LTE背景知识学习总结

——读《4G移动通信技术权威指南》1~6章

LaTex的公式我懒得改了TAT

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第1章 LTE背景

大致就是讲LTE和LTE-Advanced发展的过程，各种标准化组织和机构都做了什么，还有发展背后的原因和驱动力。
这章看的是英文版，还有点迷糊，留个豆瓣试读的连接有空再看看
http://book.douban.com/subject/10602568//

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第2章 移动通信中的高数据速率

1. 整章都围绕着信道容量的公式&图
   $$C=BW\cdot \log_2\left[1+\frac SN\right]$$
   化简后可以得到所需最小信噪比和带宽利用率之间的关系式~画成图就是这样的：

   
   
   

   接收端所需的最小信噪比和带宽利用率之间的关系
   
   

   信噪比换成信干比也是同样的~

2. 高阶调制可以获得更高的数据速率
3. 引出多载波传输

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第3章 OFDM传输

1. 3GPP LTE采用OFDM作为下行链路传输方案
2. OFDM可能包含数百个子载波
3. 子载波相互正交~所以频谱重叠着也无妨

4. 调制和解调的表达式分别与IFFT和FFT相同，故可以用IFFT/FFT实现

   
   
   

   IFFT实现OFDM调制
   
   
   

   FFT实现OFDM解调
5. 插入循环前缀可以降低OFDM信号对于无线信道的时间色散（频率选择性衰落）的敏感性。
   循环前缀长-->能够克服更宽的时间色散 ，but，功率会损失。所以不能过长，要折中~~
6. 信道编码使OFDM传输在频率选择性信道条件下得益于频率分集。
7. 有很多方法降低OFDM信号的功率峰值
8. OFDM也可用作多址接入方案————OFDMA
9. 多小区广播/多播传输：较小的小区&足够长的循环前缀-->能够覆盖主要的时间色散，可以用OFDM达到较高的数据速率

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第4章 宽带“单载波”传输

1. LTE选DFTS-OFDM为上行链路传输方案
2. 均衡对抗无线信道频率选择性衰落

• 时域均衡：
  更宽带宽-->更大频率选择性-->需要跨度更大的时域均衡-->高复杂度
• 频域均衡：
  N点DFT/FFT转换到频域分别×N个频域滤波器抽头-->N点IDFT/IFFT再变回去
• 其他均衡器策略

3. DFT扩展OFDM：通过改变DFT大小M可以实现灵活带宽分配。

• 集中式：DFT的M个输出可以映射到OFDM的连续输入

  
  
  

  DFTS-OFDM信号产生

• 分布式：DFT的M个输出可以映射到OFDM的等间距输入，中间插0

  
  
  

  分布式DFTS-OFDM

4. DFT扩展OFDM接收：

   
   
   

   DFTS-OFDM信号接收
5. DFTS-OFDM提供了具备灵活带宽分配的上行链路FDMA。（不同的终端可以等带宽分配，也可以不等带宽分配）

6. DFTS-OFDM降低了瞬时发射功率的变化。
   峰均比的分布如下图，实线：QPSK，虚线16QAM。

   
   
   

   PAR分布

还不太理解的句子：
OFDM情况下PAR的分布几乎独立于调制方案，原因在于所发射的OFDM信号是大量独立调制子载波之和，无论不同子载波使用了哪种调制方案，瞬时功率都近似服从指数分布。

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第5章 多天线技术

本章全面概述各种多天线技术，至于多天线技术如何应用于LTE系统之中，见第10 & 11章。

1. 多天线有不同的利用方式

• 空间分集（较大的天线间距）or极化分集（不同的天线极化方向）
  不同天线上所经历的无线信道带有低互相关性
• 波束赋形
  例如可以使接收机/发射机方向增益最大化，抑制特定的主要干扰信号。
  高或低的信道衰落相关性
• 空分复用
  如同在无线接口上并行的多条通信“通道”

2. 多接收天线(接收分集)

最大比合并MRC
干扰抑制合并IRC
最小均方误差MMSE合并

3. 发射天线分集

• 延迟分集：
  一个天线发送延时的，一个天线发送没延时的

• 循环延迟分集CDD：
  在不同天线间进行块操作并用循环偏置代替线性时延
  

  

  循环延迟分集

• 通过空时编码STBC实现的分集STTD：
  例如3G WCDMA中，调制符号直接发送到第一根天线，其符号反转和复共轭形式经过符号顺序倒置发送到第二根天线。
  

  

  STTD

还不太理解的句子：
STTD的缺点（SFTD也类似）：
在如QPSK或16/64QAM的复值调制情况下，不带任何信号间干扰（正交空时码）的编码效率为1（rate one）的空时编码只存在于两根天线的场景。
如果是多于两根天线的场景，为避免符号间干扰，必须采用编码效率低于1的空时编码，相当于降低带宽利用率。

• 通过空频编码SFBC实现的分集SFTD：
  适用于OFDM及其他“频域”传输方案
  
  

  SFTD

还不太理解的句子：
SFBC与CDD比较：
SFBC的优势：提供了调制信号级别的分集
而CDD：在OFDM的情况下必须依赖结合了频域交织的信道编码才能提供分集。

4. 发射端波束赋形

• 高互相关性 ——经典的波束赋形
  不同天线阵元上的待发射信号加以不同的相位偏置
• 低互相关性
  不同天线阵元上的待发射信号与不同的复数权值相乘

5. 空分复用

• 原理

接收机信噪比的增加正比于$N_T \cdot N_R$(发射天线数*接收天线数)，信噪比增加可以带来可实现数据速率的增长。
but，一旦达到了有限带宽的操作范围，除非带宽也增加，否则可实现数据速率开始达到饱和。

solution：在接收端和发射端都应用多天线技术时，可产生最多$N_L=\min \lbrace N_T,N_R \rbrace$个并行“信道”。
单信道的信道容量：
$$\frac C{BW}=\log_2\left[1+\frac{N_R}{N_L}\cdot \frac SN\right]$$
$N_L$个信道的总信道容量：
$$\frac C{BW}=N_L \cdot \log_2\left[1+\frac{N_R}{N_L}\cdot \frac SN\right]$$
so，特定条件下信道容量基本上可与天线数保持线性的增长关系，避免饱和。
p.s. 信道恶劣时，信道容量是信噪比的线性函数--->通过波束赋形提高信噪比（而非通过空分复用）

• 基于预编码的空分复用——空分复用和波束赋形结合
  通过预编码实现空分复用信号的正交化(V和W都是规范正交列向量)，$\lambda_{i,i}$是矩阵$H^H\cdot H$的第i个特征值。
  

  

  空分复用预编码

• 非线性接收机处理

1. 最优but复杂：最大似然ML检测

2. 另一种解调方法：串行干扰消除

   
   
   

   串行干扰消除
   
   

   第一个被解码信号相对后面的信号需要忍受更高的干扰等级。so，不同信号间应存在鲁棒性差异。可以通过应用不同调制编码方式来获得上述条件。

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第6章 调度、链路自适应、HARQ技术

1. 链路自适应：功率和速率控制

此处输入图片的描述

• 速率控制：
  功放总满功率发射，更有效。通过调节调制方式and/or信道编码效率来实现。信道质量好时用高阶调制和高码率，反之亦然。也称自适应调制和编码
• 功率控制：
  发射功率反比于信道质量，数据速率恒定，对于如电路交换语音类业务，你值得拥有~
  在如CDMA的非正交多址情况下，还能控制对其他用户的干扰量级。

2. 信道相关调度

• 三种不同的调度器：

三种调度

1. 最大载干比调度：“饿死”信道质量差的用户
2. 轮询RR：给所有通信链路提供相同的服务质量，其实不公平
3. 折中-->比例公平PF调度

• 频域内的链路自适应和信道相关调度
  如果调度器有频域接入，如采用OFDM传输机制，调度和链路自适应也适用于频域。
  信道质量在频域变化明显而时域变化缓慢时，频域进行信道相关调度可以提高系统容量。

• 信道状态的获取
  下行：导频或参考信号从基站以恒定功率发射，给移动终端进行下行链路信道条件的估计
  上行：没有下行那么直接，见11章==

• 业务行为与调度
  业务特性带来的公平性很大程度上取决于实际业务的具体情况。
  

  

  业务行为与调度

• 调度算法不会再标准中同意规定

3. HARQ

what is HARQ： FEC（前向纠错）和ARQ（自动重传请求）联合一种合并机制
缺陷 被丢弃的出错包中也包含了信息
弥补 带有软合并的HARQ：出错包保留着作为一个分集副本，分为跟踪合并和增量冗余两种方案

跟踪合并

增量冗余

对于某些编码结构并非所有冗余版本是同等重要。如Turbo码的系统比特比校验比特更重要，所有采用两类不同的否定应答，LOST和NAK，正好画个图玩玩~

发送端->接收端:所有系统bit & 校验bit
接收端-->发送端: LOST：请求重传系统bit
发送端->接收端:重传系统bit
接收端-->发送端: NAK：请求重传额外的校验bit
发送端->接收端:重传额外的校验bit
接收端-->发送端: ……
发送端->接收端:……