問題1:時間單元與符號長度
我們經常看到時間單元這一名詞:Ts=1/(15000*2048),那么這個值是怎么得來的呢?其中的15000和2048個有什么特定含義嗎?
首先確定子載波間隔為15kHz=15000Hz,所以OFDM符號長度是1/15000秒,再確定FFT點數為2048,所以采樣間隔=時間/點數=1/15000/2048=1/(15000*2048),直接從采樣時間間隔來說明,也可以這樣理解,從符號時間長度來推算:OFDM符號周期,即一個OFDM符號持續時間Tsymbol=1/15000s=66.7us,也可以這個計算:7個OFDM符號的持續時間=0.5ms(1個slot)-160*Ts-6*144*Ts,所以,1個OFDM符號的持續時間Tsymbol=0.5ms(1個slot)-160*Ts-6*144*Ts=66.7us
還有可以從另一個角度理解Ts的計算:Ts表示采樣周期,即采樣一次所用時間或采樣時間間隔,1個subframe為1ms,1個slot包含7個OFDM符號,一個采樣點為160的CP,6個采樣點為144的CP。其中一個OFDM符號采樣點為2048(20M帶寬)那么:Ts=0.5ms/(2048*7+160+144*6)=1/30720(ms)
問題2:碼字、數據流、層
碼字:每個獨立的編碼調制器所對應的數據塊稱為一個碼字。一個碼字數據塊可以包含多個並行的傳輸數據流。出於降低復雜度的考慮,LTE中只定義了兩個碼字???。
數據流:LTE R8 R9中規定下行傳輸中最多能夠支持4個數據流的空間並行傳輸,實際能夠支持的並行數據流數量要取決於下行信道條件。eNodeB會根據UE上報的秩(RI,Rank Indicator)並結合CQI以及UE的業務需求等因數選擇並行傳輸的數據流數量。
層:預編碼模塊的輸入稱為層,每個層代表一個在空間域或波束域獨立傳輸的數據流。
注意:碼字與層並不一定總是一一對應,碼字的數量總是小於等於層的數量。
問題3:物理信道一般的處理流程
1.對物理信道上傳輸的每個碼字中的編碼比特進行加擾。
2.對加擾后的比特進行調制,產生復值調制符號。
3.將復值調制符號映射到一個或幾個傳輸層。
4.對所有傳輸層的復值調制符號進行預編碼。
5.把每個天線端口的復值調制符號映射到資源單元。
6.為每個天線端口產生復值的時域OFDM符號。
問題4:層映射
LTE中每個獨立的編碼與調制器的輸出對應於一個碼字,根據信道和業務狀況,下行傳輸最多可以支持兩個碼字。碼字數和層數不是一一對應的,碼字數總是不大於層數的。最多只能控制兩個碼字的速率,但傳輸層數可以是1、2、3、4,因此就定義了從碼字到層的映射。
層映射分為:
1. 單天線的層映射。層數v=1.
2. 空間復用的層映射。層數v<= 天線端口數P。一個碼字映射到2層僅用於天線端口為4的情況。
3. 發射分集的層映射。僅傳輸一個碼字,層數v=P。
問題5:預編碼
原因:LTE采用MIMO技術增加系統容量,從而提升吞吐率,但此時容量增加帶來的后果是增加了干擾,而干擾主要是由信道矩陣中信道的相關性造成的,為了消除信道相關性造成影響,需要在接收端對信道矩陣H進行評估,並做線性均衡,最大化MIMO信道矩陣H的容量。
此處存在兩個問題,一個是,為了獲取更高的MIMO容量,接收機側需要對MIMO的發射矩陣H中的每個信道都進行均衡處理,消除信道間的影響,這樣增加接收機的實現復雜度。
另一個是,若通過增加天線空間來消除信道間的影響,但天線近處的雜散環境使實現難度增加。於是提出了通過技術改進解決,這個方法就是預編碼(Precoding)。
因此,預編碼的目的是降低接收機消除信道間影響實現的復雜度,同時減少系統開銷,最大程度的提升MIMO的系統容量。
預編碼的實現方式:
為了識別MIMO矩陣H中有用的通道,需要把多個通道(如2*2MIMO: H11\H12\H21\H22)轉化成類似於SISO的一對一模式,實現發送信號S1對應接收信號R1,S2對應接收信號R2,也就是將多個MIMO交叉通道轉換成多個平行的一對一信道。這個過程通過信道矩陣SVD(奇異值分解)實現。如r=H*s+n,變換為r=UΣ(V*)T*s+n,經過接收端的處理=Σ(V*)T*s+UHn,從結果可以發現發射端不再需要知道MIMO信道矩陣H,而知道V(共軛轉置矩陣,又叫酉矩陣)即可,此處的V即碼本(Codebook),3GPP定義了一系列V矩陣,eNodeB和ue側均可獲得,應用時根據PMI選擇一個可以使信道矩陣H容量最大的V。到這里,預編碼就很好理解了,實際上就是在發射端對發射信號S乘以V,與后面SVD過程匹配,這樣在接收端需要處理的復雜性與開銷大大減少了。
預編碼在5種情況下的作用:
1.單端口,僅僅是簡單的一對一映射。
2.發射分集,實現SFBC(2CRS的情況)或FSTD/SFBC(4CRS的情況)發射分集。
3.開環空間復用,實現了層之間的數據混合、CDD傳輸以及盲預編碼功能。
4.閉環空間復用與MU-MIMO,實現了基於碼本的預編碼。
5.基於專用導頻的傳輸,完成層到專用導頻端口的一對一映射,而實際的波束賦形通過天線端口到物理天線的映射模塊實現。