LTE无线通信系统若干关键技术

徐跟齐

【摘要】 随着科技的进步和时代的发展，人们对通信的服务质量和业务种类的要求也越来越高。虽然第三代移动通信系统（简称3G）能够提供更好质量、更大容量的通信服务，但是它自身存在着不同时段、通信速率的不同业务环境之间的无缝漫游等业务方面的局限性。通过科研人员多年的研究发现，长期演进（简称LTE）系统有着比3G更为强大的功能，本文将着重对LTE无线通信系统的几大关键技术进行阐述。

【关键词】 LTE 无线通信系统 多址技术

通过各方面的综合比较，LTE系统在多址技术和其他一些技术领域方面比UMTS系统都有革命性的改进，比方说自适应技术、多天线技术等。除此之外还引入了一些革新性的技术用于系统的整体优化，比方说小区干扰抑制技术等。本文将会就其中几大关键技术进行分析和研究，它们分别是MIMO技术、OFDM技术、小区干扰抑制技术、AMC和HARQ。

一、MIMO技术

多输入多输出（MIMO）技术是在接收端和发射端分别使用了多个接收天线和发射天线，然后利用收发空间信道的传播特性来减少误比特率、提高数据速率，最终达到改善无线信号传送质量的目的。由于各发射天线在同一时间发送的信号所占用的是同一个频带，因此能够让频谱利用率和系统的容量得到成倍的提高。

MIMO技术主要包括两个—空间复用技术和发送分集技术。其中空间复用技术指的是在不同的发送天线上发送各种各样的信息，充分利用空间信道的弱相关性，从而让数据传输的峰值速率提高；发送分集指的是在不同的发送天线上发送包含相同信息的信号。它同样也是利用空间信道的弱相关性，然后结合频率或者时间上的选择性，让信号传输的稳定可靠性提高。如果说MIMO系统中NR根接收天线，有Nr根发送天线。那么接收端接收到的信号为：r=Hx+n。在这个公式中X表示Nr×1的发送信号矢量；r表示NGX1的接收信号矢量。

二、OFDM技术

正交频分复用（简称OFDM）技术是将频带划分为多个子信道的数据并行传输，将高速数据流分成多个低速的、并行的数据流，然后调制到每个信道的子载波上来传输。正因为它将无线信道（非平坦衰落的）转化成子信道（多个正交平坦衰落的），从而达到消除信道波形间造成干扰，这样可以有效对抗多径衰落。

OFDM系统用于区分不同子载波的是正交方法，值得注意的是，子载波间的频谱是能够相互重叠的，因此可以在多个OFDM符号之间插入保护间隔，但是保护间隔一定不得小于无线信道的最大时延扩展，事实证明，通过这种方式可以大大地消除多径所带来的符号间干扰，加上通常为保护间隔都采用循环前缀作，这样就可以避免由于多径造成的信道间干扰。对于多址技术，LTE系统中上行采用单载波FDMA，下行则是采用OFDMA，具体如图1和图2所示。

在OFDM调制过程中由于子载波之间的相对独立性以及正交性，每一个子载波都可以以一个特定的发射功率和调制方式为用户传输特定数据，我们只需要通过为每个用户分配这些子载波组中的一组或几组，就可以得到OFDMA（新的多址方式）。而SC-FDMA其实是相对OFDMA而言所提出的一种多址方案，它具有可以降低上行发射信号的峰均比的特点。通过这种技术可以让基站在每个传输时间间隔内给每个用户分配一个独立的频段来对各种数据进行发送。这样，就可以将不同用户的数据在频率和时间上实现完全分开，避免了小区内同频干扰，保证了同一时刻小区内不同用户所使用上行载波的正交性。而SC-FDMA的频域实现方法—离散傅立叶变换扩展OFDM，多用户子载波的映射可以在频域上完成，它将将不同的子载波给不同的用户集合分配，这样可以便于在多用之间灵活地实现系统传输带宽共享，加上信号在频域的正交性缘故，从而可以避免系统中的用户间产生多址干扰。

三、小区干扰抑制技术

对于那些小区边缘的用户，往往会因为相邻小区的用户（占用同样载波资源）对其干扰比较大，加上本身位置离基站距离较远，导致虽然整个小区的吞吐量非常高，但小区边缘用户吞吐量较低、服务质量仍然较差的情况。小区间干扰带来小区中心用户与边缘用户的数据速率差异很大，造成边缘用户的通信质量较差，这会对服务的一致性带来很大影响。就目前而言，小区边缘用户性能已经成为衡量无线通信系统质量的主要指标之一，所以我们一定要想方设法利用好抑制小区间干扰技术。一般地说，LTE系统中的小区干扰抑制技术主要有干扰随机化技术、干扰协调技术和干扰删除技术三种。

其中干扰随机化技术指的是将干扰信号随机化，虽然这种随机化无法让干扰的能量降低，但能使干扰的特性与高斯白噪接近，从而抑制小区间干扰；干扰协调技术就是对资源管理（发射功率或者频率资源）进行一定的限制设置，以协调多个小区的动作，避免小区间干扰现象的产生；干扰删除技术就是对干扰信号进行解调甚至解码，然后利用接收的增益处理消除干扰信号分量（从接收信号中）。

四、AMC和HARQ

众所周知，OFDM系统与单载波相比具有更多的自由度，它能够根据信道响应，对编码效率、调制模式灵活选择，同时进行HARQ处理，从而能够使链路频谱效率得到显著提高。而自适应调制编码（简称AMC）是链路自适应技术中其中的一种，它可以在移动通信系统中作为基本的链路自适应技术粗略的选择数据速率与调制编码方式。它本质上是在保持误比特率（也叫做BER）恒定的基础上，通过发射功率的调整选择调制模式；或者通过调制阶数的选择，用来适应信噪比的动态变化。

值得注意的是，AMC需要控制三大关键参数：调制阶数、发射功率和信道编码速率。为了克服多径衰落与无线移动信道时变对信号传输造成影响，可以采用基于自动重传技术（ARQ）和前向纠错编码（FEC）等差错控制方法使系统的BER降低以确保服务质量。有一点需要强调的是，虽然FEC方案产生的时延较小，但存在的编码冗余却会造成系统吞吐量降低；ARQ在误码率不大时可以得到理想的吞吐量，但会产生较大的时延，不适合提供实时服务。

鉴于此，为了克服两者的缺点，将这两种方法结合就产生了HARQ。

五、总结语

综上所述，本文主要向大家介绍了LTE无线通信系统中的四大关键技术：MIMO技术、OFDM技术、小区干扰抑制技术、AMC和HARQ。为了实现3G到4G的转变，相关的研究人员应当对这四大技术的特点有非常清楚的了解，然后在实践过程中进行有效应用，从而进一步提高LTE系统的性能。

参 考 文 献

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