LTE关键技术之MIMO
lte基础原理与关键技术
lte基础原理与关键技术LTE（Long Term Evolution）是第四代移动通信技术，是由3GPP（3rd Generation Partnership Project）制定的国际标准。
LTE基于OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）和MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）两种关键技术，旨在提供更高的数据传输速率、更低的延迟和更好的系统容量。
LTE的基础原理是通过将频谱分成多个小的子载波，并通过OFDMA技术将数据并行传输在这些子载波上，从而提高整体的数据传输速率。
同时，采用MIMO技术可以在发送和接收端分别使用多个天线，通过空间复用和多路径传输的方式提高系统的抗干扰性能和覆盖范围。
除了OFDMA和MIMO，LTE还采用了其他关键技术来增强系统的性能。
其中，调制技术是LTE中的重要一环。
LTE采用了更高阶的调制方式（如16QAM和64QAM）来提高每个子载波的传输速率。
另外，LTE还引入了天线端口数据复用（TM）技术，将控制信道和数据信道通过不同的天线进行传输，从而提高系统的容量和灵活性。
LTE还采用了自适应调度技术，根据用户的需求和信道条件动态地分配资源，从而提高系统的整体效率。
同时，LTE还引入了多小区（Multi-Cell）协同技术，通过小区间的协作和资源的共享来提高系统的覆盖范围和容量。
除了上述关键技术，LTE还包括了其他一些重要的技术和功能。
例如，LTE使用了数据流控制和快速调度算法来提高系统的传输效率和公平性。
LTE还引入了LTE-Advanced技术，如协同多点传输（Coordinated Multi-Point，CoMP），通过多个基站的协同传输来提高系统的覆盖范围和容量。
总的来说，LTE基于OFDMA和MIMO技术，结合多种关键技术和功能，实现了更高的数据传输速率、更低的延迟和更好的系统容量。
MIMO技术在LTE中的应用
个离 散傅 立 叶变 换 。预 编码 可 实 现层 到 天线 端 口 的映射 ， 针对 不 同 的ＭＩ ＭＯ 模式 ， 使用 不 同 的方 案 。
下 行 多 天 线 方 案
图３ 下 行 Ｓ Ｆ ＢＣ发 射 分 集 示 意 图
３ ． ２
下行 Ｍ Ｉ ＭＯ在 每 个 载 波 上 支 持 ８ 天 线 的 空 间 复 用， 最 多 有 两 个 传输 块 ， 对于８ 天线 的下 行 ＭＩ ＭＯ， 研 波 束赋 形又 被 称为 智 能天 线 系统 ，这 是 因 为从 究具 体 天线 配 置 的优先 级非 常 重要 ， 由 于天线 造 价 、
ＭＯ 是 采 用 空 间分 集 还 是 空 间复 用 技 术 速度及 频谱 的效率 ， 增 加 了系统 的容 量 。Ｌ Ｔ Ｅ 技术 基 线 ，以及 ＭＩ Ｌ Ｔ Ｅ 中的ＭＩ ＭＯ 技术 基本 上可 以分 为下 面几类 ： 于Ｏ Ｆ Ｄ Ｍ， 相 应 使 用 了ＭＩ ＭＯ — Ｏ Ｆ Ｄ Ｍ的物 理 结构 。该 等 ， 技 术 满 足 了Ｌ Ｔ Ｅ 系统 在 高数 据 速率 和 高 容 量方 面 的
需 求
上 下行 接收分 集【 １ 】
接 收分 集是 最基 本 的 多天 线技 术 ，上 下 行都 可
以适用 ， 原 理 就是接 收 机将 信号 的最 大 比合 并 ， 其 中
２ ＭＩ ＭＯ介 绍
２ ． １ Ｍｌ ＭＯ实 现 方 案
预 编码 矩 阵是 对基 站 和用 户 之 间 的天线 相 位跟 踪 监 测 作 出 的补 偿 ， 如 图１ 所示 。
加 扰是 指 对传 输 的数 据 进行 随机化 ，方法 是 采
ｌ】 —
舞 、
一 ／－
移 动终端
用 一 个 伪 随 机 序列 与需 要 传 输 的 比特序 列 进 行 模 ２
LTE的技术原理
LTE的技术原理LTE（Long Term Evolution）作为第四代移动通信技术，其技术原理主要包括无线接入技术、核心网技术和网络优化技术等方面。
本文将详细介绍LTE的技术原理。
一、无线接入技术1.OFDM技术LTE使用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术作为其物理层技术，采用了SC-FDMA（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）技术作为上行链路的多址技术。
OFDM技术具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强、符号时间间隔长、对调制方式的选择灵活等特点，能够有效提高数据传输速率和系统整体性能。
2.MIMO技术LTE还采用了MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术，该技术通过在发送端和接收端分别增加多个天线，利用空间复用技术实现多个数据流同时传输，从而提高系统的频谱效率和系统容量。
MIMO技术在LTE 系统中广泛应用于数据传输和信号处理过程中。
3.自动重传请求技术LTE系统还引入了自动重传请求技术，通过在物理层上实现自动重传请求ARQ（Automatic Repeat reQuest）功能，可以有效保障数据传输的可靠性和稳定性。
当接收端检测到数据包丢失或错误时，会向发送端发送自动重传请求，发送端重新发送丢失的数据包，从而保证数据的完整性和准确性。
二、核心网技术1. Evolved Packet Core（EPC）LTE核心网采用了Evolved Packet Core（EPC）结构，EPC由三个主要部分组成：核心网节点（PGW、SGW、MME）、用户面协议GTP（GPRS Tunneling Protocol）和控制面协议S1AP（S1 Application Protocol）。
EPC实现了LTE系统的核心网络功能，包括连接管理、移动性管理、安全性保障、QoS（Quality of Service）管理等。
LTE移动通信技术任务4 LTE关键技术
LTE移动通信技术任务4 LTE关键技术LTE 移动通信技术任务 4：LTE 关键技术在当今数字化的时代，移动通信技术的发展日新月异，为人们的生活和工作带来了极大的便利。
LTE（Long Term Evolution，长期演进）作为一种先进的移动通信技术，具有高速率、低延迟、大容量等显著优势。
而这些优势的实现，离不开一系列关键技术的支持。
接下来，让我们深入探讨一下 LTE 的关键技术。
一、正交频分复用（OFDM）技术OFDM 技术是 LTE 系统的核心技术之一。
它的基本原理是将高速的数据流分解为多个并行的低速子数据流，然后分别调制到相互正交的多个子载波上进行传输。
与传统的频分复用技术相比，OFDM 具有诸多优点。
首先，它能够有效地抵抗多径衰落。
在无线通信环境中，信号会因为建筑物、地形等障碍物的反射和散射而产生多个路径，导致接收端接收到的信号出现延迟和衰减。
OFDM 通过将宽带信道划分成多个窄带子信道，使得每个子信道的带宽小于信道的相干带宽，从而减少了多径衰落的影响。
其次，OFDM 具有较高的频谱利用率。
由于子载波之间相互正交，使得它们可以在频谱上紧密排列，从而提高了频谱资源的利用效率。
此外，OFDM 还便于实现动态频谱分配。
通过灵活地调整子载波的分配，可以根据用户的需求和信道状况，合理地分配频谱资源，提高系统的容量和性能。
二、多输入多输出（MIMO）技术MIMO 技术是 LTE 实现高速数据传输的另一个重要手段。
它通过在发射端和接收端使用多个天线，形成多个并行的空间信道，从而在不增加带宽和发射功率的情况下，显著提高系统的容量和频谱利用率。
MIMO 技术主要包括空间复用和空间分集两种工作模式。
空间复用模式下，多个数据流同时在不同的天线上传输，从而提高数据传输速率。
而空间分集模式则通过在多个天线上发送相同的数据，或者对接收端接收到的多个信号进行合并处理，来提高信号的可靠性和抗衰落能力。
在实际应用中，MIMO 技术可以根据信道条件和系统需求，灵活地切换工作模式，以达到最佳的性能。
LTE的关键技术MIMO
MIMO 技术的关键是有效避免天线之间的干扰，以区分多个并行数据流。
众所周知，在水平衰落信道中可以实现更简单的MIMO 接收。
而在频率选择性信道中，由于天线间干扰和符号间干扰混合在一起，很难将MIMO 接收和信道均衡分开处理。
如果采用将MIMO 接收和信道均衡混合处理的MIMO 接收均衡的技术，则接收机会比较复杂。
因此，由于每个OFDM 子载波内的信道(带宽只有15KHz)可看作水平衰落信道，MIMO 系统带来的额外复杂度可以控制在较低的水平（随天线数量呈线性增加）。
相对而言，单载波MIMO 系统的复杂度与天线数量和多径数量的乘积的幂成正比，很不利于MIMO 技术的应。
MIMO 系统在一定程度上可以利用传播中多径分量，也就是说MIMO 可以抗多径衰落，但是对于频率选择性深衰落，MIMO 系统依然是无能为力。
目前解决MIMO 系统中的频率选择性衰落的方案一般是利用均衡技术，还有一种是利用OFDM。
4G 需要极高频谱利用率的技术，而OFDM 提高频谱利用率的作用毕竟是有限的，在OFDM 的基础上合理开发空间资源，也就是MIMO-OFDM，可以提供更高的数据传输速率。
另外ODFM 由于码率低和加入了时间保护间隔而具有极强的抗多径干扰能力。
由于多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰，这就允许单频网络（SFN）可以用于宽带OFDM系统，依靠多天线来实现，即采用由大量低功率发射机组成的发射机阵列消除阴影效应，来实现完全覆盖。
1、多普勒频移设手机发出信号频率为fT，基站收到的信号频率为fR，相对运动速度为Ｖ，Ｃ为电磁波在自由空间的传播速度(光速)；fdoppler即为多普勒频移。
例360km/h车速，3GHz频率的多普勒频移：子载波间隔确定-多普勒频移影响￭2GHz频段，350km/h带来648Hz的多普勒频移，对高阶调制（64QAM）造成显著影响。
￭低速场景，多普勒频移不显著，子载波间隔可以较小￭高速场景，多普勒频移是主要问题，子载波间隔要较大￭仿真显示，子载波间隔大于11KHz，多普勒频移不会造成严重性能下降￭当15KHz时，EUTRA系统和UTRA系统具有相同的码片速率，因此确定单播系统中采用15KHz的子载波间隔￭独立载波MBMS应用场景为低速移动，应用更小的子载波间隔，以降低CP开销，提高频谱效率，采用7.5KHz子载波￭Wimax的子载波间隔为10.98KHz，UMB的子载波间隔为9.6KHz2、OFDM（1）OFDM技术的优势￭频谱效率高各子载波可以部分重叠，理论上可以接近Nyquist极限。
lte的原理及应用
LTE的原理及应用1. 引言近年来，随着移动通信技术的迅速发展，移动互联网的普及使得人们对于更快速、更稳定的网络连接有了更高的需求。
LTE（Long Term Evolution，长期演进）作为第四代移动通信技术，具备更高的数据传输速度、更低的时延以及更好的网络覆盖能力，成为了现代移动通信领域的主流技术。
2. LTE的原理LTE基于OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）技术，通过将数据分成多个子载波进行传输，实现高速数据传输。
其关键技术包括：2.1 多天线技术LTE系统中采用多天线技术，包括MIMO（Multiple Input Multiple Output，多输入多输出）和Beamforming技术。
MIMO技术允许同时使用多个发射天线和接收天线，通过空间复用和空间多路径效应提高了信号的传输速度和可靠性。
Beamforming技术则通过根据接收信道的信息对信号进行调整，使得信号传输更加稳定。
2.2 资源分配与调度LTE系统采用动态资源分配和调度技术，根据用户需求和网络状况动态分配网络资源，实现更好的网络性能。
资源分配包括频谱资源和时域资源的分配，调度算法根据用户的需求和网络负载情况，在空闲资源中为用户分配资源。
2.3 链路适应技术LTE系统通过链路适应技术，根据用户的信道条件和数据需求自适应地调整传输的调制方式和编码方式，从而在不同的信道条件下实现高效的传输。
3. LTE的应用LTE的高速数据传输和低时延特性使其在各个领域都有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：3.1 移动通信LTE作为第四代移动通信技术，已在全球范围内广泛应用。
用户可以通过LTE网络实现高速的移动通信、视频通话、网络游戏等应用。
3.2 物联网物联网是指通过互联网将各类物品相互连接并实现信息的交互。
LTE的高速数据传输和低功耗特性，使得其成为连接物联网设备的理想选择。
MIMO技术百科
MIMOMIMO属于空间分集简介MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)系统是一项运用于802.11n的核心技术。
802.11n是IEEE继802.11b\a\g后全新的无线局域网技术，速度可达600Mbps。
同时，专有MIMO技术可改进已有802.11a/b/g网络的性能。
该技术最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。
根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO(Single-Input Single-Output)系统，MIMO还可以包括SIMO(Single-Input Multi-ple-Output)系统和MISO(Multiple-Input Single-Output)系统。
概述MIMO 表示多输入多输出。
读/maimo/或/mimo/，通常美国人读前者，英国人读后者，国际上研究这一领域的专家较多的都读/maimo/。
在第四代移动通信技术标准中被广泛采用，例如IEEE 802.16e (Wimax)，长期演进(LTE)。
在新一代无线局域网(WLAN)标准中，通常用于 IEEE 802.11n，但也可以用于其他 802.11 技术。
MIMO 有时被称作空间分集，因为它使用多空间通道传送和接收数据。
只有站点（移动设备）或接入点（AP）支持 MIMO 时才能部署 MIMO。
优点MIMO 技术的应用，使空间成为一种可以用于提高性能的资源，并能够增加无线系统的覆盖范围。
无线电发送的信号被反射时，会产生多份信号。
每份信号都是一个空间流。
使用单输入单输出（SISO）的系统一次只能发送或接收一个空间流。
MIMO 允许多个天线同时发送和接收多个空间流，并能够区分发往或来自不同空间方位的信号。
多天线系统的应用，使得多达 min(Nt,Nr)的并行数据流可以同时传送。
同时，在发送端或接收端采用多天线，可以显著克服信道的衰落，降低误码率。
一般的，分集增益可以高达Nt*Nr。
lte技术原理与系统设计
lte技术原理与系统设计一、引言LTE即为“Long Term Evolution”，是一种通信技术标准，被广泛应用于现代移动通信网络中。
本文将介绍LTE技术的原理和系统设计。
二、LTE技术原理1. OFDM技术LTE采用了正交频分复用（OFDM）技术，该技术能够有效地抵抗多径干扰和频率选择性衰落。
OFDM将整个频率带宽划分为多个子载波，每个子载波都是正交的，从而在频域上降低信号间的干扰，实现高效率的数据传输。
2. MIMO技术多输入多输出（MIMO）技术是LTE的重要特点之一。
通过利用多个天线进行信号传输和接收，MIMO可以显著提高系统的传输容量和覆盖范围。
通过适当的编码和信道状态信息反馈，MIMO技术可以实现空间多样性和空间复用，提高系统性能。
3. 跳频技术LTE在信道传输的过程中采用了跳频技术，将整个频带均匀地划分为多个子信道。
通过不断地在不同的子信道上跳跃传输数据，可以避免信号被干扰以及频率选择性衰落的影响，提高系统的抗干扰能力和传输稳定性。
4. 自适应调制与调度技术LTE采用了自适应调制与调度技术，根据信道环境和用户需求动态调整传输速率和调制方式。
通过根据用户的实际需求进行资源分配，可以更高效地利用信道资源，提高系统的容量和覆盖范围。
三、LTE系统设计1. 网络拓扑结构LTE网络由大量的基站组成，每个基站覆盖一定的地理区域。
基站通过光纤、传输线等方式将数据传输到核心网，核心网负责对数据进行处理和路由。
同时，LTE还采用了自组织网络（SON）技术，可以实现网络的自动配置和优化，提高系统的性能和可靠性。
2. 空中接口LTE系统的空中接口主要由用户设备（UE）和基站之间的无线传输通道组成。
其中，UE负责将用户数据转换为无线信号进行传输，基站则负责接收信号并将其转发到核心网。
空中接口采用了复杂的调制和编码技术，以实现高效率的数据传输和较低的延迟。
3. 系统安全设计LTE系统在设计中考虑了安全性的要求。
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MIMO技术简介
? 为了满足LTE在高数据率和高容量方面的需求，LTE系统支持应用 MIMO 技术。
? 下行MIMO 技术包括空间复用、波束赋形和传输分集，目前 MIMO 技术下行基本天线配置为2*2, 即2天线发送和2天线接收， 最大支持4天线进行下行方向四层传输。
? 上行MIMO 技术包括空间复用和传输分集，目前MIMO 技术上行 基本天线配置为1*2, 即1天线发送和2天线接收。 MIMO 天线数 据为虚拟天线数目。
8
LTE 传输模式-概述
现网是TM3/TM7/TM8自适应
TM3：开环空间复用+发射分集 TM7：单流波束赋形+发射分集
TM8：波束赋形+空间复用+发射分集
Mode
传输模式
技术描述
应用场景
1
单天线传输
信息通过单天线进行发送
无法布放双通道室分系统 的室内站
2
发射分集
同一信息的多个信号副本分别通过多个衰落特性相互独立 信道质量不好时，如小区
第二部分 LTE关键技术之MIMO
? 第一章 MIMO技术简介 ? 第二章 下行MIMO技术 ? 第三章 上行MIMO技术
MIMO技术简介 ——MIMO引入
? 无线通信系统可以利用的资源包括：空间、时间、频率和功率。 在B3G/4G 系统中，空间资源和频率资源被重新开发使用，从而 大大提高了系统的性能。
8
Beamforming 高用户信号强度，又提高用户的峰值和均值速率
? 传输模式是针对单个终端的。同小区不同终端可以有不同传输模式 ? eNB自行决定某一时刻对某一终端采用什么传输模式，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，eNB可以快速切换到模式内发射分集模式
10
下行MIMO技术——传输分集技术
发射
传输
接收 分集
分集
分集
传输分集包括发射分集和接受分集 优点
易获得相对稳定的信号
提高信噪比
可获得分集处理增益
下行MIMO技术——发射分集
?发射分集就是在发射端使用多幅发射天线发射相同的信息，接收端 获得比单天线高的信噪比 传输分集-两天线：STBC（空时块码）、SFBC（空频块码）； 传输分集-四天线：FSTD&SFBC、TSTD。
MIMO技术简介 ——系统结构
在无线链路两端均采用多根天线，分别同时接收与发射 ，能够充分利用空间资源，在无需增加频谱资源和发射功 率的情况下，成倍地提升通信系统的容量与可靠性。
第二部分 LTE关键技术之MIMO
? 第一章 MIMO技术简介 ? 第二章 下行MIMO技术 ? 第三章 上行MIMO技术
单层闭环
终端反馈RI=1时，发射端采用单层预编码，使其适应当前
6
空间复用
的信道
7
单流 Beamforming
发射端利用上行信号来估计下行信道的特征，在下行信号 发送时，每根天线上乘以相应的特征权值，使其天线阵发 射信号具有波束赋形效果
信道质量不好时，如小区 边缘
双流
结合复用和智能天线技术，进行多路波束赋形发送，既提
? 多天线技术通告在发送端和接收端同时使用多根天线，扩展了空 间域，充分利用了空间扩展所提供的特征，从而带来了系统容量 的提高。目前多天线技术一成为了B3G/4G 系统的关键技术之一 。
? 多天线构成的信道称为MIMO(Multiple Input Multiple Output) 信道，使用多天线技术的系统称为 MIMO 无线通信系统 。
? 空分多址（ SDMA） ? 利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向多 个终端并向发射数据流，或从多个终端并行接收数据流，以提高 用户容量。
? 从是否在发射端有信道先验信息分： ? 闭环（Close-Loop ）MIMO：通过反馈或信道互异性得到信道先验信 息 ? 开环（Open-Loop ）MIMO：没有信道先验信息
MIMO的定义
? 广义定义：多进多出（Multiple-Input Multiple-Output）
? 多个输入和多个输出既可以来自于多个数据流，也可以来自于一个数据流的多个版本。 ? 按照这个定义，各种多天线技术都可以算作 MIMO 技术
? 狭义定义：多流MIMO——提高峰值速率
? 多个信号流在空中并行传输 ? 按照这个定义，只有空间复用和空分多址可以算作 MIMO
下行MIMO技术——空间复用技术
调 制 与 映
解 调 与
射
分
离
发射的高速数据被分成几个并行的低速数据流，在同一频带从 多个天线同时发射出去。由于多径传播，每个发射天线对于接收 机产生不同的空间签名，接收机利用这些不同的签名分离出独立 的数据流，最后再复用成原始数据流。因此空间复用可以成倍提 高数据传输速率。
下行MIMO技术
? 传输分集 ? 波束赋形 ? 空间复用
在典型的信道容量曲线中，在低信噪比区域的斜率比较大， 应用传输分集技术和波束赋形技术可以有效提高接收信号的信噪 比，从而提高传输速率或者覆盖范围；而在高信噪比区域，容量 曲线接近平坦，再提高信噪比也无法明显改善传输速率，此时即 可以应用空间复用技术来提高传输速率。
提高链路的质量。
? 波束赋形（ Beamforming ）
? 利用较小间距的天线阵元之间的相关性（天线间距为 0.5-0.65 λ ），通过阵元发 射的波之间形成干涉，集中能量于某个（或某些）特定方向上，形成波束，从 而实现更大的覆盖和干扰抑制效果。
? 空间复用（ Spatial Multiplexing ） ? 利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向一 个终端 /基站并行发射多个数据流，以提高链路容量（峰值速率）
MIMO技术的分类
问：天线阵元的相关性跟什么有关？ 问：传输分集的目的是什么
? 从MIMO 的效果分类：
? 传输分集（ Transmit Diversity ）
? 利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性（天线间距在 10λ以 上），发射或接收一个数据流，避免单个信道衰落对整个链路的影响。目的是
的信道进行发送
边缘
3
开环空间复用
终端不反馈信道信息，发射端根据预定义的信道信息来确 信道质量高且空间独立性
定发射信号
强时
4
闭环空间复用
需要终端反馈信道信息，发射端采用该信息进行信号预处 信道质量高且空间独立性
理以产生空间独立性
强时。终端静止时性能好
5
多用户MIMO
基站使用相同时频资源将多个数据流发送给不同用户，接 收端利用多根天线对干扰数据流进行取消和零陷。