Module de procesare digitală a semnalului pentru terminale de [631580]

Universitatea „Politehnica” din București
Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației

PROIECT DE CERCETARE

Module de procesare digitală a semnalului pentru terminale de
comunicații mobile și wireless în rețele 3G/4G

Conducător i lucrare:
Prof. Dr. Ing. Victor Croitoru
Dr. Ing. Eugen Pop Masterand: [anonimizat]. Stan Alexandru
Cristian

BUCUREȘTI
2014

2
Cuprins
1. Rețele și servicii de telefonie mobilă și wireless ………………………….. ………………………….. ….. 3
1.1. Prezentare generală ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 3
1.2. Rețele GSM ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 4
1.3. Rețele 3G ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 5
1.4. Cerinte pentru UMTS Long Term Evolution ………………………….. ………………………….. ….. 7
2. Schema de transmisie downlink in LTE ………………………….. ………………………….. ………………. 9
2.1. Parametrizarea OFDMA ………………………….. ………………………….. …………………………. 11
2.2. Transmiterea de date downlink ………………………….. ………………………….. ……………….. 13
2.3. Structura semnalului de referinta pentru Downlink si cautarea celulelor ………………….. 13
2.3.1. Proceduri pentru nivelul fizic în Downlink ………………………….. ……………………….. 15
2.4. Schema de transmisie uplink in LTE ………………………….. ………………………….. ………….. 16
2.4.1. Parametrizarea SC -FDMA ………………………….. ………………………….. ………………… 18
2.4.2. Transmiterea datelor in uplink ………………………….. ………………………….. ………….. 18
2.4.3. Structura semnalului de referinta in uplink ………………………….. ……………………… 19
2.4.4. Proceduri pentru nivelul fizic in uplink ………………………….. ………………………….. .. 19
2.5. Conceptele LTE MIMO ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 21
2.5.1. Legatura descendenta (downlink) MIMO ………………………….. ………………………… 22
2.5.2. Modurile de descarcare MIMO ………………………….. ………………………….. …………. 22
2.5.3. Multiplexare spatiala ………………………….. ………………………….. ………………………. 22
2.5.4. Diversitatea Transmisiei ………………………….. ………………………….. ………………….. 25
2.6. Conceptele MBMS LTE ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 25
3. Generare semnal OFDM în MATLAB ………………………….. ………………………….. ……………….. 26
4. CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 27
5. Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 27

3
1. Rețele și servicii de telefonie mobilă și wireless
1.1. Prezentare generală

Pentru a oferi servicii de comunicații mobile este necesară cunoașterea
rețelelor prin care este posibilă realizarea acestor servicii. Calitatea serviciului,
oferită utilizatorului, calitate pe care o percepe acesta, SQE, depinde de mai
mulți factori, obiectivi și subiectivi. Dintre aceștia se pot enumera:

 Calitatea transmisiei oferită de rețea
 Calitatea informației oferită de ofertantul serviciului
 Calitatea și accesibilitatea interfeței de comunicație prin care se
realizează serviciul
 Conținutul informației oferite și adaptarea acesteia la necesitățile
clienților etc.

Se pot defini în funcție de viteza transmisiei realizată servicii de banda
largă sau bandă îngustă. Cei doi termeni nu au o definiție suficient de r iguroasă,
astfel FCC pune limita vitezei de transmisie dintre bandă largă și bandă îngustă
la aproximativ 200kbit/s.
Pentru analizarea calității serviciului, dependentă de rețea, este necesară
cunoașterea structurii rețelei sau a rețelelor prin care se ofe ră serviciile de
comunicație mobilă. În prezent, serviciile de comunicație mobilă se pot oferi
folosind diferite rețele de comunicație, cu conectarea utilizatorului prin
intermediul unui canal radio.
Rețelele radio folosite pentru conectarea mobilă a util izatorului sunt, în
prezent, rețele de radiocomunicații digitale, celulare sau necelulare. Rețelele
celulare sunt, în general, rețele cu care se acoperă suprafețe mari, de cele mai
multe ori la nivelul unei țări. Rețelele radio necelulare sunt folosite, de obicei,
pentru a rezolva problema comunicațiilor pe anumite zone, fie în jurul unei
locuințe, fie în zone rurale sau suburbane, cu locuințe dispersate, fie în zone
aglomerate, dar cu dimensiuni relativ reduse cum ar fi târguri, expoziții etc.
Sistemele c elulare folosite în prezent pentru comunicații mobile, în
Europa, sunt:
• GSM;
• DCS 1800;

4
• UMTS;
• cdma2000

cu diferite variante, aparținând fie generației 2G fie celei 3G de sisteme de
comunicații mobile.
Sistemele necelulare, cu cea mai mare dezvoltare sau cu cel mai mare
potențial în prezent sunt:
• Wi -Fi;
• WiMAX.

Aceste sisteme se pot configura și ca sisteme celulare, în special WiMAX,
astfel încât pot să ofere capacitatea de acoperire a unor supraf ețe relativ mari,
fără însă a ajunge la acoperirile realizate de rețelele celulare. Atât Wi -Fi cât și
WiMAX sunt realizate în mai multe variante constructive.

1.2. Rețele GSM

Apariția și dezvoltarea GSM a devenit necesară deoarece sistemele de
comunicații ale anilor 1980 -1990 nu mai reușeau să facă fața cererii de
mijloace de comunicație în domeniu și nici solicitărilor la care erau supuse din
partea noilor servicii, în special a celor de transmisii de date. Pentru a face față
noilor solicitări și ținând seam a de progresele realizate în tehnicile de
comunicație și în tehnologia circuitelor, pentru realizarea GSM s -a apelat la
prelucrarea digitală (numerică) a semnalelor. Aceasta oferă numeroase
avantaje tehnice în raport cu tehnicile de prelucrare a semnalelor folosite de
sistemele de generația 1 de comunicații mobile. În acest mod GSM se
încadrează, împreună cu alte sisteme de comunicații, în generația a doua de
sisteme de comunicație.

Serviciile de transmisii de date oferite de GSM în faza 1 de dezvoltare
sunt:
 serviciul facsimil;
 servicii asincrone dedicate pentru transmisii duplex de date, cu viteze de
transmisie de 300, 1200, 2400, 4800, 9600 biți/s precum și 1200/75
biți/s;

5
 servicii sincrone dedicate pentru transmisii duplex de date, cu viteze de
1200, 2400, 4800 sau 9600 biți/s;
 servicii de transmisii asincrone de date, dedicate pentru acces de
pachete, cu viteze de 300, 1200, 2400, 4800, 9600 biți/s sau 1200/75
biți/s;
 servicii de transmisii sincrone de date, dedicate pentru acces de pachete,
cu viteze de 2400, 4800 sau 9600 biț i/s.

Generația 2+ a GSM reprezintă în concepția europeană o punte de
trecere către rețelele de comunicații mobile digitale terestre, mai complexe și
cu posibilități sporite, de generația a treia, 3G. În sistemele 2+, se introduc trei
tipuri noi de sisteme, derivate și compatibile GSM:
a) GPRS;
b) HSCSD;
c) EDGE.

1.3. Rețele 3G

Rețelele de comunicații mobile de generația a treia, 3G, sunt cunoscute
în documentele ITU sub acronimul de IMT – 2000, iar varianta lor pentru
Europa este denumită cu acronimul UMTS. IMT – 2000 și, în particular, UMTS
are capacitatea de a oferi numeroase servicii, în special servicii multimedia și
transmisii de date în modul pachet, cu viteze mari de transmisie. Problema cea
mai delicată, ce trebuie rezolvată pentru noile sisteme, este cea a transmisiunii
la interfața radio. Soluția care prezintă cele mai mari avantaje, în special pentru
transmisiile care necesită viteze mari la interfața radio, este cea de CDMA de
bandă largă WCDMA. Aceasta este însoțită și de o variantă TD -CDMA.
Dezvoltarea acestora a fost preluată și este în prezent susținută în cadrul 3 GPP.
Varianta 3G a cărei dezvoltare a fost inițiată de S.U.A este cdma2000,
dezvoltată în prezent de 3GPP2.
Rețelele UMTS la nivel mondial sunt in curs de modernizare in HSDPA
(High Speed Downlink Packet Access) , pentru a crește rata de date
și capacitate a pentru descarcarea datelor. În următoarea etapă, HSUPA (High
Speed Uplink Packet Access) vor spori performanțele de uplink în rețelele

6
UMTS. În timp ce HSDPA a fost introdus in versiuna 5 a 3GPP, HSUPA este o
caracteristică importantă a 3GPP versiunea a 6-a. Combinație de HSDPA
și HSUPA este adesea menționată ca HSPA.

Cu toate acestea, chiar și cu introducerea HSPA, evolutia tehnologiei
UMTS nu s -a terminat . HSPA+ va aduce îmbunătățiri semnificative în realease –
ul 7 al 3GPP . Obiectivul este de a îmbunătăți performanța de HSPA pe baza de
radio rețele în ceea ce privește eficiența spectrului de frecvențe radio, rata de
vârf de date, latență, și de a exploata întregul potențial al WCDMA operand pe
5 MHz. Importante caracteristici ale HSPA+ sunt: MIMO (Multiple Input
Multiple Output), modulare de ordin superior pentru uplink si downlink,
îmbunătățiri ale protocoalelor Nivelului 2 și o conexiune continua de pachete.

În scopul de a asigura competitivitatea UMTS pentru următorii 10 ani și
dincolo de aceasta, s -a inceput cercetarea conceptelor pentru UMTS Long Term
Evolution (LTE) . Obiectivul este unul pentru viteze mari de descarcari de date,
latenta mica si pachete optimizate pentru tehnologiile de radio -acces. Prin
urmare, un element de studiu a fo st lansat în 3GPP release -ul 7 pe E -UTRA
(Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) și E-UTRAN (Evolved UMTS terestre
Radio Access Network). LTE / EUTRA vor face parte din specificatiile de baza ale
versiunea 8 a 3GPP.

În studiului LTE -ului, 3GPP de lucru s -a concentrat asupra definirii
cerințelor, de exemplu obiectivului ratei de date, capacitate, eficientizarea
spectrul ui și latență. De asemenea, aspectele comerciale privitoare la costurile
de instalare și de operare de rețea au fost luate în considerare. Pe baza acestor
cerințe, au fost studiate concepte tehnice pentru sistemele de transport aerian
de interfață și protocoale. În special, LTE foloseste noi sisteme de acces
multiplu pe aer – interfata: OFDMA (ortogonale Frequency Division Multiple
Access) pe ntru downlink și SC -FDMA (Single Carrier Frequency Division
Multiple Acces) pentru uplink. În plus, schemele sistemelor de antene pentru
MIMO reprezinta o componentă esențiala in LTE. Într-o încercare de a
simplifica arhitectura protocolului, LTE aduce une le schimbări majore la
conceptele existente protocolul UMTS. Impactul asupra arhitecturii rețelei

7
globale dar si rețeaua de bază sunt investigate în contextul 3GPP System
Architecture Evolution (SAE).

1.4. Cerinte pentru UMTS Long Term Evolution

LTE se concen treaza pe suportul optim pentru serviciile de rutare de
pachete (PS).
Cerintele principale ale design -ului unui sistem LTE sunt amintite mai jos:

 Rata de transfer: Scopul este atingerea unui maxim de 100 Mbps
(downlink) si 50 Mbps (uplink) pentru o latim e de banda de 20 MHz,
presupunand 2 antene receptoare si una emitatoare la un terminal.

 Capacitatea: S-a stabilit ca obiectivul mediei capacitatii de download per
MHz sa fie de cel putin 3 -4 ori mai mare decat cel din versiunea 6, iar
pentru upload de 2 -3 ori mai mare.

 Eficienta Spectrala: Target -ul pentru downlink este de 3 -4 ori mai bun si
pentru uplink de 2 -3 ori mai bun decat versiunea 6.

 Latență : timp de tranzit într -o direcție între un pachet fiind disponibil in
nivelul de IP, fie în terminal,fie in rețeaua de radio -acces și
disponibilitatea acestui pachet, la nivelul IP în rețeaua de radio -acces
/terminal trebuie să fie mai putin de 5 ms. De asemenea, latenta se va
reduce,pentru a permite perioade de tranziție scurte de mai puțin de 100
ms de la s tarea de repaos la starea activă.

 Latimea de banda : Vor fi suportate lărgimi de bandă scalabile la 5, 10,
15, 20 MHz . De asemenea, latimi de bandă mai mici de 5 MHz trebuie să
fie susținute pentru mai multă flexibilitate.

 Interoperabilitatea : Trebuie asigurata interoperabilitatea cu sistemele
existente UTRAN / GERAN și cu sistemele non -3GPP. Terminale hibride
vor sprijini trecerea de la si la UTRAN / GERAN . Întreruperea pentru
timpul de transfer între E -UTRAN și UTRAN / GERAN trebuie să fie m ai

8
mică de 300 ms pentru servicii în timp real și mai mica de 500 ms pentru
servicii care nu sunt în timp real.

 Servicii de tip Multimedia Broadcast Multicast (MBMS): MBMS va fi
imbunatatit și va fi redenumit E -MBMS. ( Enhanced – MBMS)

 Costuri : Migrația de la o versiunea 6 a interfetei de radio UTRA si a
arhitecturii trebuie sa aiba costuri reduse. Complexitatea sistemului si a
terminalelor trebuie sa fie rezonabile, odata cu costul si consumul de
energie. Toate interfețele specificate vor fi compatibile, pentru a se
realiza interoperabilitatea echipamentor multi -vendor.

 Mobilitate : Sistemul ar trebui să fie optimizat pentru miscari la viteze
mici (0 -15 km / h), dar si viteze mai mari trebuie să fie susținute, inclusiv
cea a unui tren de mare viteză.

 Alocarea spectrului : Trebuie sa fie posibila functionarea în pereche
(Frequency Division Duplex / Modul FDD) și nepereche spectrului de
frecvențe (Time Division Duplex / TDD mode).

 Co-existența : Co -existența în aceeași zonă geografică și colocare cu
GERAN / UTRAN trebuie asigurată. De asemenea trebuie asigurata co –
existența între operatorii din benzile adiacente, precum și coexistența
intre cele 2 limite.

 Calitatea serviciilor : Se va asigura calitatea serviciilor de la un capat la
altul. VoIP ar trebui să f ie suportata cu o eficienta cel puțin la fel de bună
ca si serviciul de voce comutare de circuite in UMTS (CS).

 Sincronizarea retelei : Sincronizarea timpilor diferitelor retele nu va
reprezenta un obiectiv important.

9
2. Schema de transmisie downlink in LTE

OFDMA

Sistemul de transmisie downlink pentru E -UTRA, modurile FDD și TDD
este bazat pe OFDM. Într-un sistem OFDM, spectrul de frecvențe disponibile
este împărțit în mai multi transportori, numiti sub -transportori, care sunt
ortogonali reciproc. Fiecare dintre aceste sub -transportatori sunt independent
modulati de un fluxului de date cu rata scazuta.
OFDM este utilizat în WLAN, WiMAX, precum și in tehnologiile
DVB. OFDM are mai multe avantaje: robustetea împotriva fading -ului multicale
si arhitectura eficienta a receptorului.
Figura 1 reprezinta un semnal OFDM. Avem un semnal cu latime de
banda cu 5 MHz, dar principiul este același pentru alte lățimi de bandă in E –
UTRA. Datele sunt simboluri independent modulate și transmise într -un număr
mare de sub -transportori ortogonali strans grupati. În E -UTRA, schemele de
modulare a sensului downlink sunt: QPSK, 16QAM, 64QAM.
În domeniul timp, un interval de gardă poate fi adăugat la fiecare simbol
pentru combaterea interferentei simbolurilor OFDM din cauza intar zierilor ce
pot surveni pe canal. În E-UTRA, interval de garda este un prefix ciclic care se
introduce înainte de fiecare simbol OFDM.

În practică, semnalul OFDM poate fi generat prin proc esarea semnalului
digital utilizând IFFT ( Transformata Fourier rapida inversa). O astfel de
Figura 1. Reprezentarea in Frecventa -Timp a unui semnal OFDM

10
tranformata fourier in N puncte este ilustrata în figura 2, în cazul unde a(mN +
n) se referă la al n -lea sub -canal modulat cu simboluri de date, în perioada
mT u< t <(m +1) T u.

Vectorul s m vectorul este definit ca un simbol OFDM util. Reprezinta sub –
transportorii modulati in domeniu timp. Prin urmare, d intr-un flux paralel de N
surse de date, fiecare independent modulata, se obține o forme de undă
compusa din N sub -transportori ortogonali, cu fiecare dintre sub -transportori
având forma unei funcții sinc (a se vedea Figura 1).
Figura 3 ilustrează cartogra fierea unui flux serie de simboluri QAM la N
fluxuri paralele, utilizate ca recipiente de domeniu de frecvență pentru IFFT.
Blocurile de timp in N puncte obținute din IFFT sunt apoi inlantuite pentru a
crea un semnal in domeniul timp. In figura 3 nu este p rezentat procesul ciclic
de inserare a prefixului.

Figura 2 Generarea unui simbol OFDM utilizand IFFT
Figura 3 Lantul generarii semnalului OFDM

11
În contrast cu un sistem de transmisie OFDM, OFDMA permite acces
multiplu a utilizatorilor pe latimea de banda disponibila. Fiecarui utilizator i se
atribuie o resursa timp/frecvență specifica. Ca un principiu fundamental al E –
UTRA, canale de date sunt partajate, adică pentru fiecare transmisie la un
interval de timp de 1 ms, o noua decizie de planificare este luată cu privire la
care utilizatori li se atribuite o anumita resursa de timp / frecvență în timpul
intervalului de transmisie.

2.1. Parametrizarea OFDMA

O structura cadrului generic este definită atât pentru E -UTRA FDD și TDD
modurilor de transport. În plus, o structură cadru alternativă este definita doar
pentru modul TDD. Pentru structura cadrului generic, cadrul radio de 10 ms
este împărțit în 20 de sloturi egale de 0.5 ms. Un sub -cadru constă în două
sloturi consecutive, deci un cadru radio conțin e 10 sub -sloturi. Acest lucru este
ilustrat în figura 4 (Ts exprima unitatea de baza de timp de corespunzătoare
frecventei de 30.72 MHz).

Figura 5 prezinta structura resursei descendente pe durata de un slot
downlink. Lățimea de bandă disponibila pentru downlink se compune din sub –
transportorii N BWDL cu o spatiere de ∆ f = 15 kHz. În cazul unei transmisii pe
celule multiple MBMS, este posibila o spatiere de ∆f = 7.5 kHz. NBWDL poate
varia în scopul de a permite funcționarea unei latimi de banda scalabila până la
20 MHz. Inițial, latimile de bandă pentru LTE au fost definite în mod explicit in
specificatiile nivelului 1.
Figura 4 Structura generica a cadrului de downlink E -UTRA

12
Figura 5 Matricea de resurse pentru downlink
Un slot de downlink s e compune
din simboluri N symbDL OFDM. Pentru
fiecare simbol, un prefix ciclic (CP) este
anexat ca timp de garda. N symbDL depinde
de lungimea prefixului ciclic. Structura
cadrului generic cu lungime normală a
prefixul ciclic conține N symbDL = 7
simboluri. Acest lucru se traduce printr -o
lungime a prefixului ciclic de T CP ~ 5.2μs
pentru primul simbol și T CP ~ 4.7μs
pentru restul de 6 simboluri. În plus, un
prefix ciclic extins este definit pentru a
acoperi zone mari de celule cu o
raspandire mai mare a întâ rzierii și cu
transmisie MBMS. Structura cadru
generic cu prefix ciclic extins a TCP-E ~
16.7μs contine N symbDL = 6 simboluri
OFDM (spatiere sub -transportator de
15 kHz). Structura cadru generic cu prefix ciclic extins de T CP-E ~ 33.3μs conține
NsymbDL = 3 simboluri (spatierea sub -transportatorilor de 7.5 kHz).
Tabelul 1 oferă o privire de ansamblu asupra diverșilor parametri pentru
generice cadrul structurii.

13
2.2. Transmiterea de date downlink

Datele sunt alocate terminalelor în blocuri de resurse. Un bloc de resurse
fizic este format din 12 (24) sub -transportatori consecutivi în domeniu
frecvența pentru cazul ∆f = 15 kHz ( ∆f = 7.5 kHz). În domeniul timp, un bloc de
resurse fizic constă in NsymbDL simboluri OFDM consecutive, a se vedea Figura 5.
NsymbDL este egal cu numărul de simboluri OFDM într -un slot. Mărimea blocului
de resurse este aceeași pentru toate lărgimile de bandă, prin urmare, numărul
de blocuri fizice disponibile depinde de latimea de banda.
În funcție de rata datele necesara, fiecare terminal poate fi atribuit unuia
sau mai multor blocuri de resurse în fiecare interval de timp de transmisie de 1
ms. Deciziile privitoare la planificarea resurselor sunt intocmite de stație de
bază (eNodeB).
Datele utilizatorului sunt transmise pe Canalu l Fizic Comun de downlink
(PDSCH). Semnalizarea pe Canalul Fizic Comun de Control (PDCCH) este
folosita pentru a transmite deciziile de planificare individuale ale
terminalelor. PDCCH este situat în primul simbol OFDM dintr -un slot.
2.3. Structura semnalului de referinta pentru Downlink si cautarea
celulelor

Structura semnalului de referinta pentru Downlink este important pentru
căutare de celule, estimarea canal ului și monitorizarea celulei vecine. Figura 6
arată principiul structura semnalului de referință pentru downlink pentru o
antenă si 2 antene de transmisie. Elemente pre -definite de resurse în
domeniul timp -frecvență se poarta secvența de semnalelor de referință. În
afară de simbolurile de referință primare, potate fi nevoia de simboluri de
referinț ă secundare. In figura 6 sunt reprezintate secvențele transmise de la
până la 2 antene transmite in culori diferite.

14

Secvența de semnale de referință poarta identitatea celulei. Fiecare
secventa de semnale de referință este generata ca un produs simbol -simbol al
unei secvente ortogonale rOS (3 dintre ele existente) și o secventa pseudo –
aleatoare rPRS (170 dintre ele existente). Fiecare identitate a celulei cor espunde
unei combinații unice dintre o secvență ortogonală rOS și o secventa
pseudoaleatoare rPRS, permițând 510 identitati de celule diferite.
Saltul in frecvență poate fi aplicat la semnalele de referință pentru
downlink. Modelul saltului de frecvență ar e perioada de un cadru (10 ms).
În timpul căutării de celule, diferite tipuri de informații trebuie să fie
identificate de către telefon: simbolul și sincronizarea cadrelor radio, frecvența,
identificarea celulelor, lățimea de bandă de transmisie globala, configurarea
antenei, lungime prefixul ciclic.
Pe lângă simbolurile de referință, semnale de sincronizare sunt, prin
urmare, necesare în timpul de căutarii de celule. E-UTRA utilizează o schemă
ierarhică de căutare de celule similara cu WCDMA. Aceasta înse amnă că
realizarea sincronizarii și identificatorul de grup de celule sunt obținute din
diferite semnale SCH. Astfel, semnalul de sincronizare primar (SCH -P) și o Figura 6 Structura semnalului de referinta pentru Downlink (prefix ciclic normal)

15
sincronizare secundar semnal (S -SCH) sunt definit intr -o structura de pre –
definite. Acestea s unt transmise pe cele 72 sub -transportatori centrali (în jur de
DC sub -transportator) în cadrul acelorasi sloturi predefinite (de două ori pe 10
ms), pe elemente de resurse diferite, a se vedea figura 7.

Ca ajutor suplimentar în timpul căutarii de celule, este disponibil un
Canal Fizic de Control Comun (CCPCH) care transportă informații de tip BCH, de
exemplu, lățimea de bandă a sistemului. Acesta este transmisa la momente de
timp pre -definite pe 72 sub -transportat ori centrati pe sub -transportatorul DC.
Pentru a permite terminalului să sprijine acest concept de căutare de
celule, s -a convenit ca terminalul să poata recepta o lățime de bandă cu
capacitate minimă de 20 MHz.

2.3.1. Proceduri pentru nivelul fizic în Downlink

Pentru E -UTRA, următoarele proceduri fizice de downlink strat sunt deosebit de
importante:

 Celule de căutare și de sincronizare
 Programarea:
Programarea se face în stație de bază (eNodeB). Canalul de control
PDCCH informează utilizatorii despre resursele de frecvență / timp
alocate acestora și formatele de transmitere utilizate.
Figura 7 Structura P -SCH si S -SCH

16
Programatorul evalueaza diferite tipuri de informații, de
exemplu, Calitatea parametri Service, măsurători din UE, capacitățile UE,
statusul buffer -ului.
 Adaptarea lega turii :
Adaptarea legaturii este deja cunoscuta de la HSDPA ca
Modularea și Codificare Adaptiva. De asemenea, în E -UTRA, a modulării
și codificare pentru canal de date comun nu este fix, dar acesta este
adaptat în funcție de calitatea semnalului radio. În acest scop, terminalul
trimite în mod regulat rapoarte de Indicații de calitate ale canalului (CQI)
la eNodeB.
 ARQ Hibrid (Cerere de Repetare Automata):
ARQ hibrid pentru Downlink este de asemenea cunoscut de la
HSDPA. Este un protocol de retransmisie. Terminalul poate solicita
retransmisia unui pachet de date primit incorect.

2.4. Schema de transmisie uplink in LTE

SC-FDMA
In timpul fazei de studiu a elemetntelor LTE au fost cercetate schemele
optime pentru transmiterea in uplink. În timp ce OFDMA este considerată
optimă pentru a îndeplini cerințele LTE în downlink, proprietățile OFDMA sunt
mai puțin favorabile pentru uplink. Acest lucru se datorează în principal
raportului de putere vârf -la-medie slab (PAPR – peak -to-average power ratio) a
unui semnal OFDMA, inrautatind acoperirea in uplink.

Astfel, sistemul de transmisie uplink LTE pentru FDD și TDD este bazat pe
SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) cu prefix ciclic.
Semnalele SC -FDMA au proprietăți PAPR mai bune în comparație cu un semnal
OFDMA. Acesta a fost unul din principalele motive pentru selectarea SC -FDMA
ca sistem uplink de acces in LTE. Caracteristicile PAPR sunt importante pentru
proiectarea eficientă a amplificatoare de putere pentru UE. Totusi, procesarea
semnalulu i in SC-FDMA are unele asemănări cu procesarea de semnal in
OFDMA astfel încât parametrizare de downlink și uplink pot fi armonizate.

17
Există diferite posibilități de generare a unui semnal SC -FDMA. DFT-spread –
OFDM (DFT -s-OFDM) a fost selectat pentru E -UTRA. Principiul este ilustrat în
figura 8.
Pentru DFT -s-OFDM, o dimensiunea -M DFT este aplicata pentru prima
dată unui bloc de M simboluri modulare . QPSK, 16QAM si 64 QAM sunt
folosite ca scheme de modulare in uplink E -UTRA , acestea din urmă fiind
opționale pentru UE. DFT transformă simbolurile de modulatie în domeniul de
frecvență. Rezultatul este mapat pe sub -purtatoarea disponibila. În E -UTRA
uplink este permisa numai transmiterea localizata pe sub -purtator i consecutivi.
Un punct N IFFT în cazul în care N> M este apoi efectuat ca și în OFDM, urmată
de adăugarea prefixului ciclic și paralel o conversie de serie.

Figura 8. Diagrama bloc a DFT -s-OFDM (transmisie localizata)

Prelucrarea DFT este, prin urmare, diferența fundamentală dintre
generarea semnalelor SC -FDMA și OFDMA. Acest lucru este indicat prin
termenul DFT spread -OFDM. Într-un semnal SC -FDMA, fiecare sub -purtator
folosit in transmisie conține informații despre to ate simbolurile de modulare
transmise, deoarece fluxul de date de intrare a fost răspândit de către
transformarea DFT peste sub-purtatorii disponibili. În contrast cu aceasta,
fiecare sub -purtator de semnal OFDMA contine numai informații referitoare la
simbolurile de modulati specifice.

18
2.4.1. Parametrizarea SC -FDMA
Structura uplink E -UTRA este similara cu cea de downlink. Un cadru radio
de uplink constă în 20 de sloturi de 0,5 ms fiecare, și un subframe este format
din 2 sloturi. Structura slotului este pr ezentat în figura 9.
Fiecare slot poarta NULsymb simboluri SC -FDMA, NULsymb = 7 pentru prefix
cyclic normal si NULsymb =6 pentru prefixul cyclic extins. Simbolul SC -FDMA cu
numarul 3 (al patrulea symbol dintr -un slot) poarta semnalul de referință
pentru canalul de demodulare.

Figura 9. Structura slotului de uplink

De asemenea pentru uplink a fost selectata o latime de banda pentru
nivelul 1.
Tabelul 2 prezintă parametrii de configurare într -un tabel de ansamblu.

Tabelul 2 Parametrii pentru uplink in structura generica a cadrului

2.4.2. Transmiterea datelor in uplink

În uplink, datele sunt alocate în multipli de un bloc de resurse. Marimea
blocului de resurse în domeniul frecvență este de 12 sub -purtatori, adică

19
aceeași ca și în downlink. Cu toate acestea pentru a simplifica proiectarea DTF
in procesarea semnalelor in uplink nu toti multiplii întregi sunt permisi. Numai
factorii 2,3 și 5 sunt permisi. Intervalul de timp pentru transmisia in uplink este
de 1 ms (la fel ca in downlink).
Datele utilizatorilor sunt transmise pe canalul fizic comun pentru uplink
(PUSCH – Physical Uplink Shared Channel ) care este determinată de banda de
transmisie N TX si saltul de frecvență K0. Canalul PUCCH poarta informatiile de
control in uplink de exemplu, rapo arte CQI și informatiile ACK /NACK
referitoare la pachetele de date primite in downlink. PUCCH este transmis pe o
frecventa rezervata în uplink.

2.4.3. Structura semnalului de referinta in uplink

Semnalele de referință sunt utilizate pentru două scopuri diferite: pe de
o parte parte, acestea sunt utilizate pentru estimarea canalului în receptorul
eNodeB în vederea demodularii canalelor de control și date. Pe de altă parte,
semnalele de referință ofera c alitatea informatiei ca baza in planificarea
deciziilor in statia de baza . Scopul acesta din urmă este, de asemenea numit
sondarea canalului . Semnalele uplink de referință se bazează pe secvente
CAZAC (Constant Amplitude Zero Auto -Corrlation).

2.4.4. Proceduri pentru nivelul fizic in uplink

Pentru E -UTRA, următoarel proceduri la nivelul fizic sunt în mod special
importante:
 Accses aleator nesincronizat:
Accesul aleator poate fi folosit pentru o cerere de acces inițial, ca parte
de handover, atunci când tranzitează din starea idle in conectate, sau
pentru a restabili sincronizarea in uplink. Structura este prezentată în
figura10.

20

Figura 10. Principiul structurii cu acces aleator

Multiple canale de acces aleatoriu pot fi definite în domeniul frecvență
prin perioada de acces T RA în scopul de a oferi un numar suficient de
oportunități de acces aleator.

Pentru accesul aleator, un preambul este definit după cum se arată în
figura 11. Secvența de preambul ocupă T PRE = 0,8 ms și prefix ciclic ocupă T CP =
0,1 ms, în cadrulunui subframe de 1 ms. În timpul perioadei TGT nimic nu este
transmis. Lățimea de bandă a preambulului este de 1.08 MHz (72 sub –
purtatori). Nivelul superior controleaza în care subframe de transmisie este
permis preambulul și localizare a în domeniul de frecvență. Pe celule, există 64
preambuluri de acces aleatoar . Ele sunt generate de secvente Zadoff -Chu.

Figura 11. Preambulul pentru acces aleator

21
Procedura de acces aleator foloseste bucla deschisa de control al puterii
cu rampă de putere similare cu WCDMA. Dupa trimiterea preambulului
pe un canal selectat cu acces aleator, UE așteaptă mesajul de raspuns aleator.
Daca nici un raspuns nu este detectat un alt canal cu acces aleator este selectat
și un preambul este trimis din nou.
 Programarea in uplink
Programarea de resurse in uplink se face prin eNodeB. ENodeB
atribuie o anumite resurse de timp / frecvența la UE și informează
UE despre formatele de transmitere de utilizat. Programarea deciziile ce
afectează uplink sunt comunicate UE prin intermediul PDCCH în
downlink . Deciziile de planificare se pot baza pe parametrii QoS , statutul
bufferului UE, măsurători de calitate a canalului in uplink, capacitățile UE,
lacunele UE de măsurare, etc.

 Link-ul de adaptare in uplink:
Ca metode de adaptare in uplink pot fi uti lizate: transmiterea controlata
a puterii, modulare adaptiva și canal cu rata de codificare, precum și
bandă de transmisie adaptiva.
 Controlul timpului in uplink:
Controlul timpului in uplink este necesar pentru a alinia tra nsmisiile de la
UE diferite cu fereastra receptorul eNodeB. EnodeB trimite comenzile
corespunzătoare la UE prin downlink , le comanda să își adapteze
transmisia respectiva.

 ARQ hibrid:
Protocolul ARQ hibrid este deja cunoscut de la HSUPA. eNodeB are
capacitatea de a solicita retransmisia pachetelor de date primite
incorect.

2.5. Conceptele LTE MIMO

Sistemul Intrari si Iesiri Multiple (Multiple Input Multiple Output – MIMO)
reprezinta o parte esențială a LTE pentru a realiza cerințele ambițioase pentru

22
transfer și eficienta spectrală. MIMO se referă la utilizarea de antene multiple
la emițător și receptor laterale.

2.5.1. Legatura descendenta (downlink) MIMO

Pentru legătura descendentă LTE, o configurație 2×2 pentru MIMO se
presupune pentru configurația de bază, adică 2 antene transmite de la stația de
bază și 2 antene la partea terminalului. Configurațiile cu 4 antene sunt de
asemenea, fiind luate în considerare.
2.5.2. Modurile de descarcare MIMO

Diferite moduri MIMO sunt avute în vedere. Aceasta trebuie să f ie
diferențiate între multiplexare spatiala și diversitatea transmiterii, depinzand
de conditia canal ului decide ce schema va fi selectata

2.5.3. Multiplexare spatiala

Multiplexarea spațială permite transmiterea a diferite fluxuri de date
simultan pe același bloc de resurse downlink . Aceste fluxuri de date pot
aparține unui singur utilizator (MIMO singur utilizator / SU -MIMO) sau unor
diferiți utilizatori (multi utilizatori MIMO / M -MIMO). În timp ce SU -MIMO
crește rată de transfer pentru un singur utilizato r, MU -MIMO permite de a
spori capacitatea totală. Multiplexarea spațială este posibilă numai în cazul în
care postul de radio mobil o permite. Figura 12 prezintă principiul de
multiplexare spațială, exploatând spațiale dimensiune a postului de radio, care
permite transmiterea a diferite fluxuri de date simultan.

23

Figura 12 multiplexare spațială

În figura 12, fiecare antena transmite un flux de date diferit. Fiecare antenă
poate primi fluxuri de date de la toate antenele de transmite. Canalul (cu o
întârziere specifică) poate fi astfel descris de următoarea matrice H:

În această descriere generală, NT este numărul de antene care transmit, Nr
este număr de ante ne care primesc, rezultând o matrice 2×2 pentru scenariu de
baza LTE. Coeficienții hij ai acestei matrici se numesc coeficienți de canal de la
antena de transmisie j la antena de receptie I, descriind astfel toate caile
posibile între emițător și receptor.
Numărul de fluxuri de date care pot fi transmise în paralel peste
MIMO canal este dat de min{Nt, Nr} și este limitat de gradul matricii H.
Calitatea transmisiei se degradează în mod semnificativ în cazul în care valorile
singulare ale matricei H nu su nt suficient de puternice. Aceasta se poate
întâmpla în cazul în care antenele 2 nu sunt suficient de -corelate, de exemplu,
într-un mediu cu împrăștiere puțina sau când antenele sunt prea apropiate.

24
În LTE, până la 2 cuvinte de cod pot fi mapate pe diferi te asa -numite
straturi. Numărul de straturi de transmitere este egal cu rangul de matrice
H. Există o cartografiere fixa intre cuvintele de cod si straturi.
Precodarea in partea emitatorului este utilizată pentru a sprijini
multiplexarea spațială, lucru ce se poate vedea in Figura 13. Acesta se
realizează prin aplicarea unei matrice de precodare W semnalului inainte de
transmitere.

Figura 13 Principiul Precodarii

Matricea de precodare optimă W este selectata dintr -un
"codebook" predefinit care este cunoscut de eNodeB și de UE. Este utilizata
precodarea unitara, adică o matricea de precodate este unitara: WHW = I.
Terminalul estimeaza canalul radio și selectează matricea de precodate optima.
Matricea de precodare optima este cea care confera cap acitatea
maxima. Terminalul oferă feedback -ul pe canalul de control în ceea ce privește
legatura uplink selectand astfel matricea de precodare optima (vector de
precodare ca un caz special). Ideal, această informație este pusa la dispoziție pe
categorii de resurse sau, cel puțin un grup de blocuri de resurse, deoarece
matricea de precodarea optima variază între blocuri de resurse .
Figura 1 4 oferă o imagine de ansamblu a semnalului legaturii
descendente EUTRA, inclusiv pașii relevanti pentru o transmisie MIM O.

25

Figura 1 4 Generarea unui semnal de baza pentru legatura descendenta
2.5.4. Diversitatea Transmisiei

În loc de creșterea ratei de date sau de capacitate, MIMO poate fi folosit
pentru a exploata diversitatea. Diverse scheme de transmitere a sunt deja
cunoscute de la WCDMA versiunea 99 și vor fi implementate in LTE ca modul
MIMO. În cazul în care condițiile de canal nu permit multiplexare spațială, o
diversa schema de transmitere va fi folosita în loc, astfel încât comutarea între
aceste două moduri M IMO sa fie posibila, în funcție de condițiile de canal.
Transmiteri diverse sunt utile în cazul în care numărul selectat de fluxuri (rang)
este unul.
2.6. Conceptele MBMS LTE

Suportul pentru Serviciile Multicast de Multimedia Broadcast (MBMS)
este o cerinț ă esențială pentru LTE. Așa-numitele E -MBMS vor fi prin urmare o
parte integrantă a LTE.
În LTE, transmisiile MBMS pot fi efectuate catre celule singulare catre
mai multe celule. În cazul transmisiilor multi -celulare, celulele si conținutul sunt
sincronizate pentru a permite pentru terminalul de a combina consumul de
energie de la transmisiile multiple.
Semnalul suprapus arată ca unul multipath in punctul terminalului. Acest
concept este de asemenea cunoscut ca Retea cu o S ingură Frecvență (SFN). E-
UTRAN poate configura care celulele sunt parte dintr -o SFN pentru
transmiterea unui serviciu MBMS. Traficul MBMS poate partaja același
operator de transport cu trafic unicast sau să fie trimis la un operator de
transport separat. Pentru traficul MBMS, un prefix extins ciclic va fi furnizat. În
cazul subcadrelor ce transportă date MBMS SFN, vor fi folosite semnale de
referință specifice. Datele MBMS se desfășoară pe canalul de trafic M BMS
(MTCH) ca un canal logic.

26

3. Generare semnal OFDM în MATLAB

Pentru generarea unui semnal OFDM folosim următoarele linii de cod:

% Generator de semnal OFDM IEEE 802.11 a
% modulatie 16 QAM

clc;
close all;
clear all;

n = 256; % Nr de biti pentru procesare
x = randint(n,1); % flux random de date binare
M = 16; % marimea semnalului constelatie
k = log2(M); % Nr de biti pe simbol
xsym = bi2de(reshape(x,k,length(x)/k).', 'left-msb');% Conversia din biti x
in k-bit simboluri.
y = modulate(modem.qammod(M ),xsym); % Modulatie folosind 16 -QAM.
tu=3.2e-6;%perioada utila a simbolului
tg=0.8e-6;%lungimea intervalului de siguranta
ts=tu+tg; %durata totala a simbolului
nmin=0;
nmax=64; %numarul total de subpurtatoare
scb=312.5e3; %spatierea subpurtatoarelor
fc=3.6e9 ;%frecventa purtatoarei
Rs=fc;
tt=0:1/Rs:ts;
TT=length(tt);
k=nmin:(nmax -1);
for t=0:(TT-1)
phi=((y(k+1).').*exp((1j*2*(((t*(1/Rs)) -tg))*pi/tu).*((k -(nmax-nmin)/2))));
s(t+1)=real(exp(1j*2*pi*fc*(t*(1/Rs))).*sum(phi));
end
plot(tt,s, 'b');

27
4. CONCLUZII

În această lucrare, am descris structura sistemului și obiectivele de
performanță din noua generație de tehnologie de acces la rețea dezvoltata de
3GPP. Am discutat, de asemenea, felul în care mobilitatea este tratată în noul
sistem.
Obiectivel e LTE avute in vedere au fost: viteza de transfer transfer și
latența mult imbunatatie, accentul pe simplitate, flexibilitatea spectrului de
frecvențe radio la care s -au adaugat capacitatea marita și un cost mai mic pe
bit.
LTE este destinat să furnizeze o experienta bogata utilizatorului, livrarea
de noi generatoare de venituri serviciilor de telefonie mobilă și va rămâne un
concurent puternic altor tehnologii wireless în următorii zece ani pentru
ambele piețele emergente dezvoltate in acest sens.

5. Bibli ografie

1. http://www.pdf -datasheet.com/LTE_WP_0703_RandS -pdf.html

2. http://www.motorola.com/staticfiles/Business/Solutions/Industry%20Solutions/ Servic
e%20Providers/Wireless%20Operators/LTE/_Document/Static%20Files/6834_MotDo
c_New.pdf

3. http://4506818691271833574 -a-1802744773732722657 -s-
sites.googlegroups.com/site/hgmyung/3gppLTE.pdf?attachauth=ANoY7crp3_KyTK7
6gn9g08PGXjq9KzQVl1hkXvvzZfuS7gD7i8vDTSl WQhgrO7EKjWmqv99kKPkZzsd
aLwFZRrbjNuT85QSxQANqsMV_YYBlelV0ftZiw0q9WS1u6ayotoUFIOe5tK5tg5O
2vCH7RsLt2Abu1AIE7X4dvWcfrMIl4UroskaKHOw8m3fJt2smICTweyKe3NBw&at
tredirects=0