第19讲-4G移动通信系统-2.ppt
《第19讲-4G移动通信系统-2.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第19讲-4G移动通信系统-2.ppt(72页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、数字移数字移数字移数字移数字移数字移动动动通信通信通信通信通信通信九九讲4G4G移移动通信系通信系统224G4G典型技典型技术及无及无线接口接口24G移动通信系统内容提要14G发展背景24G网络结构34G协议栈44G核心技术5LTE系统的无线接口64G增强技术第一次课第二次课2021/5/272上次课重点回顾q4G移动通信系统有何基本特征?q相比前几代移动通信系统,4G系统网络架构的主要有哪些变化?q从信号处理角度,MIMO技术可分为哪三类?q为何Alamouti 码为可实现空间分集?q为何LST 码为可实现空间复用?2021/5/273 本次课的要求与重难点要求与重点1.理解OFDM技术的基
2、本原理。2.了解4G增强技术的基本原理。3.理解4G三种信道之间的映射关系。重点:OFDM技术的基本原理难点:OFDM信号可用信号可用IDFT实现的原理的原理2021/5/274本次课需要解决的主要问题1.OFDM抗码间串扰的基本原理是什么?为何4G选用OFDM技术?2.OFDM系统的调制和解调为何可以分别由IDFT/DFT来代替?3.无线资源管理技术在4G移动通信系统有何作用?4.选用载波聚合、无线中继和协作多点传输等技术会给4G带来何好处?5.4G的三种信道是如何定义的?它们之间有何映射关系?2021/5/27564G移动通信系统14G14G发展背景展背景24G网络结构34G协议栈44G核
3、心技术5LTE系统的无线接口64G增强技术2021/5/2764G关键技术为了满足4G移动通信系统的高数据率、高终端移动性、高频谱利用率和功率效率等方面的要求,人们发展了众多的新理论与新技术。以MIMO为代表的多天线技术以OFDM为代表的多载波技术无线资源管理技术2021/5/277随着无线数据速率的不断提高,无线通信系统的性能不仅仅受到噪声的限制,更主要受制于无线信道时延扩展所带来的码间串扰。为了传输高速数据业务,必须采用措施消除码间串扰。经典的抗码间干扰方法是信道均衡,但在采用单载波均衡的情况下,往往要设计抽头系数很大的均衡器,这是现有技术难以支持的。同样,在现有技术条件下,采用CDMA技
4、术来传输高速数据业务也十分困难。OFDM技术2021/5/278研究表明,在传输5Mbit/s以上的高速数据业务时,采用OFDM技术既能抗码间串扰,又能支持高速的数据业务,且不需要复杂的信道均衡器。因此,4G选用了OFDM技术。OFDM的出发点是将高速的数据流分解为多路并行的低速数据流,在多个载波上同时进行传输。对于低速并行的子载波而言,由于符号周期展宽,多径效应造成的时延扩展相对变小,码间串扰几乎就可以忽略。OFDM技术2021/5/279正交频分复用正交频分复用OOrthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM),也被称为离散多音调制。,也被称
5、为离散多音调制。OFDM的发展简史的发展简史最早起源于最早起源于20世纪世纪50年代中期。年代中期。20世纪世纪60年代就已形成了使用并行数据传输和频分复用年代就已形成了使用并行数据传输和频分复用的概念,但因使用模拟滤波器复杂度较高,发展缓慢。的概念,但因使用模拟滤波器复杂度较高,发展缓慢。1971年年Weinstein和和Ebert在杂志上发表了用离散傅立叶在杂志上发表了用离散傅立叶变换实现多载波调制的方法,是一里程碑事件,该方法变换实现多载波调制的方法,是一里程碑事件,该方法为为OFDM的实用化奠定了理论基础。的实用化奠定了理论基础。20世纪世纪80年代,开始应用于高速调制解调器,如短波并
6、年代,开始应用于高速调制解调器,如短波并传调制解调器等。传调制解调器等。OFDM技术2021/5/2710OFDM的发展简史(续)的发展简史(续)20世纪世纪90年代,随着年代,随着DSP和和VLSI技术的发展,技术的发展,OFDM开始得到广泛应用,如数字音频广播、非对称数字用开始得到广泛应用,如数字音频广播、非对称数字用户环路(户环路(ADSL)、无线局域网等。)、无线局域网等。近期,人们用近期,人们用OFDM技术解决高速信息流在技术解决高速信息流在无线信道无线信道中的传输问题,如中的传输问题,如4G、WLAN、HDTV等。等。OFDM的基本思想的基本思想 将高速数据流分解为若干个独立的低速
7、子数据流,用将高速数据流分解为若干个独立的低速子数据流,用这样低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载这样低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波,就构成了多个低速率符号并行调制传输系统(即多载波,就构成了多个低速率符号并行调制传输系统(即多载波传输系统)。波传输系统)。OFDM技术2021/5/2711抗多径衰落的典型方法抗多径衰落的典型方法单载波单载波TDMA接入接入 使用均衡器,如使用均衡器,如GSM中中26比特长的训练序列比特长的训练序列 问题:高速数据流的符号宽度相对较窄,符号之间会问题:高速数据流的符号宽度相对较窄,符号之间会存在比较严重的符号间干扰(存在比较严重的符
8、号间干扰(ISI),导致需要很长的),导致需要很长的抽头系数,均衡器复杂!抽头系数,均衡器复杂!单载波单载波CDMA接入接入 使用扩频调制,如使用扩频调制,如IS-95 CDMA中的中的m序列序列 问题:在保证相同带宽的前提下,高速数据流所使用问题:在保证相同带宽的前提下,高速数据流所使用的扩频增益不能太高,导致抗多径衰落能力下降!的扩频增益不能太高,导致抗多径衰落能力下降!随着数字信号处理技术的飞速发随着数字信号处理技术的飞速发展,展,OFDM成为成为4G中有效抗多径衰中有效抗多径衰落的高速传输技术。落的高速传输技术。OFDM技术2021/5/2712OFDM技术的优点技术的优点把高速率数据
9、流通过串并转换,使得每个子载波上的数据把高速率数据流通过串并转换,使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加,从而有效地减少由于无线信道的符号持续长度相对增加,从而有效地减少由于无线信道的时间弥散所带来的符号干扰(时间弥散所带来的符号干扰(ISI),减少了接收机内均),减少了接收机内均衡的复杂度。衡的复杂度。OFDM技术2021/5/2713OFDM技术的优点技术的优点与常规的频分复用系统不同,与常规的频分复用系统不同,OFDM系统中的各个子载波系统中的各个子载波之间相互正交,频谱利用率高之间相互正交,频谱利用率高。当子载波个数很大时,系。当子载波个数很大时,系统的频谱利用率趋于统的频谱利用率
10、趋于2Baud/Hz。OFDM正交性示意图 OFDM技术2021/5/2714OFDM技术的优点技术的优点OFDM易于和其它多种接入方法结合使用,构成易于和其它多种接入方法结合使用,构成OFDMA系统,其中包括多载波码分多址系统,其中包括多载波码分多址MC-CDMA、跳频跳频OFDM以及以及OFDM-TDMA等等,使多个用户可以同等等,使多个用户可以同时利用时利用OFDM技术进行信息的传输。技术进行信息的传输。OFDM技术的缺点技术的缺点易受频率偏差的影响。易受频率偏差的影响。=由于子信道的频谱相互覆盖,无线信道所造成的收发信号由于子信道的频谱相互覆盖,无线信道所造成的收发信号间的频率偏差会破
11、坏这种正交性,导致子信道干扰间的频率偏差会破坏这种正交性,导致子信道干扰(ICI)。OFDM技术2021/5/2715OFDM技术的缺点技术的缺点存在较高的峰值平均功率比。存在较高的峰值平均功率比。由于多载波调制系统的输出是多个子信道信号的叠由于多载波调制系统的输出是多个子信道信号的叠加,因此如果多个信号的相位一致时,所得到的叠加,因此如果多个信号的相位一致时,所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远大于信号的平均功率,加信号的瞬时功率就会远远大于信号的平均功率,导致出现较大的峰值平均功率比(导致出现较大的峰值平均功率比(PAPR)。)。这就对发射机内功率放大器的线性提出了很高的要这就对发射机内功率
12、放大器的线性提出了很高的要求,如果放大器的动态范围不能满足信号的变化,求,如果放大器的动态范围不能满足信号的变化,则会导致信号畸变,使叠加信号的频谱发生变化,则会导致信号畸变,使叠加信号的频谱发生变化,使系统性能恶化。使系统性能恶化。OFDM技术2021/5/2716OFDM系统收发机的典型框图系统收发机的典型框图 OFDM技术2021/5/2717OFDM系统收发机的关键模块系统收发机的关键模块串并变换串并变换 在发射端将输入串行比特流转换成并行数据,随后产生在发射端将输入串行比特流转换成并行数据,随后产生OFDM符号,在接收端执行相反的操作,从各个子载波符号,在接收端执行相反的操作,从各个
13、子载波处来的数据被转换回原始的串行数据。处来的数据被转换回原始的串行数据。子载波调制子载波调制 一个符号之内包含一个符号之内包含多个经过相移键控多个经过相移键控(PSK)或者正交)或者正交幅度调制(幅度调制(QAM)的子载波。的子载波。OFDM技术2021/5/2718OFDM系统收发机的关键模块系统收发机的关键模块DFT实现实现傅立叶变换将时域与频域联系在一起。傅立叶变换将时域与频域联系在一起。DFT是有限长序列傅立叶变换的有限点离散采样。是有限长序列傅立叶变换的有限点离散采样。快速傅立叶变换(快速傅立叶变换(FFT)仅是)仅是DFT计算应用的一种快计算应用的一种快速数学方法。速数学方法。对
14、于子载波数对于子载波数N比较大的系统,比较大的系统,OFDM的复等效基带的复等效基带信号可以采用离散傅立叶逆变换信号可以采用离散傅立叶逆变换(IDFT)实现,这极大实现,这极大地促进了地促进了OFDM技术的迅速发展。技术的迅速发展。下面进行简单的推导:下面进行简单的推导:OFDM技术2021/5/2719OFDM系统收发机的关键模块系统收发机的关键模块DFT实现实现 设设OFDM信号发射周期为信号发射周期为0,T,T内并传的内并传的N个符号为个符号为 (d0d1 dN-1),第,第k个符号个符号dk调制第调制第k个子载波个子载波 ,则在,则在0,T内的任一时刻内的任一时刻t,OFDM信号可表示
15、为:信号可表示为:离散化后为离散化后为:在接收端,为了恢复出原始的数据信号,可以对在接收端,为了恢复出原始的数据信号,可以对s si做做DFT得:得:OFDM技术2021/5/2720OFDM系统收发机的关键模块系统收发机的关键模块DFT实现实现上述分析说明:上述分析说明:OFDM系统的调制和解调可以分别由系统的调制和解调可以分别由IDFT/DFT来代替:来代替:在发射端通过在发射端通过N点的点的IDFT运算,把频域数据符号运算,把频域数据符号dk变换为时域数据符号变换为时域数据符号si,经过射频载波调制之后,经过射频载波调制之后,发送到无线信道中发送到无线信道中在接收端通过在接收端通过N点的
16、点的DFT运算,把接收到的时域数运算,把接收到的时域数据符号据符号xi变换为频域数据符号变换为频域数据符号dk。在在OFDM系统的实际运用中,可以采用更加快捷的系统的实际运用中,可以采用更加快捷的IFFT/FFT,可以显著降低运算的复杂度。,可以显著降低运算的复杂度。OFDM技术2021/5/2721SC-FDMA多址方式的实现多址方式的实现4G上行采用上行采用SC-FDMA多址接入,其实现是基于多址接入,其实现是基于DFT-S-OFDM调制方案,与调制方案,与OFDM相比,具有较低相比,具有较低的的PAPR。OFDM技术DFT-S-OFDM调制原理图2021/5/2722SC-FDMA多址方
17、式的实现多址方式的实现DFT-S-OFDM的调制过程是以长度为的调制过程是以长度为M的数据符号块为的数据符号块为单位完成的,具体如下:单位完成的,具体如下:1)通过)通过DFT离散傅里叶变换,获取该时域离散序列的频离散傅里叶变换,获取该时域离散序列的频域序列。域序列。2)DFT的输出信号送入的输出信号送入N点离散傅里叶反变换点离散傅里叶反变换IDFT中,中,其中其中 ,IDFT多出的那一部分长度用多出的那一部分长度用0补齐。补齐。3)在)在IDFT之后,为避免符号干扰,同样为该组数据添加之后,为避免符号干扰,同样为该组数据添加循环前缀。循环前缀。OFDM技术2021/5/2723利用利用DFT
18、-S-OFDM以上的特点可以方便地实现以上的特点可以方便地实现SC-FDMA多址接入方式。多用户复用频率资源时,只需要改变不同多址接入方式。多用户复用频率资源时,只需要改变不同用户用户DFT的输出到的输出到IDFT输入的对应关系,就可以实现多址输入的对应关系,就可以实现多址接入,同时子载波之间保持正交性,避免了多址干扰。接入,同时子载波之间保持正交性,避免了多址干扰。OFDM技术基于DFT-S-OFDM的SC-FDMA信号生成方案示意图2021/5/2724数字音频广播(数字音频广播(DAB)是第一个正式使用是第一个正式使用OFDM的标准,的标准,1995由由ETSI制定。制定。系统存在的主要
19、问题:系统存在的主要问题:1、信号的时延大,例如,当信号的时延大,例如,当两个发射机相距两个发射机相距40km时,时延达到时,时延达到133 s;2、频、频谱谱利用率要求高。利用率要求高。采用采用采用采用OFDMOFDM方案方案方案方案!有四种模式,每种模式利用不同组的有四种模式,每种模式利用不同组的OFDM参数,其参数,其中模式中模式13适用于特定的频段,而模式适用于特定的频段,而模式4可以提供更好可以提供更好的覆盖范围,但是它更容易受到多普勒频移的影响。的覆盖范围,但是它更容易受到多普勒频移的影响。模式模式1适用于地面单频网络;模式适用于地面单频网络;模式2适用于常规的地面适用于常规的地面
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 19 移动 通信 系统
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【1587****927】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【1587****927】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。