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LTE续力UMTS无线接入方式再优化0

2019/04/25 来源:重庆信息港

导读

为了保证UMTS在随后的十年和更长时间内保持延续的竞争力,3GPP目前正在研究UMTS的长时间演进方案(LTE),目标是一个高数据速率,低延

为了保证UMTS在随后的十年和更长时间内保持延续的竞争力,3GPP目前正在研究UMTS的长时间演进方案(LTE),目标是一个高数据速率,低延迟和分组优化的无线接入技术。

在LTE研究项目中,3GPP首先集中在定义需求,例如数据速率、能力、频谱效率、延迟、带宽和移动性等目标要求。同时也斟酌一些商业方面的需求,例如安装和保护络的本钱。

LTE下行传输机制

在EUTRA下行链路,使用了基于传统OFDM技术的传输机制。在OFDM系统中,可用的带宽被分为多个相互正交的子载波。每个子载波上都调制了一个低速率的数据流。由于它具有很好的抗多径衰落性和高效率的接收机结构等优点,OFDM已经在WLAN、WiMAX和DVB等技术中使用。OFDM信号可以使用IFFT数字信号处理方法来产生。IFFT把在频率域的N个复杂的数据符号转换成时间域的信号。

和OFDM相比,OFDMA允许在可用的带宽内接入多个用户。每一个用户分配特定的数据频率资源。E-UTRA中的数据信道是同享信道,也就是说,在1ms的传输时间内需要推敲每一个用户分配了哪些时间频率资源,这是基站需要推敲的调度算法问题。

上行传输体制

OFDMA合适完成LTE下行的要求,却不适合上行的情况。这主要是由于OFDMA信号的峰均比(PAPR)特性比较差,从而导致上行覆盖范围的恶化。因此,LTE的上行传输方案是基于带有循环前缀的SC-FDMA(单载波的频分多址)。SC-FDMA信号具有比OFDMA信号要好的PAPR特性。这是选择SC-FDMA作为LTE上行信号接入方式的一个主要原因。PAPR特性对UE功放的简化设计很重要。另外SC-FDMA的信号处理和OFDMA信号的处理有很多类似之处,在E-UTRA中选择了DFT-s-OFDM方法。对DFT-s-OFDM,DFT的输入是大小为M的调制符号,上行的调制方式可以为QPSK、16QAM和64QAM。DFT把调制符号转变到频率域,结果映射到可用的子载波上。然后像在OFDM中那样,做一个N点的IFFT转换(NM)转换到时域。进行添加循环前缀和并串转换的操作。

LTEMIMO

为了提高吞吐量和频谱利用率,在发射机和接收机侧使用多天线的多输入和多输出系统(MIMO)成为LTE的的重要部份。

对LTE的下行,2×2天线的配置是MIMO基本的配置,也就是在基站端有两个发射天线,在终端侧有两个接收天线。同时也在斟酌四个天线的配置情况。下行空间复用允许把同一个下行资源块同时发射到不同的发射天线。这些数据流可以属于同一个用户(这叫做单用户MIMO/SU-MIMO),或属于不同的用户(这叫做多用户MIMO/MU-MIMO)。SU-MIMO可以增加单个用户的数据速率,MU-MIMO可以增加系统的容量。

考虑到终端复杂性的问题,LTE的上行MIMO体制和下行MIMO是不一样的。对上行可以使用MU-MIMO。多个用户的终端可以同时发射同一数据块。这也可以认为是空间域的多址接入。这种方法在UE端只需要一个发射天线,这是一个很大的优点。同享同一数据块的多个终端需要使用正交的导频信号。为了使用两个或多个发射天线的优点,但是依然保持UE的低成本,可以使用天线子集选择方法。开始的时候,UE可以使用两个发射天线,但是只有一套发射链路和放大器。使用一个开关来选择可以提供给eNodeB信道的天线。

协议结构

SAE是3GPP的一个研究项目,研究的是整个系统结构的演进方案。它的目标是把3GPP系统演进到支持多种无线接入技术的、高数据速率、低延迟和分组数据优化的系统。这些工作的焦点是在分组域,并且假定分组域支持语音业务。目前对这个系统的清晰需求主要是支持多种接入络,保持移动性和服务的连续性等。

E-UTRAN包括多个eNodeBs,提供了E-UTRA到终端UE用户平面(PDCP/RLC/MAC/PHY)和控制平面(RRC)的协议功能。多个eNodeB通过X2接口互相连接起来。eNodeB也通过S1接口连接到演进的分组核心EPC,再更进一步来讲就是到移动性管理实体MME和SAE关。NAS协议终止于MME。在E-UTRAN中,基站的功能相对WCDMARelease99版本得到了显著的加强。基站具有了无线承载控制、接入控制、移动性控制、上下行调度和丈量配置等功能。

LTE测试

目前,RS公司的SMU200A,SMJ100A,SMATE200A信号源加上SMx-K55选项可以用来产生LTE信号。另外一种选择是,使用在PC机上运行的模拟软件WinIQSIM2产生数字调制信号的波形文件,然后再装载到上述的信号源中,也可以产生需要的数字调制射频信号。在这种情况下,需要软件选项SMx-K255。产生LTE基带信号的方案是,选用IQ基带信号源AFQ,加上软件选项AFQ-K255和WinIQSIM2软件。如果是AMU200A基带信号源和选件AMU-K55或AMU-K255和WinIQSIM2软件,可以产生具有信道衰落功能的LTE基带信号。

LTE信号分析显示了OFDMA时间调度表,举例说明了用户如何配置LTE下行信号的资源块。

可以使用信号分析仪RSFSQ来分析LTE信号的射频特性,此时分别需要软件选项FSQ-K100和FSQ-K101来分析LTE信号的下行和上行信号。这两个选项提供了下面的测量运用:调制质量,矢量误差幅度EVM,星座图,频谱丈量,CCDF的丈量和频率误差等。LTE层1和协议测试的下半部份显示了LTE下行信号各个载波的EVM丈量,上半部份显示了10ms内的捕获帧。EVM的分析对LTE有特别的意义,由于LTE信号的调制方式可到64QAM,为了防止吞吐量的下落,必须对发射机端的EVM提出很严格的要求。

LTE层1具有很多重要的功能,这包括小区搜索、HARQ协议、调度安排、链路自适应、上行时间控制和功率控制等。而且这些进程有着很严格的定时要求。因此需要对层1进行完全测试来保证LTE的性能。

LTE协议栈的测试用来验证一些信令功能,例如呼唤建立和释放,呼唤重配置,状态处理和移动性等。和2G、3G系统的互操作性测试是对LTE的另外一个需求。为了保证终端的协议栈和运用可以处理高数据率的数据,需要测试验证终端吞吐量的要求。在LTE实现的早期,研发部门需要包含各个参数配置的多种测试场景来进行LTE的协议栈的测试。

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