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4G模塊LTE噪聲受限場景下的高數據速率

更新時間:2018-08-09
摘要:

這種場景下可提供的4G模塊數據速率總是受限千可獲得的接收信號功率,或者一般情況下更多的是受限千接收信號功率與噪聲功率之比。此外, 給定帶寬下可獲得數據速率的任何增長至少要求接收信號功率有相同的相對增長。同時,如果可獲得足夠大的接收信號功率, 則至少在理論上, 在給定的有限帶寬內基本上可實現任意數據速率。

  這種場景下可提供的4G模塊數據速率總是受限千可獲得的接收信號功率,或者一般情況下更多的是受限千接收信號功率與噪聲功率之比。此外, 給定帶寬下可獲得數據速率的任何增長至少要求接收信號功率有相同的相對增長。同時,如果可獲得足夠大的接收信號功率, 則至少在理論上, 在給定的有限帶寬內基本上可實現任意數據速率。

  在低帶寬利用率情況下, 也就是說, 只要無線鏈路數據速率明顯低千可用帶寬時,4G模塊數據速率的進一步增長都需要接收信號功率近似相同地相對增長。這可稱為功率受限操作(相對千帶寬受限操作, 見下面的討論), 在這種情況下, 可用的帶寬的增長并不顯著影響某種數據速率所需的接收信號功率。

  另一方面, 在高帶寬利用率的情況下, 也就是說,4G模塊數據速率等于或超過可用帶寬時, 任何數據速率的進一步增長都需要接收信號功率更大的相對增長,除非帶寬和數據速率成比例增長。這可以稱作帶寬受限操作, 在這種情況下, 帶寬的增長會降低某種數據速率所需的接收信號功率。

  因此,為了有效利用可獲得的接收信號功率, 或更普遍的情況是可用信噪比,4G模塊傳輸帶寬應該至少與要提供的數據速率相當。

  假設發射功率恒定, 則總可以通過減小發射機與接收機之間的距離來增加接收信號功率,因為此時發送信號到接收端傳播的衰減相應減少了。在噪聲受限場景下, 假定可以接受發射機/ 接收機之間距離的減小, 也就是說縮減覆蓋范圍, 則至少從理論上總可以增大可獲得的數據速率。在移動通信系統中,這對應為小區尺寸的減小,則覆蓋同樣的區域就需要更多的小區站點, 尤其是如果要提供大千或等千可用帶寬的數據速率, 也就是說要具有高帶寬利用率, 將需要小區尺寸顯著減小。另一個可選方案是, 高的數據速率只可由小區中心的終端獲得, 而非整個小區的終端。

  基于給定發射功率的另一種提高總的接收信號功率的方法是:在接收機端使用額外的天線, 也稱為接收天線分集。多根天線可應用千基站(也就是對千上行鏈路)或者終端(對千下行鏈路)。通過將不同天線接收到的信號進行適當地合并,則天線合并后的信噪比會隨著接收天線數 成比例增長, 從而在給定的發射機/接收機距離下可以獲得更高的數據速率。

  多根天線也可以應用于發射端, 通常在基站, 此時多天線被用于將給定的總發射功率集中到接收機的方向上, 即指向目標終端。 這樣可以增加接收信號功率, 同樣地, 可以基千給定發射I接收距離而增加數據速率。

  然而, 通過使用多根發送或接收天線來獲得更高的數據速率是存在上限的。 也就是說,只要數據速率是功率受限的而非帶寬受限的, 該上限就存在。 超過了這個點, 能獲得的數據速率就開始飽和了, 任何進一步增加發送或接收天線數的行為也只能相應提高接收端信噪比, 可實現數據速率只會有微小的提高。 通過在發送端和接收端同時都使用多根天線, 可以避免這種數據速率的飽和, 這種實現方法可被稱為空間復用, 也就是常說的MIMO(多輸入多輸出)。不同種類的多天線技術(包括空間復用) 將在第5章有更詳細的討論。針對LTE特定場景的多天線技術將在第JO章和第11章中討論。

  增加接收信號功率的另一種方法是降低噪聲功率, 更確切地說是降低接收端的噪聲功率譜密度。這種方法至少在某種程度上, 可以通過可降低接收端噪聲的更先進的接收機射頻設計來實現。

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