（通信与信息系统专业论文）tdlte系统的切换过程研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 随着3 g 移动通信系统逐步成熟，3 g p p 早己开始了对其长期演进( l t e ) 系统 的研究和标准化工作。与3 g 相比，l t e 更具技术优势，具体体现在：高数据速 率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。l t e 技术可以完全支持现有3 g 业务，极大提升用户对移动通信业务的体验。同时，l t e 系统有t d d 模式和f d d 模式，l t et d d 在帧结构、物理层技术、无线资源配置等方面具有自己独特的技术 特点，所以本文研究的是t d l t e 系统。 本论文基于实验室承担的重大国家科技专项“新一代无线宽带通信网”中的子 项目“t d l t e 无线综合测试仪”，重点研究在t d l t e 系统内切换过程中，u u 接 口间的信令交换在高层传输时包含哪些参数尤其是物理层所需参数以及高层信令 在物理层是如何实现的，对切换成功过程中u u 接口间四条r r c 信令和随机接入过 程以及切换失败情况下u u 接口间的三条r r c 信令分别一一分析研究：首先解析高 层信令所含参数，研究哪些参数是物理层所用，以及用在物理层何处，将高层的数 据与物理层结合起来，为项目的实施做到有据可依；第二分析高层信令在物理层所 占用哪些物理信道，对占用的四条物理层信道分别通过发送端和接收端来分析研究 切换过程在物理层的处理过程，以上两点放在本文的第三章，这是本文的重点工作 之一。另外，切换的发生依据物理层的两个测量值：参考信号接收功率r s r p 和参 考信号接收质量r s r q ，这两个参数影响着切换的执行与否，所以本文着重对这两 个参数进行仿真，对r s r p 从两个方面验证并给出结论和测量方案：带宽对r s r p 几乎没有影响，所以建议采用最小带宽测量方案；同频干扰对r s r p 测量影响大， 所以建议采用一种小区干扰协调躲避方案。对r s r q 从一个方面验证并给出结论： 同频干扰对r s r q 影响大。同时本文提出了一个改进的r s r q 测量方案，文章通过 网络端和u e 端两个方面都给出可行性的策略，这种测量方案能够很好地表征每个 频段上的信干噪比，从而最大化多用户分集增益，通过仿真验证得出本方案较之原 整带宽测量方案具有更高的可靠性，这是本文的另一个重点工作也是本文的创新点 所在。 关键词：t d l t e ，切换，物理层，测量 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h eg r a d u a lm a t u r i t yo f3 gm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ，3 g p ph a sb e g u nt h e r e s e a r c ha n ds t a n d a r d i z a t i o no fl o n g - t e r me v o l u t i o n ( l t e ) s y s t e m c o m p a r e dw i t h3 g l t eh a sm o r et e c h n i c a ls u p e r i o r i t ya n di se m b o d i e di n ：h i g hd a t ar a t e ，p a c k e td e l i v e r y , d e l a yr e d u c t i o n , w i d ea r e ac o v e r a g ea n db a c k w a r d sc o m p a t i b i l i t y l t et e c h n o l o g yc a n f u l l ys u p p o r tt h ee x i s t i n g3 gs e r v i c e s ，w h i c hg r e a t l yi m p r o v et h eu s e re x p e r i e n c eo f m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns e r v i c e s l t es y s t e mh a st d dm o d ea n df d dm o d e l t et d d h a si t so w nu n i q u et e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c si nt h ef r a m es t r u c t u r e ，t h ep h y s i c a ll a y e r t e c h n o l o g y , t h ew i r e l e s sr e s o u r c ea l l o c a t i o n ，e t c ，s ot h i sa r t i c l ei st h es t u d yo ft d - l t e s y s t e m s b a s e do ns u b i t e m t d l t e ”w i r e l e s st e s ti n s t r u m e n t ”w h i c hi sb a s e do nn a t i o n a l s c i e n c ea n dt e c h n o l o g ym a j o rp r o j e c t “n e x tg e n e r a t i o nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ”， t h i sp a p e rf o c u s e so nt h a tw h i c hp a r a m e t e r sa r ec o n t a i n e di nt h er r c s i g n a l i n g sa n d r r cs i g n a l i n g sh o wt oa c h i e v ea tt h ep h y s i c a ll a y e ri nh a n d o v e rp r o c e s s ，a n da n a l y s i s t h ef o u rr r cs i g n a l i n g si nu ui n t e r f a c ew h e nh a n d o v e rs u c c e s sa n dt h er a n d o ma c c e s s p r o c e s sa n d t h r e er r c s i g n a l i n g sw h e nh a n d o v e rf a i l u r e f i r s t ，a n a l y s i st h ep a r a m e t e r s c o n t a i n e di nh i g h l e v e ls i g n a l i n ga n dr e s e r c hw h i c hp a r a m e t e r sa r eu s e di nt h ep h y s i c a l l a y e ra n dh o wa n da n a l y s i sh i g h l e v e ls i g n a l i n g so c c u p yw h i c hp h y s i c a lc h a n n e la t p h y s i c a ll a y e ra n dc o m b i n eh i 【g h l e v e ld a t aw i t ht h ep h y s i c a ll a y e rw h i c h u s e da sd a t af o r t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ep r o j e c t ；s e c o n d ，a n a l y s i sf o u ro c c u p i e db yh i 曲一l a y e rp h y s i c a l c h a n n e l sf r o mt r a n s m i t t e ra n dr e c e i v e r r e s p e c t i v e l yf o rp h y s i c a ll a y e rp r o c e s s i n g p r o c e d u r e t h ea b o v ep o i n t sa r eo nt h e 锄r dc h a p t e r , w h i c hi st h ef o c u so ft h i sw o r k i n a d d i t i o n ，t h eo c c u r r e n c eo fh a n d o v e rb a s e do nt h et w op h y s i c a ll a y e rp a r a m e t e r s m e a s u r e dv a l u e s ：t h er e f e r e n c es i g n a lr e c e i v e dp o w e rr s r pa n dt h er e f e r e n c es i g n a l r e c e i v e dq u a l i t yr s r q t h e s et w op a r a m e t e r sa f f e c tt h ei m p l e m e n t a t i o no fh a n d o v e ro r n o t s ot h ec h a r t e rf o u rf o c u so ns i m u l a t i n gt h e s et w op a r a m e t e r s f o rr s r p , t h ep a p e r s i m u l a t e si tf r o mt w oa s p e c t sa n dg i v e st h ec o n c l u s i o na n dm e a s u r e m e n tp r o g r a m ： b a n d w i d t hh a sl i t t l ei m p a c to nr s r p , s oi ti sp r o p o s e du s e st h em i n i m u mb a n d w i d t h m e a s u r e m e n tp r o g r a m ；t h ei n t r a - f r e q u e n c yc e l li n t e r f e r e n c eh a sh i g hi m p a c to nr s r p , i t i sp r o p o s e dt oa d o p tac e l li n t e r f e r e n c ec o o r d i n a t i o n h i d ep r o g r a m f o rr s r q ，t h ep a p e r s i m u l a t e si tf r o mo n ea s p e c ta n dg i v e sc o n c l u s i o n ：t h ei n t r a - f r e q u e n c yc e l li n t e r f e r e n c e h a sh i g hi m p a c to nr s r q t h e p a p e ra l s op r o p o s e san e wr s r qm e a s u r e m e n ts c h e m e 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t t h ea r t i c l eg i v e st h ef e a s i b i l i t ys t r a t e g i e sf r o mb o t he n o d e bs i d ea n du es i d e t h i s p r o g r a m c a nb ew e l lc h a r a c t e r i z e db ye a c hb a n do ns i n r ，t h e r e b ym a x i m i z i n g m u l t i u s e rd i v e r s i t yg a i n i ti sc o n c l u d e df r o ms i m u l a t i o nt h a tt h ei m p r o v e dm e a s u r e m e n t p r o g r a mh a sh i g h e rr e l i a b i l i t y t h i si sa n o t h e r f o c u so ft h i sw o r ka n da l li n n o v a t i o n k e yw o r d s ：t d l t e ，h a n d o v e r , p h y s i c a ll a y e r , m e a s u r e m e n t i i i 重庆邮电大学硕士论文缩略表 1 6 q a m 3 g 3 g p p 6 4 q a m a c k n a c k b 3 g c r n t i c a p e x c c c h c d d c d m a c p c q i c r c d c c h d c i d l s c h d w p t s e n o d e b e u t r a n e p a e p c e t u e v a 缩略表 16q u a d r a t u r ea m p l i t u d e m o d u l a t i o n t h i r dg e n e r a t i o n t h i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o je c t 6 4q u a d r a t u r ea m pl i t u d e m o d u l a t i o n a c k n o w l e d g e m e n t n e g a t i v e a c k n o w l e d g e m e n t b e y o n d3 g c e l lr n t i c a p i t a le x p e n s e c o m m o nc o n t r o lc h a n n e l c y c l i cd e l a yd i v e r s i t y c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c o n t r o lp r e f i x c h a n n e lq u a l i t yi n d i c a t o r c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k d e d i c a t e dc o n t r o lc h a n n e l d o w n l i n kc o n t r o li n f o r m a t i o n d o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l d o w n l i n kp i l o tt i m es l o t e v o l v e dn o d eb e v o l v e du n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i o a c c e s sn e t w o r k e x t e n d e dp e d e s t r i a nam o d e l e v o l v e dp a c k e tc o r en e t w o r k e x t e n d e dt y p i c a lu r b a nm o d e l e x t e n d e dv e h i c u l a ram o d e l v i 1 6 位正交调幅 第三代 第三代合作项目 6 4 位正交调幅 确认非确认 超3 g 小区无线网络临时标识 符 资本支出 公共控制信道 循环延迟分集 码分多址接入 循环前缀 信道质量指示 循环冗余校验 专用控制信道 下行控制信息 下行共享信道 下行导频时隙 演进型n o d eb 演进型陆地无线接入网 扩展行人a 模型 演进型分组核心网 扩展典型城市模型 扩展车辆a 模型 重庆邮电火学硕+ 论文 缩略表 f d d f e c f r e q u e n c y d i v i s i o nd u p l e x f o r w a r de r r o rc ：o r r e c t i o n g e r a ng s m e d g er a n g p h a r q h s d p a g u a r dp e r i o d h y b r i da u t o m a t i cr e p e a t - r e q u e s t h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s h s u p a h i g hs p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s i c i l t e m a c m m e i n t e r c a r r i e ri n t e r f e r e n c e l o n gt e r me v o l u t i o n m e d i u ma c c e s sc o n t r o l m o b i l i t ym a n a g e m e n te n t i t y n g m nn e x tg e n e r a t i o nm o b i l en e t w o r k o f d m o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x o p e x p d c c h p d s c h p h i c h p l m n p m i p r a c h p s k p u c c h p u s c h q a m q o s q p s k o p e r a t i n ge x p e n d i t u r e 频分双工 前向纠错 g s m e d g e 无线接入网 保护时隙 混合自动重传请求 高速下行分组接入 高速上行分组接入 载波间干扰 长期演进 媒质接入控制 移动性管理实体 下一代移动网络 正交频分复用 运营成本 p h y s i c a ld o w n l i n kc o n t r o lc h a n n e l物理下行控制信道 p h y s i c a ld o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l物理下行共享信道 p h y s i c a lh a r qi n d i c a t o rc h a n n e l物理h a r q 指示信道 p u b l i cl a n dm o b i l en e t w o r k公共陆地移动网络 p r e c o d i n gm a t r i xi n d i c a t o r预编码矩阵指示 p h y s i c a lr a n d o ma c c e s sc h a n n e l物理随机接入信道 p h a s es h i f td i v e r s i t y p h y s i c a lu p l i n kc o n t r o lc h a n n e l p h y s i c a lu p l i n ks h a r e dc h a n n e l q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n q u a l i t yo fs e r v i c e q u a d r a t u r ep h a s es h if td i v e r s i t y r a r n t ir a n d o ma c c e s $ r a d i on e t w o r k r a c h r b g r i r n c t e m p o r a r y i d e n t if ie r r a n d o ma c c e s sc h a n n e l r e s o u r c ebl o c kg r o u p r a n ki n d i c a t o r r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r v i i 相移键控 物理上行控制信道 物理上行共享信道 正交调幅 服务质量 四相移相键控 随机接入无线网络临时 标识 随机接入信道 资源块组 秩指示 无线网络控制器 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 r r c r s r p r s r q r s s i r a d i or e s o u r c ec o n t r o l无线资源控制 r e f e r e n c es i g n a lr e c e i v e dp o w e r参考信号接收功率 r e f e r e n c es i g n a lr e c e i v e dq u a l i t y参考信号接收质量 r e c e i v e ds i g n a ls t r e n g t hi n d i c a t i o n接收信号强度指示 s c f d m a s i g n a lc a r r i e rf d m a单载波f d m a s g s n s i s r s s e r v i n gg p r ss u p p o r tn o d e业务g p r s 服务节点 s t u d yi t e m s o u n d i n gr e f e r e n c es i g n a l 研究阶段 探测参考信号 t d s c d m at i m ed i v i s i o ns y n c h r o n o u sc d m a时分同步码分多址 t d d t t i u e t i m ed i v i s i o nd u p l e x t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l 时分双工 发送时间间隔 u s e re q u i p m e n t用户终端 u l - s c h u p l i n ks h a r e dc h a n n e l 上行共享信道 u p p t su p l i n kp i l o tt i m es l o t上行导频时隙 u t r a nu m t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s su m t s 陆地无线接入网 n e t w o r k v o l pv o i c eo v e ri p w c d m a w i m a x i p 电话 w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e宽带码分多址接入 a c c e s s w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t yf o r全球微波互连接入 m i c r o w a v ea c c e s s 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着3 g 移动通信系统逐步成熟，3 g p p 早已经开始了对其长期演进( l t e ) 系 统的研究和标准化工作。对l t e 系统的需求研究自2 0 0 4 年年底就已经通过研讨会 的方式开始了，对l t e 的正式技术讨论是从2 0 0 5 年4 月开始的。n g m n ( - f 一代 移动网络) 从运营商的角度对l t e 提出要求，要求l t e 必须成为一个有竞争力的 b 3 g 宽带无线业务提供手段。因此，l t e 系统的设计主要考虑如下几个总体目标 1 】： 1 ) 降低每比特成本； 2 ) 扩展业务的提供能力，以更低成本、更佳的用户体验提供更多的业务： 3 ) 灵活使用现有的和新的频段； 4 ) 简化架构，开放接口； 5 ) 实现合理的终端功耗。 3 g p p 从“系统性能要求”、“网络的部署场景”、“网络架构”、“业务支持能力” 等方面对l t e 进行了详细的描述。与3 g 相比，l t e 具有如下技术特征： 1 ) 通信速率有了提高：下行峰值速率为1 0 0 m b p s ，上行为5 0 m b p s ； 2 ) 提高了频谱效率：下行链路5 b w s h z ，上行链路2 5 b i t s h z ； 3 ) 以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换； 4 ) 通过系统设计和严格的q o s 机制，保证实时业务( 如v o i p ) 的服务质量： 5 ) 系统部署灵活：能够支持1 4 m h 2 0 m h z 间的六种系统带宽，保证了将来 在系统部署上的灵活性； 6 ) 降低无线网络时延：时隙长度0 5 m s 解决了向下兼容的问题并降低了网络 时延； 7 ) 强调向下兼容，支持已有的3 g 系统和非3 g p p 规范系统的协同运作； 8 ) 覆盖增强：e u t r a n 系统应该能够在重用目前u t r a n 站点和载频的基础 上灵活地支持各种覆盖场景。在保持目前基站位置不变的情况下增加“小区边界比 特速率”； 9 ) 移动性提高：o - 1 5 k m h 性能最优，1 5 。1 2 0k m h 高性能，支持1 2 0 3 5 0k m h ， 甚至在某些频段支持5 0 0 k m h ； 1 0 ) 服务内容综合多样化：提供高性能的广播业务，提高实时业务支持能力， 并使v o i p 达到u t r a n 电路域性能。 重庆邮电大学硕十论文 第一章绪论 1 1 ) 运维成本降低：采用扁平化架构，可以降低c a p e x 和o p e x ，并降低从 r 6u t r a 空口和网络架构演进的成本。 l t e 系统的优势使得3 g p p 标准在众多移动通信技术面前有强烈的市场竞争力， 也使得越来越多的人参与到l t e 的研究中。 1 2 论文研究背景及来源 所谓切换就是在移动过程中，移动台正在进行的通信业务有可能从一个小区切 换到另一小区，从一个载波切换到另一个载波，从一个基站切换到另一个基站，甚 至从一个系统切换到另一个系统。要保证业务的正常进行，就必须要采用高质量的 切换方式保证切换的成功率。切换的成功率是衡量一个系统的重要指标之一。 3 g p p 组织对l t e 系统的协议标准制定一直在不断的更新中，其r r c 层中的 连接模式下的切换过程是本文研究的重点。目前大多数关于切换方面的研究都是针 对切换方案，而本文是针对切换的过程，在切换的过程中，r r c 层之间的信令交换 在物理层是如何实现的，r r c 层的信令所含参数在物理层有如何用处，本文对 t d l t e 系统内切换过程中u u 接口间4 条r r c 信令和随机接入过程以及切换失败 情况下u u 接口间三条r r c 信令分别一一分析研究，将高层的数据与物理层结合起 来，为项目的实施做到有据可依，这是本文的重点工作之一；第二分析高层信令在 物理层所占用哪些物理信道，对占用的四条物理层信道分别通过发送端和接收端来 分析研究切换过程在物理层的处理过程，这是本文的另一重点工作。另外，切换的 发生依据物理层的两个测量值：参考信号接收功率r s r p 和参考信号接收质量 r s r q ，这两个参数非常重要，是它们影响了切换的执行与否，所以本文的另一个 重点是对这两个参数的仿真，同时文章提出了一个新的r s r q 测量方案，这是本文 的重点工作也是本文的创新点所在。 1 3 本文的主要工作及内容安排 本文共分为五章，各章内容安排如下： 第一章：绪论。介绍l t e 系统的发展和现状，提出本文要研究的内容，同时给 出本文的主要工作及内容安排。 第二章：l t e 系统概述。首先对l t e 系统进行综述，然后对其所用主要技术 o f d m 的原理加以介绍，随后引入t d l t e 系统的帧结构，这是理解物理层之前所 必须了解的首要内容，然后提出越区切换的定义，最后对本章进行小结。 2 重庆邮电人学硕士论文 第一章绪论 第三章：基于t d l t e 系统的切换过程。这是本文的重点工作之一，首先对在 t d l t e 系统中的切换类型有哪些进行阐述，然后根据r r c 层的协议研究切换流程， 包括切换失败流程。将切换流程中所用到的r r c 层信令一一分析，研究r r c 层信 令中所含参数以及哪些参数是物理层所用，用处如何，并且对r r c 层信令在物理 层所占物理信道进行研究，对高层占用的四条物理信道分别从发送端和接收端物理 层处理流程研究。最后对本章小结。 第四章：用于切换的测量。切换决策执行与否取决于两个重要的物理层参数的 上报值：参考信号接收功率r s r p 和参考信号接收功率r s r q ，物理层所要做的工 作就是对这两个参数进行测量，所以本章也是本文的另一重点，搭建物理层链路进 行仿真，分别验证了以下三个方面：( 1 ) 不同测量带宽对r s r p 测量值的影响得出 结论：测量带宽对r s r p 值无影响，所以建议测量时可只选用中间6 个资源块的带 宽；( 2 ) 同频干扰对r s r p 值的影响得出结论：干扰越大测得的r s r p 值比没有干 扰时测得的值越大，所以建议采用3 g p p 协议提案提出的一种动态干扰协调方案， 可以有效抑制小区间干扰，改善小区边缘用户传输质量；( 3 ) 同频干扰对r s r q 值 的影响得出结论：同频干扰越大测得的r s r q 值越小。另外，本文提出一种改进的 r s r q 测量方案，通过仿真验证：该方案较之整带宽测量r s r q 方案可以更加有效 地反映出信道质量，对网络端做出正确的切换选择有决定意义。最后对本章小结。 第五章：本文所做了哪些工作，对以后要做的工作的计划。 3 重庆邮电人学硕士论文 第二章l t e 系统简介 第二章l t e 系统概述 l t e 总体系统架构如图2 1 所示： m m e ，8 g w m m e ，s g w ： 图2 1l t e 总体系统架构 e u t ra n 由e n o d e b 构成，e n o d e b 之间通过x 2 界面互相连接，形成了所谓 的网状网络，这是l t e 相对传统的移动通信网络的重大变化，产生这种变化的原因 在于网络架构中没有了砌蛇，原有的树型分支架构被扁平化，使得基站要承担更多 的无线资源管理责任，需要更多地和其相邻的基站直接对话，从而保证用户在整个 网络中的无缝切换。每个e n o d e b 又和演进型分组网( e p c ) 通过s 1 接口相连，s 1 界面分为用户平面和控制平面。其中用户平面界面将e n o d e b 和服务网关( s e r v i n g g w ) 连接，用于传送用户数据和相应的用户平面控制帧。而控制平面界面则将 e n o d e b 和移动管理实体( 姗) 相连，主要完成s 1 界面的无线承载控制、界面 专用的操作维护等功能。 e u t r a 系统支持1 4 m h z 一2 0 m h z 的带宽配置，并且支持对称和不对称的频谱 分配，从而从技术上保证l t e 系统可以继续使用第三代移动通信系统的频谱。在 1 4 m h z 、3 m h z 、5 m h z 、1 0 m h z 、1 5 m h z 和2 0 m h z 带宽中，系统分别使用6 个、 1 5 个、2 5 个、5 0 个、7 5 个和1 0 0 个资源块。为了支持对称频段和非对称频段中的 部署，l t e 系统同时支持f d d ( 包括全双工f d d 和半双tf d d ) 和t d d ( 时分 双工) 两种方式。 f d d 与t d d 工作原理：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。 4 重庆邮电人学硕+ 论文 第二章l t e 系统简介 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。 t d d 双工方式的工作特点使l t et d d 在帧结构、物理层技术、无线资源配置 等方面具有自己独特的技术特点，与l t ef d d 相比，具有特有的优势 2 】。 t d l t e 系统的核心技术是正交频分复用o f d m 技术，下一节对o f d m 的原 理进行介绍。 2 10 f d m 原理 2 1 1o f d m 基本原理 o f d m 的基本原理就是将一个较宽频带分成一些子信道，在每个子信道上使用 一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，这样就相当于把高速的数据流进行 串并变换，分配到传输速率相对较低的若干个子信道中进行传输。如果各个子信道 所占用的带宽足够窄，每个子信道中的符号周期会相对地增加，由此可以减轻由无 线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对信道造成的影响。而且，为了提高系 统的频谱效率，o f d m 系统中各个子信道之间的频谱是相互交叠的，但它们之间又 是正交的【3 ，如图2 2 所示： 图2 2 单载波和正交多载波示意图 这就是其正交频分复用( o f d m ) 名称的由来。此外，在o f d m 系统中，通过引入 循环前缀使信号即便通过多径信道，其各子信道间的正交性仍能够得到保持，循环 前缀( c p ) 就是将o f d m 码元最后一部分复制到各码元前面，如图2 3 所示， 5 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 系统简介 复制 出 图2 3o f d m 循环前缀示意图 c p 对消除码间干扰和保持载波间正交性起着关键作用。由于码元符号是周期的， 保持了子载波间的正交性，减小了载波间干扰( i c i ) 的影响。只要选取的保护间 隔大于信道的最大延迟扩展，就会完全消除i s i 和i c i 的影响 4 】。 2 1 2o f d m 信号模型 一般的，o f d m 信号可以表示为一组并行传输的调制载波信号： rn 一1 ) ： r e 善加叫f 卜2 ) e x p 口嗍卜u ) t 立 式( 2 1 ) 【0 t t + i s d ，是分配给每个子载波上传输的符号，是o f d m 系统的子载波数，t 是 o f d m 的符号间隔，矩形函数r e c t ( o = l ，l t l _ t 2 。令f = 正+ i k f ( i _ o ，1 ，n 一1 ) ，正 为高频载波，鲈为子载波间频率间隔，各子载波间满足正交性就要使下式成立： r f e ，2 石印木( 2 砺) 衍= t a ( k f ) 式( 2 2 ) 6 只要适当选择鲈，使可= 1 t ，即可使各载波在整个o f d m 信号的符号周期内满 足正交性。所以用等效的基带信号来描述o f d m 的输出信号为： r n i 即) ：荟面刚o - 。他) e x p u 2 疵旧o ) 】 铎坯”丁 式( 2 3 ) 【0 t 丁+ 相应的o f d m 系统基本模型的框图，如图2 4 所示： 6 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 系统简介 s p s ( f ) 母 图2 4o f d m 系统基本模型 在接收端对每个子载波分别进行解调，然后在符号时间内进行积分就可以恢复出原 来的数据符号： t s + ：i d ，= 1 tie x p ( 一2 万素o t ) ) j o ) 斫- - 6 式( 2 4 ) f 由上述分析可看出，要实现一个o f d m 传输系统，需要一组振荡器产生n 个 子载波，接收端也要对n 个载波进行同步。显然，当n 较大时，系统的硬件将非 常庞大且不经济，所以要用d f t 技术。o f d m 系统的调制和解调可以分别由i d f t 和d f t 来代替，通过n 点的i d f t 运算，把频域数据符号变为时域数据符号，经 过射频载波调制之后，发送到无线信道中，其中每个i d f t 输出的时域数据符号都 是由所有子载波信号叠加而成的，如t d d l t e 的网络端发送信号： j 州：i - 1 口孙倒别笔坨1 z 矾m ) 式( 2 5 ) t 一【器帷8 2 j k = i 即对连续的多个经过调制的子载波的叠加信号进行抽样得到的。在o f d m 系统的 实际应用中，采用的是更加方便快捷的i f f t f f t 。 2 2t d d l t e 系统帧结构 每个无线帧长度为乃= 3 0 7 2 0 0 瓦= l o m s ，由2 个长度为1 5 3 6 0 0 瓦= 5 麟的半帧组 成，每个半帧由5 个长度为3 0 7 2 0 正= 1 眦的子帧组成，帧结构如图2 5 所示。上行 一下行结构如表2 1 所列，一个无线帧中的每个子帧，d ”表示子帧用于下行发射， 盯表示子帧用于上行发射，“s ”表示特殊子帧用于3 个地方：下行导频时隙d w p t s 保护间隔g p 和上行导频时隙u p p t s ，三个长度总共为l m s 。不是特殊子帧的所有 子帧由两个长度为= 1 5 3 6 0 瓦= 0 5 h i 8 的时隙构成。 7 重庆邮电大学硕十论文 第二章l t e 系统简介 上一下行链路结构支持5 m s 和1 0 m s 的下行到上行转换点周期。在5 m s 下行到 上行转换点周期情况下，特殊子帧在两个半帧中都存在。在1 0 m s 周期下，特殊子 帧只存在与第一个半帧。子帧0 和5 经常留做下行发射。u p p t s 和子帧紧跟在用于 上行发射特殊子帧的后面 5 】。 o n er a d i o f r a r a e i = 3 0 7 2 0 0 兀z1 0 i n 8 o n eh a f t - f r a m e 1 5 3 6 0 07 = = 5m s h 一。 图2 5t d d l t e 帧结构( 5 m s 转换点周期) 表2 1 上行一下行结构 子帧号 上- 下行配置下上行转换周期 0123456789 o5m sd s u u uds u u u 15m sd s u u dds u u d 25m sd s u d dds u d d 31 0m sd s u u u d d d d d 4 1 0m s ds uu d d d d d d 51 0m sd s u d d d d d d d 6 5m sd s u u u d s u u d 2 3 越区切换 切换是指移动节点在通信过程中从一个基站覆盖移动到另一个基站覆盖区，或 者由于外界干扰而造成通信质量下降时，必须改变原有的通信信道而转接到一条新 的信道上去，以保持与网络的持续连接过程。 切换是蜂窝移动通信的特点之一，是保证服务质量的重要环节。切换可以被认 为是蜂窝通信中最复杂和最重要的过程。同时它也是呼叫期间处理的最关键的过 程，切换过程必须快和准确，目标小区的选择必须是最佳，要使用户察觉不到。 传统的切换主要分为硬切换和软切换，现有的o f d m a 系统中存在三种切换： 硬切换、快速基站转换和软切换 6 】【7 】8 1 。 8 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 系统简介 硬切换的特点是“先断后连”，即：移动台首先与当前被服务的基站断开连接， 然后向其他基站发出接入申请，其他基站根据本小区负载情况决定是否接入此用 户。在以o f d m a 为基础的t d s c d m a 的后期演进版本l t e 中，采用了硬切换技 术。 快速基站切换的特点是移动用户先和目标基站完成连接，再和当前基站断开连 接。它和软切换的区别是：在切换过程中，移动用户虽然和激活集里所有的候选基 站进行同步，但它只和一个中心基站进行通信。 不同于以往的硬切换，软切换在断掉原有链路前，首先要建立一条新的链路， 因此，同“先断后连”的硬切换相比，采用软切换可大大降低系统的掉话率。此外， 由于处于软切换的用户同时同多个基站相连，可采用分集接收，对信号进行最大比 合并或选择性合并。在以c d m a 多址技术为基础的3 g 系统中，w c d m a 系统和 c d m a 2 0 0 0 系统均采用了软切换技术，t d s c d m a 采用的是接力切换。接力切换 是利用精确的定位技术，在对移动台的距离和方位进行定位的基础上，根据移动台 方位和距离作为辅助信息来判断移动台是否移动到了可进行切换的相邻基站邻近 区域f 9 】。 2 4 本章小结 本章简要介绍了l t e 的总体系统架构、l t e 的核心技术o f d m 的原理、 t d d l t e 的帧结构，最后简单介绍了切换的种类，为下一章的切换过程研究做前 期铺垫工作。 9 重庆邮电大学硕士论文第三章基于t d l t e 系统的切换过程 第三章基于t d l t e 系统的切换过程 3 1l t e 系统中切换的分类 按照切换目标小区和源