MATLAB詳解LTE 全面擁抱移動(dòng)數據革命

以4G為首的新一代信息通信技術(shù)帶來(lái)了移動(dòng)數據革命，并正在改變每一個(gè)人的生活。隨著(zhù)國內4G網(wǎng)絡(luò )的全面部署，LTE技術(shù)正逐步成為每一名通信行業(yè)人員的頭號學(xué)習目標，如何更好、高效的學(xué)習LTE技術(shù)關(guān)系到每個(gè)相關(guān)人員的學(xué)習與工作。而LTE技術(shù)的學(xué)習重點(diǎn)與難點(diǎn)在于LTE物理層，包括OFDM、MIMO、SC-FDMA等。同時(shí)通過(guò)MATLAB對LTE進(jìn)行建模、仿真和實(shí)現，將是一種淺顯易懂的迅速理解LTE的好方法。MATLAB與LTE的完美結合會(huì )讓學(xué)習過(guò)程事半功倍。

正在發(fā)生的移動(dòng)數據革命

我們生活在一個(gè)移動(dòng)數據革命的年代。從GSM到3G，接著(zhù)進(jìn)入4G，以及未來(lái)預計在2020年步入5G時(shí)代。隨著(zhù)智能手機、便攜式計算機和平板電腦大規模的市場(chǎng)擴展，移動(dòng)通信系統提供的用戶(hù)需求服務(wù)和應用已經(jīng)遠遠不止聲音通話(huà)。像網(wǎng)頁(yè)瀏覽、網(wǎng)上社交網(wǎng)絡(luò )以及音樂(lè )和視頻流媒體這些密集數據量移動(dòng)服務(wù)，逐漸成為推動(dòng)下一代無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信標準發(fā)展的力量。這些新標準擁有了所必需的大數據通信速率和網(wǎng)絡(luò )能力，以支撐全球化傳輸這些類(lèi)型豐富的多媒體應用。

LTE關(guān)鍵技術(shù)

要想學(xué)會(huì )掌握4G，就要深刻理解LTE及其演進(jìn)標準中的關(guān)鍵技術(shù)，這包括了OFDM、MIMO、Turbo編碼以及動(dòng)態(tài)鏈路自適應技術(shù)。

作為L(cháng)TE標準的主要任務(wù)，移動(dòng)數據通信速率的實(shí)質(zhì)性提升常常作為衡量通信研究，以及與移動(dòng)通信鏈路最大可實(shí)現速率有關(guān)理論構思的標準。香農關(guān)于信道容量狀態(tài)的基礎工作告訴我們數據速率永遠受限于可接收到的信號功率，同時(shí)傳輸速率也與帶寬相關(guān)。

1、MIMO

在接收端使用多路天線(xiàn)是一個(gè)比增加整體功率更好的辦法。這就是我們說(shuō)的接收分集，也可在發(fā)送端使用，就是發(fā)送分集。不過(guò)，應用發(fā)送分集或接收分集以提高數據速率只能在特定的點(diǎn)有效。超過(guò)這個(gè)點(diǎn)，增加數據速率會(huì )造成飽和。一個(gè)替代方案是同時(shí)在發(fā)送端和接收端應用多路天線(xiàn)，即MIMO。MIMO是一個(gè)LTE標準中的核心技術(shù)。它深深根植于移動(dòng)通信研究，支撐了LTE標準使用多徑天線(xiàn)的優(yōu)勢，從而滿(mǎn)足了峰值數據速率和通過(guò)率的要求。

2、OFDM

除了接收信號強度之外，傳輸帶寬也直接影響無(wú)線(xiàn)通信系統可達到的數據速率。一個(gè)與寬帶傳輸有關(guān)的重要的設計挑戰就是無(wú)線(xiàn)信道的多徑衰落效應。為了克服時(shí)域均衡的問(wèn)題，我們有兩個(gè)辦法可以適用于寬帶傳輸中：

1)使用多載波傳輸方案：寬帶信號可以處理成多路窄帶正交信號的和。應用于LTE標準中多載波傳輸的例子就是OFDM傳輸。

2)使用單載波傳輸方案：OFDM可以提供一個(gè)簡(jiǎn)單的多的頻域均衡方法，不需要要求高傳輸功率起落。一個(gè)在LTE標準中的例子被稱(chēng)為單載波頻分復用，應用于上行鏈路傳輸。

3、Turbo信道編碼

在LTE標準中，與以往不同，Turbo編碼作為了信道編碼機制的唯一方案，用于處理用戶(hù)數據。Turbo編碼近乎理想的性能被LTE采用源自他的復雜度可計算和執行。LTE中的Turbo編碼為了有效的執行進(jìn)行了很多改進(jìn)。

4、鏈路自適應

鏈路自適應的定義是：一種可以調整和適應移動(dòng)通信系統傳輸參數以更好響應通信信道的動(dòng)態(tài)性的技術(shù)。根據信道質(zhì)量不同，我們可以使用不同的調制和編碼技術(shù)(適應性調制和編碼)，調整幾個(gè)發(fā)送或接收天線(xiàn)(適應性MIMO)，甚至調整傳輸帶寬(適應性波長(cháng))。

關(guān)注LTE物理層建模將會(huì )幫助你更好理解掌握以上的關(guān)鍵技術(shù)。物理層建模包括所有數據比特從更高層傳輸到物理層的處理。它表現為一些列傳輸信道如何映射到物理信道，信號處理如何在每一個(gè)物理信道工作，以及數據如何最終被傳送到天線(xiàn)而被發(fā)送。

圖1.1 LTE標準中的物理層協(xié)議

MATLAB與LTE完美結合

通過(guò)MATLAB程序來(lái)由淺入深地逐步建立起LTE物理層模型，并仿真和驗證系統的各個(gè)組件，將是一種淺顯易懂的方法來(lái)理解復雜深奧的LTE物理層規范。通過(guò)MATLAB中的通信系統工具箱、數字處理工具箱和系統工具箱3個(gè)部分的百種組件的建模、仿真和實(shí)現，可以讓你精通自己研究的LTE問(wèn)題，更珍貴的是可以讓你有自信去嘗試新想法、新提議和驗證新的改進(jìn)，以及利用新工具和模型幫助你從理論知識邁向實(shí)踐，從而最終獲得創(chuàng )新、設計、應用的能力。