MATLAB详解LTE 全面拥抱移动数据革命

以4G为首的新一代信息通信技术带来了移动数据革命，并正在改变每一个人的生活。随着国内4G网络的全面部署，LTE技术正逐步成为每一名通信行业人员的头号学习目标，如何更好、高效的学习LTE技术关系到每个相关人员的学习与工作。而LTE技术的学习重点与难点在于LTE物理层，包括OFDM、MIMO、SC-FDMA等。同时通过MATLAB对LTE进行建模、仿真和实现，将是一种浅显易懂的迅速理解LTE的好方法。MATLAB与LTE的完美结合会让学习过程事半功倍。

正在发生的移动数据革命

我们生活在一个移动数据革命的年代。从GSM到3G，接着进入4G，以及未来预计在2020年步入5G时代。随着智能手机、便携式计算机和平板电脑大规模的市场扩展，移动通信系统提供的用户需求服务和应用已经远远不止声音通话。像网页浏览、网上社交网络以及音乐和视频流媒体这些密集数据量移动服务，逐渐成为推动下一代无线移动通信标准发展的力量。这些新标准拥有了所必需的大数据通信速率和网络能力，以支撑全球化传输这些类型丰富的多媒体应用。

LTE关键技术

要想学会掌握4G，就要深刻理解LTE及其演进标准中的关键技术，这包括了OFDM、MIMO、Turbo编码以及动态链路自适应技术。

作为LTE标准的主要任务，移动数据通信速率的实质性提升常常作为衡量通信研究，以及与移动通信链路最大可实现速率有关理论构思的标准。香农关于信道容量状态的基础工作告诉我们数据速率永远受限于可接收到的信号功率，同时传输速率也与带宽相关。

1、MIMO

在接收端使用多路天线是一个比增加整体功率更好的办法。这就是我们说的接收分集，也可在发送端使用，就是发送分集。不过，应用发送分集或接收分集以提高数据速率只能在特定的点有效。超过这个点，增加数据速率会造成饱和。一个替代方案是同时在发送端和接收端应用多路天线，即MIMO。MIMO是一个LTE标准中的核心技术。它深深根植于移动通信研究，支撑了LTE标准使用多径天线的优势，从而满足了峰值数据速率和通过率的要求。

2、OFDM

除了接收信号强度之外，传输带宽也直接影响无线通信系统可达到的数据速率。一个与宽带传输有关的重要的设计挑战就是无线信道的多径衰落效应。为了克服时域均衡的问题，我们有两个办法可以适用于宽带传输中：

1)使用多载波传输方案：宽带信号可以处理成多路窄带正交信号的和。应用于LTE标准中多载波传输的例子就是OFDM传输。

2)使用单载波传输方案：OFDM可以提供一个简单的多的频域均衡方法，不需要要求高传输功率起落。一个在LTE标准中的例子被称为单载波频分复用，应用于上行链路传输。

3、Turbo信道编码

在LTE标准中，与以往不同，Turbo编码作为了信道编码机制的唯一方案，用于处理用户数据。Turbo编码近乎理想的性能被LTE采用源自他的复杂度可计算和执行。LTE中的Turbo编码为了有效的执行进行了很多改进。

4、链路自适应

链路自适应的定义是：一种可以调整和适应移动通信系统传输参数以更好响应通信信道的动态性的技术。根据信道质量不同，我们可以使用不同的调制和编码技术(适应性调制和编码)，调整几个发送或接收天线(适应性MIMO)，甚至调整传输带宽(适应性波长)。

关注LTE物理层建模将会帮助你更好理解掌握以上的关键技术。物理层建模包括所有数据比特从更高层传输到物理层的处理。它表现为一些列传输信道如何映射到物理信道，信号处理如何在每一个物理信道工作，以及数据如何最终被传送到天线而被发送。

图1.1 LTE标准中的物理层协议

MATLAB与LTE完美结合

通过MATLAB程序来由浅入深地逐步建立起LTE物理层模型，并仿真和验证系统的各个组件，将是一种浅显易懂的方法来理解复杂深奥的LTE物理层规范。通过MATLAB中的通信系统工具箱、数字处理工具箱和系统工具箱3个部分的百种组件的建模、仿真和实现，可以让你精通自己研究的LTE问题，更珍贵的是可以让你有自信去尝试新想法、新提议和验证新的改进，以及利用新工具和模型帮助你从理论知识迈向实践，从而最终获得创新、设计、应用的能力。