（通信与信息系统专业论文）lte及后续演进的干扰抑制研究.pdf

包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 叠童组 日期：2 q b 墨! ! 鱼 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一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期：堑丛3 ：! o 日期： 堑垫：三：! q 1 f 一，0_ 扰抑制研究 统稳定、高效运行的基础。 l t e 及其后续演进使用以 o f d m 为核心的传输技术。由于o f d m a 系统内多载波的正交性， 使得l t e 小区内的干扰可以忽略不计，系统干扰主要是小区间干 扰。本文以i d m a 干扰删除技术和小区间干扰协调技术为主要研究 方向，研究适用于l t e 及其后续演进的干扰抑制方案。 i d m a 干扰删除是一种重要的小区间干扰抑制技术，是所有技 术中性能最优，复杂度最高的技术。它能消除强干扰，而不是避免 或者白化干扰，对系统性能的提高有明显作用，特别适合于满载系 统，但是其应用的前提条件太多，复杂度过高。本文针对这一问 题，提出了减小复杂度的i d m a 接收机，来克服其复杂度最高的问 题。本文还根据理论分析和仿真结果给出了适合的重复编码长度和 适合数据业务的迭代次数。 小区间干扰协调则通过牺牲一定的整体吞吐量来换取小区边缘 用户性能的大幅提升，性能较优，复杂度相对较低。其使用前提是 对用户位置状态的区分，需要判断用户是小区内部用户还是边缘用 户。本文针对用户位置状态的区分，提出了一种r s r p 双门限判决 机制，对处于不用位置状态的用户采用不同的门限，有效的解决了 移动信道中的“兵乓效应”，减小了r s r p 上报带来的空中信令开销 和用户电池的消耗。文中也给出了相应的仿真验证此机制的优势。 关键词：正交频分复用；小区间干扰控制：干扰删除；软频率复用 。，；0 北京邮电大学硕士学位论文 r e s e a r c ho ni n t e r f e r e n c em i t i g a t i o n i nl t ea n dl t e a d v a n c e ds y s t e m a b s t r a c t i nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，i n t e r f e r e n c ec o n t r o li sa l w a y st h eb a s i sf o r s y s t e mt ok e e ps t e a d ya n dh i g h e f f i c i e n c y d i f f e r e n tf r o m3 gs y s t e m w h i c hu s e sc d m a ，l t ea n dl t e - a d v a n c e ds y s t e mu s eo f d m t e c h n o l o g y d u et ot h eo r t h o g o n a l i t yo ft h em u l t i p l es u b c a r r i e r s ，t h e i n t r a - c e l li n t e r f e r e n c ei nl t es y s t e mc a nb ei g n o r e d ，w h i l et h ei n t e r - c e l l i n t e r f e r e n c eb e c o m e st h em a i ni n t e r f e r e n c es o u r c e t h i sd i s s e r t a t i o n f o c u s e so ni d m ai n t e r f e r e n c e c a n c e l l a t i o nt e c h n o l o g ya n di n t e r c e l l i n t e r f e r e n c ec o o r d i n a t i o n ( i c i c ) t e c h n o l o g y i n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o nb a s e do ni d m ai st h eb e s ta n dt h em o s t c o m p l e xt e c h n o l o g y t o m i t i g a t e i n t e r - c e l li n t e r f e r e n c e i n s t e a do f a v o i d i n go rr a n d o m i z i n gi n t e r f e r e n c e ，i tc a nr e a l l ye l i m i n a t et h es t r o n g i n t e r f e r e n c e ，w h i c hp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ep e r f o r m a n c e e r d a a n c e m e n t b u ti ft h ei d m ai n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o nt e c h n o l o g yi s u s e d ，t h e r ea r eal o to fp r e c o n d i t i o n sn e e d e dt os a t i s f y a sf o rt h i s p r o b l e m ，t h i sd i s s e r t a t i o np r o p o s e san e wi d m ar e c e i v e ro fl o w e r c o m p l e x i t y a c c o r d i n gt o t h es i m u l a t i o nr e s u l t sa n da n a l y s i s ，t h e a p p r o p r i a t el e n g t ho fs p r e a d i n gc o d i n ga n dt h ei t e r a t i o nn u m b e rf o rd a t a s e r v i c e sa r eg i v e n i ti sk n o w nt h a ti c i ct e c h n o l o g ye n h a n c e st h ep e r f o r m a n c eo fc e l l e d g eu s e r sb ys a c r i f i c i n gt h et h r o u g h p u to ft h ew h o l ec e l lt os o m ee x t e n t i tc a nm i t i g a t et h ei n t e r - c e l li n t e r f e r e n c ew i t hal o w e rc o m p l e x i t y t h e b a s i so ft h i st e c h n o l o g yi st oj u d g et h eu s e r s p o s i t i o ns t a t u s ，w h i c h m e a n sw h e t h e ru s e r se x i s ti nc e l lc e n t e ro rc e l le d g e i no r d e rt os o l v et h i s p r o b l e m ，r s r pd o u b l e t h r e s h o l d sr e p o r t i n gm e c h a n i s mi sp r o p o s e d ， n l r j 一 广 t h e r e f o r ed e c r e a s e st h ea i ri n t e r f a c es i g n a l i n ga n dl e a s e st h eb u r d e no n u ec o n s u m p t i o n s i m u l a t i o na n a l y s i si sa l s o g i v e n t o v e r i f y t h e a d v a n t a g eo f t h i sm e c h a n i s m k e yw o r d s ：o r t h 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 n g ( o f d m ) ； i n t e r - c e l li n t e r f e r e n c e c o n t r o l ；i n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n ；i n t e r - c e l l i n t e r f e r e n c ec o o r d i n a t i o n ( i c i c ) i i i 广、 p i l r f i 概述 术概述 第二章l t e 系统简介及干扰分析 2 1l t e 标准化工作进程和设计要求 2 1 1l t e 标准化工作进程 2 1 2l t ee u t r a n 设计要求 2 1 3l t e 技术特点 2 2o f d m 技术lo 2 2 1o f d m 基本原理l l 2 2 2 保护间隔l3 2 2 3o f d m a 多址方式1 6 2 3l t e 物理层结构1 6 2 3 1 多址技术的选择1 6 2 3 2 双工方式和帧结构1 7 2 3 3 物理上行信号的产生。1 8 2 3 4l t e 中的m i m o 1 9 2 4l t e 系统及其后续演进系统的干扰分析1 9 2 4 1l t e 小区内干扰l9 2 4 2l t e 小区间干扰2 0 2 4 3l t e a d v a n c e d 系统的干扰分析2 2 2 5 结论2 4 第三章干扰删除技术2 5 3 1i d m a 简介2 5 3 1 1 发送原理2 5 3 1 2 接收原理2 6 3 1 3c d m a 与i d m a 的比较2 7 3 2 基于i d m a 的干扰删除2 8 3 2 1 原理模型2 8 3 2 2 性能和复杂度：3 0 3 2 3 简化复杂度的i d m a 接收机。3 l 3 2 4 仿真分析3 5 3 3 结论4 3 第四章小区间干扰协调技术4 4 4 1 软频率复用原理。4 5 4 2 判定l t e 小区用户位置的新方法4 7 一， 北京邮电大学硕士学位论文 4 。2 1r s r p 上报机制4 7 4 2 2r s r p 双门限上报机制4 8 4 2 3r s r p 双门限的仿真对比5 l 4 3 结沦5 5 第五章总结与展望5 6 5 1 总结5 6 5 2 展望5 6 参考文献5 8 至定谢6 l 攻读学位期间发表的学术论文目录6 2 i i r f j 一 一 f 随着蜂窝移动通信系 发展，传统的以c d m a 需求，同时以o f d m 技术为核心的从w l a n 、w i m a x 、i e e e8 0 2 2 0 、u w b 等无线系统的高传输速率和高的频谱利用率引起了业界的关注。为了应对 w i m a x 的挑战，3 g p p 也开始了移动通信领域的长期演进( l t e ) 项目。这项 受人瞩目的技术和3 g p p 2 的超移动宽带( u w b ) 被统称为演进型3 g ( e 3 g ) 技术。但其实这种以正交频分复用( o f d m ) 和多入多出( m i m o ) 为核心的 技术，与其说是3 g 技术的演进，不如说是革命。紧随其后，又开始了l t e 技 术的后续演进( m a d v a n c e d ) 研究。 3 g p p 启动l t e 和l t e a d v a n c e d 项目的表面原因是应对w i m a x 标准的市 场竞争，但其本质其实是源自移动通信与宽带无线接入技术的融合背景所趋。 宽带无线接入早期定位于有线宽带接入技术的替代和补充，其发展经历了从固 定局域接入，向游牧城域接入，再向广域移动接入的发展历程，体现出了明显 的“宽带接入移动化 的趋势，为以因特网为代表的信息技术产业向移动通信 邻域渗透带来了新的机遇，也对传统移动通信产业形成了竞争和挑战。与此同 时，移动通信技术也向能够提高更高数据速率发展，h s p a h s p a + 的研究即标 志了3 g p p 在坚持蜂窝移动能力的同时，日益重视低速局域场景下的接入能 力。这种“移动通信宽带化”趋势，为蜂窝移动通信产业从传统话音业务拓展 到宽带数据业务领域带来了契机。正是基于通信产业对“移动通信宽带化”的 认识和应对“宽带接入移动化”挑战的需要，3 g p p 开始了l t e 及l t e a d v a n c e d 演进的研究。 1 1l t e 系统及后续演进的概述 3 g p p 致力于l t e 作为3 g 系统的演进是从2 0 0 4 年1 1 月正式开始的，其研 究工作基本可以分为两个阶段：2 0 0 5 年3 月到2 0 0 6 年6 月为研究阶段( s i ， s t u d yi t e m ) 阶段，完成可行性研究报告：2 0 0 6 年6 月到2 0 0 7 年6 月为工作阶 段( w ，w o r ki t e m ) 阶段，完成核心技术的规范工作。由于项目的研究进度缓 慢，在2 0 0 8 年底，l t e 的基本框架才完全建立，一些具体细节仍在讨论修改 中。 一 3 g p pl t e 项目的主要性能目标包括【l l t 2 ：在2 0 m h z 频谱带宽能够提供下行 1 0 0 m b p s 、上行5 0 m b p s 的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容 量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5 m s ，控制平面从睡眠状 北京邮电大学硕士学位论文 态到激活状态迁移时间低于5 0 m s ，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于 l o o m s ；支持1 0 0 k m 半径的小区覆盖；能够为3 5 0 k m h 高速移动用户提供大于 1 0 0 k b p s 的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1 2 5 m h z 到 2 0 m h z 多种带宽。 基本传输技术和多址技术是无线通信技术的基础。为了摆脱c d m a 专利问 题的纠缠，以及数字器件，特别是快速傅里叶变换技术的发展，l t e 决定采用 正交频分复用( 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 nm u l t i p l e x i n g ) 【3 】作为基 本的传输方式。但在多址方式上，考虑到o f d m 技术可能导致高的峰均功率比 ( p a p r ，p e a k - t o - a v e r a g er a t i o ) 会将影响手持终端的功放成本和电池寿命， 3 g p p 经过激烈的讨论和艰苦的融合，终于在2 0 0 5 年1 2 月选定下行采用正交频 分多址( o f d m a ，o r t h 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 ea c c e s s ) ，上行采用单 载波频分多址( s c f d m a ，s i n g l ec a r r i e rf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 【4 j 方式。上行采用单载波技术，该技术具有较低的p a p r ，有利于终端设备成本 的降低。l t e 与其说是3 g 技术的演进，不如说是革命，抛弃了c d m a 技术。 l t e 和u m b ( u l t r am o b i l eb r o a d b a n d ) 、w i m a x ( w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t y f o rm i c r o w a v ea c c e s s ) 以及最新出现的i e e e 8 0 2 2 0 等，都采用类似的o f d m 技术，这些系统已经具有某些4 g 特征，可以被看作准4 g 技术。 多天线技术( m i m o ，m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t ) 1 5 】在w c d m a 和t d s c d m a 的h s p a ( h s u p a 和h s d p a ) 中已经被引入，是w c d m a 增强的一 个重要特性。m i m o 作为提高系统输率的最主要手段，是l t e 的关键技术之 一。l t e 已确定m i m o 天线个数的基本配置是下行2 x 2 、上行l 2 ，但也在考 虑4 x 4 的高阶天线配置。m i m o 下行方案可分为两大类：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，循环延迟分集( c d d ，c y c l i cd e l a yd i v e r s i t y ) ，基于预编 码向量选择的预编码技术，其中预编码技术已被确定为多用户m i m o 场景的传 送方案。 高峰值传送输率是l t e 下行链路需要解决的主要问题。为了实现系统下行 1 0 0 m b p s 峰值速率的目标，在3 g 原有的q p s k 、1 6 q a m 基础上，l t e 系统增 加了6 4 q a m 高阶调制。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。l t e 除了继续采用成熟的t u r b o 信道编码外，还在考虑使用先 进的低密度奇偶校验码( l d p c ，l o wd e n s i t yp a r i t yc h e c k ) 。 同h s p a 一样，l t e 同样采用e - n o d eb 快速调度调度、链路自适应 ( l a ，l i n ka d a p t a t i o n ) 和h a r q 等技术，以适应基于数据包的快速数据传 输。 2 h ； 第一章绪论 在网络构架方面，为了降低传输和控制延迟，l t e 去掉了无线网络控制器 ( r n c ，r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) 这个网络设备，只保留了n o d eb 网元，使 得整个接入网( e u t r a n ，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 oa c c e s s n e t w o r k ) 只有二层体系构架。r n c 功能被分散到了演迸的n o d eb ( e - n o d e b ) 和接入网关( a g w ，a c c e s sg a t e w a y ) 中。 而到了l t e a d v a n c e d 阶段，则引入了一些新的技术，如频谱聚合、中继 ( r e l a y ) 、多点协同传输( 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 ) 、h o m en o d e b 等。且要求应用的带宽可扩展为 i o o m h z ，下行的峰值速率可达1 g b p s ，上行的峰值速率可达5 0 0 m b p s 。 1 2 小区间干扰抑制关键技术概述 如1 2 节所述，3 g p pl t e 已经明确了将采用o f d m 作为核心技术的方案。在 多址方面，下行采用o f d m a 方式，上行采用s c f d m a 方式。这两种多址方式 本质上都是频分多址f d m a ，区别在于对一个用户的资源分配时，o f d m a 可以 随意分配资源，不一定保证连续，而s c f d m a 需要保证资源块的连续分配，形 成单载波特性。既然是f d m a ，o f d m 子载波的正交性基本保证了小区内信道 的正交，比c d m a 技术更好地解决了小区内干扰的问题。但是作为代价， o f d m 系统带来的小区间干扰( i c i ，i n t e r - c e l li n t e r f e r e n c e ) 问题可能七t c d m a 系统更加严重。与c d m a 不同，o f d m s c f d m a 无法通过扩频方式消除小区 间的干扰。为了提高频谱效率，也不能简单地采用如g s m 中复用因子为3 或7 的 频率复用方式，应使复用因子尽量为l 。同时在所有蜂窝系统中，干扰控制是一 个永恒的主题，特别是以c d m a 为核心技术的3 g 系统。在l t e 系统中，小区间 干扰控制技术同样备受关注，干扰控制技术能合理控制干扰水平，提高小区整 体的吞吐量、频谱利用率和小区覆盖范围，保证系统稳定，可靠运行，特别是 小区边缘用户的用户体验，即小区边缘用户的峰值速率和吞吐量。 目前在l t e 的标准讨论中，已经提出了一些干扰控制技术，大致可分为干 扰随机化、干扰协调、干扰消除和功率控制等嘲。这些在l t e a d v a n c e d 应用场 景下也是可用的。 ( 1 ) 小区间干扰协调( i c ic o o r d i n a t i o n ) 小区间干扰协调主要针对小区边缘用户的吞吐量比较小的问题，为小区边 缘用户专门划定一片资源，以此来减小小区边缘用户的相互干扰，提高信噪 比，从而提高吞吐量。上行干扰协调的资源为频率资源，因此上行干扰协调主 要包括两方面，一为协调规划的方案，即“软频率复用 或“部分频率复用”， 二为小区间的干扰协调过程，a p d , 区接口信令的设定。 3 北京邮电大学硕士学位论文 部分频率复用的核心思想在于将处于小区中心和小区边缘的用户区别对 待，对于小区中心的用户由于其距离基站距离比较近，信道条件较好，且本 身对其它小区的干扰不大，所以可以将其分配在频率复用因子为l 的复用集 上。而对于小区边缘的用户，其距离自身的服务基站距离较远，信道条件较 差，对于其它小区处于相同频率的信号的干扰又较大，所以将其分配在频率复 用因子为3 的频率复用集上。 软频率复用则继承了部分频率复用的优点，同时采用动态的频率复用因 子，比较明显地提高了频率的利用效率。在软频率复用中，所有的频段被分成 了两组子载波，一组称为主子载波，另外一组称为辅子载波。主子载波可以在 小区的任何地方使用，而辅子载波则只能在小区中心被使用。不同小区之间的 主子载波相互正交，在小区边缘有效地抑制了干扰，而辅子载波由于只在小区 中心使用，相互之间干扰较小，则可以使用相同的频率。 干扰协调的信令接口指频率分配方案在不同小区间传递，特别是当负载发 生变化时，如何进行频率协调，通过此信令接口将频率的改变通知邻小区，如 l t e 中的高干扰指示符( h i i ，h i 【g hi n t e r f e r e n c ei n d i c a t i o r ) 1 7 j 。 本质上，部分频率复用和软频率复用的基本原理是一样的，通过特定的频 率分配，减小小区边缘用户的干扰，提高信噪比来提高吞吐量。然而由于频率 复用是对整个小区的频率进行了一定的限制，所以整个小区的吞吐量会有一定 程度的下降。使用于扰协调相当于是对整个系统的吞吐量和小区边缘用户吞吐 量的一个折中，在大大改善了公平性的同时牺牲了小部分的整体性能。这种技 术的缺陷是小区边缘的频率资源受到限制，难以支持大量用户和很高的数据速 率。因此干扰协调通常适合中等负载环境，对于满负载环境，效果不理想。 ( 2 ) 小区间干扰消除( i c ic a n c e l l a t i o n ) 干扰消除技术来源于c d m a 技术的多用户检测技术【8 1 ，可以将来自干扰小 区的信号解调，然后删除。但是在l t e 系统中，各小区没有明显的特征信号来 区分用户信号，继而进一步作干扰删除，因此基于交织多址( i d m a ， i n t e r l e a v e dd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 1 9 j 的干扰消除技术被用于l t e 系统，人为 的给各个小区加上不同的交织图案来产生不同的特征信号。接收机采用不同的 交织图案解交织，通过特定的方法，就可以将目标信号和干扰信号分别解出 来，达到干扰消除的目的。但是由于i d m a 技术来源于c d m a 技术，需要类似 扩频( 重复编码) 的技术，降低了码率，并且其迭代接收机要求的应用条件特 别苛刻，复杂度很高。况且l t e 是一个多载波系统，而干扰删除需要不同的小 区工作在同一频段上，对资源分配和信令的支持程度都有较高要求。但是干扰 消除将强干扰删除，而干扰协调则是协调资源来规避部分干扰，因此在不计方 4 第一章绪论 案复杂度时，干扰消除的性能更为优良，特别适合满负载情况，可以实现小区 边缘频谱效率为l 和总频谱效率为1 。 ( 3 ) 小区间干扰随机化( i c ir a n d o m i z a t i o n ) 干扰随机化是指通过随机化干扰信号来进行干扰抑制的一类技术。小区间 干扰随机化并不能降低干扰的能量，但能将干扰随机化为“白噪声”，从而抑 制i c i 的危害，因此又称为“干扰白化 。干扰随机化的方法包括：加扰 ( s c r a m b i n g ) 【1 0 1 、交织多址i d m a 和跳频】等，其中跳频应用的最广泛。加 扰是用很长的伪随机p n 序列与原符号序列逐位相乘( 双极性) 或逻辑异或 ( 单极性) ，改变原符号序列的长o 串或长l 串，使干扰频谱更加均匀。根据 扰码的位置分为比特级( b i t 1 e v e l ) 或者符号级( s y m b 0 1 1 e v e l ) 。跳频通过遍历 不同的传输频段获得频率分集和干扰分集，把突发干扰转变成随机干扰，利用 解码器的纠错功能，来降低误码率。干扰随机化只是白化了干扰，并没有真正 减少系统的干扰信号，因此带来的信噪比改善程度有限，研究结果表明，单独 应用干扰随机化技术不能满足未来移动通信系统的信噪比要求。 ( 4 ) 功率控制 功率控制是使c d m a 系统稳定工作的核心算法。在h s p a 和l t e 中，为了 达到吞吐量的最大和实现的方便程度，下行采用速率控制，上行采用功率控 制，因此功率控制主要用于上行。在上行链路中，不仅在小区内对用户作功率 控制，使用户到达基站n o d eb 的信号功率达到必要的信噪比s i n r ，针对不同 的用户位置，采用不同的目标s i n r ，来保证吞吐量的最大化，还要考虑此用户 对邻小区造成的干扰，即在功率控制中需要考虑到邻小区的路损。功率控制是 为了使所有用户在满足基本服务质量q o s 的基础上，尽量提高系统的极限吞吐 量。同时为了避免功率控制在不同小区的相互影响，考虑引入小区间功率控 制，保证系统的干扰在一个稳定的范围内。功率控制对系统的复杂度要求小， 并且性能优良，是控制系统干扰的有效措施。 综上所述，在蜂窝移动通信系统中，为了达到更高的峰值速率和更高的频 谱利用率对蜂窝小区间的干扰控制是关键，特别是在频率利用率为l 的l t e 系统中。在l t e 里已经提出了功率控制、小区间干扰协调、小区间干扰随机 化、小区间干扰删除等小区间干扰控制技术，这些技术都能带来一定的性能增 益，但是其对系统的复杂度要求不同，即各个技术的应用场景不同，比如有的 适于满载系统，有的适于轻载系统；有的复杂度和信令支持要求过高等。以上 这些干扰控制技术都是单独提出来的，能否对这些技术作组合或者进一步优 化，这些技术能否应用于l t e a d v a n c e d 系统，这些都需进一步研究。 5 北京邮电大学硕士学位论文 1 3 本论文的研究工作 本论文针对l t e 系统及其后续演进中的上行干扰控制技术，以l t e 系统为 主要研究对象，进行了系统深入的研究，对以上的各种干扰控制技术作了一定 的改进，增强其性能或者增强其实用性，并针对运用过程中所需的实际信令作 了明确的规定，包括上行干扰分析，简化的基于i d m a 的干扰删除，软频率复 用中的用户位置判断。论文内容安排如下： 第二章介绍l t e 的基本概况及干扰分析，基本概况方面包括l t e 的设计目 标、o f d m 调制基本原理和o f d m a 多址方式、l t e 系统结构、l t e 的物理层 结构及技术，为后续各章提供必要的背景知识和仿真参数。同时重点讨论l t e 系统上行干扰，包括了小区内干扰和小区间干扰，也会同时提及l t e a d v a n c e d 系统带来的一些特殊问题。 第三章介绍基于i d m a 的干扰消除技术。首先分析i d m a 和c d m a 的区 别，并且描述l t e 及其后续演进系统中如何使用i d m a 进行干扰删除。接着提 出了一种简化i d m a 接收机复杂度的方法。该接收机只包括被解调用户的解码 模块，舍弃了其它用户的编码信息。然后通过仿真给了一些适合在l t e 系统中 运用简化i d m a 接收机的仿真参数，最后通过外部信息交换图简单比较了简化 i d m a 接收机的性能。 第四章介绍小区间干扰协调技术，以软频率复用为主要研究方向。其前提 是对用户位置的区分，针对移动信道可能出现的“兵乓效应，提出了一种双门 限判决机制。该机制对于处于不同位置状态的用户，采用不同的门限，节约了 上报次数和电池消耗。 第五章的总结和展望总结了全文的主要工作和一些重要的结论，并讨论了 有待进一步研究的方向。 6 ， 第二章 第二章l t e l t e 是3 g p p 在“移动通信宽带化 趋势下，为了对抗w i m a x 等移动宽带 无线接入技术的市场挑战，在十几年b 3 g 研究的技术储备基础上研发出的准 4 g 技术。l t e 在空中接口方面用频分多址( o f d m d f m a ) 替代了3 g p p 长期 使用的码分多址( c d m a ) ，作为多址技术，并大量采用了多输入多输出 ( m i m o ) 技术和自适应技术来提高数据速率和系统性能。在网络架构方面， l t e 取消了u m t s 标准长期采用的无线网络控制器( r n c ) 节点，代之以全新 的扁平结构。与第3 代移动通信系统相比，l t e 物理层在传输技术、空中接口 协议结构层和网络结构等方面都发生了革命性的变化。其基本指标为在2 0 m h z 带宽上可达到1 0 0 m b p s 的下行传输速率( 5 b p s h z ) 和5 0 m b p s 的上行传输速率 ( 2 5 b p s h z ) 。 接着，为了满足更高的业务需求，l t e 也提出的进一步的演进方案一一 l t e a d v a n c e d ，应用的带宽可扩展为1 0 0 m h z ，下行的峰值速率可达1 g b p s ， 上行的峰值速率可达5 0 0 m b p s 。在从l t e 平滑过渡的同时，l t e a d v a n c e d 也引 入了一些新的技术，如频谱聚合、中继( r e l a y ) 、多点协同传输( c o m p ， c o o r d i n a t e dm u l t i p o i n tt r a n s m i s s i o n r e c e p t i o n ) 、h o m en o d e b 等。 不管是在l t e 系统中，还是在l t e - a d v a n c e d 系统中，干扰控制都是一个 很重要的课题，它对小区边缘用户的峰值速率、小区吞吐量以及覆盖等方面造 成影响。在已经完成的l t e 标准化工作和正在进行的l t e a d v a n c e d 标准化工 作中，干扰抑制研究得到了详尽的讨论。 本章将具体研究分析l t e 系统，并以此为基础，对l 1 m 系统和l t e a d v a n c e d 的干扰进行分析研究。 2 1l t e 标准化工作进程和设计要求 2 1 1l t e 标准化工作进程， l t e 的研究阶段s i 于2 0 0 4 年底开始，2 0 0 5 年6 月完成了l t e 需求的研 究，形成了需求报告t r ( t e c h n o l o g yr e p o r t ) 2 5 9 1 3 。在这个阶段，主要是以 研究的方式确定l t e 的基本框架和主要技术选择，对l t e 标准的可行性作出判 断。经过1 年l o 个月的研究，l t es i 阶段明确了l t e 的需求、应用场景， r a n 和c n 的功能划分，在r a n 网络机构、空中协议结构、多址技术、m i m o 技术、信道结构、信令结构、移动性等方面初步形成了共识，形成了需求报告 ( t r2 5 9 1 3 ) 、r a n l 研究报告( t r2 5 8 1 4 ) 、r a n 2 研究报告( t r2 5 8 1 3 ) 、 7 北京邮电大学硕士学位论文 r a n 3 研究报告( r 3 0 1 8 ) 等一系列研究报告。w i 阶段则于2 0 0 6 年9 月正式 开始，对l t e 系统作出了更精确的评估结果，进一步验证了l t e 系统的性能。 l t e 既然是为了迎接w i m a x 技术的挑战和迎合高速通信的潮流，就应有更 高的标准。l t e 的研究工作主要集中在物理层、空中接口协议和网络架构几个 方面，前面两部分主要是接入网部分( e u t r a n ，e v o l v e du n i v e r s a lt e r r e s t r i a l r a d i oa c c e s sn e t w o r k ) ，而网络架构方面的工作和3 g p p 系统架构演进( s a e ， s y s t e ma r c h i t e c t u r ee v o l u t i o n ) 项目密切相关，主要侧重核心网的功能和结构演 进，由t s gs a 负责完成。 2 1 2l t ee u t r a n 设计要求 在技术报告t r 2 5 9 1 3 中，对接入层( e u t r a ，e v o l v e du n i v e r s a l t e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s s ) 和接入网u t r a n 给出了7 个方面的指标要求。 ( 1 ) 能力( c a p a b i l i t i e s ) ：包括峰值速率，延迟要求。 峰值速率：要求在更宽的频带内提供更高的峰值速率，比如在f d d 中 2 0 m h z 系统带宽时，在下行终端2 根接收天线，上行终端l 根发射天线下，能 同时提供1 0 0 m b p s 的下行峰值速率和5 0 m b p s 的上行峰值速率，对应频谱效率 分别达到5 b p s h z 和2 b p s h z 。对于t d d 系统，不要求同时支持以上的峰值速 率要求。l t e 还支持系统带宽可变，但是峰值速率与之成比例。l t e 要求的频 率效率大概是3 g p p r 6 的2 - 4 倍。 延迟：分别从控制平面和用户平面来考虑。l t e 要求更小的控制平面的延 迟和更多的控制平面用户容量。比如从r 6 版本的空闲状态转换到激活状态的 延迟要小于l o o m s ，从r 6 版本的寻呼状态转换到激活状态的延迟要小于 5 0 m s 。l t e 要求控制平面可以容纳更多的用户，比如在5 m h z 的系统带宽下， 处于激活状态的用户不低于2 0 0 个用户，而处于寻呼和空闲状态的用户更多。 在用户平面要求：在轻负载情况下，用户平面的延迟小于5 m s 。 ( 2 ) 系统性能( s y s t e mp e r f o r m a n c e ) ：包括用户吞吐量、频谱效率、移动 性、覆盖范围和多媒体广播多播业务的支持性。 用户吞吐量与频谱效率：与两收一发的r 6 版本的h s p a 终端作比较，考虑 平均吞吐量和5 用户( 边缘小区用户) 的吞吐量，具体见表2 1 。 表2 - 1l t e 的性能及频谱效率 性能测试 下行( 与r 6 相比)上行( 与r 6 相比) 平均用户吞吐( 每m n z ) 3 - 4 倍2 - 3 倍 边缘用户吞吐( 每m h z ) 2 - 3 倍2 - 3 倍 频谱利用率( b i t s h z c e l l ) 3 4 倍2 - 3 倍 移动性支持：主要指对终端的移动速度支持程度。终端的移动速度在 8 第二章u t 系统简介及干扰分析 0 1 5 k m h 时，系统能提供极限性能。当移动速率为1 5 1 2 0 k m h 时，能获得较 高的数据传输。当移动速度在1 2 0 k m h 时，系统仍能高性能的服务。在移动速 度大于1 2 0 k m h 时，仍能保证连接。最大支持3 5 0 k m h 的移动速度。 覆盖范围：对于半径为5 k m 的小区，可以达到系统的上述极限性能；对于 3 0 k m 的小区半径，上述性能可以降低一些；最大支持半径l o o k m 的小区。 多媒体广播多播业务( m b m s ，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 ) ： l t e 能支持比h s p a 更好性能的m b m s 业务。广播的频谱效率在l b i t s h z ，在 5 m 带宽可以支持1 6 个速率为3 0 0 k p s 的移动电视频道。支持在单载波上提供 m b m s 服务，也支持m b m s 业务和语音、数据业务同时工作。 ( 3 ) 部署运营( d e p l o y m e n t - r e l a t e da s p e c t s ) ：包括运营部署环境，频谱分 配及扩展性，与3 g 的共存和切换问题。 l t e 可以单独部署或者和3 g 其它系统共存。l t e 的频谱范围就是在i m t - 2 0 0 0 规定的范围内，可以工作在成对的频率上或不成对的频率上，即可工作在 频分双工f d d 模式和时分双工t d d 模式。