LTE Conceptos BásicosAntes de entrar en una descripción detallada de la PHY LTE, vale la pena echar un vistazo a algunas de las tecnologías básicas involucrado. Muchos métodos empleados en LTE son relativamente nuevos en aplicaciones celulares. Estos incluyen OFDM, OFDMA, MIMO y la División Single Carrier Frequency Multiple Access (SC-FDMA). Los lectores familiarizados con estas tecnologías puedensaltarse este material y pasar directamente a la sección 3.LTE emplea OFDM para transmisión de datos de enlace descendente y SC-FDMA para transmisión de enlace ascendente. OFDM es un conocido técnica de modulación, pero es bastante novedoso en aplicaciones celulares. Un breve análisis de las propiedades básicas y ventajas de este método está justificado.Cuando la información se transmite sobre un canal inalámbrico, la señal puede ser distorsionada debido al multitrayecto. Típicamente (pero no siempre) hay una trayectoria de línea de visión directa entre el transmisor y el receptor. Además, hay muchos otros caminos creado por reflexión de la señal fuera de edificios, vehículos y otros obstáculos, como se muestra en la figura 2.0-1. Señales que viajan a lo largo de estas rutas de todos llegar al receptor, pero están desplazadas en el tiempo por una cantidad correspondiente a las diferencias en la distancia recorrida a lo largo de cada ruta.2.1 Modulación de portadora única y Canal de NivelaciónHasta la fecha, los sistemas celulares se han utilizado una única portadora esquemas de modulación casi exclusivamente. Aunque LTE utiliza OFDM en lugar de modulación de portadora única, es instructivo examinar brevemente cómo los sistemas de portadora única acuerdo con la distorsión del canal multipath-inducida. Esta voluntad constituyen un punto de referencia desde el cual los sistemas OFDM puede ser comparados y contrastados.La dispersión del retardo término describe la cantidad de tiempo retrasar en el receptor de una señal que viaja desde el transmisor a lo largo de caminos diferentes. En aplicaciones celulares,spreads retardo pueden ser varios microsegundos. El retraso inducido por multitrayecto puede causar un símbolo recibido a lo largo de un retraso de ruta para "sangrar" en un símbolo subsiguiente llegar al receptor a través de una ruta más directa. Este efecto se ilustra en la figura 2.1-1 y se denomina interferencia entre símbolos (ISI). En unos tiempos convencionales de ortadora simple símbolo sistema disminuyen a medida que aumentan las tasas de datos. A velocidades de datos muy altas (con periodos de símbolo correspondientemente más cortos), es muy posible por ISI para superar un período símbolo completo y derrame en un símbolo subsiguiente segundo o tercero.También es útil tener en cuenta los efectos de la distorsión por trayectoria múltiple en el dominio de la frecuencia. Cada longitud de trayectoria diferente y reflexión resultará en un desplazamiento de fase específica. Como todas las señales se

combinan en el receptor, algunas frecuencias dentro de la banda de paso de señal de someterse a la interferencia constructiva (combinación lineal de señales en fase), mientras que otros encuentran interferencia destructiva (combinación lineal de las señales fuera de fase). La señal compuesta recibida está distorsionada por desvanecimiento selectivo de frecuencia (véase la figura 2.1-2).Sistemas de portadora simple compensar la distorsión de canal a través de la ecualización de dominio de tiempo. Este es un tema importante por sí mismo, y más allá del alcance de este documento. Generalmente, los ecualizadores de dominio de tiempo para compensar multipath inducidadistorsión por uno de dos métodos:1. Canal inversión: una secuencia conocida se transmite sobre el canal antes de enviar la información. Porque la señal original se conoce en el receptor, un ecualizador de canal es capaz de determinar la respuesta de canal y multiplicar el subsiguiente de datos de soporte de señal por la inversa de la respuesta del canal para revertir los efectos de multitrayecto.2. Sistemas CDMA pueden emplear ecualizadores rastrillo para resolver las trayectorias individuales y luego combinar las copias digitales de la señal recibida desplazada en el tiempo para aumentar el receptor de señal-a-ruido (SNR).En cualquier caso, la implementación del ecualizador de canal se convierte en cada vez más complejo como datos de las tasas de aumento. Tiempos de símbolo se hacen más cortos y relojes receptores de la muestra debe llegar a ser correspondientemente más rápido. ISI se vuelve mucho más grave- pueden transcurrir varios períodos de símbolos.El impulso finito de respuesta del filtro transversal (véase la figura 2.1-3) es una topología de ecualizador común. Como el período de la reloj del receptor de la muestra (τ) disminuye, más muestras se requieren para compensar una cantidad dada de la dispersión del retardo.El número de tomas de retardo aumenta junto con la velocidad y la complejidad del algoritmo adaptativo. Para los tipos de datos LTE (Hasta 100 Mbps) y los diferenciales de retardo (cerca del 17 microsegundos), este enfoque de la ecualización de canales se convierte en poco práctico. Como veremos a continuación, OFDM elimina ISI en el dominio del tiempo, lo que simplifica enormemente la tarea de canal compensación.2,2 OFDMA diferencia de los sistemas de portadora simple descritos anteriormente, los sistemas de comunicación OFDM no se basan en el aumento de las tasas de símbolos en , a fin de lograr mayores velocidades de datos. Esto hace la tarea de gestionar ISI mucho más simple. Sistemas OFDM romper el ancho de banda disponible en muchos estrechos sub-portadoras y transmitir los datos en corrientes paralelas. Cada subportadora se modulada a través de diferentes niveles de modulación QAM, por ejemplo, QPSK, QAM, 64QAM órdenes o superior

posiblemente dependiendo calidad de la señal. Cada símbolo OFDM es por lo tanto una combinación lineal de las señales instantáneas en cada una de las subportadoras en el canal. Debido a que los datos se transmiten en paralelo y no en serie, símbolos OFDM son generalmente mucho más de símbolos en sistemas de una sola portadora de velocidad de datos equivalente.Hay dos aspectos verdaderamente notables de OFDM. En primer lugar, cada símbolo OFDM es precedido por un prefijo cíclico (CP), que se utiliza para eliminar de manera efectiva ISI. En segundo lugar, las sub-portadoras son muy estrechamente espaciadas para hacer un uso eficiente de los recursos disponibles ancho de banda, sin embargo, no existe prácticamente ninguna interferencia entre subportadoras adyacentes (Interferencia Inter Carrier, o ICI). Estos dos características únicas están en realidad estrechamente relacionados. Con el fin de entender cómo OFDM con ofertas de distorsión por trayectoria múltiple, es útil considerar la señal tanto en el dominio de tiempo y frecuencia.Para entender cómo OFDM trata ISI inducida por trayectoria múltiple, considerar la epresentación en el dominio de tiempo de un OFDM símbolo que se muestra en la Figura 2.2-1. El símbolo OFDM consiste en dos componentes principales: el PP y un plazo de FFT (TFFT). La duración de la CP está determinado por el mayor grado anticipado de la dispersión del retardo para el objetivoaplicación. Cuando las señales transmitidas llegan al receptor por dos caminos de diferente longitud, que se escalonan en el tiempo como se muestra en la figura. 2.2-2.Dentro de la CP, es posible que se produzcan distorsiones de la símbolo precedente. Sin embargo, con una CP de duración suficiente, símbolos precedentes no se extienda al período FFT, sólo hay interferencia causada por el tiempo escalonados "copias" de el símbolo actual. Una vez que la respuesta impulsional del canal se determina (mediante la transmisión periódica de referencia conocido señales), puede corregir la distorsión mediante la aplicación de una amplitud y desplazamiento de fase sobre una base subportadora por subportadora.Tenga en cuenta que toda la información relevante para el receptor está contenido dentro del período de FFT. Una vez que la señal es recibida y digitalizada, el receptor simplemente tira la CP. El resultado es un pulso rectangular que, dentro de cada uno subportadora, es de amplitud constante durante el período FFT.Los impulsos rectangulares resultantes de la destrucción de la CP son esenciales para la capacidad de subportadoras espacio muy estrechamente en frecuencia sin crear ICI. Los lectores recordarán que el uniforme de pulso rectangular (función RECT) en el dominio del tiempo resulta en una función sinc (sin (x) / x) en el dominio de la frecuencia, como se muestra en la figura. 2.2-3. El Período de LTE FFT es 67,77 microsegundos. Tenga en cuenta que esto es simplemente la

inversión de la separación de portadoras (1 / Df). Esto resulta en un patrón SINC en la frecuenciadominio con espaciados uniformemente en cruces cero en intervalos de 15 kHz-precisamente en el centro de la subportadora adyacente. Es por lo tanto, puede realizar el muestreo de la frecuencia central de cada subportadora mientras encontrando no interferencia de lossubportadoras adyacentes (cero-ICI).Desventajas de OFDMComo hemos visto, OFDM tiene algunos atributos notables. Sin embargo, como todos los esquemas de modulación, adolece de algunos inconvenientes. OFDM tiene dos debilidades principales relativos a los sistemas de portadora simple: susceptibilidad a la frecuencia de la portadora errores (ya sea debido a oscilador local offset o desplazamientos Doppler) y una gran señal de pico a promedio de la relación de potencia (PAPR).Como se discutió anteriormente, los sistemas OFDM puede alcanzar cero ICI si cada subportadora se muestrea precisamente en su centro frecuencia. El tiempo de muestreo de la señal OFDM se convierte en el dominio de la frecuencia por medio de una transformada rápida de Fourier(FFT)-que es un medio altamente eficiente de la aplicación de una transformada discreta de Fourier (DFT). La DFT representa un secuencia discreta finito de coeficientes complejos que son dados por:

donde Ts es el intervalo de muestreo en el dominio del tiempo y N es el número de muestras. Por lo tanto, las frecuencias en la Fourier representación están completamente definidos por la frecuencia de muestra (1 / T) y el número de muestras tomadas en el FTT período.Vamos a considerar un ejemplo específico LTE. LTE define anchos de banda de transmisión desde 1,25 MHz hasta 20 MHz. En el caso de 1,25 MHz de ancho de banda de transmisión, el tamaño de la FFT es de 128. En otras palabras, 128 muestras se toman dentro del período de FFTde 66,67 microsegundos. Por lo tanto, Ts = 0,52086 microsegundos, y la señal recibida se representa por las frecuencias a 15 kHz, 30 kHz, 45 kHz ... Estas frecuencias son las frecuencias centro exacto de la señal de subportadoras, a menos que los errores de frecuencia sonencontrado en el proceso de conversión hacia abajo.La FFT se lleva a cabo a una frecuencia de banda base, después de la señal recibida ha sido convertidas a partir de la portadora de RF frecuencia. Downconversion se realiza normalmente por medio de conversión directa. La señal recibida se mezcla con una señal producida por el oscilador local del receptor (LO). Idealmente, la señal portadora y las LO del receptor son idénticos en la

frecuencia. Por desgracia, este no es siempre el caso.El transmisor y el receptor de los osciladores locales, invariablemente, a la deriva, por lo que los medios deben adoptarse medidas activas para evitar que sincronizado. Cada estación base envía periódicamente señales de sincronización que son utilizadas por el UE para este fin,entre otras cosas (señales de sincronización también se utilizan para la adquisición inicial y handover). Aún así, otras fuentes tales como desplazamientos Doppler y el ruido de fase del oscilador todavía puede dar lugar a errores de frecuencia. Sin corregir los errores de frecuencia seresultado en ICI tal como se muestra en la Figura 2.2.1-1. Por estas razones, la frecuencia de la señal debe ser rastreado de forma continua. Cualquier compensaciones deben ser corregidos en el procesador de banda base para evitar ICI excesiva que puede dar lugar a la pérdida de paquetes.El otro inconveniente importante para OFDM es un PAPR alta. La potencia instantánea transmitida RF pueden variar dramáticamente dentro de un único símbolo OFDM. Como se indicó anteriormente, el símbolo OFDM es una combinación de todas las subportadoras. Tensiones subportadora puede agregar en fase en algunos puntos dentro del símbolo, lo que resulta en pico instantáneo muy alta potencia mucho mayor que la potencia media.Un PAPR alto rango dinámico conduce requisitos para A / D y D / A. Aún más importante, sino que también reduce la eficiencia del amplificador de potencia del transmisor de RF (RFPA). Sistemas de un solo portador utilizan a veces de forma constante métodos de modulación, tales como modulación por desplazamiento mínimo gausiano (GMSK) o Modulación por Desplazamiento de Fase (PSK). La información en la señal de un sistema de una única portadora se transmite mediante la variación de la frecuencia instantánea o fase, mientras que la señalamplitud permanece constante. El RFPA no requiere un alto grado de linealidad. De hecho, el PA puede ser conducido tan duro que la señal se "recorta" como las oscilaciones de señal entre los voltajes máximo y mínimo. Distorsión armónica debido a la saturación puede ser eliminada mediante filtración de salida. Cuando RFPAs son operados de esta manera, se pueden alcanzar eficiencias del orden de 70 por ciento.En contraste, no OFDM es un esquema de modulación de envolvente constante. Dentro de cada símbolo, la amplitud y la fase de cada sub-portadora es constante. Durante la duración de un símbolo OFDM, puede haber varios picos grandes. La RFPA debe ser capaz de manejar los cambios de la tensión de pico sin saturación, por lo que requiere un amplificador más grande para manejar un medio dado potencia. La eficiencia es menor. Eficiencias RFPA para señales OFDM puede ser inferior a 20 por ciento. Aunque hay son medidas que se pueden tomar para reducir los picos de tensión, PAPR los resultados OFDM en eficiencias RFPA que

son generalmente inferiores a los de los sistemas de portadora única envolvente constante.2,3 OFDMAOFDMA se emplea como el esquema de multiplexación en el enlace descendente LTE. Quizás la mejor manera de describir OFDMA es por contrastándolo con un paquete orientado al esquema de red, tales como 802.11a. En 802.11a, Carrier Sense Multiple Access- (CSMA) es el procedimiento de multiplexación. Enlace descendente y el tráfico de enlace ascendente desde el punto de acceso fijo (AP) para estaciones móviles de usuario (STA) es por medio de paquetes de capa PHY. Como se explica a continuación, OFDMA hace un uso mucho más eficiente de la redrecursos.2.3.1 Comparación de OFDMA con los protocolos por paquetesComo 3GPP LTE, IEEE 802.11a utiliza OFDM como el método de modulación subyacente. Sin embargo, 802.11a utiliza CSMA como el procedimiento de multiplexación. CSMA es esencialmente un esquema de escuchar antes de hablar. Por ejemplo, cuando el AP ha puesto en cola el tráficopara una STA, monitoriza el canal para la actividad. Cuando el canal se vuelve inactivo, comienza a disminuir un temporizador interno que es aleatorio dentro de una ventana especificada. El temporizador continúa a ser disminuido en tanto como la red permanece ralentí. Cuando el cronómetro llega a cero, el AP transmitirá un paquete de capa PHY de hasta 2000 bytes dirigidos a un determinado STA (o todas las STA dentro de la célula en el caso de la modalidad de difusión). El estudio aleatorizado de interrupción período está diseñado para minimizar las colisiones, pero no puede eliminar por completo.Cada paquete 802.11a PHY utiliza todo el ancho de banda de la capa PHY para la duración del paquete. Considere el 802.11ª PHY formato de paquete se muestra en la Figura 2.3.1-1. Cada paquete 802.11a tiene una capacidad de carga de datos de longitud variable desde 64 hasta 2048bytes. Si la transmisión de paquetes es exitosa, la estación receptora transmite una ACK. Paquetes sin confirmar son supone que se dejó caer. Tenga en cuenta que cada paquete está precedido por un preámbulo de PHY que es de 20 microsegundos de duración. La fines del preámbulo PHY son:• Señal de detección• Selección de diversidad de antena• Ajuste de AGC• Desplazamiento de frecuencia estimación• El tiempo de sincronización• Canal de estimaciónLa dirección del destinatario no es en el preámbulo de PHY. En realidad, es en los paquetes de datos y se interpreta en la capa MAC. Desde una perspectiva de red,

el enfoque orientado a paquetes de 802.11a tiene la ventaja de simplicidad. Cada paquete está dirigido a un destinatario único (modo de difusión no obstante). Sin embargo, el aleatorizado período de retroceso del sistema de multiplexación CSMA es el tiempo de inactividad y por lo tanto representa una ineficiencia. El PHY preámbulo es también sobrecarga de la red y reduce aún más la eficiencia, en particular para los paquetes más cortos.El típico del mundo real eficiencia de un sistema de 802.11a es de aproximadamente 50 por ciento. En otras palabras, para una red con una velocidad de datos de 54 Mbps nominal, el rendimiento típico es de unos 25 - 30 Mbps. Algunas de las ineficiencias pueden ser mitigadosabandonando el esquema de multiplexación CSMA y la adopción de un enfoque programado para transmisión de paquetes. En efecto, versiones posteriores del protocolo 802.11 incluyen esta característica. Las ineficiencias debido a la dedicación paquetes ACK también puedereducirse mediante el reconocimiento de los paquetes en grupos en vez de individualmente.A pesar de las mejoras potenciales, sigue siendo difícil de conducir orientado a paquetes eficiencia de la red más allá de 65 a 70 por ciento. Además, dado que cada paquete consume todos los recursos de la red durante la transmisión y reconocimiento, el AP puede proporcionar dirigido (no broadcast) el tráfico a terminales de usuario único de forma secuencial.Cuando muchos usuarios están activos dentro de la célula, la latencia puede ser un problema significativo. Claramente, el objetivo de celular portadores es crear demanda de la red tanto como sea posible para una gran variedad de tráfico que incluye voz, multimedia,y datos. La eficiencia y la baja latencia, por tanto, de suma importancia. Como veremos en la siguiente sección, OFDMA es superior al paquete regímenes orientados en ambas de estas dimensiones críticas.2.3.2 OFDMA y la Estructura LTE Generic FrameOFDMA es una excelente opción de esquema de multiplexación para el enlace descendente 3GPP LTE. Aunque se trata de añadir complejidad en términos de programación de recursos, es muy superior a la de paquetes orientados enfoques en términos de eficiencia y latencia. En OFDMA, los usuarios se les asigna un número específico de subportadoras para una cantidad de tiempo predeterminada. Estos son referido como bloques de recursos físicos (PRB) en las especificaciones de LTE. Las PRB tanto, tienen tanto un tiempo y frecuencia dimensión. Asignación de PRBs es manejado por una función de programación en la estación base 3GPP (eNodoB).Con el fin de explicar adecuadamente OFDMA en el contexto de la LTE, debemos estudiar el marco genérico capa PHY estructura. La estructura de marco genérico

se utiliza con FDD. Las estructuras alternativas de marco se define para el uso con TDD.Sin embargo, TDD está más allá del alcance de este documento. Las estructuras alternativas de marco no se consideran. Como se muestra en la figura 2.3.2-1, marcos de LTE son 10 mseg de duración. Se dividen en 10 subtramas, cada subtrama siendo 1,0 mseg largo. Cada subtrama se divide además en dos ranuras, cada una de 0,5 mseg duración. Slots tratarse bien de 67 o símbolos ODFM, dependiendo de si el prefijo cíclico normal o extendido se emplea.El número total de subportadoras disponibles depende del ancho de banda de transmisión global del sistema. El LTE especificaciones definen parámetros para anchos de banda del sistema de 1,25 MHz a 20 MHz como se muestra en la Tabla 2.3.2-1. Un PRB es se define como consistente en 12 subportadoras consecutivas por una ranura (0,5 mseg) de duración. A PRB es el elemento más pequeño de asignación de los recursos asignados por el programador de la estación base.

La señal transmitida por el enlace descendente consta de subportadoras PNN para una duración de Nsymb símbolos OFDM. Puede ser representado por una rejilla de recursos tal como se representa en la Figura 2.3.2-2. Cada caja dentro de la cuadrícula representa una subportadora única para un periodo de símbolo y se conoce como un elemento de recurso. Tenga en cuenta que en aplicaciones MIMO, hay una rejilla de recursos para cada antena de transmisión.En contraste con las redes orientadas a paquetes, LTE no emplea un preámbulo PHY para facilitar la estimación de desviación de la portadora, de estimación de canal, etc temporización de sincronización lugar, las señales de referencia especiales están incrustados en la PRBS como se muestra en la Figura 2.3.2-3. Las señales de referencia se transmiten durante los símbolos OFDM primero y quinto de cada ranura cuando el corto CP se usa y durante los símbolos OFDM primero y cuarto cuando el CP largo se utiliza.Tenga en cuenta que los símbolos de referencia se transmiten cada subportadora sexto. Además, los símbolos de referencia están escalonadas en ambos tiempo y frecuencia. La respuesta de canal en subportadoras que llevan los símbolos de referencia se puede calcular directamente.La interpolación se utiliza para estimar la respuesta del canal en las subportadoras restantes.2,4 MIMO y MRC La PHY LTE opcionalmente puede explotar múltiples transceptores tanto en la estación base y el UE con el fin de mejorar enlace robustez y aumentar las tasas de datos para el enlace descendente LTE. En relación particular, combinando máxima (MRC) se utiliza para

mejorar la confiabilidad del enlace en difíciles condiciones de propagación cuando la señal es baja y las condiciones de trayectoria múltiple son un reto. MIMO es una técnica relacionada que se utiliza para aumentar las tasas de datos del sistema.

Figura 2.4-1a muestra un receptor convencional de un solo canal con diversidad de antena. Esta estructura receptor utiliza múltiples antenas, pero no es capaz de soportar MRC / MIMO. La topología de receptor básico tanto para MRC y MIMO es se muestra en la Figura 2.4-1b. MRC y MIMO se refiere a veces como "antena" múltiples tecnologías, pero este es un pocode un nombre inapropiado. Tenga en cuenta que la diferencia notable entre los receptores que se muestran en las Figuras 1a 2,4-y 2,4-1b no es múltiple antenas, sino más bien múltiples transceptores.Con MRC, se recibe una señal a través de dos (o más) separados de antena / transceptor pares. Tenga en cuenta que las antenas están físicamente separados, y por lo tanto tienen distintas respuestas de impulso de canal. Compensación de canal es aplicada a cada uno la señal recibida en el procesador de banda base antes de ser combinan linealmente para crear un compuesto único recibido señal.Cuando se combinan de este modo, las señales recibidas añadir coherentemente dentro del procesador de banda de base. Sin embargo, la el ruido térmico de cada transceptor no está correlacionado. Por lo tanto, la combinación lineal de señales de canal compensada enlos resultados del procesador de banda base en un aumento de la SNR de 3 dB en promedio para un receptor de dos canales MRC en un entorno noiselimited.Aparte de la mejora de la SNR debida a la combinación de, los receptores MRC son robustos en presencia de frecuencia selectiva decoloración. Recordemos que la separación física de las antenas del receptor resultados en distintas respuestas de impulsos de canal para cada uno receptor de canal. En presencia de desvanecimiento selectivo de frecuencia, es estadísticamente improbable que una subportadora dada voluntad se someten profundo desvanecimiento en ambos canales del receptor. La posibilidad de desvanecimientos profundos de frecuencia selectiva en el compuestopor lo tanto, la señal se reduce significativamente.MRC mejora la fiabilidad del enlace, pero no aumenta la tasa nominal del sistema de datos. En el modo de MRC, los datos se transmiten por una sola antena y se procesa en el receptor a través de dos o más receptores. MRC es por lo tanto una forma de receptor diversidad en lugar de diversidad de antenas más convencional. MIMO, por otro lado, supone un aumento de las tasas de datos del sistema. Esto se logra mediante el uso de múltiples antenas tanto en la transmisión y recepción de los extremos.

Con el fin de recibir correctamente una transmisión MIMO, el receptor debe determinar la respuesta impulsional del canal de cada antena de transmisión. En LTE, las respuestas de impulsos de canal se determinan por transmitir secuencialmente conocido señales de referencia de cada antena de transmisión, como se muestra en la figura 2.4-3.Haciendo referencia a la 2 x 2 sistema MIMO en la figura 2.4-4, hay un total de cuatro respuestas de impulsos de canal (C1, C2, C3 y C4). Tenga en cuenta que mientras que una antena de transmisor está enviando la señal de referencia, la otra antena está inactivo. Una vez que las respuestas de impulso de canal se conoce, los datos pueden transmitirse simultáneamente desde ambas antenas. La combinación lineal de los dos flujos de datos a las dos antenas del receptor resulta en un conjunto de dos ecuaciones y dos incógnitas, que es resoluble en los dos flujos de datos originales.2.5 SC-FDMALTE requisitos de enlace ascendente difieren de los requisitos de enlace descendente de varias maneras. No es sorprendente que el consumo de energía es un consideración clave para los terminales UE. El PAPR alta y consiguiente pérdida de eficiencia asociada con la señalización OFDM son principales preocupaciones. Como resultado, una alternativa a la OFDM se solicitó para su uso en el enlace ascendente LTE.Single Carrier - Acceso Dominio de Frecuencia Múltiple (SC-FDMA) se adapta bien a las necesidades de LTE de enlace ascendente. La básica del transmisor y arquitectura de receptor es muy similar (casi idéntica) a OFDMA, y ofrece el mismo grado de protección múltiple. Es importante destacar que, debido a la forma de onda subyacente es esencialmente de una sola portadora, la PAPR es menor.El diagrama de bloques de la figura 2.5-1 muestra una base SC-FDMA transmisor / receptor disposición. Tenga en cuenta que muchos de los bloques funcionales son comunes a ambos SC-FDMA y OFDMA, por lo tanto hay un grado significativo de funcional comunalidad entre el enlace ascendente y de enlace descendente de señal cadenas. Los bloques funcionales en la cadena de transmisión son:1. Mapeador de la constelación: Convierte flujo de bits de entrada a símbolos de portadora simple (BPSK, QPSK, 16QAM o dependiendo de las condiciones del canal)2. Serie / paralelo convertidor: Formatos dominio del tiempo SC símbolos en los bloques de entrada FFT motor3. M-punto DFT: Tiempo Convierte dominio SC recuadro del símbolo en tonos discretos M4. Asignación de subportadora: Mapas tonos de salida subportadoras a DFT especificado para la transmisión. SC-FDMA sistemas

o bien usar los tonos contiguos (localizado) o tonos uniformemente espaciados (distribuido) como se muestra en la Figura 2.5-2. Lahipótesis de trabajo actual en LTE es que el mapeo de subportadora localizada se utilizará. Las operaciones entrelocalizada y distribuida de mapeo de subportadora se tratan más adelante.5. N puntos IDFT: Convierte subportadoras asignadas de nuevo en el dominio del tiempo para la transmisión6. Prefijo cíclico y conformación de impulsos: prefijo cíclico se agrega como prefijo para el compuesto SC-FDMA símbolo para proporcionarinmunidad trayectos múltiples de la misma manera como se describe para OFDM. Como en el caso de OFDM, es de conformación de impulsosempleado para prevenir el rebrote espectral.7. RFE: convierte la señal digital a analógica y conversión ascendente de RF para la transmisiónEn la cadena de lado de recepción, el proceso es esencialmente invertido. Como en el caso de OFDM, SC-FDMA transmisiones pueden serpensado como sumas lineales de subportadoras discretos. Multitrayecto distorsión se maneja de la misma manera como en OFDM(sistemas de eliminación de CP, la conversión al dominio de la frecuencia, a continuación, aplicar la corrección de canal en una subportadora-bysubcarrierbase).A diferencia de OFDM, el subyacente SC-FDMA señal representada por las subportadoras discretos es-no sorprendentemente simples-portador. Esto es claramente diferente de las subportadoras OFDM porque SC-FDMA no son independientemente modulada. Comoresultado, PAPR es menor que para las transmisiones OFDM. El análisis ha demostrado que el LTE UE RFPA se puede operar sobre2 dB más cerca del punto de compresión de 1-dB de lo que sería posible si OFDM se emplearon en el enlace ascendente [2].Como se mencionó anteriormente, SC-FDMA subportadoras se pueden mapear en una de dos maneras: localizado o distribuido como se muestra enFigura 2.5-2. Sin embargo, la hipótesis de trabajo actual es que LTE será utilizar la asignación de subportadora localizada. Esta decisiónfue motivado por el hecho de que con el mapeo localizada, es posible aprovechar la ganancia de frecuencia selectiva a través de channeldependentplanificación (asignación de frecuencias de enlace ascendente a UE sobre la base de las condiciones de propagación favorables).3 LTE Capa FísicaLas capacidades del eNodoB y el UE son obviamente muy diferentes. No es sorprendente que el LTE PHY DL y UL son bastante

diferente. El DL y UL se tratan por separado en los documentos de especificación. Por lo tanto, el DL y UL sondescriben por separado en las secciones siguientes.3.0.1 Estructura de trama genéricaUn elemento compartido por el DL y UL LTE es la estructura marco genérico. Como se mencionó anteriormente, la LTEespecificaciones definen tanto FDD como TDD modos de operación. Este documento se refiere exclusivamente a describir FDDespecificaciones. La estructura de marco genérico que se aplica tanto a la DL y UL para la operación FDD. Se describe en detalleSección 2.3.2 supra, y los puntos principales se repiten en esta sección.Como se describe en la Sección 2.3.2, las transmisiones LTE están segmentados en frames, que son 10 milisegundos de duración. Framesconsisten en 20 períodos de ranura de 0,5 ms. Los sub-tramas contienen dos períodos de ranura y son de 1,0 ms de duración.Enlace DescendenteLa especificación LTE PHY está diseñado para dar cabida a los anchos de banda de 1,25 MHz a 20 MHz. OFDM fue seleccionado comoel esquema de modulación básica debido a su robustez en presencia de desvanecimiento por trayectos múltiples severo. Enlace Descendentemultiplexación se realiza a través de OFDMA.El DL admite canales físicos, que transmiten información desde las capas superiores de la pila de LTE, y las señales físicasque son para el uso exclusivo de la capa PHY. Los canales físicos se asignan a canales de transporte, que son serviciopuntos de acceso (PAE) para las capas L2/L3. Dependiendo de la tarea asignada, canales físicos y las señales de utilizar diferentesmodulación y parámetros de codificación.3.1.1 Parámetros de modulaciónOFDM es el esquema de modulación para el DL. La separación de subportadora de base es 15 kHz, con una separación de subportadora reducidade 7,5 kHz disponible para algunos escenarios MB-SFN. Tabla 3.1.1-1 resume los parámetros de modulación OFDM.Dependiendo de la extensión de retardo del canal, ya sea a corto o largo CP se utiliza. Cuando CP corto se usa, la primera OFDMsímbolo en una ranura tiene un poco más largo CP que los restantes seis símbolos, como se muestra en la Tabla 3.1.1-2. Esto se hace parapreservar la temporización de ranura (0,5 ms).Tenga en cuenta que la duración CP se describe en términos absolutos (por ejemplo, 16,67 microsegundos para CP largo) y en términos de tiempo estándar

unidades, TS. Ts se utiliza a través de los documentos de especificación LTE. Se define como Ts = 1 / segundo (15.000 x 2048), el cualse corresponde con el reloj de 30,72 MHz de la muestra para el punto 2048 FFT se utiliza con el sistema de ancho de banda de 20 MHz.3.1.2 Multiplexación de enlace descendenteOFDMA es el esquema básico de multiplexación emplean en el enlace descendente LTE. OFDMA es una nueva tecnología-a-celular y esse describe en detalle en la sección 2.3.2 supra. Como se describe en la Sección 2.3.2, grupos de 12 subportadoras adyacentes se agrupanjuntos en una base de ranura de la ranura para formar bloques de recursos físicos (PRB). Un PRB es la unidad más pequeña de ancho de bandaasignada por el programador de la estación base.Haciendo referencia a la Figura 2.3.2-2, una de dos dimensiones (tiempo y frecuencia) rejilla de recursos puede ser construido para representar eltransmite señal de enlace descendente. Cada bloque de la cuadrícula representa un símbolo OFDM en una subportadora dada y se refierecomo un elemento de recurso. Tenga en cuenta que en aplicaciones MIMO, hay una red de recursos para cada antena de transmisión.3.1.3 Canales FísicosTres tipos diferentes de canales físicos se definen para el enlace descendente LTE. Una característica común de la físicacanales es que todos ellos transmitir información desde las capas superiores de la pila de LTE. Esto está en contraste con las señales físicas,que transmiten información que se usa exclusivamente dentro de la capa PHY.LTE canales DL físicas son las siguientes:• Física compartido de enlace descendente de canal (PDSCH)• Control de canales de enlace descendente físico (PDCCH)• Común de Control Físico Channel (CCPCH)Los canales físicos se asignan a canales de transporte específicos como se describe en la Sección 3.1.5 abajo. Los canales de transportelos programas de ajuste estructural de las capas superiores. Cada canal físico se ha definido algoritmos para:• Bit luchando• Modulación• Capa de asignación• CDD precodificación• Asignación de recursos elementoMapeo de capas y pre-codificación están relacionados con aplicaciones MIMO. Básicamente, una capa corresponde a una multiplexación espacialcanal. Sistemas MIMO se definen en términos de Ntransmitters Nreceivers x. Por LTE, las configuraciones definidas son 1x 1, 2 x 2,

3 x 2 y 4 x 2. Tenga en cuenta que mientras que hay tantas como cuatro antenas de transmisión, hay sólo un máximo de dosreceptores y por lo tanto un máximo de sólo dos flujos espaciales de datos de multiplexación.Para una x 1 1 o un sistema de 2 x 2, hay una simple relación 1:1 entre las capas y los puertos de la antena de transmisión.Sin embargo, para un 3 x 2 y 4 x 2 sistema, todavía hay sólo dos canales de multiplexado espacial. Por lo tanto, hayredundancia en uno o ambos flujos de datos. Asignación de capas especifica exactamente cómo las antenas transmisoras supletoriasempleado.Precodificación también se utiliza en conjunción con multiplexación espacial. Recordemos que explota MIMO de múltiples caminos para resolverindependientes de los flujos de datos espaciales. En otras palabras, los sistemas MIMO requieren un cierto grado de trayectos múltiples para fiableoperación. En un entorno de ruido limitado con baja distorsión multipath, los sistemas MIMO puede llegar a ser afectada.Físico compartido de enlace descendente de canalEl PDSCH se utiliza básicamente para el transporte de datos y multimedia. Por lo tanto, está diseñado para velocidades de datos muy altas.Por lo tanto, incluyen opciones de modulación QPSK, 16QAM y 64QAM. Multiplexación espacial también se utiliza en el PDSCH. Enhecho, la multiplexación espacial es exclusiva para el PDSCH. No se utiliza ya sea en el PDCCH o la CCPCH. Capa de mapeopara el PDSCH se describe en la Tabla 3.1.3-1.Física control de enlace descendente de canalEl PDCCH UE transmite información específica de control. Robustez en lugar de la velocidad de datos máxima es por lo tanto el jefeconsideración. QPSK es el formato de modulación única disponible. El PDCCH se proyecta sobre los elementos de recursos en un máximo delos tres primeros símbolos OFDM en la primera ranura de un bastidor auxiliar.Canal físico de control comúnEl CCPCH lleva celular en toda la información de control. Al igual que el PDCCH, robustez en lugar de la velocidad de datos máxima es laconsideración principal. QPSK es por lo tanto el formato de modulación única disponible. Además, el CCPCH se transmite comocerca de la frecuencia central como sea posible. CCPCH se transmite exclusivamente en los 72 subportadoras activas centradas enla subportadora DC. La información de control se asignan a los elementos de recursos (k, l) donde k hace referencia al símbolo OFDM dentro de

la ranura y L se refiere a la subportadora. CCPCH símbolos se asignan a los elementos de recursos en orden creciente de índice kprimero, entonces l.3.1.4 Señales físicasSeñales físicas utilizar elementos asignados los recursos. Sin embargo, a diferencia de los canales físicos, las señales físicas no transmiteninformación a / desde las capas superiores. Hay dos tipos de señales físicas:• Las señales de referencia utilizado para determinar la respuesta impulsional del canal (CIR)• Las señales de sincronización que transmiten información de la red de distribuciónSeñales de referenciaLas señales de referencia se generan como el producto de una secuencia ortogonal y una pseudo-aleatoria numérico (PRN)secuencia. En total, hay 510 posibles señales de referencia único. Una señal de referencia especificado se asigna a cadacélula dentro de una red y actúa como un identificador específico de las células.Como se muestra en la Figura 3.1.4-1, señales de referencia se transmiten en subportadoras espaciadas igualmente dentro de la primera y-thirdfromúltimo símbolo OFDM de cada ranura. UE debe tener una precisión CIR de cada antena transmisora. Por lo tanto, cuando unseñal de referencia se transmite desde el puerto de antena, los otros puertos de la antena en la célula están inactivos.Señales de referencia se envían en cada subportadora sexto. CIR estimaciones de subportadoras que no dan señales de referenciase calculan por interpolación. Cambio de las subportadoras que llevan señales de referencia por pseudo-aleatorio frecuenciasaltando también está bajo consideración.Las señales de sincronizaciónLas señales de sincronización utiliza el mismo tipo de secuencias pseudoaleatorias ortogonales como señales de referencia. Estos sonclasificados como señales de sincronización primario y secundario, dependiendo de cómo se usan por el UE durante la celdabuscar procedimiento. Señales de sincronización primario y secundario se transmiten en las 72 subportadoras centradasalrededor de la subportadora DC durante las ranuras 0 ª y 10a de un bastidor (recordar que hay 20 ranuras dentro de cada trama).3.1.5 Canales de TransporteLos canales de transporte están incluidos en la PHY LTE y actúan como puntos de acceso de servicio (SAP) para las capas superiores. Enlace DescendenteLos canales de transporte son:

Broadcast Channel (BCH)• Formato fijo• Debe difundirse a través de toda el área de cobertura de la célulaCanal compartido de enlace descendente (DL-SCH)• Soporta Hybrid ARQ (HARQ)• Compatible con la adaptación de enlace dinámico, variando la modulación, codificación y transmisión de energía• Adecuado para la transmisión sobre toda el área de cobertura celular• Adecuado para su uso con la formación de haz• Apoyo para la asignación dinámica de recursos y semi-estática• Apoyo a la recepción discontinua (DRX) para ahorro de energíaPaging Channel (PCH)• Apoyo a la UE DRX• Requisitos para su difusión en toda la zona de cobertura celular• Asignado a los recursos físicos asignados dinámicamenteMulticast Channel (MCH)• Requisitos para su difusión en toda la zona de cobertura celular• Apoyo a la MB-SFN• Soporte para la asignación de recursos semi-estática3.1.6 Asignación de canales físicos de enlace descendente a los canales de transporteLos canales de transporte se asignan a canales físicos como se muestra en la Figura 3.1.6-1. Soportados canales de transporte son:1. Broadcast canal (BCH)2. Paging canal (PCH)3. Canal compartido de enlace descendente(DL-SCH)4. Multicast canal (MCH)Los canales de transporte proporcionan la siguientefunciones:• Estructura para pasar datosa / desde las capas superiores• Mecanismo por el cual más altocapas puede configurar el PHY• Indicadores de estado (error de paquetes,CQI, etc) a las capas superiores• Apoyo a peer-to-peer de señalización de capa superior3.1.7 Codificación de canal de enlace descendenteDiferentes algoritmos de codificación se emplean para los canales físicos DL. Para el canal de control común (CCPCH),

modulación se limita a QPSK. El PDSCH utiliza hasta un 64 modulación QAM. Para los canales de control, la cobertura es elrequisito primordial. Codificación convolucional se ha seleccionado para su uso con el CCPCH, aunque una determinación finaltasa sobre el código no se ha realizado todavía.Por PDSCH, de mayor complejidad modulación se emplea para alcanzar los más altos posibles tasas de datos de enlace descendente. LaPDSCH utiliza QPSK, 16QAM, 64QAM o en función de las condiciones del canal. Como resultado, la ganancia de codificación se enfatiza máslatencia. Velocidad 1/3 codificación turbo ha sido seleccionado para el PDSCH.3,2 UplinkEl PHY LTE utiliza Single Carrier - Acceso Múltiple por División de Frecuencia (SC-FDMA) como el esquema de transmisión básicapara el enlace ascendente. Los principios básicos de funcionamiento de SC-FDMA se describen en la Sección 2.5. SC-FDMA es unatérmino engañoso, ya que SC-FDMA es esencialmente un sistema de múltiples portadoras que reutiliza muchos de los bloques funcionalesincluido en la cadena de señal OFDM UE receptor (véase la fig. 2,5-1). La principal ventaja de SC-FDMA másconvencional OFDM es un PAPR baja (aproximadamente 2 dB) de lo que sería posible utilizando OFDM.3.2.1 Parámetros de modulaciónEn las aplicaciones FDD, el enlace ascendente utiliza la misma estructura marco genérico (véase la Sección 3.0.1) como el enlace descendente. También utilizala separación de subportadora de 15 kHz misma anchura y PRB (12 subportadoras). Enlace descendente de modulación parámetros (incluyendoLa longitud de CP normal y extendida) son idénticos a los parámetros de enlace ascendente se muestran en las Tablas 3.1.1-1 y 3.1.1-2. Subportadoramodulación es, sin embargo, muy diferentes.En el enlace ascendente, los datos se mapean en una constelación de señal que puede ser QPSK, 16QAM, 64QAM o dependiendo de canalcalidad. Sin embargo, en lugar de utilizar los símbolos QPSK / QAM para modular directamente subportadoras (como es el caso en OFDM),símbolos de enlace ascendente son secuencialmente alimenta a un convertidor serie / paralelo y luego en un bloque de FFT como se muestra en la figura 2.5-1.El resultado en la salida del bloque de FFT es una representación de dominio de frecuencia discreta del símbolo QPSK / QAMsecuencia.Los términos de Fourier discretas en la salida del bloque de FFT se asignan a subportadoras antes de ser convertida de nuevo

en el dominio de tiempo (IFFT). El paso final antes de la transmisión está añadiendo un CP. Es interesante observar que mientras que elSC-FDMA de la señal tiene una PAPR más baja en el dominio del tiempo, individuales amplitudes de subportadora que puede variar más en ladominio de la frecuencia de una señal OFDM comparable.3.2.2 MultiplexaciónLas PRB de enlace ascendente se asignan al UE por la estación base a través del planificador de enlace descendente CCPCH. Las PRB enlace ascendente consisten en unagrupo de 12 subportadoras contiguos para una duración de tiempo de la ranura uno.3.2.3 físico de enlace ascendente CanalesCanales físico de enlace ascendente se utilizan para transmitir información originada en capas por encima de la PHY. UL físico definidocanales son:Físico Uplink Shared Channel (PUSCH)Recursos para el PUSCH se asignan sobre una base sub-bastidor por el planificador UL. Subportadoras se asignan enmúltiplos de 12 (PRBS) y puede ser saltó de sub-marco para sub-bastidor. El PUSCH puede emplear QPSK, 16QAM oModulación 64QAM.Física control de enlace ascendente de canal (PUCCH)Como el nombre implica, el PUCCH llevainformación de control de enlace ascendente. Nunca estransmite simultáneamente con los datos PUSCH.PUCCH transmite información de control que incluyecanal indicación de calidad (CQI), ACK / NACK,HARQ de enlace ascendente y solicitudes de programación. LaPUCCH frecuencia de transmisión se saltó ael límite de ranura como se muestra en la Figura 3.2.3-1para mayor fiabilidad.Físico de enlace ascendente SeñalesSeñales de enlace ascendente físicos se utilizan dentro de la PHY y no transmiten información desde las capas superiores. Dos tipos de ULseñales físicas son definidas: la señal de referencia y en el preámbulo de acceso aleatorio.Uplink referencia de la señalEn realidad, hay dos variantes de la señal de referencia de UL. La señal de desmodulación facilita la demodulación coherente. Lose transmite en el cuarto símbolo SC-FDMA de la ranura y es del mismo tamaño que el recurso asignado. También hay una

sonar la señal de referencia utilizada para facilitar la programación dependiente de la frecuencia. Ambas variantes de la señal de referencia ULse basan en Zadhoff-Chu secuencias.Preámbulo de acceso aleatorioEl procedimiento de acceso aleatorio implica la PHY y las capas superiores. En la capa PHY, el procedimiento de búsqueda de células seiniciada por la transmisión del preámbulo de acceso aleatorio por el UE. Si tiene éxito, una respuesta de acceso aleatorio esrecibida desde la estación base. El formato de acceso aleatorio preámbulo se muestra en la Figura 3.2.4-1. Se compone de una cíclicoprefijo, un preámbulo y un tiempo de guarda durante el cual no hay ninguna señal transmitida.Para la estructura de marco genérico, los parámetros de temporización son:TRA: 30720 TSTGT: 3152 TSTPRE: 24576 TSdonde TS = período de un reloj de 30,72 MHzPreámbulos de acceso aleatorio se derivan de secuencias de Zadoff-Chu. Se transmiten en bloques de 72 contiguossubportadoras asignado para el acceso aleatorio por la estación base. En aplicaciones FDD, hay 64 posibles preámbulosecuencias por célula.La frecuencia exacta utilizada para la transmisión del preámbulo de acceso aleatorio se selecciona de acceso aleatorio disponiblede canales por las capas superiores en el UE. Otra información proporcionada a la PHY de las capas superiores incluye:• Los canales disponibles de acceso aleatorio• Preámbulo formato (que secuencias de preámbulo)• Potencia de transmisión inicial• rampa de alimentación del tamaño de escalón• El número máximo de reintentos3.2.5 Transporte Uplink CanalesComo en el DL, transporte de enlace ascendente canales actúan como puntos de acceso de servicios para capas superiores. Características del transporte ULcanales se describen a continuación.Uplink - Shared Channel (UL-SCH)• Apoyo a la posible utilización de conformación del haz• Apoyar la adaptación de enlace dinámico (variable modulación, codificación y / o potencia Tx)• Apoyo a la HARQ• Apoyo para la asignación dinámica de recursos y semi-estática

Canal de Acceso Aleatorio (RACH)• Soporta transmisión de información de control limitado• Posible riesgo de colisión3.2.6 Asignación de Canales físico de enlace ascendente para el transporte deCanalesLos canales de transporte se asignan a canales físicos comose muestra en la Figura 3.2.6-1.3.2.7 CodificaciónEl UL-SCH utiliza la misma tasa esquema 1/3 turbo codificación(Dos 8-estatales codificadores constituyentes y uno internointercalador) como el DL-SCH.3,3 MB-SFNMultimedia Broadcast servicios de multidifusión (MBMS) se llevan a cabo ya sea en una sola célula o el modo multi-celda. En sola célulatransmisiones, el tráfico de MBMS se asigna a la DL-SCH. En el modo multi-celular, las transmisiones desde las células son cuidadosamentesincronizadas para formar un Multicast / Broadcast - Red de Frecuencia Única (SFN-MB).MB-SFN es una aplicación elegante de OFDM para la difusión celular. El principio de funcionamiento es bastante simple. Idénticotransmisiones se difunden a partir de células estrechamente coordinados simultáneamente en una frecuencia común. Las señales de loscélulas adyacentes llegan al receptor y se tratan de la misma manera como trayectos múltiples señales retardadas. De esta manera,UE puede combinar la energía de múltiples transmisores sin complejidad del receptor adicional.Si el UE está en un límite de celda, el retardo relativo entre las dos señales es bastante pequeña. Sin embargo, si el UE está cercauna estación base y relativamente lejos de una segunda estación base, la cantidad de retardo entre las dos señales puede serbastante grande. Por esta razón, MB-SFN transmisiones están soportados con un espaciado de 7,5 kHz subportadora y un CP largo.MB-SFN redes también utilizan una señal de referencia común de todos los transmisores dentro de la red para facilitar canalestimación.Como consecuencia del régimen de MB-SFN transmisión, el UE puede moverse entre células sin procedimiento de traspasorequerida. Las señales procedentes de diversas células pueden variar en fuerza y en la demora relativa, pero en conjunto, la señal recibida es todavíatratado en la misma forma que un único canal de transmisión convencional OFDM.4 Conclusiones

Aunque incompleto, las especificaciones de LTE sí contienen una gran cantidad de información útil. Es muy posible queconstruir una imagen razonablemente precisa de la capa física LTE en este momento. Esta discusión ha provisto con suerteal lector con una descripción bastante completa de la PHY LTE. En algunos casos, el material ha sido omitido por elaras de la brevedad. En otros casos, las especificaciones de LTE no contienen mucho detalle en este momento. Como se mencionó anteriormente,trabajar en la especificación 3GPP LTE está en marcha en este momento y no se completará antes de finales de este año o posiblementeprincipios de 2008