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通信基本原理与关键技术.pptx

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    • 1、通信基本原理与关键技术5G系统关键技术一览1.FDD 5G链路关键技术AMCHARQMIMOMIMO多天线技术多天线技术OFDM OFDM 多址接入技术多址接入技术物物理理层层MMAAC C层层关关键键技技术术OFDM 调制64QAM快速分组调度更高的峰值速率:20MHz带宽内u下行峰值速率最小可达到100Mbpsu上行峰值速率最小可达到50Mbps更高的频谱利用率:u频谱利用率达到5bps/Hz更灵活的频谱配置:u可变的信道带宽小区干扰消除5G关键技术演进R83nOFDM(正交频分复用)的本质就是一个频分系统,而频分是无线通信最朴素的实现方式,可以多采用几个频率并行发送,实现宽带传输u传统FDM系统中,载波之间需要很大的保护带,频谱效率很低uOFDM系统允许载波之间紧密相临,甚至部分重合,可以实现很高的频谱效率OFDM是什么如何实现载波间的正交?50年前提出,为什么直到近20年才逐渐实用?依赖FFT(快速傅立叶变换)依赖数字信号处理(DSP)芯片的发展n5G中的OFDM原理是将高速的数据流分解为N个并行的低速数据流,在N个子载波上同时进行传输。这些在N子载波上同时传输的数据符号,构成

      2、一个OFDM符号。Bandwidth5G中的OFDM原理5n保护间隔(Guard Interval)u无线电信号从发射天线抵达接收天线,一般都会经过多个路径,多径会导致信号的衰落和相移。因此,在5G无线信号传输时,前一个符号的多径分量信号可能会与后一个符号的主径信号叠加从而造成干扰。u为了最大限度地消除符号间干扰,在OFDM符号之间插入保护间隔,保护间隔长度大于无线信道的最大时延扩展,这样一个符号的多径分量不会对下一个符号造成干扰。6决定OFDM成败的CPn循环前缀(cyclic prefix)u多径会导致信号的衰落和相移,相移将造成子载波间的正交性破坏,从而带来子载波间的干扰。u为了解决多径传播造成子载波间的正交性破坏,将每个OFDM符号的后 时间中的样点复制到OFDM符号的前面,形成循环前缀(cyclic prefix)。7决定OFDM成败的CP符号间、载波间干扰示意8OFDM优缺点nOFDM系统的优点:u各子信道上的正交调制和解调可以采用IDFT和DFT实现,运算量小,实现简单uOFDM系统可以通过使用不同数量的子信道,实现上下行链路的非对称传输u所有的子信道不会同时处于频率选择

      3、性深衰落,可以通过动态子信道分配充分利用信噪比高的子信道,提升系统性能nOFDM系统的缺点:u对频率偏差敏感:传输过程中出现的频率偏移,如多普勒频移,或者发射机载波频率与接收机本地振荡器之间的频率偏差,会造成子载波之间正交性破坏u存在较高的峰均比(PARA):OFDM调制的输出是多个子信道的叠加,如果多个信号相位一致,叠加信号的瞬间功率会远远大于信号的平均功率,导致较大的峰均比,这对发射机PA的线性提出了更高的要求9n下行多址方式:下行多址方式:OFDMA(正交(正交频分多址:分多址:Orthogonal Frequency Division Multiple Access)n上行多址方式:上行多址方式:SC-FDMA(单载波波FDMA:Single Carrier FDMA)、或、或者称者称为DFT-S-OFDM(离散傅立叶(离散傅立叶变换扩展展OFDM:Discrete Fourier Transform Spread OFDM)5G引用的OFDM多址方式10n 子载波间隔u 15kHz,用于单播(unicast)和多播(MBSFN)传输u 7.5kHz,仅仅可以应用于独立载波的M

      4、BSFN传输 n 子载波数目n 循环前缀长度u一个时隙中不同OFDM符号的循环前缀长度不同 信道带宽(信道带宽(MHz)1.435101520子载波数目子载波数目721803006009001200OFDMA主要参数11n 子载波间隔u 15kHzn 子载波数目n 循环前缀长度u一个时隙中不同DFTS-OFDM符号的循环前缀长度不同 信道带宽(信道带宽(MHz)1.435101520子载波数目子载波数目721803006009001200DFTS-OFDM关键参数12OFDMA与SC-FDMA的对比13n上行多天线技术u 上行传输天线选择(TSTD)u MU-MIMOn 下行多天线技术u 传输分集:SFBC,SFBC+FSTD,闭环Rank1预编码u 空间复用:开环空间复用,闭环空间复用以及MU-MIMOu 波束赋形n多天线技术分类u SISOu SIMOu MISOu MIMOMIMO多天线技术14n 5G 定义了8种MIMO传输模式多天线技术5GMIMO模式151单天线端口,端口单天线端口,端口 0 2发射分集发射分集 3开环空分复用开环空分复用457闭环空分复用闭环空分复用多用户

      5、多用户 MIMO单天线端口,端口单天线端口,端口 5 6闭环闭环 Rank=1 预编码预编码 提高用户峰值速率提高小区吞吐量增强小区覆盖兼容单发射天线提高传输可靠性,改善信噪比8双流双流BeamForming提高用户峰值速率STBCSFBC5G系统中在2天线端口发送情况下的传输分集技术确定为SFBC多天线技术传输分集165G系统上行天线选择技术可以看作是TSTD的一个特例多天线技术传输分集175G系统并没有直接采用FSTD技术,而且与其他传输分集技术结合起来使用 SFBC+FSTD 5G系统中在4天线端口发送情况下的传输分集技术采用SFBC与FSTD结合的方式 多天线技术传输分集18n 空间复用技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流,在指定的带宽内由多个发射天线上同时刻发射,经过无线信道后,由多个接收天线接收,并根据各个并行数据流的空间特性(Spatial Signature),利用解调技术,最终恢复出原数据流。n5G空间复用采用多码字,最大的码字数目为2单码字多天线技术空间复用 多码字n5G下行目前同时支持SU-MIMO和MU-MIMOu下行MU-MIMO:将多个数据流传

      6、输个不同的用户终端,多个用户终端以及eNB构成下行MU-MIMO系统u下行MU-MIMO可以在接收端通过消除/零陷的方法,分离传输给不同用户的数据流u下行MU-MIMO还可以通过在发送端采用波束赋形的方法,提前分离不同用户的数据流,从而简化接收端的操作SU-MIMOMU-MIMO多天线技术下行空间复用20n 5G上行仅仅支持MU-MIMO这一种MIMO模式u 上行MU-MIMO:不同用户使用相同的时频资源进行上行发送(单天线发送),从接收端来看,这些数据流可以看作来自一个用户终端的不同天线,从而构成了一个虚拟的MIMO系统,即上行MU-MIMOSU-MIMOMU-MIMO多天线技术 上行空间复用21多天线技术MIMO对比22SU-MIMO:空分复用空分复用两个数据流在一个两个数据流在一个TTI中中传送送给UESU-MIMO:发射分集射分集只只传给UE一个数据流一个数据流MU-MIMO 结合合SDM.给每个每个UE传送两个数据流送两个数据流.MU-MIMO 结合合发射分集射分集.给每个每个UE传送一个数据流送一个数据流.上行支持上行支持 MU-MIMO目前支持的配置是目前支持的配置是1x

      7、2 或或1x4将来支持将来支持2x2 或或4x4n波束赋形技术的实现方式是,利用较小间距的天线阵元之间的相关性(天线间距小于/2),将一个单一的数据流通过加权后经由天线阵元发射,各天线阵元发射波之间形成干涉,集中能量于某个(或某些)特定方向上,形成波束,从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果。n 波束赋形技术可以充分的利用TDD系统的信道对称性,要求使用小间距的天线阵列,且天线单元数目要足够多多天线技术波束赋形23各种MIMO技术应用场景分析n链路自适路自适应技技术可以通可以通过两种方法两种方法实现:功率控制和速率控制。:功率控制和速率控制。n一般意一般意义上的上的链路自适路自适应都指速率控制,都指速率控制,5G中即中即为自适自适应编码调应编码调制制技技术(Adaptive Modulation and Coding),),应用用AMC技技术可以使得可以使得eNode B能能够根据根据UE反反馈的信道状况及的信道状况及时地地调整不同的整不同的调制方式(制方式(QPSK、16QAM、64QAM)和)和编码速率。从而使得数据速率。从而使得数据传输能及能及时地跟上信道的地跟上信道的变化状况。化状况

      8、。这是一种是一种较好的好的链路自适路自适应技技术。n对于于长时延的分延的分组数据,数据,AMC可以在提高系可以在提高系统容量的同容量的同时不增加不增加对邻区的干区的干扰。AMC(链路自适应技术)25n 通过动态调整发射功率,维持接收端一定的信噪比,从而保证链路的传输质量n 当信道条件较差时需要增加发射功率,当信道条件较好时需要降低发射功率,从而保证了恒定的传输速率 功率控制可以很好的避免小区内用户间的干扰功率控制可以很好的避免小区内用户间的干扰 AMC功率控制26n 保证发送功率恒定的情况下,通过调整无线链路传输的调制方式与编码速率,确保链路的传输质量 n 当信道条件较差时选择较小的调制方式与编码速率,当信道条件较好是选择较大的调制方式,从而最大化了传输速率 速率控制可以充分利用所有的功率速率控制可以充分利用所有的功率AMC速率控制27n 5G 上行方向的链路自适应技术基于基站测量的上行信道质量,直接确定具体的调制与编码方式 n5G下行方向的链路自适应技术基于UE反馈的CQI,从预定义的CQI表格中具体的调制与编码方式(如右表)CQI indexmodulationcoding rat

      9、e x 1024efficiency0out of range1QPSK780.15232QPSK1200.23443QPSK1930.37704QPSK3080.60165QPSK4490.87706QPSK6021.1758716QAM3781.4766816QAM4901.9141916QAM6162.40631064QAM4662.73051164QAM5673.32231264QAM6663.90231364QAM7724.52341464QAM8735.11521564QAM9485.5547AMC5G上下行方向链路自适应28nHybrid Automatic Repeat reQuest(HARQ)是一种前向)是一种前向纠错FEC和重和重传ARQ相相结合的技合的技术。HARQ与与AMC配合使用,配合使用,为5G的的HARQ进程提供精程提供精细的的弹性速率性速率调整。整。n5G中的中的HARQ技技术采用增量冗余(采用增量冗余(Incremental Redundantcy,IR)HARQ,即通即通过第一次第一次传输发送信息送信息bit和一部分冗余和一部分冗余bit,而通,而

      10、通过重重传(Retransmission)发送送额外的冗余外的冗余bit,如果第一次,如果第一次传输没有成功解没有成功解码,则可以通可以通过重重传更多冗余更多冗余bit降低信道降低信道编码率,从而率,从而实现更高的解更高的解码成功率。成功率。如果加上重如果加上重传的冗余的冗余bit仍然无法正常解仍然无法正常解码,则进行再次重行再次重传。随着重。随着重传次数次数的增加,冗余的增加,冗余bit不断不断积累,信道累,信道编码率不断降低,从而可以率不断降低,从而可以获得更好的解得更好的解码效果。效果。nHARQ针对每个每个传输块(TB)进行重行重传。29HARQ(混合自动重传请求)ARQ(重传反馈)就是在发送端发送能够检错的码,在接收端根据译码结果是否出错并通过反馈信道向发送端发送一个ACK或NACK;FEC(前向纠错)就是在发送端发送能够纠错的码,接收端根据纠错码的译码规则进行译码,纠正一定程度上的误码;HARQ(混合自动重传请求)就是将ARQ和FEC结合起来,在编码时增加一定的冗余度,发送能够有效纠错的码;HARQ(混合自动重传请求)30n ACK/NACK定时:对于子帧n中的数据传输,其

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