问题1:时间单元与符号长度
我们经常看到时间单元这一名词:Ts=1/(15000*2048),那么这个值是怎么得来的呢?其中的15000和2048个有什么特定含义吗?
首先确定子载波间隔为15kHz=15000Hz,所以OFDM符号长度是1/15000秒,再确定FFT点数为2048,所以采样间隔=时间/点数=1/15000/2048=1/(15000*2048),直接从采样时间间隔来说明,也可以这样理解,从符号时间长度来推算:OFDM符号周期,即一个OFDM符号持续时间Tsymbol=1/15000s=66.7us,也可以这个计算:7个OFDM符号的持续时间=0.5ms(1个slot)-160*Ts-6*144*Ts,所以,1个OFDM符号的持续时间Tsymbol=0.5ms(1个slot)-160*Ts-6*144*Ts=66.7us
还有可以从另一个角度理解Ts的计算:Ts表示采样周期,即采样一次所用时间或采样时间间隔,1个subframe为1ms,1个slot包含7个OFDM符号,一个采样点为160的CP,6个采样点为144的CP。其中一个OFDM符号采样点为2048(20M带宽)那么:Ts=0.5ms/(2048*7+160+144*6)=1/30720(ms)
问题2:码字、数据流、层
码字:每个独立的编码调制器所对应的数据块称为一个码字。一个码字数据块可以包含多个并行的传输数据流。出于降低复杂度的考虑,LTE中只定义了两个码字???。
数据流:LTE R8 R9中规定下行传输中最多能够支持4个数据流的空间并行传输,实际能够支持的并行数据流数量要取决于下行信道条件。eNodeB会根据UE上报的秩(RI,Rank Indicator)并结合CQI以及UE的业务需求等因数选择并行传输的数据流数量。
层:预编码模块的输入称为层,每个层代表一个在空间域或波束域独立传输的数据流。
注意:码字与层并不一定总是一一对应,码字的数量总是小于等于层的数量。
问题3:物理信道一般的处理流程
1.对物理信道上传输的每个码字中的编码比特进行加扰。
2.对加扰后的比特进行调制,产生复值调制符号。
3.将复值调制符号映射到一个或几个传输层。
4.对所有传输层的复值调制符号进行预编码。
5.把每个天线端口的复值调制符号映射到资源单元。
6.为每个天线端口产生复值的时域OFDM符号。
问题4:层映射
LTE中每个独立的编码与调制器的输出对应于一个码字,根据信道和业务状况,下行传输最多可以支持两个码字。码字数和层数不是一一对应的,码字数总是不大于层数的。最多只能控制两个码字的速率,但传输层数可以是1、2、3、4,因此就定义了从码字到层的映射。
层映射分为:
1. 单天线的层映射。层数v=1.
2. 空间复用的层映射。层数v<= 天线端口数P。一个码字映射到2层仅用于天线端口为4的情况。
3. 发射分集的层映射。仅传输一个码字,层数v=P。
问题5:预编码
原因:LTE采用MIMO技术增加系统容量,从而提升吞吐率,但此时容量增加带来的后果是增加了干扰,而干扰主要是由信道矩阵中信道的相关性造成的,为了消除信道相关性造成影响,需要在接收端对信道矩阵H进行评估,并做线性均衡,最大化MIMO信道矩阵H的容量。
此处存在两个问题,一个是,为了获取更高的MIMO容量,接收机侧需要对MIMO的发射矩阵H中的每个信道都进行均衡处理,消除信道间的影响,这样增加接收机的实现复杂度。
另一个是,若通过增加天线空间来消除信道间的影响,但天线近处的杂散环境使实现难度增加。于是提出了通过技术改进解决,这个方法就是预编码(Precoding)。
因此,预编码的目的是降低接收机消除信道间影响实现的复杂度,同时减少系统开销,最大程度的提升MIMO的系统容量。
预编码的实现方式:
为了识别MIMO矩阵H中有用的通道,需要把多个通道(如2*2MIMO: H11H12H21H22)转化成类似于SISO的一对一模式,实现发送信号S1对应接收信号R1,S2对应接收信号R2,也就是将多个MIMO交叉通道转换成多个平行的一对一信道。这个过程通过信道矩阵SVD(奇异值分解)实现。如r=H*s+n,变换为r=UΣ(V*)T*s+n,经过接收端的处理=Σ(V*)T*s+UHn,从结果可以发现发射端不再需要知道MIMO信道矩阵H,而知道V(共轭转置矩阵,又叫酉矩阵)即可,此处的V即码本(Codebook),3GPP定义了一系列V矩阵,eNodeB和ue侧均可获得,应用时根据PMI选择一个可以使信道矩阵H容量最大的V。到这里,预编码就很好理解了,实际上就是在发射端对发射信号S乘以V,与后面SVD过程匹配,这样在接收端需要处理的复杂性与开销大大减少了。
预编码在5种情况下的作用:
1.单端口,仅仅是简单的一对一映射。
2.发射分集,实现SFBC(2CRS的情况)或FSTD/SFBC(4CRS的情况)发射分集。
3.开环空间复用,实现了层之间的数据混合、CDD传输以及盲预编码功能。
4.闭环空间复用与MU-MIMO,实现了基于码本的预编码。
5.基于专用导频的传输,完成层到专用导频端口的一对一映射,而实际的波束赋形通过天线端口到物理天线的映射模块实现。