第128课：物理层OFDM、MIMO实现

【转自公众号：Wisdom365】上回书讲到4G网络物理层处理共11个步骤（Bob小编看一个小视频的背后发生...





【转自公众号：Wisdom365】

上回书讲到4G网络物理层处理共11个步骤（Bob小编看一个小视频的背后发生了这么多事…），并且详细介绍第一部分：第一步到第五步，从传输块到码字的处理流程，重点是信道编码和速率匹配。今天，小编要说说第二部分：第六步到第十一步，重点讲4G网络哼哈二将MIMO和OFDM在物理层如何实现，同时本文也是4G数据传输流程的收官之战。



来吧，和小编一起继续物理层之战。第六步~第十一步依次是加扰、调制、层映射、预编码、资源映射、OFDM符号生成，其中第八步层映射和第九步预编码实现MIMO，第十一步OFDM符号生成实现另一关键技术OFDM。

第六步：加扰。输入是一串称为码字的比特流，与一串已知的码序列，称为扰码，进行异或运算就得到输出比特流。

A：这么折腾为啥？
B：加扰的目的是为了避免干扰，下行方向避免小区间干扰，上行方向避免用户间干扰。
A：怎么就避免干扰了？
B：看图说话。以下行为例，Bob手机所属基站叫eNB X，旁边一个基站eNB Y发射的信号对于Bob手机来说就是干扰；基站X发送的数据采用扰码1数据加扰，这是有用数据；基站Y发送的数据采用扰码2加扰，这是干扰数据；两个扰码1和2是正交的。

B：Bob手机接收到两个基站的信号后，用扰码1和接收到的数据做运算，把基站X发送的数据还原出来；而基站Y的数据采用扰码2加扰，并且扰码1和扰码2正交，所以运算后干扰数据就被抵消掉了。这样Bob手机相当于没收到干扰基站Y的信号，从而避免小区间干扰。

第七步：调制。输入是加扰后的一串比特流；输出是I路和Q路两路数据。调制的目的很简单，使无线资源，即一个载波，承载更多的信息bit，提高频谱利用率，增加传输速率和小区容量。怎么使一个载波承载更多的信息bit呢？信息bit就是0101的一串数据，载波上某些参数的变化就能反映出01的信息来，这些参数包括幅度、相位、频率等。比如，对于一个载波，幅度高代表1，幅度低代表0，相位0度代表1，相位90度代表0，这样幅度和相位两个参数就有四种组合，分别代表11,10,01,00四种信息bit。

4G网络中，数据传输采用的是QAM调制方式，就是用一个载波的幅度和相位来表示信息bit。输入数据，按照调制方式星座图，将若干个信息bit映射成一个调制符号，调制符号从数学表达上看是一个复数S=I+j*Q，其实部和虚部分别对应输出的I路和Q路信号值，利用欧拉公式可以计算出幅度和相位。具体映射方式在36.211 7.1中有详细介绍。



举个栗子，输入的一串数据为01011000，采用16QAM调制方式，这8个比特将被映射为两个调制符号，查36.211 Table 7.1.3-1可以得到映射后的I，Q取值，如下图。也就是说01011000这串数据通过16QAM调制器后，输出两路信号，其中I路取值XX和XX，Q路取值XX和XX（看下图吧，不知道怎么打根号。。。），对应两个调制符号。工程实现上当然无法输出一个复数，只需要把I路、Q路信号的取值保存成一张表，后续处理直接从表中取数就OK。第八步：层映射，第九步：预编码。 4G网络一项关键技术是多天线，这里第七步和第八步就是为了实现多天线技术。多天线在移动通信史有重要地位，移动通信发展史就是与无线资源做斗争的血泪史，而多天线就是一个重要武器，它发现了除频率、时间等无线资源外另一片新的资源，就是空间资源。2G、3G中已经开发利用了频域、时域、码域，4G要好好开发利用空域资源，就像在拓宽车道的基础上架立交桥。

想利用空域资源，至少得能在空间中区分出不同的路呀，不然肯定撞车，靠什么区分？怎么区分？哈哈，就是靠多天线，发送端多天线，就收端也是多天线，这样从发送端到接收端连线，就得到一条一条的路，天线越多，路越多，我们的新天地越广阔。既然这样，使劲的加天线，岂不更好？用膝盖想想也是不对的。

• 天线越多，设计越复杂，越贵啊，对比下带8根天线长得像蜘蛛的路由器和普通2根天线的路由器价格就知道啦；
• 天线越多，道路越密，有些路就不好区分了，既然路都分不开了，要多天线有毛线用啊。

所以目前4G网络的基站一般最多8天线，4G手机一般两天线。当然，现在大规模天线也如火如荼，成为5G的关键技术，小编也会在后续天线系列中说说大规模天线是什么鬼，记得关注呦~



铺垫了这么多，到底第七、八步是怎么处理的呢？看图。



还得继续铺垫…先说说上图里层/流、天线端口、物理天线。

[list][*]物理天线数，就是基站和手机上实际的天线，这是硬件基础设施，决定了多天线性能的理论上限。现在绝大部分手机有两根天线，基站最多有八根天线（像某动的TD-LTE基站）。

[/*][*]天线端口：小编编在第二段（自己找哈~）中提到了，多天线技术核心是利用不同天线创造出不同的路，这些路必须得能区分开，不然如果两条路离得很近，我们也只能把它们当成一条来看了。翻译成通信汪的话，就是不同天线信道环境要不相关。这里天线端口就是指不相关的物理天线数，那么当然，天线端口

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