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温州三维地图什么是信道，你真的懂了吗？从一个系统工程师的角度来聊聊LTE和5G信道(一)-我的通信之道

作者: admin 　发布: 2015-03-27　分类:全部文章　阅读: 329次

什么是信道异形虫历险记，你真的懂了吗？从一个系统工程师的角度来聊聊LTE和5G信道(一)-我的通信之道
各位亲爱的小伙伴，大家好，时间已经进入七月，2018年也已经过完了一半，世界杯也已经决出了四强，不知道大家年初吹过的牛到现在有着落了没？不管怎么样，我们还有大半年的时间去实现。博主所在的上海已经出了梅雨季节，马上就要迎来七月和八月的高温酷暑，可能是由于博主身材偏瘦的原因，虽是北方人，但对于上海湿热的高温天还算比较适应，但对于上海阴冷的冬天，虽然博主已经在上海生活接近十年，但依然感觉无比难熬，所以，火热的夏天，来的更猛烈一些吧。七月，3GPP R15标准也已经冻结，博主的日常工作也很忙，不过还是会争取每周更新一篇博文。今天我们就来聊聊信道的事情。
说起信道，想必任何一个稍微有点通信常识的小伙伴都时常把这个词汇挂在嘴边，但是什么是信道？不知道大家有没有真正去想过这个问题。信道，是通信的基础概念，是摸不着，看不到的一条条通路。信道又经常和频率绑定在一起，我们经常所提到的频率其实是一个绝对点的概念，也称为频点，我们希望信号在频域上是一个脉冲信号，只在特定的频点上出现，完全没有一点频率泄露，当然这是不现实的，实际中的频域信号，是有一定的宽度的，这也就是我们为什么要有中心频点的概念，而信号的频域宽度一般是在中心频点的两侧相对应的存在。所以，我们知道在频域的信号，再通俗一点，我们的载波，和子载波在频域都呈现为有一定宽度的频域信号，而我们所说的调制，就是在频域去改变这些载波的幅度和相位，让这些载波去承载我们所需要的0,1信息。为了能够使频域资源得到最大化的利用，我们当然希望频域上的粒度能足够的小，最好是1Hz的粒度，但在实际中我们是无法做到这样的粒度的，因为实际中的信号都是有一定的频域宽度的提心吊胆造句，如果两个信号相互重叠，那么就会造成载波之间的干扰。为了尽可能的最大化频谱资源的利用率，我们整个无线通信系统采用了多种多址技术，博主没能赶得上LTE之前的时代，我们今天主要说说LTE和5G的信道。
我们知道LTE和5G都采用了基于OFDMA的多址方式，我们将一个大的带宽，划分为一个个经过精心设计的，间隔为15kHz的，相互正交的小带宽，也就是我们说的子载波，作为承载调制信号的最基本单位。我们说LTE的系统带宽最大是20MHz，包含了100RB，如果按照100RB来计算的话，15kHz的子载波其实有110RB，那么其中的10个RB哪里去了呢父子刑警 ？是保护带宽，保护带宽就是为了防止两个LTE载波之间的干扰。但是大家有没有仔细的考虑过丁晓钟，LTE中这个保护带宽有多大呢？有的同学可能很快要举手了，是1MHz的保护间隔，两边各一个。这么回答，对于大部分场景来说玩赚乐，是可以的，但是，如果从一个系统工程师的角度来看，这个答案显然是太过粗糙了，系统设计中为了使整个频域资源的最大化利用，对每一个RB，甚至每一个RE的位置，都要计算的清清楚楚，那么，LTE的信道精确的来看，到底是什么样的穆塔西姆？
要说明白这个问题，博主刚才已经把大家所需要了解的基础问题一一的提到了，接下来我们就来看看3GPP对LTE系统带宽的描述

这张图想必各位小伙伴们已经看过很多次了吧，但是你真的看懂了吗？我们详细的分析一下LTE的信道位置，LTE的中心频点存在着一个DC载波，这个DC载波是不承载任何数据的，所以对于频域资源来说，这其实是一种浪费，但是这个载波对于FFT的实现是非常重要的，所以LTE中有DC载波的设计，而5G中是没有DC载波的，这个我们后面再说。还有一点需要强调的是，DC载波，也是一个载波，不是一个脉冲信号，因为现实中是不存在完美的脉冲信号的。是载波就有宽度，DC载波的宽度同样是15kHz，我们所说的LTE的中心频点，就是这个DC载波的中心频点。那么，我们继续往下看，大家可以想到，如果把DC载波想象成一个完美的脉冲信号，那么在这个脉冲信号两侧都会有7.5kHz的宽度，我们把这个15kHz，叫做DC载波。在LTE中，DC载波位于整个系统带宽的最中央，在DC载波的两侧分布着对称数量的RB，两边最大各50个。所以，有了DC载波之后，大家可以想想，LTE的保护带宽还是两边各1MHz吗？答案是否定的，3GPP中给出了LTE保护带宽的计算公式，如下所示
CA Bandwidth Class
Aggregated Transmission Bandwidth Configuration
Number of contiguous CC
Nominal Guard Band BWGB
A
NRB狞猫,agg ≤ 100
1
a1 BWChannel(1) - 0.5?f1 (NOTE 2)
B
25 < NRB,agg ≤ 100
2
0.05 max(BWChannel(1),BWChannel(2))
- 0.5?f1
C
100 < NRB,agg ≤ 200
2
0.05 max(BWChannel(1),BWChannel(2)) - 0.5?f1
D
200 < NRB,agg ≤ 300
3
0.05 max(BWChannel(1),BWChannel(2), BWChannel(3)) - 0.5?f1
E
300 < NRB,agg ≤ 400
4
0.05 max(BWChannel(1),BWChannel(2), BWChannel(3) , BWChannel(4)) - 0.5?f1
F
400 < NRB,agg ≤ 500
5
NOTE 3
I
700 < NRB,agg ≤ 800
8
NOTE 3
NOTE 1: BWChannel(j), j = 1, 2, 3, 4 is the channel bandwidth of an E-UTRA component carrier according to Table 5.6-1 and ?f1 = ?f for the downlink with ?f the subcarrier spacing while 藤咲凪彦?f1 = 0 for the uplink.
NOTE 2: a1 = 0.16/1.4 for BWChannel(1) = 1.4 MHz whereas a1 = 0.05 for all other channel bandwidths.
NOTE 3: Applicable for later releases.
我们可以看到，在20MHz，单载波100RB的配置下，按照公式A计算出的保护带宽是992.5kHz，大家有没有发现，这个值正好是由于引入DC子载波之后的7.5kHz所造成的。所以，准确的来讲，在单载波20MHz的情况下，LTE的保护带宽是992.5kHz，其它的各种情况，各位小伙伴可以按照上面的不同公式来计算。所以我们知道了，LTE的保护带宽，不是1MHz，甚至不是一个定值。读到这里，蔡紫芬有的小伙伴可能要问了，为什么要计算的这么清楚？意义何在？当然陈建安，博主今天是以系统工程师的角度来和大家聊聊这个问题，在系统设计中，任何一点小的频率偏差都会造成整个系统的瘫痪，特别是对于OFDMA这样需要严格子载波正交的系统，所以，这个7.5kHz，非常重要。
知道LTE的保护间隔后，我们继续来说说频率栅格的事情，频率栅格天外魔境真传，也就是ChannelRaster。刚才博主在上文中也提到过了，我们希望在频域上的粒度能足够的小，以此来最大化的利用频谱资源，但实际中，考虑到系统实现的复杂度，LTE所规定的中心频点最小的移动粒度是100kHz，我们把这个值叫做频率栅格。在知道频域的最小粒度确定之后真武天尊，我们就可以知道任何一种带宽配置之下的载波的中心频点都会是100kHz的整数倍，因为所有的中心频点都是按照100kHz这个粒度来移动的嘛。除此之外，我们还会知道，任何两个载波的中心频点的间隔也同样是100kHz的整数倍，在单载波的情况下，两个载波的中心频点差是很容易计算的，公式如下所示：
Nominal Channel spacing = (BWChannel(1)+ BWChannel(2))/2
但是在CA的情况下呢？情况就不一样了，在频带内，连续载波CA的情况下，两个相邻载波的中心频点差变成了如下公式

经过计算，我们可以得出，两个20MHz的LTE载波，在CA的情况下，载波的中心频点差值变成了19.8MHz，多出来的200kHz到哪里了呢我爱平底锅？答案是两个载波之间的保护带分别缩小了100kHz，所以，大家可以看到，在带内连续载波CA的情况下大唐酒徒 ，我们可以近似的认为，LTE的两个载波变得更紧凑了，频域资源利用率也有所提升。其它的各种情况，感兴趣的小伙伴可以按照TS36.101中的公式来计算。
除此之外，大家可能还经常听到一个叫做频点号的东西，这其实是一个很简单的东西迪卢木多，在有了我们上面的概念之后，简单来说，就是3GPP将现有分配的LTE频段划分一系列频率编号，每一个频点号之间相差了100kHz（等于频谱栅格的大温州三维地图 小）金成焕，也就是每一个频点号之间，相差了100kHz的绝对频率值，如此而已。计算公式如下所示

好了，今天又啰嗦了不少，先把LTE信道的事情说完，下一期我们再聊聊5GNR信道的事情，可能大部分小伙伴不需要了解到这么深入，但是如果有志于从事通信系统设计或者标准设计的小伙伴们，希望博主可以抛砖引玉，让大家大概了解下系统设计的工作到底需要到怎样的学习深度，当然，今天介绍的信道也只是其中的很小一部分，希望能给大家带来启发。
最后，世界杯已经进行到了四强阶段，也是时候亮出我资深英格兰球迷的身份了。想博主十年前的今天正在千里之外的英伦三岛求学，因此也对英国也有了别样的感情抗日坦克兵，同时博主也是多年英超的忠实拥趸百变星君粤语，以及利物浦的铁杆球迷，在漫长的24年看球生涯中中，第一次看到了英格兰进入了世界杯四强，激动心情无以复加，希望我三狮军团终能不负众望。
好了，各位晚安，下期再见。

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