（通信与信息系统专业论文）载波聚合技术在lteadvanced系统中的性能研究.pdf

声明悯y 1 7 5 8 3 5 1 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学 本人签名 导师签名 适用本授权书。 日期：竺! ! ：! ：2 日期：_ 啦五乒一 m ，式 冀0 f 北京邮电大学硕士论文载波聚合技术在l t e - a d v a n c e d 系统中的性能研究 载波聚合技术在l t e a d v a n c e d 系统中 的性能研究 摘要 随着移动通信技术的发展，用户业务量和数据吞吐量不断增加， 第三代移动通信系统已不能完全满足用户的需求。因此，3 g p p 致力 于研究3 g p pl t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n ) 作为3 g 系统的演进。在l t e 标准接近于完成之时，一个在l t e 基础上继续演进的项目先进 的l t e ( l t e a d v a n c e d ) 项目又在3 g p p 拉开了序幕。随着3 g p p 中针 对l t e - a d v a n c e d 的讨论逐渐展开，3 g p p 产业界对l t e a d v a n c e d 的 需求和技术演进的看法也渐趋明朗。在l t e 到l t e a d v a n c e d 系统的 演进过程中，更宽频谱的需求将会成为影响演进的最重要因素之一， 为此3 g p p 提出了载波聚合技术。 本文在查阅和参考大量资料的基础上，首先介绍了 l t e a d v a n c e d 演进过程、需求和主要技术特点，然后重点描述了载 波聚合技术的原理和研究重点，主要包括载波聚合的方式、传输块的 映射方式、控制信道的设计以及调度结构的设计等。 为了很好地评估系统性能，我们基于c + + 语言搭建了l t e 动态平 台，以快照法构成仿真方法的框架，在每次快照中，再结合时间驱动 法获得所需的系统性能的统计。该仿真平台针对载波聚合和独立载波 进行下行链路仿真，实现了载波聚合支持的两种调度结构，以及f u l l b u f f e r 、f i n i t eb u f f e r 、b u r s t 业务模型和多天线模型。本文详细介绍 了平台的仿真流程和主要功能模块的实现过程，并且分别在不同场景 下研究了载波聚合技术对系统性能的提升，并给出了相应的仿真结果 和分析。 关键词l t e a d v a n c e d 载波聚合联合队列调度独立队列调度 北京邮电大学硕士论文 载波聚合技术在l t e - a d v a n c e d 系统中的性能研究 i i ，皇 北京邮电大学硕士论文载波聚合技术在l t e - a d v a n c e d 系统中的性能研究 p e r f o r m a n c es t u d yo f c a r l u e ra g g r e g a t i o ni n 1 月e a d 、厂a n c e ds y s t e m a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o na n dt h ei n c r e a s i n g o fu s e rn u m b e ra n dd a t er a t e ，3 gs y s t e mc a n ts a t i s f yt h er e q u i r e m e n to f u s e r s s o3 g p pd e v o t e st h es t u d yo fl t e ( l o n gt e l t ne v o l u t i o n ) a st h e e v o l u t i o no f3 gs y s t e m a n dt h e n3 g p pc a m eu pw i t hl 1 1 e a d v a n c e d ， w h i c hc a ns u p p o r tb a c k w a r d c o m p a t i b i l i t y w i t ht h ed i s c u s s i o no f m a d v a n c e di n3 g p pm e e t i n g t h eo p t i o n so ft h er e q u i r e m e n ta n d t e c h n o l o g ye v o l u t i o nb e c o m em o r ea n dm o r em a t u r e i nt h ep r o c e s so f t h ee v o l u t i o nf r o mi t et oi j e a d v a n c e d t h er e q u i r e m e n to fw i d e r b a n d w i d t hi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tf a c t o r st h a ta f f e c tt h ee v o l u t i o n s o3 g p p p r o p o s e dc a r r i e ra g g r e g a t i o nt e c h n o l o g y o nt h eb a s i so fs t u d y i n gal a r g ea m o u n to fr e l e v a n tt h e o r i e s ，t h i s t h e s i sf i r s t l yi n t r o d u c e st h ee v o l u t i o no fl t ea n dm a d v a n c e d t h e r e q u i r e m e n t sa n dt h et e c h n i c a lf e a t u r e s ，a n dt h e ni tf o c u s e so nt h et h e o r y a n ds t u d yo fc a r r i e r a g g r e g a t i o n ，i n c l u d i n g t h em e t h o d so fc a r r i e r a g g r e g a t i o n ，t h em a p p i n gt r a n s p o r tb l o c ka n dt h ed e s i g no fc o n t r o l c h a n n e la n ds c h e d u l i n gs t r u c t u r e i no r d e rt oe v a l u a t et h ep e r f o r m a n c eo fc a r r i e ra g g r e g a t i o n ，t h e w h o l es i m u l a t i o n p l a t f o r m i s i m p l e m e n t e d 、析t l lc + + p r o g r a m m i n g l a n g u a g e ，w h i c hf r a m e w o r ki si m p l e m e n t e db a s e ds n a p s h o tm e t h o d i n e a c hs n a p s h o t t h es y s t e mp e r f o r m a n c es t a t i s t i c i a ni sa c h i e v e db yt i m e d r i v i n gm e t h o d a n dt h e nt h ep l a t f o r i l la c h i e v e dt h ed o w n l i n ks i m u l a t i o n o fc a r r i e ra g g r e g a t i o na n di n d e p e n d e n tc a r r i e rr e s p e c t i v e l ya n da c h i e v e d t h et w os c h e d u l i n gs t r u c t u r e ss u p p o r t e dc a r r i e ra g g r e g a t i o n ，t h r e et r a f f i c i i i 北京邮电大学硕士论文载波聚合技术在l t e a d v a n c e d 系统中的性能研究 m o d e l s ( f u l lb u f f e r , b u r s t ，a n df i n i t eb u f f e r ) a n dm u l t i p l ea n t e n n a t e c h n o l o g y t h es i m u l a t i o np r o c e s sa n di m p l e m e n to ff u n c t i o nm o d u l e s a r ed e t a i l e dd e s c r i b e di nt h et h e s i s t h es i m u l a t i o ni nd i f f e r e n ts c e n a r i o s m a i n l yf o c u s e so nt h ep e r f o r m a n c ee n h a n c e m e n to fc a r r i e ra g g r e g a t i o n a n df i n a l l yp r e s e n t ss i m u l a t i o nr e s u l t s k e yw o r d sl t e a d v a n c e dc a r r i e ra g g r e g a t i o n j o i n tq u e u e s c h e d u l i n gd i s j o i n tq u e u es c h e d u l i n g i v p ， 釜 北京邮电大学硕士论文 载波聚合技术在l t e - a d v a n c e d 系统中的性能研究 目录 第一章绪论l 1 1 课题研究背景l 1 2论文安排3 第二章l t e a d v a n c e d 技术标准演进介绍一4 2 1 l t e - a d v a n c e d 需求一4 2 1 1 “平滑演进”与“强兼容”要求4 2 1 2 针对室内和热点游牧场景进行优化4 2 1 3 有效支持新频段和大带宽应用5 2 1 4 峰值速率大幅提升和频谱效率有限改进5 2 2 l t e a d v a n c e d 的关键技术一6 2 2 1 频谱扩展技术6 2 2 2 扩展的无线传输技术7 2 2 3 协作式多点传输技术8 2 2 4 中继( r e l a y ) 技术8 2 2 5 家庭基站( 毫微微蜂窝) 9 第三章载波聚合技术的研究1 0 3 1 载波聚合方式1 0 3 2 传输块映射1 2 3 - 3 控制信道设计1 3 3 4 调度结构。1 4 3 4 1 联合队列联合调度1 4 3 4 2 独立队列独立调度1 5 3 5 载波聚合技术面临的挑战1 6 第四章仿真平台设计1 8 4 1 平台设计概述1 8 4 1 1 系统仿真流程图1 9 4 1 2 快照仿真流程1 9 4 1 3 下行仿真操作流程2 0 4 2 主要功能模块及算法实现2 1 4 2 1 物理层技术建模2 2 4 2 2 下行调度方案2 5 4 2 3 系统级链路级接口2 7 4 2 4 业务模型建模2 8 4 3 场景假设2 9 4 3 1 独立载波2 9 4 3 2 载波聚合2 9 4 4 评估指标3 0 v 北京邮电大学硕士论文载波聚合技术在l t e - a d v a n c e d 系统中的性能研究 4 4 1 f u l lb u f r e r 3 0 4 4 2e l a s t i ct r a 伍c 3 0 第五章仿真结果及分析3 2 5 1 仿真假设3 2 5 1 1 网络拓扑结构3 2 5 1 2 天线模型3 3 5 1 - 3 信道模型3 3 5 2 参数设置3 4 5 2 1 系统参数3 4 5 2 2物理层参数3 5 5 2 3传播模型参数3 5 5 3 仿真结果及分析3 6 5 3 1 单天线3 6 5 3 2m i m o 模式4 9 v i 专 ； l 鼹 印 酡 | | 一 一 ；| | 一 一 一 一 录 目 文 论 i | 术 | | 学 望 | | 的 展 表 与 ；| 发 结 问 总 期 献 位 章文 学六考谢读第参致攻 北京邮电大学硕士论文载波聚合技术在l t e - a d v a n c e d 系统中的性能研究 1 1 课题研究背景 第一章绪论 随g s m 等移动网络在过去的二十年中的广泛普及，全球语音通信业务获得 了巨大的成功。个人通信的迅猛发展极大地促使了个人通信设备的微型化和多样 化，结合多媒体消息、在线游戏、视频点播、音乐下载和移动电视等数据业务的 能力，大大满足了个人通信和娱乐的需求。 另外，尽量利用网络来提供计算和存储能力，通过低成本的宽带无线传送到 终端，将有利于个人通信娱乐设备的微型化和普及。g s m 网络演进到 g p r s e d g e 和w c d m a h s p a 网络以提供更多样化的通信和娱乐业务，降低无 线数据网络的运营成本，已成为g s m 移动运营商的必经之路。但这也仅仅是往 宽带无线技术演进的一个开始。w c d m a h s p a 与g p r s e d g e 相比，虽然无线 性能大大提高，但是，在i p r 的制肘、应对市场挑战和满足用户需求等领域，还 是有很多局限。 由于c d m a 通信系统形成的特定历史背景，3 g 所涉及的核心专利被少数公 司持有，在i p r 上形成了一家独大的局面。专利授权费用己成为厂家承重负担。 可以说，3 g 厂商和运营商在专利问题上处处受到制肘，业界迫切需要改变这种 不利局面。 面对高速发展的移动通信市场的巨大诱惑和大量低成本，高带宽的无线技术 快速普及，众多非传统移动运营商也纷纷加入了移动通信市场，并引进了新的商 业运营模式。这些新兴力量给传统移动运营商带来了前所未有的挑战，加快现有 网络演进，满足用户需求，提供新型业务成为在激烈的竞争中处于不败之地的唯 一选择。 与此同时，用户期望运营商提供任何时间任何地点不低于1 m b p s 的无线接 入速度，小于2 0 m s 的低系统传输延迟，在高移动速率环境下的全网无缝覆盖。 而最重要的一点是能被广大用户负担得起的廉价终端设备和网络服务。这些要求 己远远超出了现有网络的能力，寻找突破性的空中接口技术和网络结构看来是势 在必行。与w i f i 和w i m a x 等无线接入方案相比，w c d m a 、h s d p a 空中接 口和网络结构过于复杂，虽然，这些技术能够大幅度提高上下行速率，且在支持 移动性和q o s 方面有较大优势，但是是以牺牲小区吞吐率为代价的，而且在每 比特成本、无线频谱利用率和传输时延等能力方面明显落后，难以大规模应用。 根据3 g p p 标准组织原先的时间表，4 g 最早要在2 0 1 5 年才能正式商用，在这期 北京邮电大学硕士论文载波聚合技术在l t e a d v a n c e d 系统中的性能研究 间传统电信设备商和运营商将面临前所未有的挑战。用户的需求、市场的挑战和 i p r 的制肘共同推动了3 g p p 组织在4 g 出现之前加速制定新的空中接口和无线 接入网络标准。2 0 0 4 年n 月，3 g p p 加拿大多伦多 u t r a n 演进”会议收集了无 线接入网r 6 版本之后的演进意见，在随后的全体会议上， u t r a 和u t r a n 演 进”研究项目得到了二十六个组织的支持，并最终获得通过。这也表明了3 g p p 组织运营商和设备商成员共同研究3 g 技术演进版本的强烈愿望。基本思想是采 用过去为b 3 g 或4 g 发展的技术来发展l t e ，使用3 g 频段占有宽带无线接入市 场。 3 g p p 长期演进( l t e ) 项刚1 】是关于u t i c a 和u t r a n 改进的项目，是对包括 核心网在内的全网的技术演进。其话音业务部分将由v o i p 来实现。l t e 主要有 两个部分组成，无线接口和无线网络结构部分。和以前相比，只有分组域，而没 有了电路域。l t e 是近两年来3 g p p 启动的最大的新技术研发项目。 以l t e 为代表的3 g 演进型系统实现了移动通信在3 g 之后的一次阶段性变 革，以o f d m 技术为基础的全新理念和系统设计大幅度地提高了系统的通信能 力，满足了人们对未来移动通信的需求。目前已经完成的r e l8l t e 系统，最大 支持2 0 m h z 的带宽，下行峰值速率超过3 0 0 m b i t s ，上行峰值速率超过8 0 m b i t s 。 基于分组交换的系统设计在保证业务q o s 的同时提高了系统资源的利用率。在 正常的小区环境中，2 0 m h z 系统的每个扇区可支持5 0 0 个v o l p 用户的容量。这 样的特性，尤其是基础的系统设计框架与3 g 系统都有明显的区别，包括新的多 址技术、全新的空中接口设计和新的网络架构。这更接近人们对下一代移动通信 系统的展望，l t e 虽然被称为“3 g 演进型系统”，但是更被看作是移动通信向下 一代发展的一个起点。 同时，i t u 对下一代移动通信系统( i m t - a d v a n c e d ) 的工作也由“展望”逐渐进 入更加实质的技术标准化阶段。2 0 0 8 年上半年，i t u 在关于i m t - a d v a n c e d 愿景 规划的基础上完成了具体的系统技术要求，并正式发出“通函”在伞球范围内征集 i m t - a d v a n c e d 候选技术提案，由此在i t u 的范畴内开始了对i t u a d v a n c e d 技术 的国际标准化进程。 l t e 系统由于其代表了移动通信新技术发展的主要方向，显然将成为 i m t - a d v a n c e d 最为l t e 的进一步发展目标。在这样的背景下，3 g p p 通过关于 l t e a d v a n c e d 的研究项目，对l t e 系统进行进一步的技术提高，以达到并超过 i t u 对i m t - a d v a n c e d 的技术要求为目标，实现l t e 后向兼容的l t e a d v a n c e d 系统，作为向i t u 提交的i m t - a d v a n c e d 候选技术。 以这样的目标，3 g p p 制定了l t e a d v a n c e d 的研究目标，开始了基于r e l8 l t e 的一系列技术发展方向的讨论，包括载波聚合技术( c a r r i e ra g g r e g a t i o n ) 、上 2 专 ， i 鼻 北京邮电大学硕士论文载波聚合技术在l t e - a d v a n c e d 系统中的性能研究 下行m i m o 的进一步扩展、协作的多点传输与接收( c o o r d i n a t e dm u l t i p l e t r a n s m i s s i o na n dr e c e p t i o n ，c o m p ) 、接力通信( r e l a y ) 等主要的研究课题，由于在 3 g p p 内部意见并没有完全统一，能否达到预定目标还存在一些问题。如何尽快 的完成l t e a d v a n c e d 演进的标准化工作，是我们搭建仿真平台并对载波聚合技 术进行性能评估的主要任务。 1 2 论文安排 本论文是阐述了对l t e a d v a n c e d 系统中载波聚合技术的性能研究，主要是 仿真方法的研究和仿真平台的建模，包括调度模块，多天线模块，业务模型的实 现。具体内容以3 g p p 规范为基础，基于c + + 搭建l t e 动态仿真平台，在平台 中实现载波聚合。动态仿真平台较准确地模拟了实际通信系统中用户的行为。最 后对仿真结果进行分析和对比，完成了对载波聚合技术的研究和性能评估，为 l t e a d v a n c e d 标准化的后续研究提供了参考。 本文主要分以下几个部分展开：第二章介绍了l t e a d v a n c e d 系统的演进的 目标，方向及关键技术。第三章主要介绍载波聚合技术在l t e a d v a n c e d 系统的 应用方案，包括聚合方式、传输块的映射、控制信道的设计和调度结构等。第四 章详细介绍了仿真平台的实现，包括平台设计概述，仿真流程说明及主要功能和 算法实现。第五章给出了仿真假设和参数设置，并对仿真结果进行分析和对比。 第六章是总结部分，总结了完成的工作以及今后研究方向的意义。 3 北京邮电大学硕士论文载波聚合技术在l t e a d v a n c e d 系统中的性能研究 第二章l t e a d v a n c e d 技术标准演进介绍 从g s m 到g p r s e d g e ，再到w c d m 刖h s p a ，移动通信的技术演进一路 精彩，随着用户需要的增加和移动通信市场竞争的激烈，未来的技术新贵3 g p p l t e 也已登上全球的技术舞台。在l t e 标准接近于完成之时，一个在l t e 基础 上继续演进的项目先进的l t e ( l t e a d v a n c e d ) 项目又在3 g p p 拉开了序幕。 2 0 0 8 年1 月，i t u r 向全球发出了征集i m t - a d v a n c e d 技术的通函。3 g p pl t e 作为当前最受关注的宽带移动通信标准，其向i m t - a d v a n c e d 阶段进一步演进是 勿用置疑的。3 g p p 也将利用这一演进，进一步巩固l t e 标准在未来市场竞争中 的优势地位。随着3 g p p 中针对l t e a d v a n c e d 的讨论逐渐展开，3 g p p 产业界对 l t e a d v a n c e d 的需求和技术演进的看法也渐趋明朗。 2 1l t e a d v a n c e d 需求 l t e 相对3 g 技术，名为“演进”，实为“革命”，3 g p p 产业界在经过了3 年多 全力以赴的l t e 技术研发后，u m t s 的技术基础已大部分被替换。“巨变过后， 人心思定”，在目前阶段再次发起重大的技术变革，既无可以支撑的技术储各， 对产业的发展也未必有利。而且，l t e 已经具有相当明显的4 g 技术特征，只要 在其基础上作适当增强，就可以满足i m t - a d v a n c e d 的需求。因此，3 g p p 势必 要稳定l t e 标准的更新状态，为l t e 的产业化合商业化部署营造良性的环境。 出于这种考虑，l t e a d v a n c e d 应该不会成为再一次“革命”，而一定会作为在l t e 基础上的平滑演进。经过一系列的讨论，l t e a d v a n c e d 需求已经基本确赳2 。 2 1 1 “平滑演进 与“强兼容 要求 基于这样一种定位，l t e a d v a n c e d 系统应自然地支持原l t e 的全部功能， 并支持与l t e 的前后向兼容性，即l t e 的终端可以接入未来的l t e a d v a n c e d 系统，l t e a d v a n c e d 终端也可以接入l t e 系统。如果这一需求得到严格的执行， 势必要求l t e a d v a n c e d 和l t e 在现有的部署场景下公用一个技术平台，只是在 某些l t e 没有充分考虑的新场景中采用一些更优化的技术。但是，技术的革新 总是不应该被拒绝的，如果确实发现了可以显著提高l t e a d v a n c e d 系统性能的 先进技术，上述“强兼容”要求也是有可能放松的。 2 1 2 针对室内和热点游牧场景进行优化 随着业界对移动互联网发展趋势的理解逐步加深，人们也在反思宽带移动通 信的主要应用场景到底是什么。用户的使用习惯似乎表明，对宽带多媒体业务的 需求主要来自于室内，有统计表明，未来8 0 9 0 的系统吞吐量将发生在室内和 4 专 l 摹 北京邮电大学硕士论文载波聚合技术在l t e - a d v a n c e d 系统中的性能研究 热点游牧场景，室内、低速、热点可能将成为移动互联网时代更重要的应用场景。 因此，传统蜂窝技术“重室外、轻室内”，“重蜂窝组网、轻孤立热点”，“重移动 切换、轻固定游牧”的观念可能有修改的必要。因此，l t e - a d v a n c e d 的工作重点 应该放在对室内场景进行优化。当然，作为这项工作的基础，首先要制定合理的 室内仿真评估假设和信道模型。 2 1 3 有效支持新频段和大带宽应用 基于w r c 0 7 ( 2 0 0 7 年世界无线大会) 会议的结论，l t e a d v a n c e d 的潜在 部署频段包括：4 5 0 m h z - 4 7 0 m h z 、6 9 8 m h z 8 6 2 m h z 、7 9 0 m h z 8 6 2 m h z 、 2 3 g h z - 2 4 g h z 、3 4 g h z - 4 2 g h z 、4 4 g h z - 4 9 9 g h z 等。可以看到，除了 2 3 g h z r , 2 4 g h z 位于传统蜂窝系统常用的频段外，新的频段成高、低分化的趋势。 尤其是大量的潜在频段集中在3 4 g h z 以上的较高频段。高频段在覆盖范围、穿 透建筑物的能力和移动性能方面明显不如低频段，因此只适合提供不连续覆盖、 支持低速移动。但实际上，未来宽带移动互联网业务也很可能是不均匀分布的。 绝大部分容量需求将集中在面积只占一小部分的室内和热点区域，这为高频段的 应用提供了可能。可以构建多频段协作的层叠无线接入网，“质差量足”的高频段 用来专门覆盖室内和热点区域内的低速移动用户，将大部分系统容量都吸引到高 频段中，从而将“质优量少”的低频段资源节省下来覆盖室外广域区域以及高速移 动用户。低频段部署可以看作高频段部署的“衬底”，负责填补高频段的覆盖“空 洞”。多个频段紧密协作、优势互补，则可以有效地满足i m t - a d v a n c e d 在高容量 和广覆盖方面的双重需求。在此基础上，则可以进一步部署室内基站、中继 ( r e l a y ) 站和分布式天线站点来扩展高频段的覆盖范围，从而进一步将系统负 载吸引到高频段，减轻低频段的负担，使其能够更有效提供高质量连续覆盖，支 持高速移动。在系统带宽方面，l t e a d v a n c e d 提出了和i m t - a d v a n c e d 相同的要 求，即支持最大i o o m h z 的带宽。由于如此宽的连续频谱很难找到，因此 l t e a d v a n c e d 提出了对多频谱整合( s p e c t r u ma g g r e g a t i o n ) 的需求，这项技术 可以将多个离散的频谱联合在一起使用，我们将在下_ 章中详细介绍。 2 1 4 峰值速率大幅提升和频谱效率有限改进 由于考虑了远远超过l t e 系统的带宽，即使系统的频谱效率不变，也可以 获得高很多的峰值速率。目前l t e - a d v a n c e d 考虑的峰值速率( 下行4 x 4 天线， 上行2 x 4 天线) 为下行1 g b s ，上行5 0 0 m h z 。以l t e 的峰值频谱效率，只要简 单扩充系统带宽即可实现。但过高的峰值速率对于终端有限的芯片处理能力和缓 存容量而言，实际上是无法实现的。如果考虑更高天线阶数，如下行8 x 8 天线， 上行4 x 8 天线，则l t e a d v a n c e d 的峰值频谱效率有望比l t e 有进一步提升，达 到3 0 b p s h z ( 下行) 和1 5 b p s h z ( 上行) 。但这样大的天线数量在实际部署中是 5 北京邮电大学硕士论文载波聚合技术在l t e - a d v a n c e d 系统中的性能研究 否现实，是很值得商榷的，因此应首先将工作重点放在4 x 4 天线以下的天线配置 上。和峰值速率、峰值频谱效率相比，更有实际意义的指标是小区平均频谱效率 及小区边缘频谱效率。在这方面，l t e - a d v a n c e d 提出了相对比较谨慎的目标， 在l t e 原有应用场景下，平均频谱效率要求提高5 0 ，即达到2 4 3 7 b p s h z ( 下 行) 和1 2 2 b p s h z ( 上行) 。此时，下行最高天线配置为4 x 4 天线，上行可从1 x 4 天线扩展到2 x 4 天线。抑制小区间干扰的技术，只能期待有大约2 5 的性能提 升，达到上行0 0 4 o 0 t o p s h z 用户，下行0 0 7 - - 0 1 2 b p s h z 用户。 另外，l t e - a d v a n c e d 需求还强调了自配置自优化、降低终端、网络的成本 和功耗等需求。 2 2 l t e a d v a n c e d 的关键技术 l t e 已经使用了各种先进的信号处理技术( 如m i m o 、o f d m 、自适应技术 等) ，l t e a d v a n c e d 的技术发展将更多地集中在r r m 技术和网络层的优化方面。 为了满足新的需求，它引进了频谱扩展技术( b a n d w i d t he x t e n s i o n ) ，扩展的多天 线传输技术( e x t e n d e dm u l t i a n t e n n a ) ，协作式多点传输技术( c o m p ) ，中继( r e l a y ) 技术和家庭基站( h o m e - n o d e b ) 【3 】f 4 1 。 2 2 1 频谱扩展技术 w r c0 7 会议上，提出了i m t - a d v a n c e d 的6 个频带：4 5 0 - 4 7 0 v i a z 频段、 6 9 8 - 8 6 2m h z 频段、7 9 0 - 8 6 2 频段、2 3 - 2 4g h z 频段、3 4 - 4 2g h z 频段、4 4 - 4 9 9 g h z 频段，可以看到，除了2 3 2 4g h z 频段位于传统蜂窝系统常用的频段外， 新的频段成高、低分化的趋势。尤其是大量的潜在频段集中在3 4 g h z 以上的较 高频段。 高频段在覆盖范围、穿透建筑物的能力和移动性能方面明显不如低频段，因 此只适合提供不连续覆盖、支持低速移动。但实际上，未来宽带移动互联网业务 也很可能是不均匀分布的。绝大部分容量需求将集中在面积只占一小部分的室内 和热点区域，这为高频段的应用提供了可能。今后的网络可以构建多频段协作的 层叠无线接入网，“质差量足”的高频段用来专门覆盖室内和热点区域内的低速移 动用户，将大部分系统容量都吸引到高频段中，从而将“质优量少”的低频段资源 节省下来覆盖室外广域区域以及高速移动用户。低频段部署可以看作高频段部署 的“衬底”，负责填补高频段的覆盖“空洞”。多个频段紧密协作、优势互补，则可 以有效地满足i m t - a d v a n c e d 在高容量和广覆盖方面的双重需求。在此基础上， 则可以进一步部署室内基站、中继( r e l a y ) 站和分布式天线站点来扩展高频段 的覆盖范围，从而进一步将系统负载吸引到高频段，减轻低频段的负担，使其能 够更有效提供高质量连续覆盖，支持高速移动。 6 乏 北京邮电大学硕士论文载波聚合技术在l t f _ , - a d v a n c e a 系统中的性能研究 在系统带宽方面，l t e - a d v a n c e d 提出了和i m t - a d v a n c e d 相同的要求，要求 支持比l t e 更宽的传输带宽，甚至达到1 0 0 m h z ，而且为了与l t e 兼容，还必 须可以支持l t e 系统中的移动终端。为了达到上述要求，提出了两种方法：一 种是定义新的更宽的带宽，另一种就是载波聚合技术。 由于目前频谱资源的短缺，很难找到一段很大的带宽供l t e - a d v a n c e d 系统 使用，3 g p p 提出频谱聚合( s p e c t r u m a g g r e g a t i o n ) 技术。可以将多个不同的频 段进行整合使用，能够灵活地从连续或非连续频谱将带宽扩展到l t e a d v a n c e d 要求的1 0 0 m h z 。在聚合后的载波上，l t e 终端可以接入其中的一个载波单元上， 而l t e a d v a n c e d 终端可以同时接入多个载波单元，这样不仅满足了l t e 和 l t e - a d v a n c e d 的频谱兼容性需求，并且能减小比特开销，完成超过1 g b p s 的峰 值速率的要求，这恰好迎合了l t e 向l t e a d v a n c e d 演进的需求。比较其他的方 法，载波聚合不需要对l t e 物理层进行大的改动，提高了对现有系统的再利用， 大大地缩短了l t e a d v a n c e d 系统的商用化时间。 2 2 2 扩展的无线传输技术 l t e a d v a n c e d 可能无法找到全新的先进传输技术，但仍可能在现有传输技 术的基础上进行进一步优化。一个可以考虑的优化方向是上行多址技术，l t e 主 要出于降低p a p r ( 峰平比) 的考虑选用了s c f d m a ，而非o f d m a 技术作为 上行多址方案。但实际上，在低s i n r 场景，o f d m a 的频谱效率仍然略高于 s c f d m a ，尤其在采用高阶调制时，s c f d m a 的降p a p r 效果并不明显。但对 于l t e a d v a n c e d 系统所侧重的室内、热点覆盖，小区边缘问题不是十分严重， 因此可以考虑在某些场景采用o f d m a 作为上行多址技术，以提高资源分配的 灵活性、更有效的支持上行高阶m i m o 和n o d e b 先进接收机。所幸的是，o f d m a 和d f t - s o f d m ( d f t 扩展o f d m ) 可以在一个发射机结构中实现，通过d f t 扩展模块的增减，在两种技术之间切换，如在小区中心、室内热点、使用m i m o 传输时采用o f d m a ，在小区边缘、室外广覆盖、不使用m i m o 传输时采用 d f t - s o f d m 。 l t e 已经在下行采用了较先进的m i m o 技术，1 个优化的方向是将r 8 中采 用的单流波束赋形扩展到多流波束赋形( 包括单用户m i m o 和多用户m i m o ) ， 如上所述，这种技术也可以用于c o m p 发送。在上行，可以考虑在原有的多用 户m i m o 的技术上，增加单用户m i m o 模式、多天线发射分集和上行波束赋形 等技术。 在信道编码方面，l t e 没有采用l d p c ( 低密度奇偶校验码) ，而采用了交织 器改进的t u r b o 码。随着l t e - a d v a n c e d 系统带宽和数据速率的进一步提高，数 据块的尺寸越来越大，需要重新判断l d p c 在大码块编译码上是否可以表现出明 7 北京邮电大学硕士论文载波聚合技术在l t e - a d v a n c e d 系统中的性能研究 显优势，考虑是否将l d p c 码和t u r b o 码配合使用，在宽带传输方面提高系统性 能。在调制方面，可以考虑更高的调制阶数，如2 5 6 q a m 。但这样的高阶调制在 e v m ( 差分矢量值) 性能上的限制需要认真评估。 2 2 3 协作式多点传输技术 l t e a d v a n c e d 提出了协作式多点传输技术( c o m p ，c o o r d i n a t e dm u l t i p o i n t t r a n s m i s s i o n r e c e p t i o n ) 分为分布式天线系统( d a s ，d i s t r i b u t e d a n t e n n as y s t e m ) 和协作式m i m o 两大类。 d a s 通过插入大量的新的站点拉近天线和用户的距离，实现“小区分裂”， 获得更高的频率复用。所不同的是，新增站点和基站不是通过无线链路连接的， 而是用光纤或电缆将它们连接到一个中央处理单元进行统一的收发信号处理。这 降低了发送功率，提高了系统的功率使用效率，降低了小区间的干扰，而且增加 了资源管理的灵活性，优化了资源的使用，提高了频谱效率等。 协作式m i m o ，通过b s 协调，多个b s 同时和一个或者多个m s 在同一个 频带通信。由于预编码是每个b s 独立进行，因此不需要大量的c s i 交互， b a c k b o n e 上信息发送较少，复杂度较低。协作式m i m o 能提高系统容量，改善 小区边缘的覆盖，并提高用户数据速率。 2 2 4 中继( r e l a y ) 技术 中继技术就是将一条基站到移动台的链路分割为基站到中继站和中继站到 移动台两条链路，从而有机会将一条质量较差的链路替换为两条质量较好的链 路，以获得较高的链路容量和较好的覆盖。在l t e 中的层1 中继和层2 中继的 基础上，l t e a 又引入了一种新的中继方式：层3 中继。 层1 中继：中继节点并不解调、解码基站的信号，只在物理层上简单的放大、 转发所接收的比特流，包括噪声，层1 中继对于s i n r 没有改善，但是时延很小， 设备简单，成本较低，另外也可以通过发射功率、发射带宽等调整来实现最简单 的自适应发射。 层2 中继：中继节点在m a c 层对接收的数据块解码，然后再编码，转发， 但是不具有完整的协议结构，仍依赖于基站的集