内容简介

内容简介：

现代无线通信技术一路高歌猛进，引领潮流，是发展最为迅速的技术领域。LTE是继3G之后的GSM演进方向，是4G蜂窝网络的全球标准。它的设计吸收了数字通信的许多主要革新，如MIMO（多输入多输出）和OFDMA（正交频分多址），使得LTE网络更便于规划、建立和部署。

在本书中，来自学术和实业界的四位权威专家以教程的形式介绍了LTE技术基础，全面概述了LTE标准，为读者理解和评估LTE提供了一个完整的框架。主要内容如下：

蜂窝无线历史及演进

多载波调制理论及实践

频分多址

多天线技术及折中

LTE标准概述

下行和上行链路传输信道处理

物理/MAC层程序和调度

数据包流、无线资源及移动性管理

作品目录

目　 　 录

第1章　 蜂窝技术演进　 　 1

1.1　 概述　 　 1

1.2　 移动宽带演进　 　 2

1.2.1　 第一代蜂窝系统　 　 4

1.2.2　 2G数字蜂窝系统　 　 5

1.2.3　 3G宽带无线系统　 　 8

1.2.4　 3G之后：HSPA+、WiMAX及LTE　 　 12

1.2.5　 3GPP标准演进总结　 　 16

1.3　 LTE/SAE　 　 18

1.3.1　 LTE的需求驱动　 　 18

1.3.2　 LTE设计的关键需求　 　 19

1.4　 LTE关键的促进技术及其功能　 　 20

1.4.1　 OFDM　 　 20

1.4.2　 SC-FDE和SC-FDMA　 　 22

1.4.3　 信道依赖的多用户资源调度　 　 22

1.4.4　 多天线技术　 　 23

1.4.5　 基于IP的平面网络体系结构　 　 23

1.5　 LTE网络体系结构　 　 24

1.6　 LTE的频谱选择及迁移计划　 　 26

1.7　 未来移动宽带技术——LTE之后　 　 29

1.8　 小结　 　 30

参考文献　 　 31

第一部分　 LTE教程

第2章　 无线原理　 　 34

2.1　 通信系统的构建模块　 　 34

2.2　 宽带无线信道：路径损耗及阴影　 　 35

2.2.1　 路径损耗　 　 36

2.2.2　 阴影　 　 38

2.3　 蜂窝系统　 　 41

2.3.1　 蜂窝的概念　 　 41

2.3.2　 蜂窝系统分析　 　 42

2.3.3　 扇区分裂　 　 44

2.4　 宽带无线信道：衰落　 　 46

2.4.1　 延时扩展及相关带宽　 　 48

2.4.2　 多普勒扩展及相关时间　 　 49

2.4.3　 角度扩展和相关距离　 　 50

2.5　 宽带衰落信道建模　 　 51

2.5.1　 统计信道模型　 　 51

2.5.2　 接收信号的统计相关性　 　 54

2.5.3　 经验信道模型　 　 57

2.6　 窄带衰落减轻　 　 60

2.6.1　 未减轻衰落的影响　 　 61

2.6.2　 空间分集　 　 62

2.6.3　 编码和交织　 　 63

2.6.4　 ARQ　 　 65

2.6.5　 AMC　 　 66

2.6.6　 窄带分集技术集成——整体不如部分的和　 　 68

2.7　 宽带衰落减轻　 　 68

2.7.1　 扩频和耙式接收机　 　 68

2.7.2　 均衡　 　 69

2.7.3　 多载波调制：OFDM　 　 70

2.7.4　 带频域均衡的单载波调制　 　 70

2.8　 小结　 　 70

参考文献　 　 71

第3章　 多载波调制　 　 75

3.1　 多载波概念　 　 75

3.2　 OFDM基础　 　 78

3.2.1　 带保护间隔的块传输技术　 　 78

3.2.2　 循环卷积和DFT　 　 78

3.2.3　 循环前缀　 　 79

3.2.4　 频域均衡　 　 81

3.2.5　 OFDM框图　 　 81

3.3　 LTE内的OFDM　 　 82

3.4　 时间和频率同步　 　 83

3.4.1　 时间同步　 　 85

3.4.2　 频率同步　 　 86

3.5　 峰均比　 　 87

3.5.1　 峰均比问题　 　 88

3.5.2　 量化峰均比　 　 89

3.5.3　 削波及其他峰均比降低技术　 　 91

3.5.4　 LTE上行链路采用的峰均比降低方法　 　 94

3.6　 SC-FDE　 　 94

3.6.1　 SC-FDE系统描述　 　 94

3.6.2　 SC-FDE和OFDM的性能比较　 　 95

3.6.3　 SC-FDE和OFDM的设计考虑　 　 96

3.7　 SC-FDE和OFDM在计算复杂度方面的优势　 　 96

3.8　 小结　 　 98

参考文献　 　 98

第4章　 频分多址接入技术：OFDMA和SC-FDMA　 　 102

4.1　 OFDM系统的多址接入　 　 102

4.1.1　 多址接入技术概述　 　 103

4.1.2　 随机接入和多址接入的比较　 　 103

4.1.3　 OFDM-FDMA　 　 104

4.1.4　 OFDM-TDMA　 　 105

4.1.5　 OFDM-CDMA或MC-CDMA　 　 105

4.2　 OFDMA　 　 106

4.2.1?OFDMA的工作原理　 　 106

4.2.2　 OFDMA的优缺点　 　 109

4.3　 SC-FDMA　 　 109

4.3.1　 SC-FDMA的工作原理　 　 109

4.3.2　 SC-FDMA的优缺点　 　 110

4.4　 多用户分集及随机调度　 　 110

4.4.1　 多用户分集　 　 111

4.4.2　 OFDMA内的随机调度方法　 　 112

4.4.3　 最大和速率算法　 　 112

4.4.4　 最大公平算法　 　 113

4.4.5　 比例速率约束算法　 　 114

4.4.6　 比例公平调度　 　 114

4.4.7　 性能比较　 　 115

4.5　 LTE内的OFDMA和SC-FDMA　 　 117

4.5.1　 LTE 时间—频率网格　 　 117

4.5.2　 分配通知和上行链路反馈　 　 118

4.5.3　 功率控制　 　 118

4.6　 OFDMA系统的设计考虑　 　 119

4.6.1　 蜂窝系统的资源分配　 　 119

4.6.2　 蜂窝系统的FFR　 　 120

4.6.3　 多用户分集和频率及空间分集　 　 121

4.7　 小结　 　 122

参考文献　 　 123

第5章　 多天线传输和接收　 　 128

5.1　 空间分集概述　 　 128

5.1.1　 阵列增益　 　 128

5.1.2　 分集增益　 　 129

5.1.3　 用空间分集增加数据速率　 　 130

5.1.4　 增加覆盖范围或降低传输功率　 　 131

5.2　 接收分集　 　 131

5.2.1　 选择性合并　 　 131

5.2.2　 最大比值合并　 　 132

5.3　 发射分集　 　 133

5.3.1　 开环发射分集：2×1空频分组编码　 　 134

5.3.2　 使用更多天线的开环发射分集　 　 136

5.3.3　 发射分集和接收分集　 　 138

5.3.4　 闭环发射分集　 　 139

5.4　 干扰抑制和信号增强　 　 142

5.4.1　 基于波达方向的波束控制　 　 143

5.4.2　 线性干扰抑制：完全已知干扰信道的知识　 　 144

5.4.3　 线性干扰抑制：已知干扰信道的统计知识　 　 145

5.5　 空间复用　 　 147

5.5.1　 空间复用简介　 　 147

5.5.2　 开环MIMO：无信道反馈的空间复用　 　 148

5.5.3　 闭环MIMO　 　 151

5.6　 如何在分集、干扰抑制和空间复用间选择　 　 152

5.7　 MIMO和MIMO-OFDM的信道估计和反馈　 　 154

5.7.1　 信道估计　 　 154

5.7.2　 信道反馈　 　 157

5.8　 限制MIMO增益的实际问题　 　 158

5.8.1　 多径　 　 158

5.8.2　 不相关天线　 　 159

5.8.3　 干扰受限的MIMO系统　 　 159

5.9　 多用户及网络化MIMO系统　 　 159

5.9.1　 多用户MIMO系统　 　 159

5.9.2　 网络化MIMO系统　 　 161

5.10　 LTE内的MIMO概述　 　 162

5.10.1　 LTE下行链路内的MIMO概述　 　 162

5.10.2　 LTE上行链路内的MIMO概述　 　 163

5.11　 小结　 　 163

参考文献　 　 165

第二部分　 LTE标准

第6章　 LTE概述及信道结构　 　 174

6.1　 LTE简介　 　 175

6.1.1　 设计原理　 　 175

6.1.2　 网络体系结构　 　 176

6.1.3　 无线接口协议　 　 178

6.2　 LTE的分层信道结构　 　 179

6.2.1　 逻辑信道：传输什么　 　 180

6.2.2　 传输信道：如何传输　 　 181

6.2.3　 物理信道：实际传输　 　 182

6.2.4　 信道映射　 　 184

6.3　 下行链路OFDMA无线资源　 　 184

6.3.1　 帧结构　 　 185

6.3.2　 OFDMA的物理资源块　 　 188

6.3.3　 资源分配　 　 190

6.3.4　 支持的MIMO模式　 　 192

6.4　 上行链路SC-FDMA无线资源　 　 192

6.4.1　 帧结构　 　 193

6.4.2　 SC-FDMA的物理资源块　 　 193

6.4.3　 资源分配　 　 194

6.4.4　 支持的MIMO模式　 　 194

6.5　 小结　 　 195

参考文献　 　 195

第7章　 下行链路传输信道处理　 　 197

7.1　 下行链路传输信道处理概述　 　 197

7.1.1　 信道编码处理　 　 198

7.1.2　 调制处理　 　 201

7.2　 下行链路共享信道　 　 205

7.2.1　 信道编码和调制　 　 206

7.2.2　 多天线传输　 　 206

7.3　 下行链路控制信道　 　 211

7.3.1　 DCI格式　 　 212

7.3.2　 信道编码和调制　 　 213

7.3.3　 多天线传输　 　 215

7.4　 广播信道　 　 216

7.5　 多播信道　 　 216

7.6　 下行链路物理信号　 　 217

7.6.1　 下行链路参考信号　 　 217

7.6.2　 同步信号　 　 220

7.7　 下行链路H-ARQ　 　 221

7.8　 小结　 　 223

参考文献　 　 224

第8章　 上行链路传输信道处理　 　 226

8.1　 上行链路传输信道处理概述　 　 226

8.1.1　 信道编码处理　 　 227

8.1.2　 调制处理　 　 227

8.2　 上行链路共享信道　 　 228

8.2.1　 信道编码和调制　 　 228

8.2.2　 跳频　 　 229

8.2.3　 多天线传输　 　 229

8.3　 上行链路控制信息　 　 230

8.3.1　 对上行链路控制信息的信道编码　 　 231

8.3.2　 PUCCH的调制　 　 234

8.3.3　 资源映射　 　 235

8.4　 上行链路参考信号　 　 236

8.4.1　 参考信号序列　 　 237

8.4.2　 解调参考信号的资源映射　 　 237

8.4.3　 探测参考信号的资源映射　 　 238

8.5　 随机接入信道　 　 239

8.6　 上行链路H-ARQ　 　 240

8.6.1　 FDD模式　 　 241

8.6.2　 TDD模式　 　 241

8.7　 小结　 　 242

参考文献　 　 242

第9章　 物理层协议和调度　 　 243

9.1　 H-ARQ反馈　 　 243

9.1.1　 下行链路传输的H-ARQ反馈　 　 243

9.1.2　 上行链路传输的H-ARQ标识　 　 244

9.2　 CQI反馈　 　 245

9.2.1　 CQI估计入门　 　 245

9.2.2　 CQI反馈模式　 　 247

9.3　 闭环MIMO运行的预编码器　 　 253

9.3.1　 多载波系统的预编码器估计　 　 253

9.3.2　 PMI和RI反馈　 　 254

9.4　 上行链路信道探测　 　 256

9.5　 上行链路的缓冲状态报告　 　 256

9.6　 调度和资源分配　 　 257

9.6.1　 下行和上行链路内的调度信号　 　 258

9.6.2　 多用户MIMO信号　 　 261

9.7　 VoIP的半静态调度　 　 261

9.7.1　 半静态调度的目标　 　 261

9.7.2　 信号结构的变化　 　 262

9.8　 小区搜索　 　 263

9.9　 随机接入程序　 　 264

9.10　 上行链路功率控制　 　 266

9.11　 小结　 　 267

参考文献　 　 268

第10章　 数据流、无线资源管理及移动性管理　 　 270

10.1　 PDCP概述　 　 273

10.1.1　 头压缩　 　 274

10.1.2　 完整性和加密　 　 275

10.2　 MAC/RLC 概述　 　 275

10.2.1　 数据传输模式　 　 276

10.2.2　 MAC和RLC层的目标　 　 276

10.2.3　 PDU头及格式　 　 277

10.2.4　 ARQ程序　 　 280

10.3　 RRC概述　 　 281

10.3.1　 RRC状态　 　 281

10.3.2　 RRC功能　 　 281

10.4　 移动性管理　 　 282

10.4.1　 S1移动性　 　 282

10.4.2　 X2移动性　 　 283

10.4.3　 移动性的RAN过程　 　 284

10.4.4　 寻呼　 　 286

10.5　 小区内干扰协调　 　 286

10.5.1　 下行链路　 　 287

10.5.2　 上行链路　 　 288

10.6　 小结　 　 289

参考文献　 　 289

鸣谢及许可　 　 291