“發(fā)現(xiàn)了一本對于理解LTE很有幫助的書 Understanding LTE with MATLAB  ,作者Houman Zarrinkoub�？上�書是英文版，為了圖省錢，便準(zhǔn)備邊學(xué)邊翻譯邊分享，書中的專業(yè)性詞匯給出了英文原文，圖和表的排版都是參考原文，翻譯不準(zhǔn)確的地方請讀者多多包涵”

第二章 LTE物理層概述

本書關(guān)注LTE(Long Term Evolution) 物理層無線接入技術(shù)(Radio Access Technology)。我們的關(guān)注點(diǎn)聚焦在LTE物理層無限接口相關(guān)的技術(shù)概念的理解，對于這個主題的關(guān)注，將更好的解釋LTE和LTE-A技術(shù)實(shí)現(xiàn)的顯著的速率(datarates)。

LTE指定數(shù)據(jù)通信協(xié)議，包括上行（終端到基站）和下行通信（基站到終端），3GPP(Third Generation Partnership Project)術(shù)語里，基站指的是eNodeB (enhanced Node Base Station)，移動終端指的是UE(UserEquipment)。

本章內(nèi)容包括物理層數(shù)據(jù)通信原理和LTE通信標(biāo)準(zhǔn)的傳輸協(xié)議。首先我們概述頻帶，F(xiàn)DD和TDD技術(shù)，可變帶寬配置，時間幀，LTE時-頻資源圖。接著我們將詳細(xì)的學(xué)習(xí)上下行處理站(processing stacks)，其中包括多載波傳輸方案，多天線協(xié)議，自適應(yīng)調(diào)節(jié)，編碼協(xié)議和依賴信道的鏈路適應(yīng)(channel-dependent link adaptations)。

在每一個實(shí)例中，我們首先討論連接不同通信棧層的信道，接著詳細(xì)的討論在上行和下行的物理層PHY的信號處理。這里所討論的細(xì)節(jié)部分足夠讓我們通過MATLAB工程來建立下行PHY層數(shù)據(jù)處理模型。在隨后的4個章節(jié)里，我們將通過簡單的MATLAB算法推導(dǎo)出一個系統(tǒng)模型。

2.1 空口

LTE空口技術(shù)是基于下行的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)多址接入技術(shù)(multiple-access technology)和下行的SC-FDM(Single-Carrier Frequency Division Multiplexing)技術(shù)。OFDM技術(shù)與其他的多址接入技術(shù)相比有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，在諸多的優(yōu)點(diǎn)中最為重要的是高效的頻率利用率，可變的通信帶寬，對于多徑衰落導(dǎo)致的碼間干擾有抵抗性，支持MIMO(Multiple Input Multiple Output)方案，同時支持頻域技術(shù)（如頻域選擇技術(shù)）[1]。

時-頻表示的OFDM可以保證靈活的分配頻率和時間幀，在LTE中，靈活的頻譜不僅提供大量的頻帶資源，同時提供了可以擴(kuò)展的帶寬。LTE同時提供最小的10ms短幀為了縮小時延。通過指定的短幀尺寸，LTE能夠提供更好的移動端的信道估計(jì)，allowing timely feedbacks necessary for link adaptations to be provided to the base station.

2.2 頻帶

LTE標(biāo)準(zhǔn)制定頻譜資源為不同的頻帶。LTE標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)之一是與之前的移動通信系統(tǒng)無縫連接。例如，3GPP已經(jīng)定義好的頻帶同樣適用于LTE的部署，除了那些通用的頻帶，一些新的頻帶首次在LTE標(biāo)準(zhǔn)中被引進(jìn)。不同國家間對于這些頻帶的規(guī)定不同，因此這些頻帶部署比起管理而言要容易的多。

按照慣例，3GPP標(biāo)準(zhǔn)的LTE同事支持FDD和TDD兩種模式，所以頻帶被分別指定為成對的和非成對的。FDD頻帶是成對的，這樣保證了在不同的頻帶上平行傳輸：一個上行一個下行。為了提高接收器的性能，這種成對的頻帶同樣被指定。TDD頻帶是非成對的，因?yàn)樯闲泻拖滦袀鬏斂梢怨蚕硗�一個信道和載頻，上下行傳輸是時分多路的（time-multiplexed）。

3GPP發(fā)布的R11標(biāo)準(zhǔn)顯示了頻帶列表[2]，這個列表包括FDD的25個頻帶和TDD的11個頻帶。如表2.1所示，F(xiàn)DD雙工的成對頻帶編號為1到25，表2.2顯示了TDD頻譜編號是33到43。6號頻帶不用于LTE，15和16號頻帶應(yīng)用于ITU Region 1.

2.3 單博和多播傳輸服務(wù)

 在移動通信中，最常見的通信模型是單點(diǎn)傳輸(unicast transmission)，即設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)對象為單個用戶。除了單點(diǎn)傳輸服務(wù)之外，LTE支持多媒體廣播多播業(yè)務(wù)MBMS(Multimedia Broadcast/Multicast Services)的傳輸模型。MBMS傳送高速率的多媒體服務(wù)，比如TV和無線廣播，音頻和視頻流[1]。

MBMS具有自己的專用的傳輸和控制信道，基于多網(wǎng)格傳輸模型搭建的一個多播組播單頻網(wǎng)絡(luò)MBSFN(Multimedia Broadcast Single Frequency Network)。多媒體信號通過相鄰的多個小區(qū)傳輸，這些小區(qū)屬于同一給定的MBSFN服務(wù)區(qū)。當(dāng)單播多播信道的傳輸內(nèi)容通過不同小區(qū)傳送，同一個子載波在UE上相干組合，導(dǎo)致信噪比SNR(signal-to-noise ratio)顯著提高，并且顯著提高了多媒體傳輸最大允許數(shù)據(jù)速率。單播傳輸或者多播/廣播傳輸模型，都會影響系統(tǒng)操作。當(dāng)我們描述LTE各個部件的知識的時候，我們將突出強(qiáng)調(diào)不同參數(shù)在單播和多播模型中如何操作的，這些參數(shù)包括不同信道，傳輸方式，物理信號和參數(shù)。本書的重點(diǎn)將放在單播服務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸上。

2.4 頻帶分配

IMT-Advanced標(biāo)準(zhǔn)要求LTE的頻譜靈活配置，這導(dǎo)致帶寬在頻域中是可伸縮的，范圍從1.4MHz到20MHz。LTE中的頻譜形成由12個子載波組成的級聯(lián)的資源塊。由于子載波以15kH單位分開，資源塊總帶寬為180kHz。這使得在單載波上，傳輸帶寬配置的資源塊從6個到110個，這就解釋了LTE標(biāo)準(zhǔn)的多載波傳輸允許信道帶寬從1.4MHz到20MHz變化，步長是180kHz，實(shí)現(xiàn)了頻譜的靈活性。表2.3說明了信道帶寬和資源塊數(shù)量之間的關(guān)系。對于3-20MHz的帶寬，傳輸帶寬中的資源塊的總體占有信道帶寬的90%左右。

在1.4kHz的情況下，百分百下降到77%左右。這有助于減少帶寬之外不必要的發(fā)射，如圖2.1所示。下一節(jié)將會給出資源網(wǎng)格，資源塊，時-頻譜的定義。

2.5 時域結(jié)構(gòu)

LTE的時域結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，理解數(shù)據(jù)的時頻表示，如何映射到已知的資源網(wǎng)格，何將資源網(wǎng)格最終轉(zhuǎn)換為用于傳輸?shù)腛FDM符號，對于這些概念的清晰的理解，有助于理解LTE傳輸原理。時域上，LTE將傳輸組織為長度為10ms的無線幀序列，然后將每個幀細(xì)分為10個長度為1ms的子幀，每個子幀由兩個長度為0.5ms的時隙組成。最后，每個時隙由多個OFDM符號組成，同時含有6個或者7個普通循環(huán)前綴或者擴(kuò)展循環(huán)前綴。接下來，我們將重點(diǎn)討論OFDM傳輸?shù)臅r間-頻率表示。

參考文獻(xiàn)

[1] Ghosh, A. and Ratasuk, R. (2011) Essentials of LTE and LTE-A, Cambridge University Press, Cambridge. 

[2] Dahlman, E., Parkvall, S. and Sköld, J. (2011) 4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband, Elsevier. 

[3] 3GPP (2011) Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), , Physical Channels and Modulation Version 10.0.0. TS 36.211, January 2011. 

[4] C. Lim, T. Yoo, B. Clerckx, B. Lee, B. Shim, Recent trend of multiuser MIMO in LTE-advanced, IEEE Magazine, 51, 3, 127–136, 2013. [5] 3GPP (2011) Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), Multiplexing and Channel Coding. TS 36.212.

未完待續(xù)

2018年10月25日