(qū)每個小區(qū)都有一個頻段功率較大,保證邊緣占用。舉例,A小區(qū)的黃色功率大,B小區(qū)的藍(lán)色功率大,C小區(qū)的紅色功率大,雖然我沒有區(qū)分邊緣用戶,但是從覆蓋的角度來看邊界也被區(qū)分為紅黃藍(lán)。
當(dāng)然也可以分為靜態(tài)和半靜態(tài)。上面說的都是靜態(tài),半靜態(tài)就更復(fù)雜些,可以決定哪些PRB分給誰來減少干擾。
本來想講講信令,可是考慮到大家很多都有實際經(jīng)驗而我連設(shè)備都沒接觸到就算了,這東西各種資料多得是。就說說qos吧,和cdma一樣,LTE的qos是基于承載的,也就是說是基于連接的,你的連接訂了,qos也就定了。舉個例子,你修了條高速,那么它的qos就是120km,你修了個國道,qos就是80,無論上面跑的什么車,下面的pdcp,rlc,mac和物理層更多的是維護(hù)這個鏈路的優(yōu)先級而不是包。目前qos最小的粒度也就是這個了,LTE分為9種qos,標(biāo)識為qci,希望大家明白,目前沒有一個qos的粒度到了包(packet)這個級別,那如果一個人又視頻又下載東西怎么辦,好說,建立2個承載。