当前课程知识点：5G与人工智能 > 第三章 5G以前的故事 > 3.5 4G的核心技术 > 3.5 4G的核心技术
这小节我们开始讲
第4代移动通信系统
即LTE系统
现在我们使用的
在全球广为商用的就是4G系统
中国在2013年颁发了4G牌照
而OFDMA是LTE的下行多址技术
OFDMA就是用OFDM作为多址的方法
OFDMA的全称是
orthogonal frequency division multiplexing
中文为正交频分复用
LTE的上行多址技术叫做SC-FDMA
中文为单载波FDMA
也是基于OFDM的一种多址技术
所以说OFDM是第4代移动通信的关键技术
在4G之前
OFDM已经在ADSL
电力线通信 数字音频广播DAB
数字视频广播DVB
WPAN(802.15.3a)和WLAN(802.11a)
以及Wimax当中获得了应用
OFDM是贝尔实验室的
R.W.Chang在1966年发明的
他是一位华裔科学家
后来1971年的IFFT
1980年用循环前缀克服信道的多径效应
基本形成了今天所使用的OFDM的技术框架
那么3GPP对LTE的需求有哪些呢
第一 显著提高峰值数据率
达到上行50Mb/s 下行100Mb/s
第二 显著的提高频谱效率
达到3GPP R6的2~4倍
提高频谱资源的效率是通信中永恒的命题
第三 尽可能将无线接入网的环回延时降低到10毫秒以内
第四 要求有可扩展的带宽
需要支持1.4兆 3.0兆 5兆
一直到20MHZ的系统带宽
支持可变带宽
是因为全球的频谱资源都很紧张
有些国家或者运营商
可能拿不出20兆赫兹这样
完整的一块频谱资源来用于LTE
在频谱带宽提到20兆比特每秒的情况下
在这么高的带宽下
CDMA技术实现起来非常复杂
必须寻找新的多址技术
于是就有了OFDM走上关键舞台的这一步
在移动通信中有多径效应
指的是手机处于建筑群与障碍物之间
接收信号的强度将由
各直射波和反射波叠加合成
信号由不同的路径到达手机
对信号造成一定的影响
多径效应造成的时间差
会带来码间干扰
码元就是有一定幅度或相位的载波
是数字信号的载体
我们也叫它码片
信号在通过多条路径到达接收端以后
前一个码元的后端部分
会干扰后一个码元的前端部分
这种干扰被称为码间串扰
在相等的带宽
相同的调制方式下
想要传输更多的数据
就需要更高的码片速率
以及更短的码元周期
而在带宽和调制方式不变的情况下
越高速率就会带来越低的码元周期
产生越严重的码间串扰
这显然不是我们想要的
在传统的无线数据业务中
我们总是采用高带宽高码元速率的方式
比如WCDMA是5MHZ
CDMA2000是1.25兆赫兹带宽
我们知道码元周期就是码片速率的倒数
按照原来的趋势发展下去
20兆赫兹的带宽码元速率势必更高
周期势必更短
这样就会带来严重的码间串扰问题
那么为什么我们不能考虑低带宽
低码元速率呢
为什么要采用单载波
为什么不把带宽均匀的分成N份
然后采用多个载波呢
通过把一个载波分成N个子载波
将码元速率降为原来的N分之1
这样虽然单个载波的速率变为原来的1/N
但是总速率是这N个子载波的总和
N×1/N=1 总速率并没有下降
但是每个子载波的码元周期却扩展了N倍
从而大大提高了抗码间干扰的能力
这种方法就是正交频分复用
OFDM中的FDM也即频分复用
频分复用的概念并不是新的
OFDM中 我们主要针对于
解决高带宽带来的码元速率提升
周期下降 码间串扰家剧的问题
为了降低多径效应带来的码间串扰问题
OFDM采用了将串行的高速路业务
通过串并变换
变成N列低速的并行数据
这样一来码元速率就下降
周期大大扩
可以有效对抗码间串扰
最后把这N列并行数据
调试到N个低带宽的载波上去
就完成了OFDM中的FDM的过程
传统的FDM载波和载波之间
需要有保护间隔
而OFDM却足够彪悍
他们之间不仅需要保护带宽
频谱之间还可以重叠
这样一来就节省了不少频谱资源
之所以子载波可以重叠
是因为它们是正交的
那么怎样的载波才可以正交呢
那就是著名的正弦函数以及倍数序列
余弦函数也是一样的
假设载波的频率为
f2载波的频率为
后面的载波频率为倍数
这些调制载波就形成了一个正弦函数的序列
我们来看一个调制的公式
对于用进行调制的载波的信号而言
用的载波就可以顺利的解调
如果用一个频率不相等的子载波来
解调就会得到0
也就是说完全正交
余弦函数也这样
各个子载波之间就可以
互不干扰的承载各自的信息
这就是OFDM中O的由来
这里 请大家自行学习
关于奈奎斯特带宽的知识
串并变换 降低了码间串扰
但是并没有消除
为了彻底的消除
OFDM又在码元之间引进了空白的
完全不发送任何信息的保护间隔
如此一来
同一个子载波之间的
码间串扰（ISI）的问题就解决了
但是不同子载波之间
存在干扰（ICI）
为了解决这个问题
OFDM通过将后部分的波形前置
形成循环前缀的方法
来消除这个干扰
其实也就相当于
顶替了原来的保护间隔
LTE只是在下行使用
FDMA的多址方式
因为FDMA信号的
峰均比（Peak to Average Power Ratio）较高
LTE在上行链路采用的是SC-FDMA
它是基于OFDMA针对上行链路的改良版
主要在于降低发射信号的PAPR
下面我们来看看LTE的
另一项提升下行速率的关键技术
也就是MIMO技术
MIMO技术实际上
就是多输入多输出技术（Multi input Multi output）
这种方式在LTE
及LTE-advanced里面非常重要
MIMO技术的物理实体
就是发送端和接收端的N根天线
这些天线对应N个通道
极大提高了系统容量
发射端通过空时映射
将要发送的数据信号
映射到多根天线上发送出去
接收端将各根天线
接收到的信号进行空时译码
从而恢复出发射端发送的数据信号
根据空时映射方法的不同
MIMO技术大致可以分为两类
空间分集和空间复用
请感兴趣的同学
或者通信专业的同学
扩展学习以下内容
接收分集 发射分集 空分复用
Space Time Block Code（STBC） 波束成形
-课程简介
--Video
-1.1 未来什么职业会被取代？
--1.1扩展阅读
--1.1 讨论
-1.1 测试 未来什么职业会被取代？
-1.2 人工智能在哪里
-1.2 测试 人工智能在哪里
-1.3 强人工智能和弱人工智能
--1.3 补充材料
-1.3 测试 强人工智能和弱人工智能
-1.4 人工智能靠什么实现？
-1.4 测试 人工智能靠什么实现？
-1.5 5G和人工智能有何关系？
--1.5 补充材料
-1.5 测试 5G和人工智能有何关系？
-2.1 5G，你是不是只比4G多1G？
-2.1测试 5G，你是不是只比4G多1G？
-2.2 5G，初见
-2.2测试 5G，初见
-2.3 5G，五代十国的史诗
--看视频回答问题
-2.3测试 5G，五代十国的史诗
-2.4 五代是哪五代？
-2.4测试 五代是哪五代？
-2.5 5G的三大场景
-2.5 5G的三大场景--作业
-2.6 五代（5G）演进到哪儿啦？
-2.6测试 五代（5G）演进到哪儿啦？
-2.7 马上就要来到的5G，我能做什么产品？
--2.7 扩展阅读
-2.7 测试马上就要来到的5G，我能做什么产品？
-2.8 围咖夜话（专家访谈）
-2.8测试 围咖夜话（专家访谈）
-3.1 3G之母（多址 核心技术 CDMA)上
-3.1测试 3G之母（多址 核心技术 CDMA)上
-3.2 3G之母（多址 核心技术 CDMA)下
-3.2测试 3G之母（多址 核心技术 CDMA)下
-3.3 高个爸爸与大盗
-3.3测试 高个爸爸与大盗
-3.4 4G的变局,半路杀出的Wi
-3.4测试 4G的变局,半路杀出的Wi
-3.5 4G的核心技术
-3.5测试 4G的核心技术
-3.6 羞涩的4G，前进的5G
-3.6 测试 羞涩的4G，前进的5G
-3.7 5G网络架构
-3.7测试 5G网络架构
-3.8 围咖夜话（专家访谈）
-3.8测试 围咖夜话（专家访谈）
-4.1 我们来说说“狗”
-4.1测试 我们来说说“狗”
-4.2 《阿尔法狗》前世今生
-4.2测试《阿尔法狗》前世今生
-4.3 AlphaGo 的原理
-4.3测试 AlphaGo 的原理
-4.4 阿尔法狗和我们有什么关系？
-4.4测试 阿尔法狗和我们有什么关系？
-4.5 深度学习AlphaGo (1)
-4.5测试 深度学习AlphaGo (1)
-4.6 深度学习AlphaGo(2)
-4.6测试 深度学习AlphaGo(2)
-5.1 无处不在的感知
-5.1测试 无处不在的感知
-5.2 5G和视觉
-5.2测试 5G和视觉
-5.3 AI视觉，靠脸吃饭
-5.3测试 AI视觉，靠脸吃饭
-5.4 如何应对伪造者？
--5.4 扩展阅读
-5.4测试 如何应对伪造者？
-5.5 手机上的视觉
-5.5测试 手机上的视觉
-6.1 自动驾驶，离得不远
-6.1测试 自动驾驶，离得不远
-6.2 无人驾驶实现有多难
-6.2测试 无人驾驶实现有多难
-6.3 自动驾驶也有等级
-6.3测试 自动驾驶也有等级
-6.4 无人车的视觉
-6.4测试 无人车的视觉
-6.5 自动驾驶和5G的关系(1)
-6.5测试 自动驾驶和5G的关系(1)
-6.6 自动驾驶和5G的关系(2)
-6.6测试 自动驾驶和5G的关系(2)
-6.7 围咖夜话 （专家访谈）
-期末考试--试题
