LTE無線通信系統若干關鍵技術

徐跟齊

【摘要】 隨著科技的進步和時代的發展，人們對通信的服務質量和業務種類的要求也越來越高。雖然第三代移動通信系統（簡稱3G）能夠提供更好質量、更大容量的通信服務，但是它自身存在著不同時段、通信速率的不同業務環境之間的無縫漫游等業務方面的局限性。通過科研人員多年的研究發現，長期演進（簡稱LTE）系統有著比3G更為強大的功能，本文將著重對LTE無線通信系統的幾大關鍵技術進行闡述。

【關鍵詞】 LTE 無線通信系統 多址技術

通過各方面的綜合比較，LTE系統在多址技術和其他一些技術領域方面比UMTS系統都有革命性的改進，比方說自適應技術、多天線技術等。除此之外還引入了一些革新性的技術用于系統的整體優化，比方說小區干擾抑制技術等。本文將會就其中幾大關鍵技術進行分析和研究，它們分別是MIMO技術、OFDM技術、小區干擾抑制技術、AMC和HARQ。

一、MIMO技術

多輸入多輸出（MIMO）技術是在接收端和發射端分別使用了多個接收天線和發射天線，然后利用收發空間信道的傳播特性來減少誤比特率、提高數據速率，最終達到改善無線信號傳送質量的目的。由于各發射天線在同一時間發送的信號所占用的是同一個頻帶，因此能夠讓頻譜利用率和系統的容量得到成倍的提高。

MIMO技術主要包括兩個—空間復用技術和發送分集技術。其中空間復用技術指的是在不同的發送天線上發送各種各樣的信息，充分利用空間信道的弱相關性，從而讓數據傳輸的峰值速率提高；發送分集指的是在不同的發送天線上發送包含相同信息的信號。它同樣也是利用空間信道的弱相關性，然后結合頻率或者時間上的選擇性，讓信號傳輸的穩定可靠性提高。如果說MIMO系統中NR根接收天線，有Nr根發送天線。那么接收端接收到的信號為：r=Hx+n。在這個公式中X表示Nr×1的發送信號矢量；r表示NGX1的接收信號矢量。

二、OFDM技術

正交頻分復用（簡稱OFDM）技術是將頻帶劃分為多個子信道的數據并行傳輸，將高速數據流分成多個低速的、并行的數據流，然后調制到每個信道的子載波上來傳輸。正因為它將無線信道（非平坦衰落的）轉化成子信道（多個正交平坦衰落的），從而達到消除信道波形間造成干擾，這樣可以有效對抗多徑衰落。

OFDM系統用于區分不同子載波的是正交方法，值得注意的是，子載波間的頻譜是能夠相互重疊的，因此可以在多個OFDM符號之間插入保護間隔，但是保護間隔一定不得小于無線信道的最大時延擴展，事實證明，通過這種方式可以大大地消除多徑所帶來的符號間干擾，加上通常為保護間隔都采用循環前綴作，這樣就可以避免由于多徑造成的信道間干擾。對于多址技術，LTE系統中上行采用單載波FDMA，下行則是采用OFDMA，具體如圖1和圖2所示。

在OFDM調制過程中由于子載波之間的相對獨立性以及正交性，每一個子載波都可以以一個特定的發射功率和調制方式為用戶傳輸特定數據，我們只需要通過為每個用戶分配這些子載波組中的一組或幾組，就可以得到OFDMA（新的多址方式）。而SC-FDMA其實是相對OFDMA而言所提出的一種多址方案，它具有可以降低上行發射信號的峰均比的特點。通過這種技術可以讓基站在每個傳輸時間間隔內給每個用戶分配一個獨立的頻段來對各種數據進行發送。這樣，就可以將不同用戶的數據在頻率和時間上實現完全分開，避免了小區內同頻干擾，保證了同一時刻小區內不同用戶所使用上行載波的正交性。而SC-FDMA的頻域實現方法—離散傅立葉變換擴展OFDM，多用戶子載波的映射可以在頻域上完成，它將將不同的子載波給不同的用戶集合分配，這樣可以便于在多用之間靈活地實現系統傳輸帶寬共享，加上信號在頻域的正交性緣故，從而可以避免系統中的用戶間產生多址干擾。

三、小區干擾抑制技術

對于那些小區邊緣的用戶，往往會因為相鄰小區的用戶（占用同樣載波資源）對其干擾比較大，加上本身位置離基站距離較遠，導致雖然整個小區的吞吐量非常高，但小區邊緣用戶吞吐量較低、服務質量仍然較差的情況。小區間干擾帶來小區中心用戶與邊緣用戶的數據速率差異很大，造成邊緣用戶的通信質量較差，這會對服務的一致性帶來很大影響。就目前而言，小區邊緣用戶性能已經成為衡量無線通信系統質量的主要指標之一，所以我們一定要想方設法利用好抑制小區間干擾技術。一般地說，LTE系統中的小區干擾抑制技術主要有干擾隨機化技術、干擾協調技術和干擾刪除技術三種。

其中干擾隨機化技術指的是將干擾信號隨機化，雖然這種隨機化無法讓干擾的能量降低，但能使干擾的特性與高斯白噪接近，從而抑制小區間干擾；干擾協調技術就是對資源管理（發射功率或者頻率資源）進行一定的限制設置，以協調多個小區的動作，避免小區間干擾現象的產生；干擾刪除技術就是對干擾信號進行解調甚至解碼，然后利用接收的增益處理消除干擾信號分量（從接收信號中）。

四、AMC和HARQ

眾所周知，OFDM系統與單載波相比具有更多的自由度，它能夠根據信道響應，對編碼效率、調制模式靈活選擇，同時進行HARQ處理，從而能夠使鏈路頻譜效率得到顯著提高。而自適應調制編碼（簡稱AMC）是鏈路自適應技術中其中的一種，它可以在移動通信系統中作為基本的鏈路自適應技術粗略的選擇數據速率與調制編碼方式。它本質上是在保持誤比特率（也叫做BER）恒定的基礎上，通過發射功率的調整選擇調制模式；或者通過調制階數的選擇，用來適應信噪比的動態變化。

值得注意的是，AMC需要控制三大關鍵參數：調制階數、發射功率和信道編碼速率。為了克服多徑衰落與無線移動信道時變對信號傳輸造成影響，可以采用基于自動重傳技術（ARQ）和前向糾錯編碼（FEC）等差錯控制方法使系統的BER降低以確保服務質量。有一點需要強調的是，雖然FEC方案產生的時延較小，但存在的編碼冗余卻會造成系統吞吐量降低；ARQ在誤碼率不大時可以得到理想的吞吐量，但會產生較大的時延，不適合提供實時服務。

鑒于此，為了克服兩者的缺點，將這兩種方法結合就產生了HARQ。

五、總結語

綜上所述，本文主要向大家介紹了LTE無線通信系統中的四大關鍵技術：MIMO技術、OFDM技術、小區干擾抑制技術、AMC和HARQ。為了實現3G到4G的轉變，相關的研究人員應當對這四大技術的特點有非常清楚的了解，然后在實踐過程中進行有效應用，從而進一步提高LTE系統的性能。

參 考 文 獻

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