1.5 关键技术

LTE关键技术核心是正交频分复用技术（OFDM）和多天线技术（MIMO）。通过新技术应用，从而保障LTE能提供高速率数据业务及更高的频谱利用效率。

1.OFDM技术

LTE采用的正交频分复用（OFDM）技术是一种多载波传输调制技术。OFDM技术的原理是将高速数据流通过串并转换，分配到传输速率相对较低的若干个相互正交的子信道中进行传输。由于每个子信道中的符号周期会相对增加，因此可以减轻由无线信道的多径时延扩展带来的影响，并且可以在OFDM符号之间插入保护间隔，使保护间隔大于无线信道的最大时延扩展，从而最大限度消除由于多径带来的符号间干扰（ISI），而且采用循环前缀作为保护间隔，从而可以避免多径带来的子载波间干扰（ICI）。

图1-15所示为LTE下行物理信道的基带信号处理流程。

LTE下行物理信道的基带信号处理流程，主要节点功能描述如下。

加扰：通过一个伪随机序列对输入的码流进行加扰，将数据间的干扰随机化。每个小区使用的扰码序列和PCI相关，因此同频相邻小区PCI不能相同，避免小区间的干扰。

调制：对加扰后的比特进行调制，产生复值符号（QPSK,16QAM,64QAM）。

层映射：将复值符号按照一定规则重新排列，映射到一个或者多个传输层，不同的层可以传输相同或不同的比特信息（层数一定小于或等于天线口的数目）。

预编码：对将要在各个天线端口上发送的每个传输层上的复值符号进行预编码，目的将层数据按照一定规则映射到不同的天线端口。

RE映射：把预编码后的复值符号映射到虚拟资源块上没有其他用途的资源单元。

OFDM符号产生：为每一个天线端口生成复值时域OFDM信号。

图1-16为LTE下行多址接入方式OFDMA的示意图。发端信号先进行信道编码与交织，然后进行QAM调制，将调制后的频域信号进行串/并变换，以及子载波映射，并对所有子载波上的符号进行逆傅里叶变换（IFFT）后生成时域信号，然后在每个OFDM符号前插入一个循环前缀（Cyclic Prefix, CP），即将OFDM符号尾部的一段复制到OFDM符号之前，CP长度必须大于主要多径分量的时延扩展，保证接收端信号的正确解调，以及在多径衰落环境下保持子载波之间的正交性。

LTE规定了下行采用正交频分多址OFDMA技术，优点主要表现为：

（1）频谱利用率高。由于子载波间频谱相互重叠，充分利用了频带，从而提高了频谱利用率。

（2）抗多径干扰与频率选择性衰落能力强，适合于多天线技术。由于OFDM系统把数据分散到多个子载波上，大大降低了各个子载波的符号速率，使每个码元占用带宽远小于信道的相干带宽，每个信道呈平坦衰落，从而减弱了多径传播影响，对接收端均衡器要求较低。

（3）OFDM可以采用IFFT和FFT来实现调制和解调，易于DSP实现。

OFDM技术不足主要表现为峰均比（PAPR）高、对频率偏移敏感、存在小区间干扰等问题。DFT-S-OFDM是基于OFDM的一项改进技术，之所以选择DFT-S-OFDM，即SC-FDMA作为上行多址方式，是因为与OFDM相比，DFT-S-OFDM具有单载波的特性，因而其发送信号峰均比较低，降低系统对终端的功耗要求。LTE上行多址方式如图1-17所示。

2.MIMO技术

MIMO技术，即多入多出技术。利用多副天线同时发送和接收信号，任意一副发射天线和任意一副接收天线间形成一个单入单出（SISO）信道。按照发送端和接收端不同的天线配置，多天线系统可分为单入多出（SIMO）、多入单出（MISO）和多入多出（MIMO）三类，如图1-18所示。在LTE网络中通过MIMO技术将信号在空域与时域处理相结合，在空域上利用多径传播环境中的散射所产生的不同子信号流的非相关性而在接收端对不同的信号流进行分离。

MIMO技术根据天线部署形态和实际应用情况可采用发射分集、空间复用、接收分集和波束赋形四种实现方案。例如，对于大间距非相关天线阵列可采用空间复用方案同时传输多个数据流。对于小间距相关天线阵列，可采用波束赋形技术，减小用户间干扰，提高边缘覆盖。

LTE定义了8种下行MIMO传输模式，如表1-18所示，采用哪种传输模式由高层通过RRC信令消息通知UE。

传输模式是针对单个终端而言。同小区不同终端可以有不同传输模式，eNodeB自行决定某一时刻对某一终端采用什么类型传输模式，并通过RRC信令通知终端。模式3到模式8中均含有发射分集，当信道质量快速恶化时，eNodeB可以快速切换到模式内发射分集模式，提高终端接收增益。

3．混合自动重传技术

混合自动重传技术基于前向纠错（FEC）和自动重传请求（ARQ）等差错控制方法，目的是降低系统的误比特率以保证服务质量。实现方式是通过接收端接收数据块，如果接收到的数据BLER较高，那么接收端暂时保存错误的数据块，并要求发送端重发，当收到重发数据后，与暂存的数据块混合后再联合解码。图1-19所示为混合自动重传（HARQ）示意图。

LTE下行链路采用异步自适应HARQ，下行传输（或重传）对应的上行ACK/NACK消息通过PUCCH或PUSCH发送，PDCCH指示HARQ进程数目以及是初传还是重传，其中重传总是通过PDCCH进行调度。

LTE上行链路采用同步HARQ，针对每个UE（而不是每个无线承载）配置重传最大次数，上行传输（或重传）对应的下行ACK/NACK通过PHICH发送。

上行链路的HARQ遵循原则：当UE正确收到发给自己的PDCCH时，无论HARQ反馈的内容是什么（ACK或NACK）, UE只按PDCCH的命令去做，即执行传输或重传（即自适应重传）操作。当UE没有检测到发给自己的PDCCH时，由HARQ反馈来指示UE如何执行重传操作。

4．自适应调制编码技术

自适应调制编码技术AMC根据信道状态确定最佳的调制方式和信道编码组合。实现方式是通过接收端对导频或是参考信号等进行测量，判断信道质量，并将信道质量映射为特定的信道质量指示（CQI），然后将CQI上报到发射端。发射端根据接收端反馈的CQI决定相应的调制方式、编码方式、传输块大小等进行数据传输。自适应编码技术原理如图1-20所示。

在小区边缘信道环境较差时使用较多的信道编码冗余，空口调制采用低阶调制，提高空口抗干扰能力和接收端的纠错能力。反之在信道好的环境下，采用较少的编码冗余，空口采用高阶调制，提高传输效率。CQI和调制、编码方式对应关系如表1-19所示，上行/下行共享信道的MCS指示、调制和TBS对应关系分别如表1-20、表1-21所示，详见3GPP 36.213[17]。

5．小区间干扰控制

小区间干扰协调ICIC是小区干扰控制的一种方式，本质上是一种调度策略，主要目的是提高小区边缘的频率复用因子，改善小区边缘的性能。即eNodeB将物理资源块PRB分配给一个小区边缘用户时（通过UE参考信号接收功率来判断是否处于小区边缘），预测到该用户可能干扰相邻小区，也容易受相邻小区UE干扰，通过高干扰指示（HII）消息将该敏感PRB通过X2接口通报给相邻小区。相邻小区eNodeB接收到HII后，避免将自己小区的边缘UE调度到该PRB上。当eNodeB检测到某个PRB已经受到上行干扰时，通过X2接口向邻小区发出过载指示（OI），指示该PRB已经受到干扰，邻小区就可以通过上行功控抑制干扰。如图1-21所示。

小区间功率控制由相邻小区间通过X2接口告知UE所在服务小区该UE对本小区干扰情况，然后由服务小区控制UE的上行发射功率，从而降低对相邻小区干扰。

软频率复用（SFR）技术也是LTE系统控制小区间干扰的一种有效方法，基本原理是将频率划分为主频和辅频，允许小区中心的用户使用所有频率资源，并使用较小的发射功率，相邻小区在边缘使用不同的频率（即主频）且分配较大发射功率，以改善小区边缘用户的SINR，如图1-22所示。

6．下行PDSCH功率分配

PDSCH功率调整的目的是在业务的持续过程中，跟踪大尺度衰落，并周期性地动态调整发射功率，以满足信道质量要求。对于下行PDSCH功率控制来说，一个时隙上的OFDM符号可以分为两类：没有参考信号的称为Type A符号，有参考信号的称为Type B符号。

PDSCH功率控制通过调整ρA及ρB来决定某一个UE的PDSCH上不同OFDM符号的EPRE。简单地说，ρA用来确定不包含CRS的OFDM符号上的PDSCH的EPRE，而ρB用来确定包含CRS的OFDM符号上PDSCH的EPRE。PDSCH的两种OFDM符号对应的数据RE发射功率分别为PPDSCH_A和PPDSCH_B，计算公式如下：

PPDSCH_A=ρA+RS配置功率（ρA指Type A PDSCH功率和RS信号功率比值）

PPDSCH_B=ρB+RS配置功率（ρB指Type B PDSCH功率和RS信号功率比值）

ρB/ρA表示有RS的OFDM符号中数据子载波和没有RS的OFDM符号中的数据子载波功率比值。

其中ρA=δpower-offset+PA, δpower-offset用于MU-MIMO的场景，表示功率平均分配给几个用户使用，例如两个用户使用的话各占功率一半，δpower-offset等于-3dB，目前一般设置为0。PA通过RRC信令下发到UE，用于PDSCH解调。

ρB通过PDSCH上EPRE的功率因子比率ρB/ρA确定，不同PB和天线端口数配置下，对应的ρB/ρA取值如表1-22所示。其中，PB表示PDSCH上EPRE的功率因子比率ρB/ρA的指示，通过参数PB设置。

RS功率一定时，增大PA会增加小区用户功率，但由于总功率一定，容易造成功率受限。PB越大，RS功率在原来值基础上抬升越高，能获得更好的信道估计，增强PDSCH的解调性能，但同时减少了PDSCH（TypeB）的发射功率。小区通过高层信令指示ρB/ρA，通过不同比值设置RS信号在基站总功率中的不同开销比例，来实现RS发射功率的提升。图1-23为不同ρB/ρA时下行PDSCH和CRS功率分配示意图。

有RS的OFDM和不含有RS的OFDM符号两种情况下，分别有如下的等式成立：

（1）基于TypeA计算的RS功率PCRS_RE_A：

12×RB××PCRS_RE_A≤PMAX_OFDM

（2）基于TypeB计算的RS功率PCRS_RE_B：

TypeB 1天线端口计算公式：

12×RB×1/6×PCRS_RE_B+12×RB×5/6××（ρB/ρA）×PCRS_RE_B≤PMAX_OFDM

TypeB 2/4天线端口计算公式：

12×RB×1/6×PCRS_RE_B+12×RB×4/6××（ρB/ρA）×PCRS_RE_B≤PMAX_OFDM

结合表1-22天线端口数1、2、4时的ρB/ρA取值，由于单天线端口时的（ρB/ρA）与2/4天线端口时的（ρB/ρA）两者的比值为4/5，代入上面公式可以看出1天线端口和2/4天线端口的公式相同，所以RS的EPRE的取值与天线端口数无关。

以20M带宽为例，再假设最大符号功率为20W（43dBm），我们可以估算参考信号功率的取值范围。依据上文的计算规则，则ρB/ρA及PCRS_RE的各种可能的取值组合如表1-23所示。

表中给出了RS的功率最大值情况，具体配置时可以依据覆盖要求取不大于这个表中所列值的一个值。当做功率分配时（即PA不等于0或ρB/ρA不等于1），应尽量取较小值，以便确保每个UE的ρB、ρA分配均可满足，此时剩余功率则可用来做功率分配。

RS参考信号功率（Cell-specific Reference Signals Power）。该参数指示了小区参考信号的功率（绝对值）。小区参考信号用于小区搜索、下行信道估计、信道检测，直接影响到小区覆盖。该参数通过SIB2广播方式通知UE，并在整个下行系统带宽和所有子帧中保持恒定，除非SIB2消息中有更新（如RS功率增强）。下行信道的功率设定，均以参考信号功率为基准，因此参考信号功率的设定以及变更，影响到整个下行功率设定。RS功率过大，会造成参考信号污染以及小区间干扰，功率过小会造成小区选择或重选不上，数据信道无法解调等。实际规划时RS参考信号功率可按照下面公式计算得到：

RS信号功率=RRU单通道功率（dBm）-10log（总子载波数）+10log（1+PB）

假设带宽20MHz, RRU单通道输出功率20W, PB=1，由上文公式计算得到参考信号功率约为15.2dBm。小区参考信号功率大小通过SIB2广播方式通知UE，并在整个下行系统带宽和所有子帧中保持恒定。下行信道功率设定均以参考信号功率为基准，因此参考信号功率的设定以及变更影响到整个下行功率设定。

7．载波聚合

载波聚合CA是LTE-Advanced阶段关键技术之一，在3GPP R10版本引入。其原理是通过将多个连续或非连续的载波聚合成更大的带宽（最大100M），支持载波聚合的UE可以同时使用不同载波上的空闲RB资源进行数据传输，提供下行1Gbit/s、上行500Mbit/s的速率。

根据聚合载波所在的频带，载波聚合可以分为频带内载波聚合和频带间载波聚合。频带内载波聚合将同频带内的两个载波聚合，用户同时在同频带的两个载波进行下行数据传输。频带内载波聚合又分为连续和非连续的载波聚合。如果部署连续载波聚合，用于聚合的两载波中心频点间隔需满足如下要求：

如果是20MHz和20MHz的两个载波，则中心频点间隔为19.8MHz；

如果是20MHz和10MHz的两个载波，则中心频点间隔为14.4MHz；

如果是15MHz和15MHz的两个载波，则中心频点间隔为15MHz；

如果是20MHz和15MHz的两个载波，则中心频点间隔为17.1MHz。

频带间载波聚合是将不同频带的两个载波聚合，用户同时在不同频带的两个载波进行下行数据传输。如图1-24所示。

载波聚合技术优势：更好的QoS保证，服务高价值客户，获取更大的收益；资源利用率最大化，支持CA的UE可以同时利用多个载波上的空闲RB资源，实现资源利用率最大化，避免整体资源利用率的浪费；更高的传输速率，提供更好的用户体验。

8．自组织网络技术

自组织网络技术的主要功能可以分为自配置功能、自优化功能和自愈功能。自配置功能可以简化安装配置过程，加快网络部署速度、节省建设成本，功能包括基站自启动和自动邻区关系配置。自优化功能具有自动监测性能，能够自动优化参数、提升网络性能、缩短优化周期，功能包括自动邻区关系优化、移动健壮性优化、移动负载均衡、接入优化。自愈功能使网络能够自动发现和处理故障，加快网络恢复过程，减少故障影响。