（通信与信息系统专业论文）ltetdd终端连接模式研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 l t e ( 长期演进) 是3 g p p 近两年来启动的最大的新技术研发项目，这种以 o f d m m i m o 为核心的技术可以被看作“准4 g 技术，未来的几年l t e 都是研究 的热点方向。 u e 在空闲模式下通过随机接入过程进入连接模式，在连接模式下，终端和 e - n o d e b 端进行正常的数据交互。对于连接模式的研究，具有重要的理论和现实意 义。本文首先介绍了l t e 系统的研究背景和l t e 系统标准发展现状，然后通过分 析l t e 系统关键技术、物理层结构及连接模式，并结合高层配置对连接模式下的物 理层任务进行了深入研究。这些任务主要包括三个过程：下行信道估计，下行物理 信道的解读，以及上行子帧的产生。 下行信道估计的目的是正确接收下行数据，本文分析了l s 、l m m s e 估计算法 及不同的插值算法，并对l m m s e 算法进行改进，通过m a t l a b 仿真对这些估计算法 和插值算法进行比较分析，使发送信号得以准确恢复；下行物理信道的解读主要是 u e 端对p c f i c h 、p d c c h 和p h i c h 这三个信道的解读过程，在此过程中着重研 究接收端对下行控制信道的处理过程；在上行子帧的产生过程中，首先分析了l t e 不同上行信道和控制信息的配置方式及不同的传输方式的组合，然后对c q i 、p m i 和砒等的上报方式进行研究，并提出了u e 端c q i 测量算法。 关键词：l t e ，终端，连接模式，下行信道估计，c q i 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t r e c e n t l y , t h el o n g - t e r me v o l u t i o n ( l t e ) p r o je c ti st h el a r g e s tn e wt e c h n o l o g y r e s e a r c h e sw h i c ha l es u p p o r t e db y3 g p el t ec a nb es e e n 嬲t h e ”4 g t e c h n o l o g y , a n d o f d m & m i m oa r et h ec o r et e c h n o l o g i e so fi t t h r o u g ht h ep r o c e s so fr a n d o ma c c e s s ，u ec h a n g ef o r mt h ei d l em o d ei n t ot h e c o n n e c t e dm o d e u n d e rt h ec o n n e c t e dm o d e ，n l et e r m i n a la n de - n o d e bs i d en o r m a ld a t a e x c h a n g e s t u d yo fc o n n e c t e dm o d eh a si m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lm e a n i n g t h i sa r t i c l eb e g i n sw i t hab r i e fd e s c r i p t i o no ft h er e s e a r c hb a c k g r o u n do ft h el t e s y s t e m ，a n ds t a t u so ft h ed e v e l o p m e n to f l t e s y s t e ms t a n d a r d s a n dt h e nd e s c r i b e st h e k e yt e c h n o l o g i e so fl t e ，l t ep h y s i c a ll a y e rs t m c t u r ea n dt h ec o n n e c t e dm o d e d e s c r i p t i o n f i n a l l y , r e s p e c t i v e l yr e s e a r c ht h ep h y s i c a ll a y e rt a s k si nc o n n e c t e dm o d e ： t h ep r o c e s so fd o w n l i n kc h a n n e le s t i m a t i o n , t h ep r o c e s so ft h er e a d i n go fd o w n l i n k p h y s i c a lc h a n n e la n dt h ep r o c e s so ft h ep r o d u c t i o no ft h eu p l i n ks u b - f r a m e d o w n l i n kc h a n n e le s t i m a t i o ni sm a i n l yt h ed i f f e r e n te s t i m a t i o na l g o r i t h m sa n d d i f f e r e n ti n t e r p o l a t i o na l g o r i t h mc o m p a r a t i v ea n a l y s i s ，t h ep u r p o s eo ft h ep r o c e s si s r i g h tt or e c e i v ed o w n l i n kd a t a t h ep r o c e s so ft h er e a d i n go f d o w n l i n kp h y s i c a lc h a n n e l i st os t u d yt h ep r o c e s so ft h el i er e a d i n gt h ep c f i c h ，p d c c h ，a n dp h i c h t h e p r o c e s so ft h ep r o d u c t i o no ft h eu p l i n ks u b f r a m ei st os t u d yt h ep r o d u c t i o no f t h e l t eu p l i n kc h a n n e la n dc o n t r o li n f o r m a t i o n si nd i f f e r e n tc o n f i g u r a t i o n sa n dd i f f e r e n t w a y so ft r a n s m i s s i o n , a n dt h e ns t u d i e dt h ec q i ，p m ia n dr ir e p o r t i n g ，e t c ，a n df i n a l l y d e f i n et h el i e s i d em e a s u r e m e n to fc q ia l g o r i t h m k e yw o r d s ：l t e ，u e ，c o n n e c t e dm o d e ，d o w n l i n kc h a n n e le s t i m a t i o n , c q i n 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 缩略语英文名称 缩略表 汉语名称 第三代移动通信 1 6 q a m 1 6q 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 n1 6 位正交幅度调 6 4 q a m 6 4q 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 6 4 位正交幅度调 3 g p p b c h b e r b t s b i te r r o rr a t e c a p e x c a p i t a le x p e n d i t u r e c c e c d d c y c l i cd e l a yd i v e r s i t y 第三代合作项目 广播信道 比特误码率 收发信基站 资本支出 控制信道元素 分集循环时延 c d m ac o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s码分多址接入 c q i c r c d c i c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k 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 l s c hd o w nl i n ks h a r ec h a n n e l d m r s e n o d e b e v o l v e dn o d eb 信道质量指示 循环冗余校验 下行控制信息 下行共享信道 下行导频时隙 解调参考信号 演进型基站 e - u t r ae 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 演进型通用陆地无线接入 h i 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 f d d f f t g p g s m h p d 迥 ) f 1 r m 订 u 蹦s f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x f a s tf o u r i e rt r a n s f o 吼 g u a r dp r o t e c t 频分双工 快速傅立叶变换 保护间隔 g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n全球移动通信系统 h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t 混合自动重传请求 i n v e r s ed i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m离散傅里叶逆变换 i n v e r s ef a s tf o u r i e rt r a n s f o r m快速傅立叶逆变换 i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n国际电信联盟 i fm u l t i m e d i as u b - s y s t e m 口多媒体子系统 m b m sm 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 多媒体广播多播服务 m m m 蹦o o d m o p e x p b c h 主信息块 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 多输入多输出 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 正交频分复用 运营支出 物理广播信道 p c f i c h p h y s i c a lc o n t r o lf o r m a ti n d i c a t o rc h a n n e l 物理控制格式指示信道 寻呼信道 p d c c h 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 d s c h 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 i c h p h y s i c a lh y b r i da r q i n d i c a t o rc h a n n e l 物理混合a r q 指示信道 p h y p m c h p h y s i c a ll a y e r p h y s i c a lm u l t i e a s tc h a n n e l i v 物理层 物理多播信道 物理随机接入信道 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 p u c c h p u s c h p m i q p s k r a c h r e r e g r b r n t i r r c p r e c o d i n gm a t r i xi n d i c a t o r q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g 物理上行控制信道 物理上行共享信道 预编码矩阵指示 正交相移键控 r a n d o ma c c e s sc h a n n e l 随机接入信道 资源元素 r e s o u r c ee l e m e n tg r o u p资源元素组 r e s o u r c eb l o c k资源块 秩指示 无线网络临时标识 r a d i or e s o u r c ec o n t r o l无线资源控制 s c f d m a s i n g l ec a r r i e r - f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea d d r e s s 单载波频分多址 s f n s m s p s s r s r s s n r s 腿 t d d t d m a t p c s m s y s t e mf r a m en u m b e r 系统帧号 系统信息块 s e m i s t a t i cs c h e d u l i n g 半静态调度 s i g n a ln o i s er a t e t i m ed i v i s i o nd u p l e x t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 调度请求 探测参考信号 信噪比 信干比 时分双工 时分多址接入 t r a n s m i tp o w e rc o n t r o l 传输功率控制 v 系统信息块 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 u c i u eu s e re q u i p m e n t v r bv i r t u a lr e s o u r c eb l o c k w - c d m aw i d e b a n dc d 队 v i 上行控制信息 用户终端 上行共享信道 虚拟资源块 宽带码分多址 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 l t e 的发展现状【l 】：目前，全球移动无线技术的演进路径主要有三个：一是 w c d m a 和t d s c d m a ，均从h s p a 演进至h s p a + ，进而到l t e ；二是c d m a 2 0 0 0 沿着e v d o r e v 0 r e v a r e v b ，最终到l i m b ；三是8 0 2 1 6 m 的w i m a x 路线。 其中l t e 拥有最多的支持者，w i m a x 次之。l t e 是由爱立信、诺基亚西门子、 华为等世界主要的电信设备生产商开发的技术，c d m a 阵营的阿尔卡特朗讯和北 电网络也有投入。3 g p p 对l t e 发展时间表大致情况如下：2 0 0 5 年3 月到2 0 0 6 年 6 月完成可行性研究报告：2 0 0 6 年6 月到2 0 0 7 年6 月完成核心技术的规范工作： 2 0 0 7 年中期完成l t e 相关标准制定；2 0 0 8 年或2 0 0 9 年推出商用产品。分析家指 出，基于o f d m 的l t e 技术市场预计将在今后3 年加速发展，从2 0 0 8 年到2 0 1 4 年这6 年时间将是打基础的阶段，而此后市场的需求将会快速膨胀。作为下一步 网络演进的首选移动通信平台，l t e 预计将在2 0 1 4 年获得规模部署。虽然工作进 度略滞后于原计划，但经过艰苦的讨论和融合，终于确定了一个基本技术框架， l t e 系统已经展示在我们眼前。 经过4 年多的工作，l t e 标准制定已接近完成。这个标准采用o f d m 、m i m o 等先进的无线传输技术、扁平网结构和全p 系统架构，支持最大2 0 m h z 的系统 带宽、超过2 0 0 m b i t s 的峰值速率和更短的传输延时，频谱效率达到3 g p pr 6 标准 的3 5 倍【5 】，是一项重大的革新。l t e 一方面可以在几年内保持3 g p p 标准相对其 他移动通信标准的持续竞争优势，另一方面也为3 g p p 标准向i m t - a d v a n c e d 阶段 i 2 l 演进打下了坚实的基础。预计在未来1 0 年内，l t e 作为最具影响力的宽带移动 通信技术标准之一，将受到业界越来越广泛的关注。我国企业长期以来在3 g p p 标准化制定过程中积极参与，尤其是在t d s c d m a 及其后续演进标准，如 l t e t d d 的标准化工作方面，我国始终处于领先和主导的位置。3 gl t e 着重考 虑的方面主要包括降低时延、提高用户的数据率、增大系统容量和覆盖范围以及 降低运营成本等。l t e 的主要技术特征【3 1 4 1 包括以下的内容： 1 支持1 2 5 z 2 0 瑚z 可伸缩带宽： 2 极大提高峰值数据速率( 在2 0 m h z 带宽下支持下行1 0 0 m b p s 、上行5 0 m b p s 的峰值速率) ； 3 在保持现有基站位置的同时提高小区边缘比特速率： 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 有效提高频谱效率( 3 g p p 版本6 的2 - - - , 4 倍) ； 将接入网时延降低到1 0 m s 以下；将控制平面时延降低到l o o m s 以内； 优化1 5 k m h 以下低速用户的性能，能为1 5 1 2 0 k m h 的移动用户提供高性 能的服务，可以支持1 2 0 3 5 0 k m h 的用户： 吞吐量、频谱效率和移动性指标在5 k m 半径的小区内将得到充分保证，当 小区半径增大到3 0 k i n 时，只对以上指标带来轻微的弱化； 支持多种载波带宽，以满足配置系统时窄带频谱分配时的灵活性； 支持与现有的3 g 系统和非3 g p p 规范系统的协同工作：增强的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 ) ；降低c a p e x ( 资本支出，c a p i t a l e x p e n d i t u r e ) 和o p e x ( 运营支出，o p e r a t i o ne x p e n d i t u r e ) 的成本； 1 0 降低空中接口和网络架构的成本； 1 1 实现合理的终端复杂度、成本和耗电； 1 2 支持增强的疋多媒体子系统( 口m u l t i m e d i as u b s y s t e m ，蹦s ) 和核心网； 尽可能保证后向兼容，有效地支持多种业务类型，尤其是分组域 ( p s d o m a m ) 业务( 如v o i p 等) ； 1 3 优化系统为低移动速度终端提供服务，同时也应支持高移动速度终端； 1 4 支持增强型的广播多播业务； 1 5 系统应该能工作在对称和非对称频段；尽可能简化处于相邻频带运营商 共存的问题。 1 2 论文研究背景及来源 为了应对移动通信与宽带无线接入( b r o a d c a s tw i r e l e s sa c e s s ，b w a ) 技术融 合的趋势，3 g p p 及时启动了通用移动通信系统( u n i v e r s a lm o b i e t e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，u m t s ) 技术的长期演进( l o n gt e r me v o l u t i o n , l t e ) 项目。 l t e 可行性研究将集中在下行o f d m a 和上行s c f d m a 上。即在下行链路 采用频谱效率很高的o f d m a 作为调制方式，在上行链路采用s c f d m a ，可以降 低发射终端的峰均功率比，减小终端的体积和成本。未来的几年l t e 都是研究的 热点方向，因此本文选择l t e 作为研究的大方向。又由于频谱资源是无线通信中 最宝贵的资源，t d d 双工方式相比于f d d 能有效提高频谱利用率，所以本文主要 研究l t e t d d 模式。 u e 在空闲模式下通过随机接入过程进入连接模式，在连接模式下，终端和 e - n o d e b 端进行正常的数据交互。对于连接模式的研究，具有重要的理论和现实意 2 4 5 6 7 8 9 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 义。 物理层是无线通信系统的基础。所以在l t e 系统标准的制定过程中，对物理 层的讨论是最先进行的。连接模式中的任务主要是在物理层上完成的。协议里面 对物理层过程的讨论只是属于概括性的描述，并没有详细分析阐述物理层过程的 具体流程、物理意义、实现方式等细节，并且协议中所述全部是发送端，对于接 受端需如何处理并没有提及。目前国内外对l t e 的研究主要是从标准协议入手进 行分析，同时l t e t d d 模式的研究明显滞后于l t e f d d 模式。对于连接状态的 研究，目前还只是局限于各个物理层过程研究，并没有结合高层信令对连接模式 下各个物理层过程进行深入的研究。这需要研究者通过仔细阅读协议，结合相关 的知识，对物理层过程进行梳理、分析。本论文的目的便在于：首先通过仔细研 读l t e 标准中与连接模式相关的协议，将其过程描述清楚；其次，找出物理层以 及协议栈在该模式中需要执行的任务，对每个任务进行分析，并将各个任务有机 的结合。最终的目标的实现整个物理层过程。 本论文对该模式进行详细的分析，梳理细节，对各个流程的控制、调度与实 现不仅对本人和他人的后续研究有帮助作用，同时能为未来用硬件实现该模式下 的功能提供帮助。 1 3 本文安排 本文的研究方向是l t e t d d 终端连接模式研究。论文深入分析了在l t e t d d 连接模式下终端涉及的主要过程，包括下行信道估计、解析物理下行控制信道及 上行数据子帧的生成。 论文结构的安排如下： 第一章绪论，主要介绍了选题背景、l t e 发展现状，及本文安排。 第二章首先详细介绍了l t e 关键技术，然后简要介绍了l t e 系统，最后分析 了l t e 连接模式。 第三章研究l t e 下行链路信道估计算法及不同插值算法，并介绍l t e 系统中 常用的信道模式，最后对下行链路信道进行仿真及分析。 第四章研究终端对物理下行控制信道的解析过程。 第五章研究上行数据子帧的生成问题，研究不同情况下上行子帧的配置情况， 并说明c q i 的测量及上报过程。 第六章总结全文，并指出今后需要进一步研究和考虑的问题。 3 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 系统概述及连接模式介绍 第二章l t e 系统概述及连接模式介绍 2 1l t e 关键技术介绍 2 1 io f d m 技术 o f d m 技术【6 1 是一种多载波调制技术，它将高速的串行数据流转换成若干低速 的并行数据流，并将其映射到不同的子载波上进行传输。因此在一个o f d m 符号 中，包含了多个并行的经过相移键控( p s k ) 或者正交幅度调制( q a m ) 的数据 符号，o f d m 调制将这些待传输的数据符号映射到各个子载波上。因此，一个周 期内的o f d m 符号可以表示为： r 一11 s ( f ) = r e 码聊f ( r 一一) e x p j 2 z r f ( t - ) 】 f i f s + 丁式( 2 1 ) l l 主uj j o ) = 0t r + 式( 2 2 ) 其中，表示子载波的个数，丁表示o f d m 符号的持续时间( 周期) ，d i 是 分配给子信道f 的已调制数据符号，无是第f 个子载波的载波频率，矩形函数 r e c t ( t ) = 1 ( h 形) ，乞表示o f d m 符号的开始时刻。 图2 1 给出了o f d m 系统基本模型框架【7 1 ，其中z = 以+ 群。o f d m 符号经 过信道后，接收端利用子载波之间的正交性恢复出各个子载波上的原始符号数据， 完成子载波的解调。 鱼b s p珏 e ，哪 +盥目 p s 乌知 e 一4 ，一i ， - 杰- 丽如 图2 1o f d m 系统基本模型框图 4 重庆邮电大学硕士论文第二章l t e 系统概述及连接模式介绍 2 1 2m i m o 技术 m i m o ( m u l t i i n p u tm u l t i o u t p u t ) 技术【8 1 是利用空间信道的弱相关性，结 合时间和频率上的选择性，目的是提高信道传输的可靠性，改善接受信号的 信噪比。同时，结合其他技术改善信道容量。 多天线接收机利用空时编码处理能够分开并解码数据子流，从而实现最佳的 处理。若各发射接收天线间的通道响应独立，则多输入多输出系统可以创造出多 个并行空间信道；通过这些并行空间信道独立地传输信息，数据速率必然可以提 高。m i m o 将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化，从而实现高的 通信容量和频谱利用率。这是一种近于最优的空域时域联合的分集和干扰对消处 理。当功率和带宽固定时，多入多出系统的最大容量或容量上限随最小天线数的 增加而线性增加。而在同样条件下，在接收端或发射端采用多天线或天线阵列的 普通智能天线系统，其容量仅随天线数的对数增加而增加。 2 1 3 高阶调制技术 l t e 在下行方向采用q p s k 、1 6 q a m 和6 4 q a m ，在上行方向采用q p s k 和 1 6 q a m 。高峰值传送速率【9 】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 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 6 4 q a m 高阶调制。 6 4 q a m 的频谱利用率高，但是其归一化比特信噪比与q p s k 相比降低了很多， 即频谱利用率的提高是在牺牲信噪比和可靠性的前提下获得的。采用6 4 q a m 从信 道利用率的角度看，可以将信道利用率提高6 0 ，在以高速数据传输为主要目的 l t e 中，是一个很好的解决方案。不过，6 4 q a m 频谱利用率的提高势必要损失一 些抗干扰能力，为达到相同的误码性能需要增加归一化信噪比，设备复杂性和设 备成本将增加。 2 2l t e 系统物理层帧结构 2 2 1 帧结构 3 g p pl t e 定义一个无线帧长度为1 0 m s ，系统的帧结构【1 0 】如图2 2 所示，每 个无线帧由两个时长为5 m s 的半帧组成。每个半帧由8 个时长为0 s r n s 的时隙和 三个特殊的域( d w p t s ，g p 和u p p t s ) 组成。d w p t s ，g p 和u p p t s 的总时长为 l r r m 。子帧1 和子帧6 包含d w p t s ，g p 和o p p t s 。其余的子帧都由两个时隙构成， 5 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 系统概述及连接模式介绍 例如子帧i 由时隙2 i 和2 i + 1 构成。 。，- ，- ，一 手帧oi 子；帧2i 孚帧3i寻帧4孚帧5；i寻帧7寻帧8孚帧9 图2 2l t e 物理层帧结构 l t e 上下行子帧配置如表2 1 所示，其中子帧0 、5 和d w p t s 用于下行传输。 用于下行传输的子帧和用于上行传输的子帧之间由一个上下行转换点分开。上下 行转换点的周期可以为5 m s ，也可以为1 0 m s 。对于5 m s 的上下行转换点周期， u p p t s 和子帧2 、7 用于上行传输。对于1 0 m s 的上下行转换点周期，d w p t s 存在 于一个无线帧的两个半帧中，而g p 和u p p t s 只存在于第一个半帧中，d w p t s 在 第二个半帧中的持续时间为i m s 。u p p t s 和子帧2 用于上行传输，子帧7 到9 用 于下行传输。 表2 1u 电上下行配置 上下行上下行切子帧号 配置 换周期 0123456789 05m sdsuuudsuuu 15m sdsuuddsuud 25m s dsu dddsudd 31 0m sdsuuuddddd 41 0m sdsuudddddd 51 0m sds u ddddddd 65m sdsuuudsuud 2 2 2 下行时隙结构 每个时隙的发送信号用培砖个子载波和墙个o f d m 符号组成的资源格 6 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 系统概述及连接模式介绍 描述，其中罐表示下行链路中资源块的个数，磴表示频域资源块大小，即每个 资源块包含的子载波数：州d 岫l 表示下行时隙中的o f d m 符号数。一个物理资源块 定义为州d 岫l 个连续的时域o f d m 符号和艘个连续的频域子载波，所以一个物理 资源块由淼d l 蜉个资源单元组成。资源格的结构t l o l 如图2 3 所示。资源格中的 每个单元被称为资源单元，在一个时隙中用( 七，) 对其进行唯一标识，七和，分别表 示频域和时域的索引，其中后= o ，罐硭一l ，= o ，州一1 。天线口p 上的 ( 七，) 资源单元用复数c l ( p ，) 表示，若不会产生混淆，或者没有特别指定天线口，可 以将上标p 去掉。 一个下行时隙互h 卜 资源单元 兹6 “o f d m 符号 图2 3 下行资源格结构 一个时隙中的o f d m 符号数决定于循环前缀长度和子载波间隔结构，在表2 2 中给出。 表2 2 物理资源块参数 配置n 警墙 普通循环前缀 鹭= 1 5 k h z 7 1 2 v = 1 5 u z 6 扩展循环前缀 鲈= 7 5 k h z2 4 3 7 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 系统概述及连接模式介绍 2 3 连接模式介绍 u e 开机后即进入空闲模式【l l 】，在一个小区中读取系统消息，监听寻呼信息， 建立下行同步，通过一个随机接入过程达到上行同步，u e 进入到连接模式。同样， 经过一个连接释放过程，u e 从连接模式回到空闲模式，下图描述了l t e t d d 系 统内状态以及其他系统状态之间的转移图【l l l ： 图2 4l t e 系统状态转移图 连接模式下，网络端与终端间同步已经建立，数据信息得以正常的收发。上 行物理信道【1 2 】主要包括p u s c h ( 物理上行共享信道) ，p u c c h ( 物理上行控制信 道) ，上行参考信号主要包括d m r s ( 解调参考信号) 以及s r s ( 探测参考信号) 。 p u s c h 信道主要用于传输上行数据信息，同时也会传输非周期的控制信息， p u c c h 主要用于传输周期的控制信息，d m r s 只在u e 使用的带宽上传输，主要 用于c n o d e b 端对上行信道进行信道估计，以正确接收上行数据，s r s 会在整个 上行频带跳频，主要用于c n o d c b 端对上行信道环境进行测量，从而对上行资源 进行调度分配。 下行物理信道【1 2 】主要包括p b c h ( 广播信道) ，p d s c h ( 物理下行共享信道) ， p d c c h ( 物理下行控制信道) ，p c f i c h ( 物理控制格式指示信道) 以及p h i c h ( 物理 h a r q 指示信道) 。同时l t e 系统中引入了下行参考信号的概念，该信号不承载高 层数据传输，主要用于l i e 端对下行信道进行信道估计，包括的信号主要有小区专 用参考信号、u e 专用参考信号以及同步参考信号。 根据不同信道功能特点，本文将连接模式分为数据传输流程模块和u e 测试流 程模块。 连接模式数据传输流程设计【1 3 】如下图： 8 重庆邮电大学硕士论文第二章l t e 系统概述及连接模式介绍 1 4 畎一。 配置发送( 第n 帧) p h yc o nd l s c h _ r e q p h u 圳d i 髓h j _ 发i 玎行敦据 发送结束 p h y c o n u l s c h r e q 配置发送( 第m 植) 发送上阡数据 发送结束 p h yc o ni s c hi n d 一一一 图2 5 连接模式数据传输流程图 1 ) 原语p h yc o nu l s c hr e q ：方向：m a c ) d s p ； 作用：连接状态，终端m a c 请求d s p 使用u l s c h 发送数据。 2 ) 原语p h yc o nd l s c h 心d ：方向：d s p 专m a c ； 作用：连接状态，当d s p 解读d l s c h 后，将通过该原语向m a c 指示解读结果。 3 ) 原语p h yc o nd l s c hr e q ：方向：m a c - d s p ； 作用：连接状态，网络端m a c 请求d s p 使用d l s c h 发送数据。 4 ) 原语p h yc o nu l s c hd d ：方向：d s p 专m a c ； 作用：连接状态，当d s p 解读u l s c h 后，将通过该原语向m a c 指示解读结果。 连接模式下u e 测量流程设计如下： u e r r cd s p c p h y _ c o n _ m e a s u r e _ r e q c p h y _ c o nm e a s u r ei n d 图2 6 连接模式u e 测量流程图 1 ) 原语c p h y _ c o n _ m e a s u r e _ r e q 方向：r r c - y d s p ； 作用：连接状态，r r c 请求d s p 测量进行邻小区的测量。d s p 接收到该原语后只 更新邻小区测量列表。 2 ) 原语c p h y c o n m e a s u r e i n d ：方向：d s p - r r c ； 作用：连接状态，d s p 周期向r r c 上报测量结果。 9 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 系统概述及连接模式介绍 2 4 本章小结 本章分析了l t e 中的关键技术及l t e 系统，在此基础上研究了l t e 系统中的 连接模式流程。 在l t e 的关键技术中，本章着重研究了o f d m 技术，对o f d m 的基本原理 和结构框图进行了详细分析，然后分析l t e 系统的物理层帧结构、上下行子帧配 置以及下行时隙结构，最后对连接模式下的各个流程进行研究。 1 0 重庆邮电大学硕士论文 第三章l t e 下行链路信道估计 第三章l t e 下行链路信道估计 理论分析和实地测量均表明，无线信号在移动通信信道中的传播是一个复杂 的过程【1 4 】，该过程中既有电波的散射、反射和绕射，还包括复杂的环境及移动终 端的移动对信号传输的影响。这些因素的综合作用，使得信号传播在不同的条件 下表现出一种动态差异，性质变化很大，无法找到准确的线性关系，却显现出极 为复杂的小规则性和较强的非线性。接收机接收到的是从多条路径传播来的多个 信号的叠加。多径衰落导致接收信号的幅度、相位和到达时间的剧烈变化，如果 发射机、接收机或周围环境物体之一或全部都在快速移动，接收信号将变得极其 复杂。 为了能在接收端准确的恢复发射端的发送信号，就需要在接收信息时，对信 道的参数进行估计。因此，信道估计【1 5 】是实现无线通信系统的一项关键技术。能 否获得详细的信道信息从而在接收端正确的解调出发射信号，是衡量一个无线通 信系统性能的重要指标。因此，对于信道估计的研究是一项有重要意义的工作。 3 1 下行参考信号 3 1 1 小区专用参考信号的生成及映射 小区专用参考信号【1 0 】【l l 】在支持n o n - m b s f n 发射的小区上的所有下行子帧上 发送。若子帧用于m b s f n 发送，一个子帧中只有前两个o f d m 符号用于发送小 区专用参考信号。 小区专用参考信号序列h ( 朋) 由公式( 3 1 ) 产生： 巧， ( ，1 ) = 去( 1 2 c ( 2 聊) ) + _ ，去( 1 2 e ( 2 m + 1 ) ) m = o ，1 ，2 馏阢一1 式( 3 1 ) y -、f 刀。是一个无线帧内的时隙号，由高层配置，取值范围o 1 9 。 ，是在一个时隙内的o f d m 符号的序号。 c ( i ) 是伪随机序列。伪随机序列的长度是无限的，每次根据需要截取一定长度， 此处取2 ，r m r a x , d l 。 根据公式( 3 2 ) 生成伪随机序列： 重庆邮电大学硕士论文第三章l t e 下行链路信道估计 d ) = b i ( 力+ ，c ) + z 2 ( n + n c ) ) m o d 2 五( 拧+ 3 1 ) = x i ( 疗+ 3 ) + 工l ( n ) ) m o d 2 式( 3 2 ) x 2 0 + 3 0 = b 2 0 + 3 ) + ) r 2 0 + 2 ) + x 2 0 + 1 ) + x 2 ( n ) ) m o d 2 式( 3 2 ) 中，c = 1 6 0 0 ，x ，0 ) 的初始化值为工l ( 0 ) = 1 , x ln ) = o , n = 1 , 2 ，3 0 。 工：o ) 的初始化值由式( 3 3 ) 生成 = 巴x 2 ( i ) 2 = 2 1 0 ( 7 仇+ 1 ) + z + 1 ) ( 2 n o c * t i + 1 ) + 2 昭+ 式( 3 3 ) n 。是一个无线帧内的时隙号，由高层配置，取值范围0 1 9 。 n ，d z , c u 是小区识别号，由高层配置，取值范围0 5 0 3 。 表稚环前缀烛n c v = 佬芸= ： 参考信号序列乃以( m ) 要被映射至复值调制符号口：二) ，口：字用作天线端口p 在时 隙n 。上的参考符号，根据公式( 3 4 ) ： 口：二) = 乃， ( m ) 式( 3 4 ) 其中： k = l = v s h i t t ) m o d 6 3i fp o ，1 i fp 2 ，3 m = 0 , 1 ，2 恶一1 m = m + 譬一一磁 1 1 0 盛朋。n 器+ l l o 1 变量，和是不同参考信号的频域位置，v 由下式给出： 0 3 3 0 3 ( n 。m o d 2 ) 3 + 3 ( n 。m o d 2 ) i f p = 0 a n d l = 0 i fp = 0a n d l 0 i f p = 1a n d ，= 0 i f p = 1a n d z 0 i f p = 2 i f p = 3 小区专用频移为：矗= n ，m g m o d 6 上式中：n 。是一个无线帧内的时隙号，由高层配置，取值范围o 1 9 。 磁是小区识别号，由高层配置，取值范围o 5 0 3 。 盎表示一个时隙中的。胁m 符号数，在本文中我们只考虑普通循 环前缀，取值为7 。 1 2 + 。西墨 + m q ，o r，一、。l 重庆邮电大学硕士论文第三章l t e 下行链路信道估计 础表示分配的下行资源块数，由高层分配，取值范围6 ，1 5 ，2 5 ，5 0 ，7 5 ， 1 0 0 。 嚣阢表示最大的下行资源块数，取值1 1 0 。 映射的具体流程为t a 先根据天线端1 2 1 p 的值确定在时域上为哪些符号，即 z = o ，蠕。孑然凳 加射 即当天线端口为0 ，1 时，时域上为第0 和第4 个o f d m 符号，当天线端口为2 ，3 时，为第1 个o f d m 符号。 b 根据所分配的带宽，确定川，m 7 的值，再根据p 和，的值，确定v 的值，然后 带入后= 6 删+ o + 瓣) m o d 6 中，得出频域上的映射位置。 根据上述定义，图3 1 指明了用于参考信号发射的资源元素。符号尺。用于指明 资源元素( 用于在天线端i z i p 的参考信号) 。当给定小区号和下行资源块时，可计 算如图3 1 所示。 l4 4 l l ：j 二传j 蠢 i 住袖参：学俯号 盛圈圜圈 l “ 筠墼眩噬盘丝丛瞧 丸媲t - i i _- q 垡筮丝整一盘筮盟整 尺i ! i i 2 图3 1 小区专用参考信号映射( 普通循环前缀) 1 3 l 。一 。 毯墼刿毽垒墼鲢睦 武 - 丑l j ) 重庆邮电大学硕士论文 第三章l t e 下行链路信道估计 3 1 2u e 专用参考信号的生成及映射 u e 专用参考信号【1 0 】【1 1 1 用于支持p d s c h 单天线端e l 发送，且在天线端1 ：1 5 上发 送。l i e 专用参考信号只在对应于p d s c h 映射的资源块上映射。 u e 专用参考信号序列r