徐跟齊

【摘要】 隨著科技的進步和時代的發(fā)展，人們對通信的服務質(zhì)量和業(yè)務種類的要求也越來越高。雖然第三代移動通信系統(tǒng)（簡稱3G）能夠提供更好質(zhì)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(yè)務環(huán)境之間的無縫漫游等業(yè)務方面的局限性。通過科研人員多年的研究發(fā)現(xiàn)，長期演進（簡稱LTE）系統(tǒng)有著比3G更為強大的功能，本文將著重對LTE無線通信系統(tǒng)的幾大關鍵技術進行闡述。

【關鍵詞】 LTE 無線通信系統(tǒng) 多址技術

通過各方面的綜合比較，LTE系統(tǒng)在多址技術和其他一些技術領域方面比UMTS系統(tǒng)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(tǒng)的整體優(yōu)化，比方說小區(qū)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(qū)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(fā)射端分別使用了多個接收天線和發(fā)射天線，然后利用收發(fā)空間信道的傳播特性來減少誤比特率、提高數(shù)據(jù)速率，最終達到改善無線信號傳送質(zhì)量的目的。由于各發(fā)射天線在同一時間發(fā)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(tǒng)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(fā)送分集技術。其中空間復用技術指的是在不同的發(fā)送天線上發(fā)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(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾侍岣?；發(fā)送分集指的是在不同的發(fā)送天線上發(fā)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?shù)姆€(wěn)定可靠性提高。如果說MIMO系統(tǒng)中NR根接收天線，有Nr根發(fā)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(fā)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(shù)據(jù)并行傳輸，將高速數(shù)據(jù)流分成多個低速的、并行的數(shù)據(jù)流，然后調(diào)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(tǒng)用于區(qū)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(huán)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(tǒng)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(diào)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(fā)射功率和調(diào)制方式為用戶傳輸特定數(shù)據(jù)，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(fā)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(nèi)給每個用戶分配一個獨立的頻段來對各種數(shù)據(jù)進行發(fā)送。這樣，就可以將不同用戶的數(shù)據(jù)在頻率和時間上實現(xiàn)完全分開，避免了小區(qū)內(nèi)同頻干擾，保證了同一時刻小區(qū)內(nèi)不同用戶所使用上行載波的正交性。而SC-FDMA的頻域?qū)崿F(xiàn)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(xiàn)系統(tǒng)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(tǒng)中的用戶間產(chǎn)生多址干擾。

三、小區(qū)干擾抑制技術

對于那些小區(qū)邊緣的用戶，往往會因為相鄰小區(qū)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(qū)的吞吐量非常高，但小區(qū)邊緣用戶吞吐量較低、服務質(zhì)量仍然較差的情況。小區(qū)間干擾帶來小區(qū)中心用戶與邊緣用戶的數(shù)據(jù)速率差異很大，造成邊緣用戶的通信質(zhì)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(qū)邊緣用戶性能已經(jīng)成為衡量無線通信系統(tǒng)質(zhì)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(qū)間干擾技術。一般地說，LTE系統(tǒng)中的小區(qū)干擾抑制技術主要有干擾隨機化技術、干擾協(xié)調(diào)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(qū)間干擾；干擾協(xié)調(diào)技術就是對資源管理（發(fā)射功率或者頻率資源）進行一定的限制設置，以協(xié)調(diào)多個小區(qū)的動作，避免小區(qū)間干擾現(xiàn)象的產(chǎn)生；干擾刪除技術就是對干擾信號進行解調(diào)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(tǒng)與單載波相比具有更多的自由度，它能夠根據(jù)信道響應，對編碼效率、調(diào)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(diào)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(tǒng)中作為基本的鏈路自適應技術粗略的選擇數(shù)據(jù)速率與調(diào)制編碼方式。它本質(zhì)上是在保持誤比特率（也叫做BER）恒定的基礎上，通過發(fā)射功率的調(diào)整選擇調(diào)制模式；或者通過調(diào)制階數(shù)的選擇，用來適應信噪比的動態(tài)變化。

值得注意的是，AMC需要控制三大關鍵參數(shù)：調(diào)制階數(shù)、發(fā)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(tǒng)的BER降低以確保服務質(zhì)量。有一點需要強調(diào)的是，雖然FEC方案產(chǎn)生的時延較小，但存在的編碼冗余卻會造成系統(tǒng)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(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)中的四大關鍵技術：MIMO技術、OFDM技術、小區(qū)干擾抑制技術、AMC和HARQ。為了實現(xiàn)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(tǒng)的性能。

參 考 文 獻

[1]陳倩倩.基于實時UML對實時系統(tǒng)LTE無線通信系統(tǒng)信令子系統(tǒng)（RRC系統(tǒng)）建模[D].華東師范大學：軟件工程，2011.

[2]李俏.LTE無線通信系統(tǒng)中的無線資源調(diào)度技術研究[J].南京郵電大學：通信與信息系統(tǒng)，2010.

[3]劉燕.LTE下行鏈路中關鍵技術及其相關算法研究[J].西安科技大學：通信與信息系統(tǒng)，2012.

[4]尹?？?TD-LTE無線通信系統(tǒng)在鐵路上的應用[J].鐵路通信信號工程技術.2013，（03）.

[5]李莎莎.高速鐵路LTE系統(tǒng)可靠傳輸鏈路研究[J].西南交通大學：通信與信息系統(tǒng)，2013.