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ri n d o o rh o t s p o t ( i n h ) 、 m a e r o ( u m a ) ) 中的研究主要是针对目标值， i t u - ru r b a nm i e r o ( u m i ) 、n ? u - ru r b a n 给出了多组技术方案，方案中不但大部分 场景都能满足i t u 给出的性能指标，并且相比性能指标有较大增益，尤其在m i m o 方 案中，所有场景下均达到并且超出了性能指标。 关键字：l t e 上行容量与覆盖系统级仿真功率控制m i m o 北京邮电大学硕士学位论文 l t e1 - 行容量与覆盖性能研究 r e s e a r c ho ni j eu p l i n kc a p a c i t ya n dc o v e r a g e p e r f o r m a n ce a b s t r a c t a st 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 n st o e h n o t o g i e s ，u s e 培r a i s eh i g h e rn e e d st o t h ec o n t e n t s 嬲w e l l 鹤q u a l i f i e so fm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns e l v i c , e f l i no r d e rt oa d a p tt ot h e g l o b a lw i r e l s se o m m u n i e a t i o n st r e n do fb e i n gm u c hm o l em o b i l e , w i d e - b a n de n a b l e d ，a n di p e n a b l e c t , a n da l s ot oc o m p e t ew i t han u m b e ro fn o v e lt e c h n i q u e s , s u c ha sw i m a x a n dw i f i ， a tt h ee n do f2 0 0 4 ，a f t e rp u t t i n gf o r w o l di t sh s d p aa n dh s u p as p e c i f i c a t i o n s ，3 g p p p r o p o s e dt h e3 gl o n gt e r me v o l u t i o n ( l 1 】巳) s i n c et h et i m ew h e nn u - r a n n o u n c e dt h e c o l l e c t i o no fi m t - a d v a n e e ds p e c i f i c a t i o n s0 1 3j a r l u a t y , 2 0 0 8 ，e a c ht e c h n i c a lp a r t ys t a r t st o p r o p o s ei t si m t - a d v a n e e ds p e e i f i e a t i o mf r o mt h ee n do f2 0 0 8 3 g p p ，b e i n g 觚i n d i v i d u a l m c m b o r , h 蹈s u b l n i t t e dt on ui t s4 g - o r i e n t e dl i e - a d v a n e e d , t h es y s t e mo fw h i c hw o u l db e a b l et os u p p o r ta l lf t m e t i o n a l i t yo fuw d l 够t ob cb a e k w l r dc o m p a t i b l e 套ol t e c a p a c i t ya n dc o v e r a g el i l t et m p o r t a l 缱e r i t e r i a sw h e ne v a l u a t i n gl t es y s t e m a n dt h e y f i l ea l o st h ek e yp o i n t si no l l l rs t u d y t h r o u g ht h es t u d y , w ec 强n o to n l yg e tt h ec h a r a c t e r so f c a p a c i t ya n dc o v e r a g ei n3 g p ps c e n a r i o sa n dt h ep o w e r c o n t r o lo p t i m a lp o i n t s ，b u ta l s og e ta s e r i e so fs c h e m e si ni t u rs c e n a r i o st of u l f i lt h en ut a r g e t t h es t u d yi sb a s e do ns y s t e m l e v e ls i m u l a t i o np l a t f o r m f i r s t l y , w es t u d yt h eo p e nl o o p p o w e rc o n t r o li n3 g p ps c e n a r i o si no r d e rt os h o wt h ec h a r a c t e r so fc a p a c i t ya n dc o v e r a g e w i t hd i f f e r e n td u p l e xm o d e ，t r a n s m i s s i o np o w e ra n dp a t hl o s sc o m p e n s a t i o nf a c t o r t h e nw e t e s tt h ep e r f o r m a n c ei nl t u - rs c e n a r i o s i t ug i v e st h et a r g e tv a l u e so fe a c hs c e n a r i o s o u r s c h e m e sc 雠r e a c ht h et a r g e ta n dg e tg o o ds y s t e mp e r f o r m a n c e , e s p e c i a l l ym i m os e h e m o 1 k l g yw o r l d ：l 1 限u p r r n l t c 印虢蛔辔q m 煳秘 p o w e rc o n t r o lm l m 0 4 3 4 ，j 、l g z l l 4 4 t u - r 仿真场景下容量与覆盖性能分析 4 4 1 参数设置4 2 4 4 2 路径损耗4 7 l t el ：行容量j 覆盖性能研究 2 4 8 5 0 5 2 5 6 5 8 北京邮电大学硕：1 ：学位论文l t e 1 ：行容量j 覆盖性能研究 1 1l t e 发展背景 第1 章绪论 随着移动通信技术的不断发展，用户对移动通信的内容和质量都提出了更高的要 求。为了适应全球无线通信呈现出的移动化、宽带化和口化的趋势，也为了与新兴的 一些移动通信技术如w i m a x ，w i f i 竞争，2 0 0 4 年底，3 g p p 继h s d p a ，h s u p a 等 技术标准之后，提出了3 g 的长期演进( l 1 陋) 。 3 g p p 组织的工作，基本可以分为两个阶段：2 0 0 4 年1 2 月- 2 0 0 6 年6 月为学习和研 究( s t u d yi t e m ，s 1 ) 阶段，主要完成目标需求的定义，明确l t e 的概念，完成可行性研 究报告；2 0 0 6 年6 月- 2 0 0 7 年9 月为工作和出成果( w o r ki t e m ，w i ) 阶段，完成核心 技术和规范起草工作。同时与l t e 相配合的s a e 项目也依次开始。在2 0 0 8 年年初完成 与i 删s a e 相配套的其他标准。 自2 0 0 4 年1 1 月启动l t e 以来，3 g p p 全力推进l t e 的研究工作，仅用了半年的时 间就完成了需求的制订。大致在2 0 0 5 年5 月开始陆续转入正式的s i 阶段。在各参加单 位的共同努力下，经过约一年时间的研究，3 g p p 取得了许多骄人的研究成果。2 0 0 6 年 6 月，t s gr a n 开始了l y ew it 作阶段，但由于研究阶段上有个别遗留问题还没有解 决，s l 延长到2 0 0 6 年9 月才结束。 2 0 0 7 年9 月完成l y e ( r 8 ) 物理层标准的制订、无线接口层二层标准的制订和 e - u t r a n 接口标准制订。2 0 0 7 年1 1 月基本完成l y e ( r 8 ) 有关标准的制订工作，配 套的测试规范大约在2 0 0 8 年3 月完成，预计2 0 1 0 年左右可以商用。经过艰苦的讨论和 融合，终于确定了一个基本技术框架，一个初步的l i e 系统已经逐渐展示在我们眼前。 1 1 1l 1 呱需求 2 0 0 4 年1 2 月在希腊雅典的会议上，3 g p p 确定了一个l y e 项目的总体目标。这个 总体目标是获得更高的数据速率，更低的时延，改进的系统容量和覆盖范围，以及较低 的成本。【1 】 峰值数据率：上行5 0 m b s ，下行1 0 0 m b s ： 提高小区边缘的比特率； 频谱效率达到3 g p pr 6 的2 - 4 倍； 支持1 2 5 2 0 m h z 的带宽 北京邮电人学硕上学位论文 l t ei ：行容量j 覆盖性能研究 用户面延迟( 单向) 小于5 m s ，控制面延迟小于1 0 0 m s ； 支持与现有3 g p p 和非3 g p p 系统的互操作； 支持增强型的广播多播业务； 降低建网成本，实现从r 6 版本的低成本演进i 实现合理的终端复杂度、成本和电耗； 支持增强的p 多媒体子系统( 埘m u l t i m e d i a $ , m 4 s s y s 把m , l m s ) 和核心网： 支持向后兼容，把握性能改进和向后兼容之间的平衡； 取消c s ( 电路交换) 域，c s 域业务在p s ( 包交换) 域实现，如采用v o i p ； 优化低速移动的系统，同时支持高速移动； 以尽可能相似的技术同时支持成对和非成对频段： 尽可能支持简单的邻域同址共存和跨径并存。 1 1 2 系统架构 e - u t r a n 由e n o d e b 构成，e n o d e b 之间由x 2 接口互连，不仅具有原来n o d e b 的 功能外，还能完成原来r n c 的大部分功能。每个e n o d e b 又和演进型分组核心网通过 s 1 接口互连。s 1 接口的用户面终止在服务网关( s o w ) 上，s 1 接口的控制面终止在 移动性管理实体( m m e ) 上。控制面和用户面的另一端终止在e n o d e b 上。 e n o d e b 提供如下功能：【2 j 无线资源管理。无线承载控制、无线许可控制、连接移动性控制、上行和下行资源 动态分配( 即调度) 。 l p 头压缩和用户数据流加密 当从提供给u e 的信息无法获知向m m e 的路由信息时，选择u e 附着的m m e 。 用户面数据向s g w 的路由。 从m m e 发起的寻呼消息的调度和发送。 从m m e 获o & m 发起的广播信息的调度和发送。 用于移动性和调度的测量与测量上报配置。 2 北京邮电人学硕一 ：学位论文l t e i ：行容量j 覆盖性能研究 1 1 3 双工及多址方式 m m e ，s j g wm m e ，s g w 图1 - 1 l t e 系统架构1 2 j l t e 系统同时定义了频分双工( f d d ) 和时分双工( t d d ) 两种方式。f d d 是在 分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。f d d 必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。 f d d 在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用 率将大大降低。t d d 用时间来分离接收和发送信道。在t d d 方式的移动通信系统中， 接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，其单方向的资源在时间上是 不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给移动台， 另外的时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工 作。 2 0 0 5 年6 月，w g l 举行了一个专门会议，开始研究和评估新的空中接口方案，物 理层上6 项提议被通过： 1 ) f d d 上行链路基于单载波f d m a ( s c f d m a ) ，下行链路基于正交频分多址 技术( o f d m a ) ；1 3 j 2 ) f d d 上厂f 行链路均基于正交频分多址技术( o f d m a ) ： 4 1 3 ) f d d 上厂f 行链路均基于多载波w c d m a ( m c - w c d m a ) ；1 5 1 4 ) t d d 上厂f 行链路均基于多载波t d s c d m a ( m c - t d s c d m a ) ；1 6 1 5 ) t d d 上厂f 行链路均基于正交频分多址技术( o f d m a ) ；1 7 1 6 ) t d d 上行链路基于单载波f d m a ( s c f d m a ) ，下行链路基于正交频分多址 技术( o f d m a ) 。1 7 1 3 北京邮l u 人学硕h 学位论文l t e 1 - 行容量1 j 覆盖性能研究 可以看出其演进主要有两种基本方案：一是基于c d m a 的演进方案，即从先前的 u t r a 版本平滑过渡，提供更多的物理层再利用；二是基于o f d m 的演进方案，即完 全新的物理层，避免了先前技术的约束和局限，设计参数得到选择有更大的空间，更容 易满足e u t r a 的目标需求，如延迟需求，精细的带宽配置等。3 g p p 的两种演进方案 有着各自的优缺点，具体用什么方案还要看其它方面的要求。 在2 0 0 5 年1 2 月份结束的3 g 即r a n 全会上，有了初步的结论i 首先从六种候选盼 多址技术方案中，选择了“上行s c - f d m a ，下行o f d m a 的方案作为l t e 关于多址方 式的工作假设以进行后续的研究工作。同时，对于基于c d m a 技术的候选提案，确定 了将作为对现有3 g 系统更加直接的演进方式在目前3 g p p 已有的版本演进路线上进行， 由此也基本确定了l t e 系统将采用以o f d m 技术为基础的多址方式。 1 1 a3 g p p 系列技术规范 3 g p p 规定了一系列技术规范，l t e 协议属于r 8 系列，在这之前有包括r 9 9 、r 4 、 r 5 、r 6 和r 7 版本，目前r 8 系列协议已冻结，r 9 和r 1 0 系列的研究和标准化工作正 在进行中。 r 9 9 系列协议i l l ! r 9 9 协议是3 g p p 第一个正式版本协议，其在空中接口方面采用了新的u t r a n 技 术，核心网方面基于向下兼容的考虑，在网络结构上继承了g s m g p r s 的核心网结构。 r 9 9 版本主要特征为： 多址方式为c d m a ，定义了w c d m a ( 宽带码分多址) 接入网，带宽为5 m i - i z 。 采用了功率控制、软切换及更软切换等等技术。 支持1 4 4 k b i t s 、3 8 4 k b i t s 数据速率，峰值速率理论上可达2 m b i t s 。 由于在网络结构上继承了g s m g p r s 的核心网结构，充分利用了现有网络资 源。 分组域和电路域并行。 1 1 4 系列协议 由于r 9 9 版本的核心网中分组域和电路域并行，没有实现真正的全i p 核心网，因 此产生了后续的版本。r 4 系列协议与r 9 9 的主要区别在核心网，其主要特征为： 引入软交换将控制和承载分离。核心网电路域被分为控制层和连接层，分别负 责控制功能和用户数据传输。 实现了话音、数据和信令承载的统一。 引入时分同步码分多址( t d s c d m a ) 。 1 1 5 系列协议 4 北京邮电人学硕：l 学位论文l t e ：行容量o j 覆盖性能研究 r 5 系列协议是全口化的第一个版本，在核心网中引入了口多媒体子系统( i m s ) ， 能够提供实时和非实时的多媒体业务。其主要特征为： 引入高速下行分组接入( h s d p a ) 技术，峰值速率可以达到8 1 0 m b i t s 。 核心网中引入i p 多媒体子系统，实现了从接入到交换的全p 化。 支持s i p 业务，引入i p v 6 r 6 系列协议 r 6 系列协议相比之前的版本，主要是增加了新的功能，而网络架构没有太多变化。 其主要特征为： 引入高速上行分组接入( h s u p a ) 技术。 引入广播和多播中心实体，提供多媒体广播多播( m b m s ) 业务。 支持8 5 0 m h z 、8 0 0 m h z 、1 7 g h z 和2 1 g h z 等频段。 在r 5i m s 的基础上提供一些新的特性。 进一步完善r a n 的功能，增强对无线接入承载( r a b ) 的支持。 多个拥有独立核心网或业务网的移动运营商共享接入网。 计费管理。包括w l a n 计费、基于p 流的承载计费和在线计费系统。 r 7 系列协议 r 7 系列协议是对r 6 的演进，继续对r 6 版本中的一些工作做进一步的研究，同时 又增加了一些新的功能，其主要特征为： 进行h s p a 演进工作。 开展m i m o 、o f d m 等技术的可行性研究。 m b m s 增强。 下行符号周期减小和高阶调制。 延迟降低技术，干扰消除技术。 端到端q o s 的增强。 r 8 系列协议及后续版本 r 8 系列协议中除了包括本文关注的l t e 外，还包括系统架构演进( s a e ) 部分。 目前r 8 系列协议已冻结，r 9 和r 1 0 系列的研究和标准化工作正在进行中， l t e - a d v a n c e d 正式r 9 系列协议中的重点。 1 2l t e - a d v a n c e d 发展背景 l t u r 于2 0 0 8 年1 月向全球发出了征集i m t - a d v a n c e d 技术的通函，各技术阵营从 2 0 0 8 年底开始向i t u r 提交i m t a d v a n c e d 技术提案。l t u 确定了4 g 最小需求，包括 5 北京邮电人学硕i ：学位论文 l t e 1 ：行容量o j 覆盖性能研究 小区频谱效率、峰值频谱效率、频谱带宽等8 个技术指标，这将成为衡量一个候选技术 是否能成为4 g 技术的关键指标。 而3 g p p 将以独立成员的身份向l t u 提交面向4 g 技术的l t e a d v a n c e d ( l t e a ) 。 从2 0 0 8 年初开始，3 g p p 就展开了面向4 g 的研究工作，并制定了详尽的时间表，与n u 的时间流程紧密契合。在r r u rw p 5 d 的时间表中有两个关键的时间点：在2 0 0 9 年1 0 月w p 5 d 第6 次会议结束4 g 候选技术方案的征集，2 0 l o 年1 0 月w p 5 d 第9 次会议确 定4 g 技术框架和主要技术特性，确定4 g 技术方案。围绕这两个时间点，3 g p p 对其工 作进行了部署，已经于2 0 0 8 年9 月向u rw p s d 提交了l t e - a d v a n c e d 的最初版本。 1 2 1 演进趋势 l t e - a d v a n c e d 系统应支持原l t e 的全部功能，并支持与l t e 的前后向兼容性，即 r 8l 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。如今，l t e - a d v a n c e d 的需求已基 本确定，主要包括以下的几个方面：【9 1 针对室内和热点游牧场景进行优化 经过一系列评估和试验证明，l t e 在传统的宏蜂窝连续覆盖下是可以获得令人满意 的性能的，这种架构主要通过室外架高基站提供覆盖，虽然对低速移动优化，但仍对高 速移动和多小区切换提供很强的支持。但是随着业界对移动互联网发展趋势的理解逐步 加深，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，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。 有效支持新频段和大带宽应用 2 0 0 7 年世界无线大会( w r c 0 7 ) 上为l t e a d v a n c e d 分配了一些新的频谱，包括： 4 5 0 m h z 一4 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，这些频段中存在高低分化的趋势，如何用好这些 频谱，是l t e a d v a n c e d 研究必须考虑的问题。 由于各个频段高低分化严重，因此想到可以将多个频段紧密协作、优势互补，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。高频段由于在覆盖范围、 穿透建筑物的能力和移动性能方面明显不如低频段，因此较差，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” 6 北京邮电人学硕i ：学位论文l t e 1 - 行容量j 覆盖性能研究 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。 l t e - a d v a n c e d 在系统带宽方面与i m t - a d v a n c e d 的要求相同，也是支持最大 1 0 0 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 提出了可以将多 个离散的频谱联合在一起使用的多频谱整合( s p e c t r u ma g g r e g a t i o n ) 技术。 峰值速率大幅提升和频谱效率有限改进 由于系统带宽远超过l t e 系统，l t e - a d v a n c e d 系统即使频谱效率不变，也可以获 得很高的峰值速率。目前l t e - a d v a n e e d 考虑在下行4 x 4 天线，上行2 x 4 天线的配置下 实现下行1 g b s ，上行5 0 0 m b s 的峰值速率。这个指标在理论上是完全可以达到的。 如果维持l t e 的天线配置不变，l t e a d v a n c e d 峰值频谱效率估计难有明显提高， 但更高的天线阶数在实际部署中是否能实现还需要进一步研究，因此工作重点应放在下 行4 x 4 、上行2 x 4 以下的天线配置上。 小区平均频谱效率和小区边缘频谱效率相比峰值速率和峰值频谱效率，更有实际意 义。在这方面，l t e - a d v a n c e d 提出的目标是：，在l t e 原有应用场景下，平均频谱效 率要求提高约5 0 ，即达到下行2 4 ( 2 x 2 天线) - 3 7 b p s h z ( 4 x 4 天线) 和上行1 2 ( 1 x 2 天线) - 2 b p s h z ( 2 x 4 天线) 下行最高天线配置为4 x 4 天线，上行从l x 4 天线扩展到 2 x 4 天线。在小区边缘频谱效率( 即5 p d f 频谱效率) 方面，由于缺乏更好的抑制小区 间干扰的技术，只能期待有大约2 5 的性能提升。 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。 1 2 2l t e - a d v a n c e d 系统的关键技术 为了满足i m t - a d v a n c e d 的各种需求指标，3 g p p 针对l t e - a d v a n c e d 提出了几个关 键技术，包括多频段协同与频谱整合、中继技术、协同多点传输以及多天线增强等。 1 ) 多频段协同与频谱整合1 9 j 如前面所述，l t e - a d v a n c e d 系统有可能是一种高频段与低频段层叠的无线接入系 统，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。 比多频段系统更进一步的，是频谱整合。首先可以考虑将相邻的数个较小的频带整 合为一个较大的频带，这种情况的典型场景是低端终端的接收带宽小于系统带宽，此时 7 北京邮电人学颂l ：学位论文l t e i ：行容量j 覆盖性能研究 为了支持小带宽终端的正常操作，需要保持完整的窄带操作。但对于那些接收带宽较大 的终端，则可以将多个相邻的窄频带整合为一个宽频带，通过一个统一的基带处理实现。 离散的多频带整合主要是为了将分配给运营商的多个较小的离散频带联合起来，当作一 个较宽的频带使用，通过统一的基带处理实现离散频带的同时传输。 2 ) 中继技术1 9 j 中继技术是l t e - a d v a n c e d 系统的一项重要的候选技术，基站( 用户) 首先将信号 发给中继，然后再由中继将信号发给用户( 基站) 。l t e - a d v a n c e d 系统提出了很高的 系统容量要求，但同时可供获得此容量的大带宽频谱可能只能在较高频段取得，而这样 高的频段的路径损耗和穿透损耗都比较大，很难实现好的覆盖性能。除了使用基于基站 的m i m o 、o f d m a 和智能天线等技术扩大覆盖范围外，还可以采用中继技术和分布式 天线技术改善系统覆盖。另外，如果将中继站放置在原有小区覆盖范围内，理论上还可 以提高系统容量。 3 ) 协同多点传输【9 】 协同多点( c o m p ，c o o r d i n a t i v em u l t i p l ep o i n t ) 传输类似于传统上熟知的分布式天 线技术。基站通过射频光纤连接多个天线站点，新增的天线站点只包含射频模块，类似 于一个无线远端单元，而所有的基带处理仍集中在基站，形成集中的基带单元，基带单 元生成的中频或射频信号通过射频光纤传送到各个天线站。系统中的天线站可以看作基 站的多个扇区或一个扇区中的多个天线，因此可以很好的进行天线站之间的协同。 4 ) 多天线增强【l o l 鉴于日益珍贵的频率资源，多天线技术由于通过扩展空间的传输维度而成倍地提高 信道容量而被多种标准广泛采纳。 受限于发射天线高度对信道的影响，l t e a d v a n c e d 系统上行和下行多天线增强的 重点有所区别。在l t e 系统的多种下行多天线模式基础上，l t e - a d v a n c c d 要求支持的 下行最高多天线配置规格为8 x 8 ，同时多用户空分复用的增强被认为是标准化的重点。 l t e - a d v a n c e d 相对于l t e 系统的上行增强主要集中在如何利用终端的多个功率放大 器，利用上行发射分集来增强覆盖，上行空间复用来提高上行峰值速率等。 1 3 论文主要内容和结构 本论文共分五章： 第一章主要对l t e 和l t e a d v a n c e d 进行了简要介绍，包括l t e 项目的启动背景， 需求，主要特点和系统架构，l t e - a d v a n c e d 的演进趋势和关键技术。 第二章是对所研究关键技术的具体介绍。首先介绍了l t e 上行的特点，包括时隙 结构和物理资源粒子，s c 。f d m a 技术特点介绍。然后说明了在l t e 系统中研究容量与 8 北京邮电人学硕上学位论文 覆盖的重要性。之后介 闭环功控( i n t e r f e r e n c e 于码本和非基于码本的 第三章介绍了通信 本文所使用的仿真平台 第四章是本文韵重 下，l t e 上行系统容量 论。功率控制的不同参 律也会在这一章中给出 第五章是全文的结 以上就是本文的主 9 量j 覆盖性能研究 图2 - 1 上行资源栅格【1 1 j 1 0 蜉个子载波 且满足公式 议支持的上行 北京邮电人学硕士学位论文l t e i - 行容量j 覆盖性能研究 一个时隙的s c - f d m a 符号数目取决于高层配置的循环前缀长度， 表2 - l 资源块参数( 3 6 2 1 1v 8 7 0 ) 1 1 1 c o n f i g u r a t i o n 髓 s u 灿ls c n o r m a lc y c f i cp r e f i x1 27 e x t e n d e dc y c l i cp r e f i x1 2 6 资源栅格中的最小单元为资源粒子，它用唯一的序号对伍，z ) 来进行定义，其中， k 一0 ，n 髓u l 姑一1 ，一o ，州 岫i l 一1 ，分别表示频域和时域索引，r e 伍，z ) 对应的一个 复数吼，。不使用的资源元素对应的a 。，应设为o 。 物理资源块定义为时域中州u 岫l 个连续的s c f d m a 符号和频域中? 个连续的子 载波，墨和硭的取值见表2 1 。一个物理资源块由墨x 硭个资源粒子组成，对 应于时域的一个时隙和频域1 8 0 k h z 带宽。 2 1 2s c - d 【a l t e 上行方向关注的首要问题是控制峰均比，降低终端成本及功耗，因此采用 s c f d m a 方式。由于单载波传输技术具有p a p r 较低的特点，因此从l t e 研究的一开 始就受到关注，并形成了一个主流技术方案。在l t e 的早期研究中，针对s c - f d m a 的实现方法还存在多种并行的方案，包括单载波和频域均衡方案( s c f d e ) 方案、交 织f d m a ( i f d m a ) 方案、离散傅立叶变换扩展o f d m ( d f l - s o f d m ) 方案、可变 扩频系数码片重复c d m a ( v s f c r - c d m a ) 方案、广义多载波( g m c ) 方案等。但随 着研究的深入，各公司逐渐统一到以d f i - s o f d m 为核心的频域s c f d m a 实现方法 上来，并最后成为l t e 上行多址技术的选择。1 8 i 在l t e 中定义的单载波传输是指其时域信号包络符合单载波特性，从而可以获得 较低的p a p r 。但在频域上，仍可以通过分布式或集中式两种方式实现。 分布式单载波在整个可利用的频谱上并不占用一段连续的频谱，而是占用一段梳状 频谱。尽管分布式单载波信号分布在整个频谱上，但它所占用的总带宽与集中式相同。 进一步讲，对于一个高低符号率，它仅仅是在梳状频谱数量上有所不同，但对于每一个 梳状频谱的带宽都是一样的。而分布式单载波系统的多个用户使用不同的梳状频谱，不 同用户使用的“梳子”互相交错，但不重叠，以实现多用户正交传输。 集中式单载波在整个可利用的频谱上占用一段连续的频谱，传输信号的不同符号速 率对应着不同的带宽，高符号速率占有的频谱较宽，而低符号速率占据的频谱较窄。集 中式单载波系统的多个用户占用系统带宽的不同的连续部分，以实现多用户正交传输。 分布式单载波和集中式单载波传输各有优缺点。分布式方式由于在更宽的频谱上传输， 北京邮l u 大学硕i ：学位论义 l t el ：行容量覆盖性能研究 可以获得更大的频域分集增益，但由于不同用户的子载波交错放置，一旦子载波的频域 位置出现偏移，就会产生较严重的用户问干扰，因此对频率同步误差和多普勒偏移比较 敏感。而对于集中式方式，即使出现了由于频率误差造成的用户间干扰，受影响的也只 有边缘的子载波，大部分子载波是不受影响的，因此具有较强的抗频偏能力。但是，集 中式方式下获得的频域分集增益较小。 经过研究，在目前的资源块尺寸下，已经可以获得不错的频域分集，进一步扩展传 输带宽的额外增益有限。集中式传输还可以通过频域调度获得多用户分集增益。另外， 上行比下行更难取得高精度的频率同步，频偏带来的用户间干扰更为严重。 2 1 3l i e 上行容量与覆盖 l t e 系统采用了上行s c f d m a ，下行o f d m a 的多址方式，其频谱利用率接近于 1 ，两小区的边缘结合处的信道频率可能相同，因而在小区边缘处的用户对邻小区会产 生很强的干扰。在评估系统性能时，要综合考虑容量与覆盖这两个指标。当采用某种技 术，比如功率控制时，如果一味增加发射功率，可以使系统容量增加，但是也会使小区 边缘用户对相邻小区造成的干扰增大，严重影响整个系统的覆盖性能。但如果为了达到 最佳覆盖性能而使用较小的发射功率，则系统性能不佳。所以在l t e 系统中要综合考 虑多方面的因素。 2 2 功率控制 c d m a 系统中进行功率控制是因为有远近效应，但是l t e 上行由于采用了 s c f d m a 技术，一个小区内不同用户设备的上行信号之间是相互正交的，因此l t e 上 行功控最主要的目的是用于补偿信道的路径损耗和阴影衰落，并且可以用于抑制小区之 间的干扰。l t e 上行采用的功率控制方法是不是像c d m a 系统功控那样快的功率控制， 而采用慢功控方式即可，最高功控频率不高于2 0 0 h z 。u e 的发射功率可以通过由e n o d e b 发送的慢功控指令和通过下行r s 测量的路损值等计算。 l t e 系统上行的功率控制还是一种小区间干扰抑制的功控机制，与传统的单小区功 控有很大区别。单小区功控只用于路径损耗的补偿，当一个用户位于小区边缘或者由于 其它原因导致上行信道质量下降时，e n o d e b 可以完全根据该用户的需要指示用户加大 发射功率。但当考虑多个小区的总频谱最大化时，简单地提高小区边缘用户的发射功率 反而会增加对其相邻小区的干扰。如果每一个小区都一味地提高小区边缘用户的发射功 率，反而会由于小区间干扰的增加造成整个系统容量的下降。因此，应该采用“部分功 1 2 北京邮也人学硕l j 学位论文 l t ei - 行容量j 覆盖性能研究 率控制”的方法，即从整个系统总容量最大化角度考虑，限n 4 , 区边缘用户功率提升的 幅度。 l t e 上行功率控制可以对物理上行共享信道( p u s c h ) 、物理上行控制信道 ( p u c c h ) 和上行探测参考信号( s r s ) 等信道的发射功率进行控制。上行功控计算公 式为： 1 2 1 p - m i n ，1 0 l d g 加n + e o 1 - o 巴岫+ + 厂( j 1 式( 2 1 ) 其中，只懈是用户设备的最大功率，是分配给该用户的上行资源块的个数，昂为 小区特定或用户特定的参数( 包括目标信干噪比、干扰水平等) 。口为小区特定的路径 损耗补偿系数，口的取值为【0 ，0 1 ，1 1 ，当口= o 时，没有对路径损耗进行补偿，所有的用 户设备等功率发送，产生的干扰较大，小区边缘性能差。当口= 1 时，则为传统的功率 控制，完全补偿路径损耗，所有的用户具有相同的s i n r ，导致频谱效率低。只是用 户测量下行路径损耗值；x 凇。是由无线资源控制层( r r c 层) 指定的针对某个特定m c s 的参数；是小区特定的发射功率控制( t r a n s m i tp o w e rc o n t r o l , t p c ) 闭环修正系数； 函数脚由高层给出。 用户的最大发射功率是一个固定值，一般取决于用户设备的等级。一1 ， , 1 1 0 ， 更新周期为一个掰。物理上行共享信道和控制信道可以采用不同的最值。只的分辨率 为l d b 。物理上行共享信道的昂动态范围为【1 2 6 d b m ，2 4 d b m ，物理上行控制信道的昂 动态范围为【1 3 0 d b m ，9 6 d b m 。a 可以采用累积值表示，也可以采用绝对值表示，由 l b i tr r c 信令选择，最大值为+ 3 d b 。厶妇可以由u e 根据l 峪接收功率( r s r p ) 和 r s 发射功率的值计算得出。 2 2 1 开环功控( o l p c ) 在进行上行开环功控时，用户根据下行链路接收到的信号，对信道进行实时估计， 调整发射功率。开环功控公式如式( 2 2 ) 所示， p m i n 【f k 储，l o k g m + 昂+ 口+ 】 式(