（通信与信息系统专业论文）ltea中关键技术的研究.pdf

摘要 l t e a d v a n c e d 是下一代移动通信技术i m t - a d v a n c e d ( i m t - a d v a n c e d ： i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n a d v a n c e d ) 的候选技术方案，l t e a d v a n c e d 使 用了许多全新的技术，例如载波聚合( c a r r i e ra g g r e g a t i o n ，c a ) 、上下行多天线增强 ( e n h a n c e du l d l m i m o ) 、多点协作传输( c o o r d i n a t e dm u l t i p o i n t ，c o m p ) 、中继 ( r e l a y ) 、异构网干扰协调增强( e n h a n c e d i n t e r - c e l li n t e r f e r e n c ec o o r d i n a t i o nf o r h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k ) 等关键技术。这些技术增加了l t e a d v a n c e d 小区的系统容量 与信息的传输速率，极大的改善了小区边缘用户的性能，满足未来移动通信系统日益 增加的高速数据业务需求。 第三代合作伙伴计g i j ( 3 g p p ) i e 在对l t e a d v a n c e d 进行标准化，截止到2 0 11 年 1 1 月举行的3 g p pr a n l6 4 次会议，各个公司还没有就相关的标准达成一致， 同时还有很多问题没有相应的解决方案。 本文结合当前标准化的进程，主要讨论l t e a d v a n c e d 系统中的中继( r e l a y ) 与多点协作传输技术( c o m p ) 技术。本文对r e l a y 的讨论主要集中在r e l a y 的 高层，其中包括切换( h a n d o v e r ) 问题，r e l a y 如何接入到移动管理实体( m m e ) 的问题，以及p d c p 子层的头压缩技术。 随后本文讨论了c o m p 技术，详细的介绍了c o m p 的原理以及分类，并通 过仿真验证了c o m p 技术会对系统性能有显著的提高，设计了一种新的可以用 于c o m p 系统的参考信号。最后研究了c o m p 中的有限反馈问题，并结合传统 m i m o 系统中的有限反馈技术，提出了一种新的适用于c o m p 系统中的有限反 馈技术。该技术可以根据系统性能的要求设置合理的门限，以达到减小反馈比 特数的目的。 关键词：l t e a d v a n c e d ，r e l a y ，c o m p ，码本设计，有限反馈 a b s t r a c t l t e a d v a n c e d t e c h n o l o g y i st h ec a n d i d a t e p l a n f o rt h en e x tm o b i l e g e n e r a t i o n i m t - a d v a n c e d ( i m t - a d v a n c e d ： i n t e r n a t i o n a l m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n - a d v a n c e d ) ac o u p l eo fk e yt e c h n o l o g i e sh a v eb e e na d o p t e d ，s u c ha s c a ( c a r r i e ra g g r e g a t i o n ) ，e n h a n c e du l d l m i m o ，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 l a y , e n h a n c e di n t e r - c e l li n t e r f e r e n c ec o o r d i n a t i o nf o rh e t e r o g e n e o u s n e t w o r ka n de t c t h ec a p a c i t ya n dt h ed a t ar a t eo ft h el t e - a d v a n c e dc e l la r ee n h a n c e d d r a m a t i c a l l yw i t ht h eh e l po ft h e s en e wt e c h n o l o g i e s ，a tt h es a m et i m e ，t h e yi m p r o v et h e u s e r sp e r f o r m a n c ew h i c ha r ei nt h ec e l le d g e ，t h u sm e e tt h ei n c r e a s i n gd e m a n do ft h eh i g h d a t as p e e di nt h ef u t u r et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m 3 g p p ( 3 加g r o u pp a r t n e r s h i pp l a n ) i sn o wd o i n gt h er e s e a r c ho ft h el t e - a d v a n c e d s t a n d a r d ，u pt o3 g p pr a n 16 4m e e t i n go nn o v e m b e r , 2 011 ，t h ec o m p a n i e sh a v en o tr e a c h t h ec o n s e n s u sa b o u tt h es t a n d a r d s ，m o r e o v e r , t h e r ea r es o m ei s s u e sw h i c hn e e ds o l v i n g t h i st h e s i si sc o n c e m e dw i t l lt h er e l a ya n dc o m pt e c h n o l o g i e sa n dm a i n l yf o c u so nt h e h i g h e rl a y e rt e c h n i q u e so fr e l a yi n c l u d i n gh a n d o v e rp r o b l e m s ，m m es e l e c t i o np r o b l e m s a n dh e a dc o m p r e s s i o np r o b l e m si nt h ep d c pl a y e r t h e nc o m p t e c h n o l o g yi sd i s c u s s e d ，i n c l u d i n gt h ep r i n c i p l ea n dt h ec a t e g o r yo fc o m p , a n dt h es i m u l a t i o np r o v e st h a tc o m pc a ns i g n i f i c a n t l yi m p r o v et h es y s t e mb e h a v i o r f i n a l l y , t h el i m i t e df e e d b a c ki nc o m pi sc o n c e m e d an o v e lk i n do fm e t h o di sp r o p o s e d b a s e do nt h et r a d i t i o nl i m i t e df e e d b a c ki nm i m os y s t e m w h i c hc a ns e tap r o p e rt h r e s h o l d a c c o r d i n gt ot h es y s t e ma n dd e c r e a s et h el i m i t e df e e d b a c kb i t s k e y w o r d ：l t e - a d v a n c e d ，r e l a y ，c o m p ，c o d e b o o kd e s i g n ，l i m i t e df e e d b a c k 第一章绪论 第一章绪论 随着移动通信技术的发展，人们对通信服务的多样性要求越来越高。传统的移动 通信技术如g s m 提供的服务相对有限，大多数仅支持语音业务或少量的数据业务。 近年来，移动互联网技术广泛的应用在手机以及平板电脑中，使得人们可以随时随地 享受上网的便利，也对传统的通信技术带来巨大的冲击，使其无法满足人们对于大量 数据业务的需求，因此更加先进的第三代移动通信( 3 r dg e n e r a t i o n ) ，第四代移动通 信( 4 t hg e n e r a t i o n ) 技术应运而生。 1 1 研究背景 2 0 世纪8 0 年代，第一代移动通信系统实现了较大规模的商用。第一代移动通信 系统由许多分布在世界各地独立开发的系统组成，例如美国的a m p s 模拟移动电话 系统，欧洲的t a c s 全址通信系统，北欧的n m t 移动电话系统，以及日本和中国香 港地区使用的j - t a c s 全址通信系统，以上所有的通信系统都是模拟通信系统，其特 点是手机终端的成本高，通话质量容易受到外界干扰的影响，提供的服务较为单一。 由于其通话费用高昂，终端携带不便，因此只应用在特定的场合。 随着应用数字技术发展而产生的是第二代移动通信系统，即全球移动通信系统 ( 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 ，g s m ) ，全球范围内的漫游首次变成了可 能。g s m 系统在全球取得了巨大的成功，主要的原因就在于其合作精神。在欧洲电 信标准协会的主持下，一些企业共同协作，通过充分利用这些企业所提供的具有创造 性的专业知识，g s m 成为了一个强有力的可实现互操作的标准，使得g s m 技术在很 长的一段时间内在移动通信领域占有统治性的地位。直到今天，世界上许多手机采用 的仍然是g s m 系统。 进入2 1 世纪后，互联网技术迅猛发展，逐渐渗透到人们生活的每一个角落中。 而无线网络技术的进步，使得人们可以随时随地接入互联网中。为了更好的满足人们 对于多媒体业务的需求，需要开发出新的移动通信标准，这就是第三代移动通信技术。 i t u 早在1 9 8 5 年就提出了第三代移动通信技术概念，最早被命名为f p l m t s ，后在 19 9 6 年更名为i m t - 2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n2 0 0 0 ) 。第三代移动 通信的目标就是实现5 w ，即任何人( w h o e v e r ) 可以在任何时间( w h e n e v e r ) 任何地 点( w h e r e v e r ) 和任何人( w h o m e v e r ) 传递任何信息( w h a t e v e r ) 。1 9 9 2 年世界无线 电大会( w a r c ) 确定了f p l m t s 系统的频谱范围为2 g h z 附近共2 3 0 m h z 。1 9 9 4 2l t e a 中关键技术的研究 年，i t u r 与i t u t 开始合作研究f p l m t s 系统，其中i t u r 负责无线接入技术的 标准化，而i t u t 负责网络的标准化工作【。 同第二代移动通信技术相比，第三代移动通信技术具有明显的优势，其主要特点 为：可以提供在全球范围内进行无缝切换；支持语音，数据，图像，多媒体业务，其 无线接口满足在快速移动条件下1 4 4 k b i t s 的速率，在步行环境下达到3 8 4 k b i t s 的速 率，在室内或是静止的环境下理论上的速率高达2 m b i t s 。与此同时，第三代移动技 术还具有良好的设计一致性，前后向兼容性以及固网的兼容性，不同厂家生产出来的 产品具有良好的技术性与通用性，这些特点都极大的促进了第三代移动通信技术的发 展。 人们的需求总是在不停的增长，而且第三代移动通信的资费相对于传统的蜂窝移 动通信没有明显的优势，所以第三代移动通信技术发展并没有想象中的那样迅速。同 时通用分组无线服务( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，g p r s ) 技术的产生并与第二代移 动通信技术的良好融合，客观上对第三代移动通信技术的发展产生了压力，通用分组 无线服务的数据传输速率可以达到5 6 k b i t s ，在空间环境良好的条件下更是可以达到 1 1 4 k b i t s 的速率，并且资费要比第三代移动通信低廉许多。根据中国移动通信发布的 数据，中国境内截止2 0 1 1 年1 月3 1 日，中国移动的用户总数高达5 8 9 2 8 亿，但其 中的第三代移动通信用户仅有0 2 2 6 3 3 亿，仅占总数的大约二十六分之一1 2 】。运营商 与移动设备厂商把希望放在了第三代移动通信长期演进技术( l o n gt i m ee v o l u t i o n ， l t e ) 上。 面对传统通信技术与其他移动通信如w i m a x ( 8 0 2 1 6 e ) 技术的挑战，第3 代合 作伙伴计划( 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ，3 g p p ) 开始了通用移动通信系统 ( u n i v e r s a lm o b i l et 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 m e v o l u t i o n ，l t e ) 项目。2 0 0 4 年1 1 月，3 g p p 加拿大多伦多“u t r a n 演进”会议收 集了无线接入网r e l 6 版本之后的演进意见。在随后的全体会议上，“演进的u t r a 和u t r a n ”，又称为“l o n gt e r me v o l u t i o n ( l t e ) ，即“3 g 长期演进”的研究项 目得到了二十六个组织的支持，并最终获得通过。3 g p p 希望通过无线接入技术的演 进确保未来1 0 年在移动通信领域的竞争力，在该项目的主持下，l t e 的需求得到完 善和细化。2 0 0 4 年1 2 月3 g p p 雅典会议决定由3 g p pr a n 工作组负责开展l t e 项 目的研究。从2 0 0 4 年1 2 月到2 0 0 6 年6 月份为“s t u d yi t e m ，即为技术可行性研 究阶段，从2 0 0 6 年6 月到2 0 0 7 年6 月为“w o r ki t e m ，即为具体技术规范的撰写 阶段。l t e 工作计划表图1 1 所示。 第一章绪论 表1 1 ：l t e 工作时间计划表1 3 1 标准版本完成时间技术以及功能特性 r e l 9 92 0 0 0 3 w c d m 慷 r e l 42 0 0 1 3t d s c d m a r e l 52 0 0 2 6h s d p a r e l 62 0 0 5 3h s u p a r e l 7 2 0 0 7 1 2h s p a + r e l 82 0 0 8 1 2l t eo f d m 空中接口 s a e 全新i p 核心网 3 gf e m t o c e l l 多载波h s d p a r e l 92 0 0 9 1 2l t e a 可行性研究 s o n mf e m t o c e l l r e l 1 02 0 1 1 3l t e a 标准 四载波h s d p a r e l 1 12 0 1 3 x l t e a 增强技术3 0 项，涉及 r a n l - r a n 5 l t e 从技术标准的角来说，是位于第三代移动通信技术与第四代移动通信技术之 间的一种过渡技术，或者称之为3 9 g 。因此，在i m t 2 0 0 0 标准m 1 4 5 7 完成后，2 0 0 0 年3 月，i t u rw p 8 f 工作组正式成立，其主要任务是考虑i m t 2 0 0 0 的未来发展和 后续演进问题，并进行相关工作的研究。这些工作主要包含两部分内容：对i m t 2 0 0 0 的未来发展( f u t u r ed e v e l o p m e n to f i m t 2 0 0 0 ) 及i m t 2 0 0 0 后续系统( s y s t e mb e y o n d i m t 一2 0 0 0 ) 的研究。在2 0 0 5 年1 0 月在赫尔辛基举行的3 g p p 第1 7 次全会正式将s y s t e m b e y o n di m t 2 0 0 0 命名为i m t a d v a n c e d 。除了i t u 外，目前各个标准化组织也正在 正式或是非正式地开展针对i m t a d v a n c e d 的预研。如i e e e 在2 0 0 6 年1 2 月批准了 8 0 2 1 6 m 的立项申请，此项目将在i e e e8 0 2 1 6 e ( w i m a x 技术) 的基础上开发满足 i m t - a d v a n c e d 需求的技术方案。同时3 g p p 也以独立成员的身份向i t u 提交面向4 g 技术的l t e a d v a n c e d 技术方案。从2 0 0 8 年3 月开始，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，并与i t u 的时间流程紧密结合。3 g p p 已经于2 0 0 8 年9 月i t uw p 5 d 提交了l t e a 的最初版本。 l t e a 的目的是满足未来数年内无线通信市场的需求，满足和超过i m t - a d v a n c e d 的需求，同时还保持对l t e 较好的后向兼容性。为了达到l t e a 需求报告提出的最 小需求：下行峰值速率1 g b t s ，上行峰速率5 0 0 m b i t s ，上下行峰值频谱利用率分别 达到1 5 b i t s h z 和3 0 b i t s h z ，l t e a 中采用了载波聚合( c a r r i e ra g g r e g a t i o n ，c a ) 、 4 l t e - a 中关键技术的研究 上下行多天线增强( e n h a n c e du l d lm i m o ) 、多点协作传输( c o o r d i n a t e d m u l t i - p o i n t ，c o m p ) 、中继( r e l a y ) 、异构网干扰协调增强( e n h a n c e 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 nf o rh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k ) 等关键技术1 4 j 。这些技术增强了 l t e a 小区的系统容量与信息的传输速率，同时极大的改善了小区边缘用户的性能。 本论文结合当今3 g p p 标准化会议与国内i m t - a 推进组会议的相关内容，重点研 究l t e a d v a n c e d 系统中的中继( r e l a y ) 技术与多点协作技术( c o m p ) 。 1 2l t e a d v a n c e d 的中继技术( r e l a y ) 1 2 1r e l a y 在l t e - a 系统中的作用 r e l a y 技术最早出现在r e l 9 标准中，并在r e l 1 0 标准中得到了更加深入的讨论。 其主要作用是提高小区用户的平均吞吐量，特别是提高小区边缘用户的数据传输速 率，用来满足用户对高速数据业务的需求。r e l a y 作为一种低功耗，低成本的传输节 点，可以扩大小区的容量【5 】和增大小区的覆盖范引州。 l t e - a 对于系统的性能要求较高，但l t e a 的频率主要集中在极高频段，例如 挪威，芬兰等北欧国家给l t e a 系统分配的频段为2 3 2 6 g h z ，在如此高的频率上， 数据传输的路径损耗很大，所以在某些小区中需要在基站和用户之间部署中继，对传 输的数据进行放大转发，同时，还可以利用发送分集在数据的接收端实现分集接收， 用来对抗传输过程中的多径干扰，改善用户的接收性能。 中继节点( r e l a yn o d e ，r n ) 接入时与基站相连接，不需要接入到核心网( c o r e n e t w o r k ，c n ) 中。从核心网的角度来看，所有的中继节点与用户都具有相同的功能。 同时，中继节点在部署时具有很强的灵活性，使得运营商可以较为方便的根据实际的 需求进行中继节点的安置。中继节点支持快速组网与自适应业务容量。中继的主要功 能如下【7 】： ( 1 ) 可以有效地提高阴影区域的覆盖，从而极大地提高阴影区域用户的服务质量 q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) ； ( 2 ) 扩展覆盖半径，该办法非常具有吸引力，因为基站的高容量不可能被其覆盖 范围内的所有用户用尽； ( 3 ) 对于不需要永久覆盖的区域或需要快速部署网络的区域。例如在某些大型的 开幕式之前，可以在体育场周围部署一些移动的中继，这样一方面满足的短时间大量 用户的需求，另一方面避免了部署永久基站造成的资源浪费； ( 4 ) 中继与基站之间通常通过无线接口连接，仅在需要大量高质量数据传输的情 况下进行有线连接，这样可以减小基础设施成本。而在很多情况下，这是网络部署的 主要成本。 第一章绪论 ( 5 ) 将标准构造的r n 应用于任何基于m a c 帧的系统可以逐步加强网络的覆盖 区域，也可以节省新接入点( a c c e s sp o i n t ) 的投资，并且任何遵照基于无线m a c 帧 标准的硬件产品均可以使用，而无需任何调整。中继也可以以多跳链路方式扩展单独 a p 的无线覆盖半径。 1 2 2 中继节点的引入对于现有l t e a 标准的影响 中继的引入虽然提高了小区的容量和扩大了小区的覆盖范围，但是也带来了一系 列问题，这些问题的根源是传统小区的核心网一基站一用户的传输模式变为核心网一基 站一中继一用户的模式。此模式最主要的问题就是频域资源的划分，需要通过额外的帧 结构设计和资源调度来实现；同时，中继相当于一个小型的基站，它的部署会对周围 的用户产生干扰，这些都是在中继物理层需要考虑的问题。 中继的引入也会影响l t e - a 系统的高层标准，例如来自宏基站( m a c r ob a s e s t a t i o n ) 与中继节点信号的同步问题，中继节点接入问题，中继与基站间的回程 ( b a c k h a u l ) 链路的干扰问题，资源请求和控制，功率控制，混合自动重传请求( h a r q ) 。 这些过程都要明确是由基站进行控制还是中继节点自己控制。除此之外，最重要的问 题就是中继的引入使得传统的切换方式需要做出较大的修改，这是由于对于用户来 说，中继就是服务基站，用户得不到真正服务基站的信息，因此在切换信息的发送过 程中就会出现错误。 1 2 3r e l a y 的标准化进展 r e l - 1 0 标准中主要定义了两种中继类型：t y p elr e l a y 与t y p e2r e l a y 。t y p e2 r e l a y 没有独立的小区物理i d ，不能产生新的小区，而且对于用户t y p e2r e l a y 是透 明的，用户不知道系统中存在中继；t y p e2r e l a y 在系统中的作用更像一个放大器， 只向用户发送物理层共享信道( p d s c h ) 数据，而不发送物理层控制信道( p d c c h ) 信息。t y p elr e l a y 拥有完善的协议结构，与普通基站具有相同的功能，有独立小区 物理i d ，也具有资源调度，自动重传请求( a r q ) 功能。 目前3 g p p 黜蝌l 会议中讨论的主要内容集中在t y p elr e l a y ，这是由于其相对 完善的功能，可以在最大程度上利用中继优化系统的性能，而且可以在原有基站的标 准上进行较少的修改，实现基站与中继的兼容。t y p elr e l a y 的标准化很快就会结束。 相比较而言，t y p e2r e l a y 从2 0 0 9 年立项到现在，一直都没有得到重视，其标准也只 是停留在理论模型阶段，几乎没有公司对t y p e2r e l a y 的性能进行过深入的仿真分析。 从当今标准化的进程来看，t y p e2r e l a y 方案最终有可能会被3 g p p 放弃。 各个公司如中兴，华为，大唐，阿朗，诺西，爱立信等已经完成了t y p elr e l a y 6 l t e - a 中关键技术的研究 的各项仿真，相关的结论与仿真参数已经写入到标准中。 目前3 g p p 对于t y p e1r e l a y 的物理层内容的讨论主要集中在b a c k h a u l 链路的相 关技术：r p d c c h 的复用方式，是否需要设计r - p h i c h ，回传链路上行h a r q 定 时，b a c k h a u l 子帧的配置，r p d c c h 与r p d s c h 导频的设计等 1 3l t e a d v a n c e d 中多点协作( c o ) 技术 1 3 1c o m p 技术概述 c o m p i 舯】是l t e a 提供的高速数据覆盖，增a n d , 区边缘吞吐量和系统吞吐量的一 种技术。多点是指发射或接收数据来自天线之间距离比较大的天线。c o m p 传输系统 又称为分布式天线系统，在l t e a 系统中这些分布式节点一般为不同的基站或是中 继，这些基站或是中继通过相互之间的协调达到减小小区边缘用户干扰的目的。 c o m p 技术可以分为上行多点接收和下行多点传输。上行多点接收是一个相对比 较广的概念，是指一个用户( u e ) 发送的上行信号被多个基站接收，一般来说，u e 并不需要知道信号是如何被基站接收和处理的，只需要知道与上行信令有关的下行信 令是如何被提供的。下行多点传输的概念与m i m o 系统相似，是指不同基站之间天 线通过协作形成一个虚拟的m i m o ( v i r t u a lm i m o ) 系统。 1 3 2c o m p 技术在l t e a 系统中主要的研究点 ( 1 ) c o m p 的资源映射与参考信号的设计 参考信号( r s ，r e f e r e n c es i g n a l ) 主要用来在接收端进行信道信息的测量。接收 端将接收到的信道信息反馈回发射端形成一个闭环链路，发射端根据反馈回来的信息 设计相应的预编码矩阵，增强系统的性能。因此，参考信号的设计的好坏直接影响到 系统的整体性能。由于传统的通信系统中只有一个发送基站，因此在l t e 的标准设 计中所有的参考信号都是针对单基站进行设计的，这些标准是不可以直接应用在 c o m p 系统中，因此需要对原参考信号的标准进行相应的修改，也要考虑与传统l t e 标准的兼容性。 ( 2 ) c o m p 协作集的选择 c o m p 用户的集合主要可以分为操作集合( c o o p e r a t i n gs e t ) ，测量集合 ( m e a s u r e m e n ts e t ) ，传输集合( t r a n s m i s s i o ns e t ) 。操作集合是指潜在的可以进行 多点协作的用户所组成的集合，测量集合是指用户根据相关准则对于所有协作基站进 行测量的集合，传输集合是指最终参与数据传输基站的集合。这些集合的选取很大程 第一章绪论 7 度上影响了系统的性能。 ( 3 ) c o m p 的传输方式 c o m p 按照传输方式可以划分为联合处理( j o i n tp r o c e s s ，j p ) ，协作调度协作 波束成形( c o o r d i n a t es c h e d u l e c o o r d i n a t eb e a m f o r m i n g ) 。j p 指一个用户由多个协作 基站同时提供服务。c s c b 指通过基站之间的协调减少相邻基站对于本小区用户的干 扰，改善用户的性能，目前这两种方案都得到了较为广泛的讨论。 ( 4 ) c o m p 的用户信息反馈 用户测量到的信道信息需要通过上行链路反馈到基站端，目前的主要反馈方式有 显示反馈( e x p l i c i tf e e d b a c k ) 、隐式反馈( i m p l i c i tf e e d b a c k ) 以及s r s 反馈。 其中显式反馈是指不经任何处理，接收端的用户直接将信息反馈回去。隐式反馈 是指接收端用户将信息进行量化处理后将信息反馈回去。s r s 反馈利用的是信道的上 下行互异性，仅适用于时分多址( t d d ) 系统。 ( 5 ) c o m p 频率分配 在频率分配方面，主要有以下几种策略：静态的频率分配，动态的频率分配以及 半动态的频率分配。静态的频率分配是在网络部署时就对每个小区的频率资源进行划 分，专门预留一部分频率资源用于c o ；动态的频率分配策略，首先每个小区为 c o m p 预留的频率资源是不固定的，其次可供c o m p 使用的频率资源的多少也是按照 一定的准则动态调整的；半动态的分配方案，介于静态与动态之间，首先在网络部署 时划出一块频率资源供c o m p 使用，但是这块频率资源会根据网络及系统的变化进行 自适应的调整。 1 3 3c o m p 的标准化进程 在2 0 1 1 年3 月1 5 1 8 日举行的3 g p pr a n5 1 次全会上，c o m p 正式作为一个 w i ( w o r ki t e m )项i l o 】，这意味着c o m p 的标准化进程将加快，有望在2 0 1 3 年r e l 1 1 冻结前完成初期的标准化工作。 1 4 本文目的及意义 l t e a 系统对l t e 系统的网络进行了优化，r e l a y 可以较好的实现这样的目标。 r e l a y 可以提高局部区域的系统容量，同时可以填补由于地形等因素带来的通信盲区， 因此r e l a y 的研究有着非常重要的意义。本文主要关注r e l a y 高层的信令设计以及接 入和切换流程的优化。 l t e a 系统中c o m p 技术关注小区的平均吞吐量和边缘用户吞吐量这两个性能 8l t e a 中关键技术的研究 指标，通过接收端的预编码算法，很好地消除了小区间的干扰，保证了边缘用户的链 路质量，提升用户的频谱效率。而用户反馈又是其中的关键环节，因此反馈方案的设 计一直是各个公司关注的热点问题。有必要设计合适的反馈开销大小，在保证基站获 得精确的信道信息的前提下，减小反馈开销，提高系统频谱效率。本文在比较当前各 种反馈方案的基础上，分析仿真模型，并对传统的反馈方案进行了改进，在保证基站 获得精确的信道信息的前提下，减小反馈开销。同时，对于c o m p 的参考信号设计进 行了深入的研究。 1 5 内容安排 第一章简要概述l t e a 的关键技术r e l a y 与c o m p 技术，并介绍了当前3 g p p 标准过程中r e l a y 与c o m p 技术的进展。 第二章介绍l t e 与l t e a 系统架构以及物理层，高层相关知识。 第三章主要讨论r e l a y 技术。首先概述r e l a y 标准，包括物理层以及高层内容。 随后主要分析和讨论r e l a y 的引入对于l t e 系统标准的影响，在此基础上提出相应的 解决方法。 第四章主要讨论c o m p 技术。首先概述c o m p 标准与分类，讨论了c o m p 参考 信号的设计问题。 第五章主要研究c o m p 反馈技术，并对现有的反馈技术进行分析，随后提出一种 新的c o m p 系统的反馈技术，并进行仿真。 最后对全文研究内容进行了总结，指出未来r e l a y 与c o m p 的标准化方向，并对 相关问题的进一步研究进行了分析与展望。 第二章l t e l t e a d v a c n c d 概述9 l a y e r3 l a y e r 2 l a y e r1 第二章l t e l t e a d v a n c e d 概述 l o g i c a lc h a n n e l s t r a n s p o r tc h a n n e l s 图2 1l t e l t e - a d v a n c e d 系统空口协议栈框架结构1 1 1 如图2 1 所示，从底层到高层分别为l a y e r1 ( 物理层) ，l a y e r 2 ( 链路层，m a c 层) ，l a y e r3 ( 无线资源管理层，r r c 层) 。l a y e rl 与l a y e r2 之间的圆圈代表了不 同层之间的服务接入点( s a p ) 。物理层向m a c 层提供传输信道。传输信道的定义 是信息怎样通过空口发送。m a c 层向无线链路控制子层( 1 u c ) 提供不同的逻辑信 道，逻辑信道被定义为传输信息的种类。下面将分别对l a y e r1 , 2 ，3 层的相关技术进行 研究。 2 1 1 帧结构 2 1u e 几陋a d v a n c e d 物理层技术 根据3 g p p 物理层标准，上行和下行帧的长度均为r f = 3 0 7 2 0 0 x t s = 1 0 m s ，其中z 为一个时间单位( t i m eu n i t s ) 长度为疋= i l ( 1 5 0 0 0 x 2 0 4 8 ) 秒。 l t e l t e a d v a n c e d 物理帧可以分为两种：t y p e1 应用在频分系统( f d d ) ， t y p e2 应用在时分系统( t d d ) 。 t y p el 型帧结构可以使用在全双工或半双工的f d d 系统。如图2 2 所示，每一 个无线帧的长度都是t f = 3 0 7 2 0 0 x z = 1 0m s ，包含有2 0 个时隙( 编号0 到1 9 ) ，每 个时隙的长度是r f = 1 5 3 6 0 x z = 0 5 m s 。无线帧的另一个重要的定义就是子帧的概念， 子帧是指在帧中连续两个时隙，长度为l m s 。对于t d d 系统，上行传输和下行传输 各有1 0 个子帧，上下行数据在频率上是分开的。在半双工系统中，上下行子帧不能 同时传输。 盟coeojn盘芝lo扫cou l o l t e - a 中关键技术的研究 o n er a d i of r a m e ，t f = 3 0 7 2 0 0 兀= 1 0m s 图2 2t y p e1 型帧结构 t y p e2 型帧应用在时分系统( t d d ) 中。如图2 3 所示，每一个无线帧的长度是 正= 3 0 7 2 0 0 x z = 1 0m s ，每个无线帧包含两个长度为1 5 3 6 0 0 x z = 5i l l s 的半帧。每一 个无线帧包含五个长度为3 0 7 2 0 x z = 1i n s 的子帧。表2 1 所示为d w p t s ，g p 和 u p p t s 子帧的详细配置参数。这些特殊子帧的长度都为3 0 7 2 0 x7 = = 1m s 。 上下行配置支持5 m s 和1 0 m s 的上下行转换周期。在5 m s 的上下行转换周期中， 特殊子帧存在于两个半帧中，在1 0 m s 的转换周期中，特殊子帧存在在前半个帧中。 子帧0 ，5 和d w p t s 通常用作下行数据传输。u p p t s 子帧和紧随其后的特殊子帧通 常用作上行传输。 图2 3 ：t y p e2 型帧结构 表2 1 ：上下行配置参数 u p l i n k - d o w n l i n kd o w n l i n k - t o - u p l i n k s u b f r a m en u m b e r c o n f i g u r a t i o ns w i t c h - p o i n tp e r i o d i c i t y 0l23456789 05m s dsu uu ds uu u 15m sdsuu d ds uu d 25m sdsu d d dsudd 31 0m sdsu u u d d ddd 41 0m s dsuu dd d d d d 51 0m sdsu d d d d d d d 65m s dsuuu dsuud 第二章l t e l t e a d v a c n e d 概述 2 1 2 上行链路 上行传输使用的最小资源单位叫做资源粒子( r e s o u r c ee l e m e n t ，i 垣) ，如图2 4 所示。除了r e ，3 g p p 还定义了资源块( r e s o u r c eb l o c k ，i m ) 的定义，一个r b 包 含若干个r e 。 畜 e 8 d 磊。 掣譬 乏 弓复 之 查 t 量 磊 墅 o n eu p l i n ks l o t 哪u l s c f d m as y m b o l s ( 量，) 图2 4 上行资源栅格 上行物理信道对应于一系列的r e 的集合，用于承载源于高层的信息。共定义了 下述上行物理信道：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 ) ， 物理随机接入信道( p r a c h ) 。 ( 1 ) 资源栅格 一个时隙中传输的信号可以用一个资源栅格来描述，其大小为器增个子载波 和鼬u l 个s c f d m a 符号，如图2 3 所示，器的大小取决于小区中上行传输带宽的 配置，且满足条件：砦u ls 器s 舻仉。其中警u l = 6 和警u l = l1 0 分别表示上 行方向上的最大最小带宽。怒的可用集合由3 g p p 凡蝌4 的具体规范给出。 1 2l t e a 中关键技术的研究 一个时隙中的s c f d m a 符号的个数取决于高层配置的循环前缀长度，如表2 2 所示。 表2 2 资源块参数 配置 n v - b j v s b u l 普通循环前缀 1 27 扩展循环前缀 1 26 ( 2 ) 资源粒子 资源栅格中的最小单元为资源粒子( 1 迮) ，它用唯一的序号对( k ，1 ) 来进行定 义，其中后= o ，器n y 一1 ，1 = o ，s 恤b u l 一1 ，分别为频域和时域信序号。l 也( k ，1 ) 对应的是一个复数口。在一个时隙中没有用于物理信道或是物理信号传输的资源单 元所对应复数将被设置成0 。 ( 3 ) 资源块( r b ) 一个l m 由然。个在时域上连续的s c f d m a 符号以及n y 个在频域上连续的子 载波构成，其中n s u l y m b 和磬的取值如表2 2 所示。这样一个上行资源块包含。u b lx n 。p n 个r e ，在时域上对应于一个时隙，在频域上对应于1 8 0 k h z 。 物理上行共享信道的基带信号产生流程如图2 5 所示，包含如下几个步骤： ( 1 ) 加扰； ( 2 ) 对加扰的比特进行调制，产生复值符号； ( 3 ) 传输预编码，生成复值调制符号； ( 4 ) 对复值调制符符号映射生成r e ； ( 5 ) 为每一个天线端口生成复值时域s c f d m a 信号。 呐棚日9响 2 1 3 下行链路 图2 5 上行物理信道处理流程 最小的下行传输的资源粒子表示为r e 。它的定义同上行链路相同。 下行物理信道对应于一系列资源粒子的集合，用于承载高层的信息。共定义了下 第二章l t e l t e a d v a c n e d 概述 述下行物理信道： ( 1 ) 物理广播下行共享信道( p d s c h ) ( 2 ) 物理广播信道( p b c h ) ( 3 ) 物理多播信道( p m c h ) ( 4 ) 物理控制格式指示信道( p c f i c h ) ( 5 ) 物理下行控制信道( p d c c h ) ( 6 ) 物理h a r q 指示信道( p h i c h ) ( 1 ) 资源栅格 一个时隙中传输的信号可以用一个资源栅格来进行描述，其大小为器磬个子 载波和鼎。个o f d m 符号，如图2 6 所示。盛的大小取决于小区中的下行传输带 宽的配置，并且满足j 曾，d l 嚣学d l ，其中砦d l