（信号与信息处理专业论文）embms系统中下行mimo接收技术的研究.pdf

摘要 摘要 随着数字电视技术和网络通信技术的飞速发展，手机电视业务成为无线应用领 域关注的一大热点。而多媒体广播多播业务( m b m s ) 技术，作为手机电视的一种 重要实现方式，它基于现有移动网络进行较小改动，具有较大的发展前景。 近年来，3 g p p 工作组针对f _ - m b m s 的系统架构以及传输方式( 单小区和多小 区) 讨论的比较多，尤其是针对传输方式，需要考虑采用m i m o 等增强性的传输技 术，来提高数据传输效率，改善系统接收性能。 本文的主要目标就是研究e m b m s 系统中的下行m i m o 接收技术。结合 e m b m s 的实际传输情况，首先分析已有的传输方案，对相应的检测算法进行分析 并改进；然后分析几种混合m i m o 传输方案及其检测算法；最后分析m b s f n 系统 特点，并提出一种软合并方案，以提高数据传输效率和接收性能。本文的主要工作 包括下面几个部分： 介绍e m b m s 的技术特点，包括其系统架构、传输方式、传输区域、信道结构 等。同时介绍了m i m o 技术特点，进一步阐述了e m b m s 传输中引入m i m o 技术 的必要性。 研究单小区e - m b m s 中的下行m 蹦o 技术，首先介绍l t e 中已有的传输方案， 包括开环传输分集和开环空间复用，并重点分析其接收端的检测算法，在对传统检 测算法进行分析比较的基础上，分析两种减小m l 复杂度的改进算法，从仿真结果 来看，改进算法较其他检测算法有一定的性能提高，同时运算复杂度较m l 大大降 低。然后重点分析了结合分集和复用的混合传输方案及其译码算法，从仿真结果来 看，混合传输方案尽管损失了部分传输速率，但却较好地提升了系统性能。 研究多小区e - m b m s 中的下行接收技术，首先分析m b s f n 系统的特点以及 p m c h 链路的具体实现过程，并分析传输时延对接收信号s i n r 的影响，最后重点 分析了m b s f n 的宏分集合并技术，同时引入h a r q 方案中的递增冗余合并的思想， 分析一种改进的软合并机制，从仿真结果来看，可以较好的改善传输效率和接收性 能。 关键词：e - m b m s ，m b s f n ，m i m o ，分集合并，检测算法 a b s t r a c t a b s t r a c t 、聃t ht h er a p i d d e v e l o p m e n t o fd i g i t a lt e l e v i s i o n t e c h n o l o g y a n dn e t w o r k c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , m o b i l et vb u s i n e s si sb e c o m i n gt h en e wh o ts p o to f w i r e l e s sa p p l i c a t i o n s a sa l l i m p o r t a n tw a yt o a c h i e v em o b i l et vb u s i n e s s ，t h e m u l t i m e d i ab r o a d c a s tm u l t i c a s ts e r v i c e ( m b m s ) t e c h n o l o g y , w h i c hi sb a s e do n e x i s t i n gm o b i l en e t w o r k sw i t hm i n o rc h a n g e s ，h a sg r e a td e v e l o p m e n tp r o s p e c t s i nr e c e n ty e a r s ，3 g p pw o r k i n gg r o u ph a sf o c u s e do ne m b m ss y s t e ma r c h i t e c t u r e a n dt r a n s m i s s i o nm o d e ss u c ha s s i n g l e - c e l la n dm u l t i - c e l l ，e s p e c i a l l ya r m i n g a t t r a n s m i s s i o nm o d e s t h e r e f o r e ，m i m oa n do t h e re n h a n c e dt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g i e s n e e dt ob ec o n s i d e r e dt oi m p r o v em b m sb u s i n e s st r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c ya n dr e c e i v i n g p e r f o r m a n c e t h em a i no b j e c t i v eo ft h i st h e s i si s t os t u d yt h ed o w n l i n km i m or e c e i v i n g t e c h n o l o g yi ne - m b m ss y s t e m w i t ht h ea c t u a lt r a n s m i s s i o nc o n d i t i o n so fe m b m s ， f i r s t l y t h ee x i s t i n gt r a n s m i s s i o ns c h e m e sa n dc o r r e s p o n d i n gd e t e c t i o na l g o r i t h m sw e r e a n a l y z e da n dm a d es o m ei m p r o v e m e n t s ；t h e n , s e v e r a lh y b r i dm i m ot r a n s m i s s i o n s c h e m e sw e r ea n a l y z e d ；f i n a l l y , t h ef e a t u r e so fm b s f ns y s t e mw e r ei n t r o d u c e d ，a n da n e ws o f tc o m b i n i n gs c h e m ew a sp r o p o s e dt oi m p r o v et h ed a t at r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c y a n dr e c e i v i n gp e r f o r m a n c eo fe m b m ss y s t e m t h em a i nw o r ko ft h i st h e s i si n c l u d e s t h ef o l l o w i n gs e c t i o n s ： i nt h ef i r s ts e c t i o n , t h et e c h n i c a lf e a t u r e so fe - m b m sw e r ei n t r o d u c e d ，i n c l u d i n g s y s t e ma r c h i t e c t u r e ，t r a n s m i s s i o nm o d e ，t r a n s m i s s i o na r e aa n dc h a n n e ls t r u c t u r e a tt h e s a m et i m e ，t h et e c h n i c a lf e a t u r e so fm i m ow e r ei n t r o d u c e d ，a n dt h en e e do f i n t r o d u c i n gm i m ot e c h n o l o g y i n t oe - m b m s s y s t e mw a sf u r t h e re x p l a i n e d i nt h es e c o n ds e c t i o n , t h ed o w n l i n km i m ot e c h n o l o g i e so fs i n g l e c e l le m b m s w e r es t u d i e d f i r s t l y , t h ee x i s t i n gt r a n s m i s s i o ns c h e m e so fl t ew e r ei n t r o d u c e d , i n c l u d i n go p e n l o o pt r a n s m i s s i o nd i v e r s i t ya n do p e n - l o o ps p a t i a lm u l t i p l e x i n g ，a n dt h e d e t e c t i o na l g o r i t h m so fr e c e i v e rw e r ed e t a i l e d l ya n a l y z e d a st h et r a d i t i o n a ld e t e c t i o n a l g o r i t h m sw e r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d ，t w oi m p r o v e da l g o r i t h m sf o rr e d u c i n gt h e c o m p l e x i t yo fm a x i m u m l i k e l i h o o da l g o r i t h mw e r ea n a l y z e di nd e t a i l f r o mt h er e s u l t s o fs i m u l a t i o na n a l y s i s ，t h ei m p r o v e da l g o r i t h m sc a ng e tb e a e rp e r f o r m a n c ea n ds m i l e r c o m p l e x i t y s e c e n d l y , t h eh y b r i dt r a n s m i s s i o ns c h e m e sa n dd e c o d i n ga l g o r i t h m so f 摘要 c o m b i n i n gd i v e r s i t ya n dm u l t i p l e x i n gw e r ed e t a i l e d l ya n a l y z e d b ya n a l y z i n gt h er e s u l t s o fs i m u l a t i o n , t h eh y b r i dt r a n s m i s s i o ns c h e m e sc a l li m p r o v es y s t e mp e r f o r m a n c ee v e n t h o u g hl o s so fs o m et r a n s m i s s i o nr a t e i nt h el a s ts e c t i o n ，t h ed o w n l i n kr e c e i v i n gt e c h n o l o g i e so fm u l t i c e l le - m b m sw e r e r e s e a r c h e do n f i r s t ，t h ef e a t u r e so fm b s f ns y s t e ma n dt h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s so f p m c hl i n kw e r ea n a l y z e d t h e n ，t h ei m p a c to ft r a n s m i s s i o nd e l a ys p r e a dt os i n ro f r e c e i v e ds i g n a l sw a sa n a l y z e d l a s t ，t h em a c r od i v e r s i t yc o m b i n i n gt e c h n o l o g i e sw e r e d e t a i l e d l ya n a l y z e d ，a n dan e ws o f tc o m b i n i n gs c h e m ew a sp r o p o s e d ，i nw h i c ht h e i n c r e m e n t a lr e d u n d a n c yc o m b i n i n gi ni - t a r qs c h e m ew a si n t r o d u c e d b ya n a l y z i n gt h e r e s u l t so fs i m u l a t i o n ，t h ep r o p o s e ds c h e m ec a l li m p r o v et h et r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c ya n d r e c e p t i o np e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：e m b m s ，m b s f n ，m i m o ，d i v e r s i t ya n dc o m b i n a t i o n ，d e t e c t i o n a l g o r i t h m s l 图目录 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 9 图2 1 0 图2 1 1 图2 1 2 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图3 1 0 图3 1 1 图3 1 2 图3 1 3 图3 1 4 图3 1 5 图3 1 6 图3 1 7 图3 1 8 图目录 e m b m s 体系架构9 m b m s 业务的工作流程图1 0 无i s i 的m b s f n 传输方式1 1 m b m s 业务和m b s f n 传输部署方案1 2 传输层物理层信号处理过程1 3 开环和闭环传输示意图。1 4 m i m o 系统框图1 4 s t b c 和s f b c 编码结构1 7 s t b c o f d m 传输框图1 7 水平分层空时码的编码过程2 0 垂直分层空时码的编码过程2 0 对角分层空时码的编码过程2 0 l t e 下行链路简图2 3 2 天线传输分集发送流程图2 4 4 天线传输分集发送流程图2 6 2 发2 收系统下不同检测算法性能比较3 5 2 发3 收系统下不同检测算法性能比较3 6 2 发4 收系统下不同检测算法性能比较3 6 4 发4 收系统下不同检测算法性能比较3 7 改进算法1 中l 为2 、3 时的性能比较4 2 改进算法2 中进行1 、2 层m l 数据搜索的性能比较4 3 两种改进算法与传统检测算法的性能比较。4 4 混合m 刀o 机制4 5 混合方案l 示意图4 6 混合方案2 示意图4 6 混合方案3 示意图4 6 2 发2 收s f b c 分集方案在不同调制方式下的性能比较5 0 e p a 5 环境中不同传输方案的性能比较。5 l e v a 7 0 环境中不同传输方案的性能比较5 l e t u 7 0 环境中不同传输方案的性能比较5 2 图目录 图4 1 图4 。2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图4 1 1 图4 1 2 m b s f n 传输的m i m o 系统5 5 m b s f n 参考信号映射结构5 8 m b s f n 网络布局6 0 c ( 丁) 坐标示意图6 1 选择性合并示意图6 3 最大比合并示意图一6 4 等增益合并示意图6 5 瓜合并示意图。6 6 改进的软合并示意图。6 6 e p a 5 环境中不同合并方案的性能比较6 8 e v a 7 0 环境中不同合并方案的性能比较6 9 e t u 7 0 环境中不同合并方案的性能比较6 9 i 第一章绪论 1 1m b m s 的研究背景 第一章绪论 随着大屏幕、高性能、低功耗的便携式终端的日益普及，人们对移动数据业务 的需求量也日益增大【，用户除了使用手机等终端接收一些简单的数据业务，如新 闻、天气、交通和股价等，还希望能使用手机等终端享受高速的多媒体业务，如电 视广播、网上教育、视频会议、视频点播等。尤其是数字电视技术和通信网络技术 的迅猛发展，使得手机电视业务成为无线应用领域关注的一大热点，它符合现代人 紧凑的生活习惯，满足人们利用零碎时间进行信息咨询、娱乐等要求，比普通电视 具有更广泛的影响力，从而引起国际关注，成为各国的广播公司和移动运营商力图 发展的新业务。从移动运营商的角度来看，可以最大限度地通过网络来提供丰富多 样的数据业务；而从广播公司的角度来看，作为一种电视传播的新渠道，手机电视 可以对其内容资源进行充分利用，使其用户范围得以扩大。 虽然目前手机电视还处于初级发展阶段，且存在不少问题，如政府管理政策和 技术标准不明确、内容提供受限、信号覆盖能力差、资费标准和终端价格较高、用 户认知度较低等。但从发展趋势来看，移动通信网络带宽在逐渐增大，业务资费水 平在逐渐降低，具有视频等多媒体功能的手机终端在逐渐普及，相关标准政策也在 逐渐统一，手机电视业务将在此基础上得到迅速发展，从而扩大其市场规模【2 】。 目前，手机电视的实现方式 3 , 4 1 主要可分为下面三种： 第一种是基于移动网络的方式，即在现有移动通信网络的基础上进行改进，向 用户提供多媒体业务。主要包括流媒体技术、3 g p p 标准中的多媒体广播多播业务 ( m b m s ) 技术、3 g p p 2 标准中的广播和多播业务( b c m c s ) 技术。 第二种是基于地面数字广播的方式，即在原有的地面数字广播电视设计技术的 基础上加以改进，从而来适应移动终端的特点。主要包括欧洲的手持数字视频广播 ( d v b h ) 技术、韩国的地面数字媒体广播( t - d ) 技术、美国高通推出的 m e d i a f l o 技术，中国国内有清华大学的地面数字多媒体电视广播( d 一t ) 技术、 上海交通大学的先进数字电视地面广播( a d t b t ) 技术和国家广电总局的中国移 动数字多媒体广播( c 舯) 技术等。 第三种是基于卫星数字广播的方式，即通过卫星提供下行传输。主要包括韩国 和欧洲的卫星数字媒体广播( s 聊叼旧) 技术。 重庆邮电大学硕士论文 从国内手机电视产业的发展情况来看，广电的c m m b 和t d s c d m a 阵营推出的 t d m b m s 比较有竞争力【熨，二者相比可以看出：c m m b 在组网、传输速率、网络 容量、画面质量上，与t d m b m s 相比占一定的优势，而在互动性上与t d - m b m s 相比稍有不足。另外，对于t d m b m s 手机电视，虽然t d 网络建设速度和手机电视 内容提供受到限制，但它在其它产业环境要素( 如战略地位、用户市场资源、运营 实力等) 中都占一定的优势1 6 1 。虽然目前，由于广电掌控着广播业务内容权，并有 较快的网络建设，使得c m m b 手机电视处于领先地位，但随着t d s c d m a 产业的逐 渐成熟，t d m b m s 手机电视也会逐渐发展和成熟。因此进一步研究m b m s 相关技 术还是很有必要的。 1 2m b m s 的研究现状 多媒体广播多播业务( m b m s ) 是基于现有移动通信系统，增强原有消息类广 播功能，并提供点到多点单向多媒体业务的技术。其优势 7 1 主要体现在： 1 ) m b m s 是在现有移动网络上进行微小改动，并实现融合，很好地为移动运 营商开展手机电视业务提供了方便。 2 ) m b m s 以蜂窝网小区为最小覆盖单元，可以提供丰富的业务给不同位置的 用户。由于蜂窝网的网络规划比较精确，每个小区有较小的覆盖范围，因此对于不 同的广播内容，可以通过m b m s 选择在蜂窝网的不同区域进行广播。 3 ) m b m s 的交互可以通过蜂窝网中存在的双向信道来实现，并使用交互信道 来实现计费的灵活性。m b m s 除了可以承载移动广播电视业务和用户订阅的业务， 还可以为用户提供丰富的如移动广告等p u s h 业务，增加业务传送容量。 4 ) m b m s 可以实现无线资源的灵活调度，使网络资源利用率得到提高。以小 区为单位对多播业务用户进行统计，选择是否发送m b m s 业务。若发送，进而选择 是通过p t p 承载方式还是p t m 承载方式来发送。 随着r 8 、r 9 规范的制定，为了适应l t e 系统，m b m s 从不同方面做出了改进， 如逻辑架构、业务模式、传输方式和信道结构等，经历了从r 6 r 7 m b m s 到增强型 m b m s ( e m b m s ) 的演进过程【8 】。同时对e m b m s 也提出了新的需求，既可以使 用与单播业务复用的混合载波，也可以使用独立载波；另外，为了减少终端复杂度， 要求e m b m s 与单播业务传输使用相同的调制、编码和多址接入机制。 针对现有m b m s 系统无法解决的问题，3 g p p 的e m b m s 需要进行相应解决【7 】： 1 ) e - u t r a n g 邑, 有效地采用复用方式来组合单播和m b m s 业务，并传输给用户。 2 ) 对于多个基站的m b m s 业务，能够通过基站间相互协调来传送。 3 ) 利用网络现有的轮循机制，如果小区中没有m b m s 用户，就不需要进行业 2 第一章绪论 务传送。 4 ) 调度时对u e 接收能力和m b m s 传输方式进行考虑，使得u e 可以同时接收单 播业务和广播业务。 5 ) 对于单小区和多小区广播业务，可支持采用不同的传送机制。 6 ) 为了降低u e 工作的占空因子，对于一个小区内的全部m b m s 业务，可以使 用时分复用。 近年来，3 g p p 工作组针对e m b m s 的各个方面展开了激烈的讨论，如业务需求、 应用场景、系统架构以及传输方式( 单小区传输和多小区传输) 等，国内外各个公 司都纷纷交出了相应的分析提案。目前，针对e m b m s 的系统架构以及传输方式讨 论的比较多，尤其是传输方式为多小区时，由于使用了多播单频网( m b s f n ) ，需 要进一步修改e - m b m s 结构，重新审视小区间的协调、同步等问题。可以看出，今 后讨论的重点将是m b s f n 的灵活使用和e m b m s 的合理网络结构。 对于m b m s 传输系统，需要考虑采用某些增强的传输技术来进一步优化其性 能，进而提高小区边缘用户的接收性能。而由于多天线m 刀o 技术具有抗衰落、抑 制干扰、覆盖范围广、系统容量大等优点，目前受到了广泛关注。另外，由于l t e 释 系统中使用m i m o 技术来进行单播业务传输，实现了多个收发天线和收发链路，那 么对e - m b m s 业务应用m i m o 技术也应该是合理的。但是多播和单播的一个关键 不同点在于：由于e , - m b m s 中缺少来自终端的反馈信息，所以只能使用开环m i m o 技术，其中包括开环传输分集方案、开环空间复用方案或是两者的混合传输方案【9 】。 目前，一些公司提交的提案【l 州2 1 针对e m b m s 的候选m i m o 技术进行了各自 不同的分析后，一致认为空间复用技术是最具有竞争力的m i m o 技术，尤其是在富 s f n 环境下。然而由于用户终端不同的接收能力和基站端不同的发送天线数，在整 个e - m b m s 部署过程中，空间复用的应用受到一定的限制。基于现状，需要研究一 种混合m i m o 机制，使得运营商在传输m b m s 业务时，既能从空间复用中获得增 益，又能不用考虑用户终端不同的接收能力和基站端的发送天线数。因此这也成为 不同公司讨论的一大重点。 如何在m i m o 分集机制和复用机制间取得折中，将是m i m o 技术应用于 e m b m s 的关键。本文主要研究内容之一就是结合已有文献分析并提出一种较合理 的混合传输方案，从而提高e - m b m s 的传输和接收性能。 另外，对于l t e 中下行宏分集的取舍，各个公司对f _ , - u t r a 系统中不使用下行 宏分集达成了共识。这是因为，下行宏分集需要在相邻的小区同时为一个u e 分配 相同的频率资源，传输相同的数据，这样使得相邻小区的资源重复分配，造成较大 的资源浪费。此外，o f d m 下行宏分集系统需要采用更长的循环前缀来避免因下行 失步而造成的基站间干扰，这会造成频谱效率的额外损失。 3 重庆邮电大学硕士论文 但m b m s 是个例外，在m b s f n 区域中，所有e n o d c b s 都广播相同的数据， 不存在自适应调度的困难和资源重复消耗的问题。另外，由于对频谱效率的要求没 有单播系统的要求高，可采用更长的c p 来解决基站间干扰问题。所以，l t e 系统 决定采用多小区m b s f n 的宏分集合并，以提高m b m s 系统的传输性能。从基站端 来看，这意味着不同小区中传输相同m b m s 业务时可确保完全时间同步；从u e 端 来看，这意味着有能力对多个发射机同时传输的相同内容进行接收和解码。所以很 有必要针对多小区m b s f n 的宏分集合并技术进行进一步地研究，从而提高 e m b m s 系统的传输和接收性能。 1 3m i m o 的研究现状 近年来，人们对m i m o 系统进行了大量的研究，同时取得了很大的进展，得到 了许多非常有价值的成果。 对m i m o 技术产生巨大推动的奠基工作是2 0 世纪9 0 年代由a t t 贝尔实验室学 者完成的。1 9 9 5 年t e l a t a r 推导出衰落情况下的多天线高斯信道容型1 3 】；1 9 9 6 年 f o s c h i n i 首先提出b l a s t 算法来处强a ! m i m o 信号【1 4 1 ；1 9 9 8 年f o s c h i n i 进一步给出了对 角贝尔实验室分层空时( d b l a s t ) 算法【l5 】；同年w - o “呻利用垂直贝尔实验室 分层空时( v - b l a s t ) 算法建立了一个m i m o 实验系统，在室内试验中达到了在普 通非m 刀o 系统中难以实现的4 0 b p s 1 也以上的频谱效率【l 卅；1 9 9 8 年a l a m o u t i 提出了 一种两个发射天线的发射分集方案【1 7 】；在此基础上，t a r o k h 等人将这种发射分集技 术结合正交编码，提出了空时分组码( s p a c e - t i m e b l o c k i n gc o d i n g ，s t b c ) 【1 8 l 明； 用网格编码调制( t c m ) 与这种发射分集相结合，又提出了空时网格码( s p a c e t i m e t r e l l i sc o d i n g ，s t t c ) 【2 0 】。这些开创性的成果使得国际上很多科研院校与机构都争 相对m i m o 技术进行深入研究，不断推动m i m o 技术的发展。 经过十年左右的发展，m i m o 技术从点到点的单链路m i m o 发展到单小区的多 用户m i m o ，取得了很大进展。近几年，人们开始把m i m o 技术应用于多小区通信 环境中。2 0 0 0 年，c a t r e u x 等人对多小区m i m o 系统进行了研究【2 l 】，结果表明：若 通信环境中存在邻小区同频干扰，则会大大降低m i m o 系统的频谱效率。为了将 m i m o 技术应用于多小区环境，必须采取一定措施来降低多小区干扰。 由于用户终端需要较低的复杂度和成本，所以考虑在发送端来处理小区间干扰。 从多天线m i m o 的角度来看，可以将多个基站联合成一个整体，与每个l i e 终端组 成一个广义上的“虚拟m i m o ”，那么可以在这个“虚拟m i m o ”中来处理小区间干扰， 这也是现有的多小区m i m o 信号处理技术的主要研究内容，包括一些新型小区结构 设计、网络( 多小区) 协作系统、分布式系统等【2 2 】。 4 第一章绪论 从以上研究成果可以看出，人们对m i m o 信道建模、信道容量、传输方案等方 面进行了大量的研究。m i m o 技术实质上主要是能够实现以下两方面的增益：提供 最大数据传输速率的空间复用增益( s p a t i a lm u l t i p l e x i n g ) 和显著提高链路传输质量 的空间分集增益( s p a t i a ld i v e r s i t y ) ，因此典型的传输方案有空间复用和传输分集。 前者主要是利用在各收发天线间的并行子信道上发送不同的信息流，从而获得高频 谱利用率，提高传输速率，最典型的就是v - b l a s t 系统。而后者则主要是在多个 天线上发送相同信息流，使得接收天线能够得到多个相同的信号副本，从而获得高 分集增益，提高传输质量，即增大系统误码率性能，通常采用多种空时编码技术， 如空时分组码( s t b c ) 和空时网格码( s t t c ) 。然而，在实际m i m o 系统中，由 于传输环境和信道质量的不同，需要根据情况选择合理的m i m o 传输方案，从而使 两种增益得到最优利用。 另外，空间复用方案的目标是利用v - b l a s t 算法使数据传输速率最大，而传 输分集方案的目标是利用空时编码的思想使误码率最小。显然二者是相互矛盾的， 它们从不同方面最大化地提高频谱利用率。数据速率和误码率都是我们期望提高或 降低的系统指标，因此寻找两者之间的性能折衷方法是当前的主要研究目标，于是霉 就出现了许多对于混合传输方案的研究。 近年来，人们对m i m o 传输方案主要从m i m o 系统的发射端编码方案和接收 端信号处理这两个角度进行分析研究，并针对不同传输方案提出了许多不同的侧重 性能或复杂度的接收检测方法。其中，m i m o 系统中的排序串行干扰消除( o r d e r e d s u c c e s s i v ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n ，o s i c ) 检测由于在性能和复杂度权衡中具有合 理的折衷，并可以较好的应用于不同m i m o 传输系统，引起了研究者的广泛关注。 1 4 本文主要研究意义 从前面的分析可以看出，m b m s 作为手机电视的一种重要实现方式，具有较大 的发展前景。近年来，3 g p p 工作组针对e m b m s 的业务需求、应用场景、系统结 构以及传输方式等方面进行了比较激烈的讨论，尤其针对e - m b m s 的传输方式讨论 的比较多，可见对系统传输方式进行研究的重要性。 e - m b m s 系统可以分成单小区m b m s 和多小区m b m s 两种类型，其中单小区 m b m s 的传输方式基本上与单播传输是一致的，不需要使用专门的传输信道，只需 要使用下行共享传输信道( d l - s c h ) 来传输。而多小区e - m b m s 的传输主要是指 m b s f n 传输方式，目前l t e 协议定义了m b s f n 中每个基站的单天线端口传输， 并对其传输中使用的参考信号r s 和物理信道p m c h 进行了定义。 由于多天线m i m o 技术具有抗衰落、抑制干扰、覆盖范围广和系统容量大等优 5 重庆邮电大学硕士论文 点，将其应用到e - m b m s 业务中可以更好地提高业务传输速率和小区用户的接收性 能。虽然目前一些公司提交的提案针对e m b m s 的候选m i m o 技术进行了不同的 分析，并一致认为空间复用技术最具有竞争力，但由于用户终端接收能力和基站端 发送天线数的不同，在整个e m b m s 部署过程中，空间复用的应用受到一定的限制。 所以，如何在m i m o 分集机制和复用机制之间取得折中，则是将m i m o 技术应用 于e m b m s 的关键。 而对于m i m o 传输方案来说，主要从m i m o 系统的发射端编码方案和接收端 信号处理这两个角度进行分析研究。因此，为了提高e - m b m s 系统的传输性能和小 区边缘用户的接收性能，很有必要对不同传输方案及其接收端的信号合并和检测算 法进行相应的分析研究。 1 5 本文主要研究内容及章节安排 本课题的研究方向为e m b m s 系统中的下行m i m o 接收技术，研究内容主要 是针对e m b m s 支持的两种传输方式( 单小区和多小区) 分别进行研究。在单小区 m b m s 传输下，结合下行m i m o 传输及其接收技术，分析不同的传输方案及其相 应的接收检测算法，并对检测算法进行一定的改进，通过仿真结果，分析出适合 e - m b m s 实际环境的较合理的混合传输方案。在多小区m b s f n 传输方式下，引入 h a r q 方案中的递增冗余合并的思想，分析一种改进的软合并机制，从而提高 e m b m s 业务的传输速率和小区用户的接收性能。 论文共分五章，具体章节安排如下： 第一章主要介绍了m b m s 和m i m o 技术的研究背景及其研究现状，并说明本 课题的研究意义和主要研究内容。 第二章首先介绍了e m b m s 的技术特点，主要简述了其体系架构、业务流程、 传输方式、传输区域、信道结构等；然后引入m i m o 技术的应用，对m i m o 系统 模型以及典型的空时频编码、空间复用技术进行介绍和简要分析。 第三章主要介绍单小区e m b m s 中的下行m i m o 技术，首先分析了开环传输 分集方案的编译码过程；然后分析了开环空间复用的编码方案，主要分析了几种传 统的检测算法，如最大似然检测、z f 、m m s e 、z f o s i c 以及m m s e o s i c ，并分 析两种针对减小m l 复杂度的改进算法，通过仿真比较各种检测算法的性能；最后 还分析了结合分集和复用的混合传输方案及其译码算法，并通过仿真分析比较不同 传输方案的性能。 第四章主要介绍多小区e m b m s 中的下行接收技术，首先对m b s f n 的系统模 型、传输特点以及p m c h 链路的具体实现过程进行了介绍分析，然后分析了传输时 6 第一章绪论 延对接收信号s i n r 的影响，最后重点分析了m b s f n 的宏分集合并技术，同时引 入h a r q 方案中的递增冗余合并的思想，分析一种改进的软合并机制，通过仿真结 果分析其对系统接收性能的影响。 第五章总结了全文的主要研究内容和研究结果，并提出需要进一步研究的问题。 7 重庆邮电大学硕士论文 8 第二章e m b m s 系统中m i m o 技术的引入 第二章e m b m s 系统中m i m o 技术的引入 2 1e m b m s 的技术特点 2 1 1 体系架构 e - m b m s 的系统架构【2 3 纠如图2 1 所示。 垂匙 ：$ t a t e m m | | 匙= 曦争蔼 | ：a a t u m a ； e - i y 图2 1e - m b m s 体系架构 1 ) 广播多播业务中心( e v o l v e db r o a d c a s tm u l t i c a s ts e r v i c ec e n t e r ，e - b m s c ) 是将多媒体业务内容引入4 g 网络中的重要实体，它负责提供和管理m b m s 业务， 是内容提供方和其他网络外的多媒体资源的输入口。 2 ) 在e - u t r a n 中，e - n b s ( e n o d e b 或b s ) 主要作用是搜集信息，而这些信 息必须通过空中接口传送给用户。多小区多播协调实体( m u l t i - e e l l m u l t i c a s t c o o r d i n a t i o ne n t i t y ，m c e ) 就是协调来自不同小区( 或e - n b s ) 的同步信号，它的 主要作用是：在多小区传输方式下的m b s f n 区域中，对所有的e - n b s 分配要使用 的时间频率无线资源，确保在该m b s f n 区域中对给定的m b m s 业务使用相同的 无线资源；同时还负责无线资源的配置，如调制和编码方案的选择。m c e 通过m 2 接口对e - n b s 进行无线资源管理以及传递m b m s 会话控制信令。 3 ) e m b m s 网关( e - m b m sg a t e w a y ) 位于e b m s c 和e - n b s 之间，它的主 要作用是为传输业务的每个e - n b 发送m b m s 数据包。此外，e - m b m s 网关还通过 9 重庆邮电大学硕士论文 灵活管理实体( m o b i l i t ym a n a g e m e n te n t i t y ，m m e ) 向e - u t r a n 执行m b m s 会话 控制信令，如会话开始或会话结束，对于具体的控制信令可参见图2 2 所示的m b m s 典型工作流程【7 1 。 另外，e - m b m s 网关逻辑上由控制平面和用户平面两部分组成，这样需要在 e m b m s 网关和e u t r a n 之间定义两个接口，即用于用户平面的m 1 接口和用于 控制平面的m 3 接口。m 1 接口使用p 多播进行单小区和多小区点到多用户分组传 输，并使用s y n c 协议来确保多小区m b s f n 传输内容的同步。m 3 接口负责传递 m b m s 会话控制信令，包括会话开始和会话结束消息。 2 1 2 传输方式 u e 端 收到业务通知 激活业务 接收数据 m b m s 过程 业务声明 会话加入 二匹 会话开始 二匹 m b m s 通知 二匹 传输数据 二匹 会话停止 终止业务卜+ | 会话离开 服务器 提供业务信息及 如何访问业务 图2 2m b m s 业务的工作流程图 会话开始 传输数据 二匹 会话停止 在e m b m s 中，存在单小区传输和多小区传输这两种传输方式。由于单小区传 输中不对其他小区提供业务覆盖，只对某特定小区提供，所以单小区传输没有进行 多个小区合并，缺少一定的性能增益。而对于多小区传输，它将相同的特定的业务 内容传输给多个m b m s 小区，并且在接收端进行合并接收。典型的方式就是m b s f n 传输，即将单频网( s f n ) 传输方式引入到多小区传输的接入网中，并在同一时间 用相同频率同步地把相同内容传输给一个或多个用户。这种传输方式实现了空中资 源共享，达到了节约频率资源、提高频谱效率的目的，同时还可以获得较大的分集 增益，从而提高盲区覆盖率，增强接收信号的可靠性。 在m b s f n 传输方式中，多小区利用空中接口对m b m s 数据进行同步传输，由 于是多个小区传输，u e 接收机避免不了会接收到带有不同时延的多个版本信号。 假如来自多小区传输的每个信号严格同步，且都在o f d m 符号起始处的循环前缀 1 0 第二章e - m b m s 系统中m i m o 技术的引入 ( c p ) 范围内到达u e 接收机，就不会造成符号间干扰( i s i ) 。事实上，可以把m b s f n 传输看做是来自单个较大的小区的传输，u e 接收机可以用处理单小区传输的