（通信与信息系统专业论文）宏小区lte和hsdpa系统的共存性干扰研究.pdf

中文摘要 摘要：随着w c d m a h s p l a 系统的大量商用，以及l 1 e 技术的不断深入的研 究，可以预见到h s p a 与l 1 r e 两系统必将长期共存，系统间的相互干扰是不容忽 视的问题，因此有必要展开对u 1 e 与h s d p a 系统间干扰深入的研究，这对两个系 统的共存具有重要的理论与实际意义。 本文首先分析了m 和h s d p a 系统的原理及系统间干扰，根据3 g p p 1 1 也5 9 4 2 ，3 g p pt r 3 6 9 4 2 等关于系统间干扰建模的步骤与参数设置，通过m 和h s d p a 单系统仿真，得出l 1 卫与h s d p i a 单系统的性能。接着进行了l 1 e 与 h s d p a 系统间干扰的建模、仿真平台搭建，并根据共存系统仿真得到的数据，参 考l 1 陋与h s d p a 单系统的性能，提出共存系统合理隔离度、地理偏移等以提高系 统共存时的吞吐量，为两系统的搭建、频率规划等提供参考，为共存干扰研究提 供理论依据及方法，对工程实践起到一定的指导作用。 关键词：m ，h s d p a ， 系统共存，系统级仿真，a c 瓜，地理偏移 分类号：t n 9 2 9 5 a bs t r a c t a b s 硼王a c t w i t h l ec o m m e r c i a l l ya p p l i c a t i o no fw c d m ，h s p a ，柚dt l l ed e 印 托s e a r c h u er e l a t i v et e c l l l l o l o g i e s ，t l l ec o e x i 咖1 c eo fh s p a 锄dl t ew i l ll a s tf o ra l o n gt i i i l e t h u s ，t l l ed e c pr e s e a r c h0 nd u a l - s y s t 锄c o e x i 咖n c ei 1 1 t c m r c ei sv e q i m p o r t a n t i l lt h i sp a p e r ，l t e h s d p a 州n c i p l e 卸di n 姗- s y s t c mi 1 1 t e r 蠡黼n c ei s 锄a l y z e df i 硎y 1 1 h es i n g l es y s t e i i lp e r f o l m 锄c co fl 1 r e 觚dh s d p i ai ss i m u l a t e d 扯c o r d i i l gt 0s i m u l a t i o n s t e p s 绷d 删砌e t c r ss e t t i n g 丘0 m3 g p pt r2 5 9 4 6 锄d3 g p pt r3 6 9 4 2 ，e t c 1 1 1 明， d u a l s y s t e mc o c x i s t 饥c ei i l t e m r e n c es i l l l u l a t i o nb e t 、) v 嘲h s d p a 锄dl 1 ed 佣，i l l i i l l ( i s p e r f 0 珊c d f r 0 i nt h e 【 u a l s 脚e ms i m u l a t i o np e f f 0 珊觚c e ，i i l 廿l ec 0 - s i t cc a ，u s e 体w i l l 跚f 诧rl e s sp e 舳锄c cl o s s ，e s p e c i a l l yf o r 廿l o s ea tt i l e e d g eo fc e l l m o i i c o v e r ，t l l e c 0 - s i t es c e n a r i oi sb e n e f i tf 0 rs a v i n gc o s t 锄dt h er a t i oo fd e v i c eu 鼹g ei m p r o v e m e n t l a s t l y ，廿1 ep 叩i c rp r c n t e da 陀a s 0 n a b l ep r o p o 阻l f 0 r c o e x i s t 朗胱 s y s t 锄0 n g e o 聊h i c a lo 任- s e t i 1 1o r d e rt 0 i m p r 0 v en l et l l r o u g l l p u t ，a n dp r 0 v i d e d 丘- e q u e i l c y p l 籼i n g 锄dm e t h o d 1 y w o r d s ：u e ；h s d p a ；s y s t 锄c o e x i s t ；s y s t 锄l e v e ls i m u l a t i o n ；a c r ； g e o g r a p h yo h s e t c l a s s n o ：t n 9 2 9 5 致谢 本论文的工作是在我的导师吴吴教授的悉心指导下完成的，吴老师严谨的治 学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来吴老师 对我的关心和指导。 吴老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了 我很大的关心和帮助，在此向吴老师表示衷心的谢意。 实验室的钟章队老师、张小津老师、丁建文老师、蒋文怡老师以及朱刚老师 等对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，丁殉、石杰等同学对我论文中的研究工作给 予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外还要感谢的是我的父母及家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心 完成我的学业，让我在困境中能够倍感力量，充满信心的迎接任何挑战。 1 引言 1 1 课题研究背景 w c d m a 无线接入技术演进的第一步就是在3 g p p 厂w c d m a 规范的r 5 版本中 引入了h s d p a ( h i g l l s p e c dd 1 0 w ，i l l i l l l ( p a c k e ta c c e s s ，高速下行链路分组接入) 。虽 然先前版本的w c e m a 的标准早就支持分组数据通信，但是h s d p a 的引入仍旧 能够在系统和终端用户性能方面给分组数据业务带来进一步的加强。在3 g p p 的 r 6 版本中，引入了增强型上行链路( e l l l l 锄c e du _ p l i l l l ( ) 技术，该技术是对增强型 下行链路分组数据接入的进一步补充，两者被合称为h s p i a ( h i 曲s p e e dp a c k e t a c c e s s ，高速分组接入) 。 随着无线宽带通信系统的发展，用户的数据吞吐量需求日益增高。第三代通 信系统( 3 g ) 如今已经开始大规模商用，但是其上下行速率都还较低，因此国际 电信联盟( i t u ) 和3 g p p 将对3 g 进行必要的技术演进以获得更高的上下行速率 【1 卜【7 1 。 业务提供的成本是推动未来移动通信系统的一个重要因素。由c d m a 技术为 基础的w c d m a 系统，由于一直以来专利技术仅掌握在极少数公司手中，3 g 运营 商及设备商急需改变这种现状，这也为l t e ( l o n gt e me v o l u t i o n ，长期演进) 技术 的发展提供了推动力。在3 g p p 的r 8 中提出的l t e 技术，在下行链路传输机制基 于o f d m a ( o n l l o g o n a lf r o q u e n c yd i v i s i o nm u n i p l ea c c e s s ，正交频分多址) ，上行 采用s c f d m a ( s i n g l ec a l l r i e r - f d m a ，单载波时分多址) ，极大程度上提高了用户 速率【8 卜】。 一一一、 、 ， y 图l ll t e 和h s p a 的演进 f i g 1 li j ea n dh s p ae v o l u t i o n l t e 设计的目标要支持1 4 到2 0 m h z 带宽的频谱分配，这对运营商的吸引力 是巨大的。因为全球的频谱使用状况越来越复杂，对频谱灵活性有新的要求。较 窄的带宽适用于频谱的重用，比如g s m 频谱和c d m a 2 0 0 0 频谱。较宽的带宽适 r 用于新频段的配置，在新的频段上更可能有大段的连续频谱。 3 g p pl r e 的定位是能将电信产业带入2 0 2 0 年的无线通信系统。u e 标准化 背后的基本原则是利用3 g p p 规范无线通信系统，尤其是空中接口的能力，但是 u e 标准化的结果并不受3 g p p 早先工作的约束。因此，l 1 陋无需与w c d m a 和 h s p a 后向兼容。此外，m 使得f d d 和t d d 的共性最大化，这在3 g p pm 之 前是不存在的。 m 可以满足用户在体验方面的更高诉求。然而，l 1 m 的发展需要一个阶段。 通信技术的演进需要有一个过程，在这个过程中间将牵涉到标准的制定、网络的 部署、产业链的完善等等环节。更重要的一点是，与目前2 g 与3 g 并存的局面一 样，m 将会与2 g 、目前的3 g 技术以及m 几者之间会长期共存，并组成一个 混合式的形态，这种形态将成为未来下一代无线网络主要呈现的方式，届时，能 为用户构建一个循序渐进的认知过程，同时也能为用户提供更加多元化的服务， 让用户根据自己的情况，各取所需。 表1 1l 1 压与h s p i a 比较 1 a b l e 1 - lt 1 l ec 鲫p a r i s o f l r e 锄dh s p a l t e 上行 h s u p a 调制方案q p s k ，1 6 q a mq p s k ，1 6 q 蛳 双工方案 f d df d d 多址方式 s c f d m ac d m a 功控方式开环控制 开环闭环 频段范围1 9 2 0 一1 9 8 0 删z 1 9 2 0 一1 9 8 0 瑚z l t e 下行 h s d p a 调制方案 q p s k ，1 6 q a m ，6 4 q a mq p s k ，1 6 q a m ，6 4 q a m 双工方案 f d df d d 多址方式 0 f m d at d m a 功控方式 无无 频段范围2 l l o 一2 1 7 0 心z 2 l l o 一2 1 7 0 删z 目前，w c d m a 和h s p a 己经在全世界范围内投入商用。这意味着网络站点 已经包含了h s p a 的部件，尤其是基站站点的天线配置和硬件。在未来的许多年 内，w c d m a 运营商还需要支持这些终端。 由此可见，两个系统将在今后形成长期共存的局面，因此，很有必要对系统 的共存干扰进行研究。 本论文对基于m 下行链路与h s d p a 静态系统级仿真平台的干扰性能进行分 2 析，讨论了m 系统与h s d p a 系统的共存性，对比列举了选择采用静态系统级仿 真方法的原因，并依据3 g p p 相关协议，重点描述了共存研究中系统级仿真的理论 性、重要的仿真流程以及数据的收集与分析方法。这些方法对双系统的共存性研 究起到了一定的借鉴作用，并提供了双系统网络规划的理论依据。 1 2论文内容和结构安排 本文共由五章组成： 第一章主要介绍课题的背景，研究的意义和目的，以及论文内容和结构安排。 第二章详细介绍了h s d p a 的原理、目标、结构以及所采用的关键技术，l t e 下行传输的原理、目标以及所采用的关键技术，并对l t e 和h s d p a 进行了详细的 类比。最后，介绍了目前l t e 和h s d p a 共存系统的研究现状。 第三章以3 g p p 规范为基础，通过搭建仿真系统，逐点介绍抓拍( s n a p s h o t ) 仿 真机制、切换机制、功率控制机制、传播模型以及系统容量准则等仿真原理。之 后详细介绍了平台关键模块的设计，包括基站地理拓扑结构生成、移动台位置生 成模块、定向天线增益计算模块、路损计算模块、干扰计算模块等。然后对平台 的路损等，依据协议结果，进行了比对和验证。最后介绍了平台的参数输入及使 用方法。 第四章对单系统及双系统性能进行了仿真。依据h s d p a 以及u e 下行系统的 各项参数、系统流程，通过单系统性能仿真得到两个系统的相应的系统性能，描 绘了单系统时用户s r 以及用户吞吐量的c d f 曲线。后详细讨论了m 干扰 h s d p ：a 以及h s d p a 干扰u e 两种系统共存情况下的容量损失，分析了地理偏移、 邻道干扰比( a c 瓜，a d j a c e n tc h 锄e ii n t e r 诧r e n c e 胁i o ) 等对共存性能的影响，提出 了合理的网络规划及a c 瓜设置建议。 第五章总结全文，对文章前期的理论搜集、平台搭建、性能仿真做出总结。 并总结了单系统仿真、双系统共存仿真的结论，得到l 1 飞与h s d p a 共存后的理论 隔离度，以及已完成工作对今后研究方向的意义。 3 2h s d p a 与l 1 陋的理论基础 为了进一步提高用户速率，在3 g p p 的r 5 版本中提出了h s d p a 技术，该 技术在r 4 版本的w c d m a 分组数据通信的基础上，加强了下行的分组数据业务。 一个典型的h s d p a 系统架构如图2 1 所示。 咐 叨 b 。少 图2 1h s d p a 架构演示 f i g 2 ll l l u s 仃a t i 伽so f t h eh s d p i a 盯c h i t e c t l l r e 2 1h s d p a 的基本原理 与i 汐9 中的lo m s 传输时间间隔( t t i ，t l 彻s m i s s i o nt i m ei l i c c m a l ) 相对应， h s d p a 引入了更短的2 m s 传输时间间隔。h s d p a 技术的核心包括自适应编码调 制、混合自动重传请求( h a r q ，h 姗d a u t o m a l i cr e p e a tr e q u e s t ) 、多输入多输出 天线处理( m m i o ，m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t ) 。h s d p a 还将分组调度从无线网 络控制器( r n c ，r a d i o n e 帆o r k c o n t i l o l l e r ) 移到了能够快速进行空中接口测量的 n 0 d e b 。这种分组调度实现方式使用户数据速率能够根据即时的无线信道条件进 行快速调整。 h s d p a 的一个关键特性就是共享信道发送。共享信道发送预示着小区内下 行链路无线资源中的一部分被看作是公共的资源，可以在用户间动态共享，这种 共享主要是在时域上进行的。w c d m a 实现中共享信道发送使用高速下行链路 共享信道h s d s c h 来实现，这使得快速地分配下行链路资源的一大部分给一个 特定用户进行数据发送变为可能。这很适合分组数据应用，因为分组业务具有突 4 发的特性，所以对于资源的需求是快速变化的。 在h s d p a 中，速率控制是通过调整信道编码速率以及动态选择调制方式 q p s k 和1 6 q a m 来实现的。相对于q p s k 来说高阶调制，如1 6 q a m 带来更高 的带宽利用，但同时需要更高的砒值。因而，1 6 删主要在有利的信道条 件下使用。n 0 d e b 在每个2 m s1 m 内独立地选择数据速率，所以速率控制机制可 以很快地跟踪信道条件的快速变化。 2 2h s d p a 的关键技术 2 2 1自适应编码调制技术 在移动通信的大多数情况下，特别是分组数据业务情况下，不存在期望在无 线链路上提供特定固定数据速率的强烈需求。与此相反，从用户角度而言期望无 线接口上所能提供的数据速率尽可能高。因此，常规的发射功率控制的替代方案 为采用动态功率控制的链路自适应技术，通过动态调节数据速率以补偿动态的信 道变化。 实际中，无线链路数据速率是通过调节调制方式和或信道编码速率来实现 的。当无线信道质量好时，接收机具有高眦，此时数据速率的主要限制为无 线链路的带宽。因此这种情况非常适合采用高阶调制方式( 如1 6 删和6 4 删) 与较高的速率编码。类似地，在无线信道质量较差时，适合采用q p s k 与较低的 速率编码。由于这个原因，通过速率控制的链路自适应技术有时也被称为自适应 调制和编码( w c ，a d a p t i v em 0 d u l a t i o n 柚dc 0 d i n g ) 。 2 2 2 m 讯q 技术 自动请求重传( a u t o m a t i cr e p e a t r e ：q i l e s t ，a r q ) 是一种常见的控制传输错 误的方式。在a l 方案中，接收机采用检错码，通常为循环冗余校验( c l 配) ， 来检验接收数据包是否有错。如果接收数据包没有检查出错误，则接收数据被认 为是无错的，并通过发送肯定的确认( a c k ) 来告知发射机。相反，如果检验有 错，接收机丢弃接收数据并通过在反馈信道上发送否定的确认( n a k ) 来告知 发射机。作为对于n a k 的响应，发射机将重新发送相同的信息。 带有软合并的h a r q 允许终端对于接收到的错误传输块请求重传，微调有 效的编码速率和补偿由于链路适应机制带来的错误。终端尝试解码每一个接收到 的传输块，并在接收到传输块5 m s 后报告n o d e b 接收是成功还是失败。没有成 5 功接收到的数据将会得到快速重传，对比r 9 9 ，这种方式明显减少了重传的时延。 软合并预示着终端在没有正确解码一个接收到的传输块时并不像传统的 h a r q 协议那样抛弃软信息，而是将当前的重传和上一次的传输进行软信息的合 并，从而提高成功解码的概率。在h s d p a 中，增量冗余( 瓜， h l c r e m e n t a l r e d u n d 柚c y ) 是软合并的基础。在增量冗余中重传可以包含原来传输时并不包含 的校验位比特。当初始传输的编码速率比较高时，重传结果中的传统校验比特将 会导致较低的整体编码速率，增量冗余可以提供明显的增益。因而，增量冗余主 要在带宽受限的情况下有用。 2 2 3快速调度 h s d p ：a 的基本原理之一就是使用信道依赖性调度机制。m a c - h s 中的调度 器控制在一个特定的1 1 1 内，哪一部分的码和功率资源给哪一个用户使用。在高 负荷网络内，这很大程度上决定了系统性能。为了使系统能更好地适应信道的短 期变化，在h s d p ：a 中，调度算法位于n 0 d e b 中而不是位于r n c 。 u e 处的瞬时信道质量信息通过5 b i t 的信道质量指示( c q lc h 绷e l ( a l 时 i i l d i c a t o r ) 来获得，每一个u e 都在特定的间隔内将c q i 信息反馈给n 0 d e b 。u e 根据接收到的导频信号的信噪比来计算c q i 。c q i 并不用接收信号的质量来表 示，而是结合接收机的性能将之表示为推荐的传输块大小，这是因为c q i 的量 值是终端可以支持的瞬时数据速率而不是信道质量本身。 除了瞬时的信道质量外，调度器还会考虑缓冲区状态和优先级等级。特别地， 对于没有数据等待发送的u e 不需要调度，而有一些需要在一个特定的最大时延 内传输的重要数据，此时则不考虑信道条件。为了支持在调度决策时的优先处理， 定义了一系列的优先级队列，数据根据其优先级插入其中，如图2 2 所示。 6 u e 髫， 图2 2 调度器的优先级处理过程 f 谵2 - 2 蹦o r i t ) ，h 锄d l i i 培i l lt h es c h e 由l 盯 2 3l 1 e 的基本原理 2 3 1整体时域结构和双工可选方式 图2 3 所示为l 1 限传输的高层时域结构示意图，每个长为l o m s 的无线帧包 含1 0 个等长的子帧，每子帧长为l m s 。在更高级别上，每个帧通过系统帧号( s f n ) 进行识别。s f n 用于控制长度超过一个帧的传输周期，例如睡眠模式的寻呼周期 以及信道状态报告的周期。 为了提供一致而准确的定时，在u e 无线接入规范中定义了不同的时间间 隔，这些间隔为基本时间单位( t s = l 3 0 7 2 0 0 0 0 ) 的倍数。因此图2 3 中所示的 时间间隔也可表示为= 3 0 7 2 0 0 乃和= 3 0 7 2 呱。 a 博概一1 0 m s i - - 群o 静1聋2 掌3 簪4 衢鹕# 7姻构 图2 3u e 高层时域结构 7 f i g 2 - 3u 飞h i 曲1 e v e lt i m e 地) m a j ns 咖曲l r e 如图2 - 4 所示，u 匿可以采用f d d 和t d d 两种操作模式。尽管在很多方面 上f d d 和t d d 的时域帧结构是相同的，但在两种双工模式之间也存在一定差异。 最为明显的是，i d d 情况下存在一个特殊子帧，用于提供下行链路到上行链路 切搀所需的保护时间。 f p 十7 j 00 曩i 肌j _ - | 。 1 j 。 ( 二 f - 。钆、 。 _ ；。 。下s 、 、- ：= 二：二 二二：二。+ 二：二二二二( i 二二羔二：二= = 工三二二工二二二! ：= 二二 二二：j 工= 一：1 i ，、 一o 0 。e 瑟鍪蠢娶墨瑟滚滚至z 琵嚣瑟= = 习匿墨曩翟襄蕊露量笼羹滋墨曩互互= 盈互三互z 医= ：譬淘。 s u b l 豫m e 聋o群1群2茸3# 4睾5舞6 簟7辟8带9 棒f 腑晦翻毒u b 缸抛，晾) f 寰墙。捌s u b f 搿哪 u lc = ：= ：= = ：= 葺匕= = = = = = = = i = = = = = = = = = = = = i = = = = 】= = = = ： = = = 3 i ， 。u v d 重- _ 圆雹曩叠_ 啊圈互= 奎= = = = 】= = 二= 】豳圈囝囵圜圈冒臣= j = = = = = = = = 圈豳豳j 、 铂雌静l 嘲，t s 图2 _ 4m d 和) d 情况下的上下行链路时频结构 f i g 2 _ 4u p l i i l l 以h m l i l l l ct i n l 劬盹q u 铋c ym c t i 矾i nc a 0 ff d d 觚d1 d d f d d 模式下存在两个载波频率，其中一个用于上行链路传输( 舡) ，另一个 用于下行链路传输( 尼l ) 。因此，每个帧中存在1 0 个上行链路子帧和1 0 个下行 链路子帧，并且在一个小区内上下行链路传输同时出现。 在t d d 模式下，只存在一个载波频率，一个小区内的上下行链路传输总是 通过时间进行间隔的。由于上下行链路传输采用同样的载波频率，基站和移动终 端都需要在发送和接收之间来回切换。所有t d d 系统都具备一个基本特征，那 就是需要提供一个足够大的保护时间，此时间内不会出现上下行链路传输。对于 l 1 e ，该保护时间由特殊子帧提供( 子帧l ，大部分情况下还包括子帧6 ) ，该特 殊时隙被分为三部分：一个下行链路部分( d w 町s ) 、保护间隔( g p ) 以及一个 上行链路部分( u p p t s ) 。其余子帧被分配为用于上行链路或下行链路传输。 2 3 2上行链路传输机制概述 l t e 上行链路采用基于d f t ( 快速傅里叶变换，d i s cr e t ef o u r i e rt r 锄s f o m ) 扩频o f d m ( 正交频分复用技术，o m l o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i i l g ) 的单 载波传输。上行链路采用的单载波调制是由比像o f d m 这样的多载波传输的传 输信号具有更低的峰均比所推动的。传输信号的峰均比越小，给定功率放大器的 平均发射功率越高。因此，单载波传输可以获得更为有效的功率放大器应用，这 可以转化为更大的覆盖范围或者更低的终端功率损耗。 o - o _ 瞅o f 斛 地l a l | o ns y m b o b 一 o f d 罐匕= = d f 叮 s i z e 掰 m 喇u l a l o f t - 0 1 一 o _ 图2 5l 1 e 上行链路传输中d f l s - o f d m 的基本原理 f i g 2 - 5b 笛i cp 向c i p l e s0 f d f r s o f d mf o ru eu p l 缸i l 【t r a n 锄i s s i 与同样基于单载波传输的非正交w c d m a 、h s p a 的上行链路不同，u e 上 行链路基于时域或频域上行链路传输的正交分割。由于能够避免小区内的多址干 扰，大多数情况下正交分割可以带来益处。然而，在数据速率主要受限于可用终 端发送功率而非系统带宽情况下，为来自单个终端的传输分配非常大的瞬时带宽 资源并非有效策略。此时，只为终端分配可用总带宽的一部分，而其他终端可以 在频域的其他资源上进行并行传输。因此，上行链路传输包含了频域多址成分， u e 上行链路传输机制有时也被称为单载波f d m a ( s c f d m a ) 。 2 3 3下行链路传输机制 l 1 限下行链路传输机制基于o f d m 。由于带有循环前缀的o f d m 符号具有 相对较长的时间尺度，因此o f d m 提供了很高程度的稳定性来对抗信道频率选 择性。o f d m 的优势包括以下几项： 1 ) o f d m 提供了频域的多址接入，因此，相对只具有时域调度可能性的 h s p a 调度器而言，使得信道相关调度器能够具有额外的自由度。 2 ) 灵活的传输带宽以支持不同大小频谱分配操作，这对o f d m 来说是可 以直接实现的，至少从基带角度来看，可通过改变传输所用的o f d m 载波数来 实现。无论多少带宽下都能保持相同基带处理结构，可以简化终端开发、设计以 及实现。 3 ) 广播和多播传输，从多个基站传输相同的信息对o f d m 来说是可直接 实现的。 如图2 - 6 所示，基于l 1 r e 下行链路物理资源可以被视为时频资源网格，其中 每个资源元素对应为一个o f d m 符号间隔中的一个子载波。 9 f i g 2 _ 6n el 胍 d o 帅l 谳【p l l y s i c a lr e s o u r c e 对于l 1 陋，o f d m 子载波间隔选为v = 1 5 姚。假设采用基于f f t 的发射 接收机实现，这意味着采样速率为z = 1 50 0 | 州薪，其中坼阿为f f t 尺度。因此基 本时间单位瓦可以被视为基于f f r 发射接收机实现的采样时间，其中f f t 尺度 为2 0 4 8 点，比较适合于较宽频带的m 传输。 在频域中下行链路子载波按群分为资源块，其中每个资源块包含了1 2 个连 续的子载波，如图2 7 所示。 一寸一。? + 、矗- ，m 1 5 i i!：!：l：】：|l：ii】蓝-!：熙 f 螗2 - 7f t e q u 钮c y d 伽a i l l 姗c t u 碍f 研l 1 限d o w n l “ m 物理层规范允许下行链路载波包含任意多个资源块，范围从最少的6 个 资源块到最多1 1 0 个资源块，对应整个下行链路传输带宽范围从大约1 m h z 到最 大2 0 m h z 并带有非常细的间隔尺寸，因此从物理层角度看，u e 具有很高的带 宽应用灵活性。 2 4l 1 e 的物理层关键技术 2 4 1链路自适应 链路自适应的核心技术是自适应调制和编码( m c ，a d a p t i v em o d u l a t i o n 觚d l o c o d i n g ) 。a m c 是指用户根据s n 取自动的选择调制编码方式，在用户侧返回一 个c q i 用于查找所适应的最佳m c s ( m 0 d u l a t i o n 觚dc 0 d i n gs c h e m e ，调制与编 码方式) 。l 1 甩系统支持多种链路自适应的方式：可以采用宽带的链路自适应也 可以采用窄带的链路自适应。对于宽带链路自适应，用户在所有r b 上反馈相同 的c q i ，而对于窄带链路自适应，用户的不同的l m 组上反馈不同的c q i 。 2 4 2m i m o m 订o 技术是m 最核心的技术之一，也是用来提高传输率的手段。l 1 飞 系统设计了可以适用于宏小区、微小区、热点等各种环境的m i m o 技术。m 已经确定m m o 天线个数的基本配置是下行4 2 、上行l 4 ，但也在考虑8 2 ， 甚至8 8 的高阶天线配置。另外，l 1 e 也在考虑采用小区干扰抑制技术来改善 小区边缘数据速率和系统容量。下行方向m i m o 方案相对较多，包括发射分集 和空间复用两大类。目前考虑采用的发射分集方案包括块状编码传送分集，时间 ( 频率) 转换发射分集，包括循环延迟分集( c d d ) 在内的延迟分集( 座位广播 信道的基本方案) ，基于预编码向量选择的预编码技术【9 】。 2 5h s d p a 与u 匝类比 2 5 1频谱配置 目前有许多为移动通信和m t - 2 0 0 0 所使用的频带，多数频带分配给了 w c d m a h s p a ，在3 g 演进的下一阶段，u e 将使用这些频带【1 0 1 。 频谱灵活性是u e 无线接入的主要特点之一，也是l t e 的需求。频谱灵活 性需求的基础是，l 1 陋系统需要能够配置在现存的m r r - 2 0 0 0 频带之上，这意味 着需要与那些已经配置在该频带上的系统进行共存，包括w c d m a h s p a 和 g s m 系统。o f d m 在u e 中的应用使需要分配的频谱大小和需要的瞬时传输带 宽能灵活变化，如表2 1 所示【1 2 1 。因此，在u e 协议中，要求无线接入部分支 持对称和非对称的频带，即l 1 卫要能够支持频分双工( f d d ) 和时分双工( t d d ) 模式。 表2 1u e 下行链路参数配置( f d d ) t ，l b l e 2 1p a 姗e t e r sf b ru r ed o 帅l i n k 廿a n s m i s s 蛔ns c h e m e ( 阳d ) 传输带宽1 2 5 z 2 5 雠l z5m 唯l zl o m h z1 5 瑚z2 0 册 z 子帧时长 0 5 m s 子帧间隔 1 5 l 【i z 抽样率 1 9 2 m h z3 8 4 z 7 6 8 m h z 1 5 3 6h 忸z2 3 0 4 m z3 0 7 2m h z ( 1 陀3 8 4 ( 2 3 8 4( 4 3 8 4 ( 6 3 8 4( 8 3 8 4 m h z ) m 【h z ) m h z )m h 幻m 【h z ) f f r 长度 1 2 82 5 65 1 21 0 2 41 5 3 62 0 4 8 占用的子载波数 7 61 5 l3 0 l6 0 l9 0 l1 2 0 l 每子帧的o f d m - 1 | 6 符号数( 短长 c p ) c p 长度长 ( 4 6 9 9 ) 6 ，( 4 6 9 1 8 ) x( 4 6 9 3 6 ) x( 4 6 9 7 2 ) ( 4 6 9 1 0 8 ) x( 4 6 9 1 4 4 ) ( s s 锄p ( 5 2 l 1 0 ) 6 ，6 ，6 6 ，6 ， l 骼) 1 ( 5 2 1 2 0 ) l( 5 2 l 4 0 ) l( 5 2 l 8 0 ) l( 5 2 l 1 2 0 ) ( 5 2 l 1 6 0 ) ll 短( 1 6 6 7 3 2 ) ( 16 6 7 “)( 16 6 7 1 2 8 )( 1 6 6 7 2 5 6 )( 1 6 6 7 3 8 4 )( 1 6 6 7 5 1 2 ) 表2 - 2l 1 芭指定的信道带宽 t a b l e 2 - 2c h 锄n e lb 柚d w i d ms p e c i f i e di l lu 甩 信道带宽( m h z )资源块数量 1 46 3 1 5 52 5 1 05 0 1 57 5 2 0 1 0 0 2 5 2无线接入网络 在对w c d m a h s p a 和l 1 限系统进行规范的过程中，两种情况下的首要任 务为将功能分别分布到无线接入网络( r a n ，r a d i o a c c e s sn e t 、o r k ) 和核心网络 ( c ：n ，c o 陀n e t 、o r k ) 中。w c d m a h s p a 和l 1 陋的黜n 架构是不同的，原因 不仅在于r a n c n 功能分割的设计指导原则上的差异，还在于无线接入技术及 其所采用功能上的差异【1 3 h 1 5 1 。 1 ) w c d m a h s p a 时心 w c d m a h s p a 的黜n 功能为：编码、交织、调制和其他典型物理层功能； a r q 、头压缩以及其他典型链路层功能；无线资源管理、切换以及其他典型无线 1 2 资源控制功能和安全功能，即加密和一致性检验。 图2 8 给出了w c d m a h s p a 无线接入网络的示意图。从图中可以看出， 气n 包含了两类基本逻辑节点：l 矾c 和连接小区天线的节点n o d e b 。 图2 - 8w c d m a ，h s p a a n ：节点与接口 f i g 2 8 w c d m a h s p ! a & a n ：n o d e sa n di n t 酬研饥c 懿 如图2 8 所示，一个i 斟c 将通过i u b 接口与一个或者多个n 0 d e b 进行连接。 然而，一个n 0 d e b 只能连接一个r n c 。因此，只有一个r n c 控制该n o d e b 。 这意味着，该l 斟c 拥有该n o d e b 的无线资源。在跨i 淤c 宏分集连接的情况下， 两个r n c 之间需要就该无线资源达成一致。 2 ) l 1 卫r a n m 凡n 与核心网络间的功能划分与w c d m a h s p a 功能划分相似。l 1 匝 气n 的核心指导原则是最小化网络节点数量，并寻求一种方案使r a n 只包含一 类网络节点。最终，u e 凡蝌的功能为：编码、交织、调制和其他典型物理层 功能；a r q 、头压缩以及其他典型链路层功能；用户平面安全功能( 即加密) 以 及蝌信令安全( 即黜n 发往u e 的原始信令的加密和一致性保护) ；无线资 源管理、切换以及其他典型无线资源控制功能。 1 3 图2 - 9 m r a n ：节点与接口 f i g 2 - 9l 1 飞黜蛾：n 0 d 懿觚d i n l 嚣向蜘c e s 为了最小化网络节点的设计原则，u e 不支持c n 0 d e b 之间的宏分集，因此 需要转移所有州功能到e n o d e b 之中。与w c d m a h s p a 凡相比，l 1 甩m 蝌 只带有一个网络节点c n o d e b 。与w c d m a h s p a 架构中的n 0 d e b 类似， c n o d e b 的小区不需要使用相同天线站。由于e n 0 d e b 继承了i 矾c 的大部分功能， 因此e n o d e b 比n 0 d e b 更为复杂。c n 0 d e b 负责单小区i 迥m 决策、切换决策、 小区中上下行链路的用户调度等。 e n 0 d e b 采用s l 接口与核心网相连。s 1 接口与i u 接口类似。还存在一个与 w c d m a h s p a 中i u r 类似的接口x 2 接口。x 2 接口负责连接网络中的任何 e n o d e b 与任何其他e n o d e b 。然而，由于u e r a n 不存在支点，因此u e 的移 动性管理机制或多或少与w c d m a h s p a 不同，x 2 接口只用于相邻小区的 e _ n o d e b 之间。 2 5 - 3 地姣q 机制 h a r q 功能跨越了物理层和m a c 层。发射端不同冗余版本的生成以及接收 端的软合并都是通过物理层来控制的，而h a r q 协议是m a c 层功能的一部分。 h s p a 与m 弛r q 协议都是基于多个h a r q 进程的结构。 在h s d p a 中，h a r q 对每一个传输块，即每一个t t i 内进行操作，无论何 时h s d s c hc r c 指示了一次错误，就会请求一次包含和原始传输块相同信息的 重传。由于每一个t t i 内只有一个传输块，一旦出现错误，整个t t l 内的内容都 会进行重传。因而，t t l 内用单个a c n a c k 比特就足够了，这将大大减少上 1 4 行链路信令。由于t t i 较短，信道在传输块发送的周期内相对是静态的，大多数 情况下，错误在t t i 内均匀分布。 l 1 限下行链路传输时，利用参考信号进行信道估计。h a r q 确认对于下行链 路操作的正确性十分重要，因此不管数据部分使用何种调制方式，h a r q 都使用 较稳定的q p s k 来调制。并且，h a r q 确认是接着参考信号传输的，而离参考 信号越近信道越准确。对于每个终端，在c n 0 d e b 和终端处都只存在一个h a r q 实体，其中每个实体包含一定数量的并行 l r q 过程。在下行链路空分复用的 情况下，存在两个并行传输的传输块，从而存在两个并行确认，每个确认对应一 个传输块。 地蟠旧有两种运行方式1 1 1 1 。一种是在重传时，与初次发射时相同，这种方 式又被称之为追赶合并( c c ，c h 私ec o m b i i l i i l g ) 。另一种就是重传时的数据与前 次发射有所不同，即增量冗余( 瓜，1 1 1 c r 咖t a lr e d 蚰d 锄c ”。后一种的方式要优 于第一种，但在接收端需要更大的内存 增量冗余是软合并的基本机制，重传可以由一个不同于首次发送数据的编码 比特集合组成。不同的冗余版本，也就是不同的编码比特集合，作为速率匹配机 制的一部分而产生。速率匹配使用打孔来将编码比特匹配到可用的物理信道比特 上。通过使用不同的打孔模式，可以产生不同的编码比特集合，也就是不同的冗 余版本。追赶合并是增量冗余的一个特殊例子。n o d e b 可以通过选择合适的用于 重传的打孔模式来决定是否使用增量冗余或者追赶合并。 b i 治l n p u l1 0r 1 u e c i e c o c l e r l j 图2 1 0 冗余版本的产生过程 f i g 2 - 1og 啪t i o no f 似l u n d 锄c yv a 咚i o n s 2 5 4控制信道编码 c r ci n s e 吐i o n f a t e ，3t u r t l 0o o d i n q p u n c l u r n 口t o 。o e n e 绝t ed f f e r e n t 州u n d a n c yv e r s i o n s m a l c 扣m en u 几n b e r o f c o d e db j t sl ot | 1 ec 、a n n e 摹箍零国 为了限制译码复杂度，l 1 陋决定采用截尾比特卷积码，但使用一种新的只有 6 4 种状态的卷积码来代替适用于i j l t s 中2 5 6 种状态的卷积码，主要区别如表 2 3 所示【1 6 1 。 表2 3u t 和h s p a 卷积码的区别 t a b l e 2 3t h ec o m p 撕s o no fl 1 e 锄dh s p ac o n v o h l 廿o nc o d e 特性 l 1 e 卷积码h s p 八卷积码 状态数 6 42 5 6 截尾方法截尾比特截尾 【1 3 3 ，1 7 l ，1 6 5 】( o c t ) r【5 6 l ，7 5 3 】( o 哟r = 1 2 生成多项式 = 1 ，3 【5 5 7 ，6 6 3 ，7 1 1 】( o 哪r = 1 3 归一化译码复1 2 ( 假设两次迭代解 l 杂度 码) 速率适配 循环缓冲速率匹配图样的算术运算 l 1 甩卷积码，为目标信息块大小提供了略好的性能。编码器中移位寄存器的 初始化值对应输入流最后6 个信息比特，以使移位寄存器中初始值和终止值相 同。如果仅使用两次迭代，相当于只使用l 4 状态数，u e 卷积码的总复杂度认 为是h s p a 码的一半。 关于t l l 舢码，u e 中卷积码的速率匹配使用了相似循环缓冲方法。使用 3 2 列交织器，循环缓冲中没有交错( 3 个校验流在循环缓冲中级联) 。这种结构 在高码率和低码率上同样具有良好的性能，因此l 1 e 不需要补充用于h s p a r = 的生成多项式。 2 5 5功率控