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独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人 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他教育机构的学位 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， 本人签名： 垂篷煎 本人签名： 垂瑟监 本人承担一切相关责任。 日期：兰! 丝垒i 鱼丝a 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。 北京邮电大学硕士学位论文基于虚拟分层小区结构的小区问干扰协调方案 基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调方案 摘要 长期演进计划( l t e ) 是3 g p p 组织的下一代移动通信网络的标准化 演进计划。目前，l t e 系统使用正交频分多址接入技术( o f d m a ) 和多入 多出技术( m i m o ) 以消除多径衰落和干扰造成的影响。由于在o f d m a 技 术中，用户信息由不同的子载波承载，因此用户受到的小区内干扰大大 减弱，用户受到的干扰主要来自邻小区。而且，位于小区边缘的用户将 受到更为恶劣的邻小区干扰。在同频布网时，小区间干扰将严重降低小 区的吞吐量尤其是边缘区域的吞吐量，并将导致边缘用户通信质量的下 降。 为了解决这一问题，3 g p pl t e 组织提出了小区间干扰协调技术，这 项技术通过对小区的某些频率资源进行某种限制，减少本小区对相邻小 区在该频率上的干扰，从而抑制小区间同频干扰，提高相邻小区在这些 频率资源上的载干比以及小区的边缘数据速率和覆盖。但是，现有的小 区间干扰协调方案存在小区边缘频谱利用率低和对高速移动用户支持性 差的问题。 因此，本文提出了基于虚拟小区分层结构的小区间干扰协调技术。 该方案将小区结构虚拟为两层，分别为高速用户和低速用户服务。该方 案实现了在小区边界负载不均匀和用户高速移动的情况下，提高边缘小 区的频谱利用率并且支持小区用户的高移动性。本文设计并实现了l t e 系统小区间干扰协调技术仿真平台。通过该平台，新方案的性能得以验 证。仿真结果显示，新的方案可以提高小区边缘用户的频谱资源利用率 并降低用户的资源重分配频率，提升了用户通信质量和l t e 系统的整体 性能。 关键词：长期演进计划正交频分多址接入小区间干扰协调 虚拟分层小区 北京邮电大学硕士学位论文 基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调方案 a ni n t e r c e l li n t e r f e r e n c e c o o r d i n a = i i o ns a m 弧位b a s e do nv 哏n ，a i ， h 匝m 讯c m c a lc e l ls t r i 坨n 瓜e a b s t r a c t 弧e3g p pl o n gt e r m e v o l u t i o n ( l t e ) i s i nt h e p r o c e s s o f s t a n d a r d i z a t i o nf o rt h en e x t - g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k 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 ea c c e s s ( o f d m a ) a n dm u l t i p l e i n p u t m u l t i p l e o u t p u t ( m i m o ) t e c h n o l o g i e sh a v eb e e np r o p o s e df o r t h ems y s t e m i no r d e rt oc o p ew i t hm u l t i p a t hf a d i n ga n di n t e r f e r e n c ei m p a i r m e n t s a s d i f f e r e n to r t h o g o n a ls u b c a r r i e r sb e a rt h eu s e ri n f o r m a t i o ni no f d m a t h e b a s es t a t i o n s u f f e r sl i m i t e di n t r a - c e l l i n t e r f e r e n c e 1 1 m s t h em a j o r i n t e r f e r e n c e sc o m ef r o mo t h e rc e l l s t h eu s e r sa tt h ee d g eo fac e l ls u f f e r m o r es e r i o u si n t e r f e r e n c ef r o mt h en e i g h b o rc e l l s t h e r e f o r e ，i tw i l ld e c r e a s e t h eo v e r a l lt h r o u g h p u to ft h ec e l lw i t ho f d 【at e c h n o l o g yw h e na l lc e l l s s h a r et h es a m ef r e q u e n c yb a n d a d d i t i o n a l l y , t h eu s e r sa tt h ec e l le d g ew i l lb e s e r v e dw i mp o o rq u a l i t y , a n dt h et h r o u g h p u ta tt h ec e l l e d g ew i l la l s o d e c r e a s e 3 g p pm p r o p o s 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 n ( i c i c ) t e c h n i q u e t ol i m i t i n gt h ei n t e r - c e l li n t e r f e r e n c e ，n l ec o r ei d e ao ft h i s t e c h n i q u ei st oa c h i e v ea ne 伍c i e n tm a n a g e m e n tm e a n sf o rt h ea v a i l a b l e s u b c a r r i e rr e s o u r c e si nt h ec e l l s b ym e a n so fr e s t r i c t i n gf r e q u e n c yr e s o u r c e s t od i f f e r e n tg r o u p s ，t h ei n t e r f e r e n c et ot h en e i g h b o rc e l lw i l lb er e s t r a i n e d ；i n a d d i t i o n ，i tw i l lh a v ee n h a n c e m e n t so nc a r r i e r - i n t e r f e r e n c er a t i o ( c u ， t h r o u g h p u ta n dc o v e r a g ea tt h ec e l le d g e h o w e v e r , t h ee x i s t i n gi n t e r f e r e n c e c o o r d i n a t i o ns c h e m e sh a v el o ws p e c t r u mu t i l i z a t i o na tc e l le d g ea n dh a v ea p o o rs u p p o r tt oh i g h - s p e e du s e r s t h e r e f o r e ，ai 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 ns c h e m eb a s e do nv i r t u a l i i 北京邮电大学硕士学位论文基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调方案 h i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r e ( v - h c s ) i sp r o p o s e di nt h i sp a p e r 田1 en e ws c h e m e i sc o m p o s e do ft w oi a y e r si n t e r f e r e n c ec o o r d i n a t i o ns c h e m e o n el a y e ri st h e i n t e r f e r e n c ec o o r d i n a t i o ns c h e m ef o rl o w - s p e e du s o i 一3 。w h i l et h eo t h e rl a y e ri s t h ei n t e r f e r e n c ec o o r d i n a t i o ns c h e m ef o rh i 曲s p e e du s e r s i ti su s e di no r d e r t oi m p r o v et h ec e l le d g es p e c t r u mu t i l i z a t i o na n dt h eo v e r a l lo f d m a s y s t e m p e r f o r m a n c ef o ru s e r sw i t hh i g hm o v i n gs p e e d t h i sp a p e rd e s i g n sa n d c o m p l e t e st h emi c i cs y s t e ml e v e ls i m u l a t i o np l a t f o r r n b a s e do nt h e p l a t f o i t n t h en e wi c i cs c h e m ep e r f o r m a n c ei s e v a l u a t e db ys i m u l a t i o n a n a l y s i s t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w st h a tt h en e ws c h e m ec a ni m p r o v e t h r o u g h p u ta t t h ec e l le d g ea n dr e d u c et h er e s o u r c er e a l l o c a t i o nt i m e s ， e n h a n c et h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m k e y w o r d s ：l t e ，o f d m a ，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 n ，v - h c s i i l 北京邮电大学硕士学位论文 基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调方案 目录 第一章绪论1 1 13 g p pl t e 系统概述1 1 1 1l t e 系统发展背景蚋】1 1 i 2l t e 技术目标2 1 2 干扰信号的类型3 1 3论文的研究意义4 1 4 本文的主要工作和内容安排5 第二章l t e 系统关键技术7 2 1 l t e 系统帧结构7 2 2 l t e 系统物理信道9 2 3 l t e 系统物理层工作过程1 0 2 4 l t e 系统多址接入技术n 1 1 町嘲1 1 2 4 il t e 系统上行多址技术1 2 2 4 2l t e 系统下行多址技术1 2 2 5本章小结1 5 第三章基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调技术1 6 3 1l t e 系统小区间干扰1 6 3 2 l t e 小区间干扰抑制技术1 7 3 2 1 小区间干扰随机化技术1 7 3 2 2 小区间干扰消除技术1 7 3 2 3 小区间干扰协调技术1 8 3 3两种典型小区间干扰协调技术1 8 3 3 1 软频率复用方案1 8 3 3 2 部分频率复用方案1 9 3 4 现有方案的不足1 9 3 4 i 小区边缘频谱利用率2 0 3 4 2 小区用户资源重分配问题2 1 3 5基于虚拟分层小区结构的i c l c 技术2 3 i v 北京邮电大学硕士学位论文基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调方案 3 5 1 小区可用频谱资源分配2 3 3 5 2 低速用户干扰协调方案2 5 3 5 3 高速用户干扰协调方案2 5 3 5 4v - h c s 方案的边缘频谱效率和资源重分配次数2 6 3 6本章小结2 7 第四章仿真设计与验证分析2 8 4 1仿真设计基础2 8 4 1 1 系统级仿真技术2 8 4 1 2 仿真工具2 9 4 2仿真模型设计3 0 4 2 1 系统建模3 0 4 2 2l t e 系统i c i c 仿真平台3 l 4 2 3 平台主要参数和主要模块3 2 4 3仿真结果分析，3 8 4 4本章小结4 2 第五章结束语4 3 5 1 论文工作总结4 3 5 2今后研究展望4 3 参考文献4 5 致谢4 8 攻读学位期间发表的学术论文目录4 9 v 北京邮电大学硕士学位论文 基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调方案 _ 一一_ 1 13 g p pl t e 系统概述 第一章绪论 2 0 0 4 年年底，正当全球微波接入互操作( w o r l di n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v e a c c e s s ，w i m a x ) 迅猛发展之时，第3 代合作伙伴计划( 3 珂g e n e r a t i o np a r t n e r s h i p p r o j e c t ，3 g p p ) 也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 s s 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。这项受人瞩目 的技术和第3 代合作伙伴技术2 ( 3 珂g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t2 ，3 g p p 2 ) 的超移 动宽带( u l t r am o b i l eb m a d b m d ，啪) 技术被统称为“演进型3 g 一( e v o l v e d3 g ， e 3 g ) 。但l t e 这种以正交频分复用( o f d m ) 为核心的技术，与其说是3 g 技术的 演进，不如说是3 g 技术的革命，由于已经具有某些4 g 通信技术的特征，甚至可以 被看作“准4 g 技术。【l 】 1 1 1 l t e 系统发展背景洲 在第三代移动通信发展的道路上，3 g p p 作为最主要的标准化组织，成功推出了 w c d m a 、t d s c d m a 的一系列标准。为了适应人们对数据业务需求的不断增长， 3 g p p 的标准已经从最初的r 9 9 发展到r 4 、r 5 、r 6 、r 7 。通过各个版本的不断改进， 在5 m h z 的范围内，3 g 增强型技术高速下行分组数据接入( h i g l ls p e e dd o w n l i n k p a c k e t a c c e s s ，h s d p a ) 已经实现了峰值约为l o m b i f f s 的系统吞吐量，为不同类型的 各种业务在空中接口上提供了强而有力的支持。在标准的产业化上，基于各个版本的 w c d m a 、t d s c d m a 系统也已经或即将走入商用，可以说3 g p p 组织为全球的第 三代移动通信产业做出了巨大的贡献。 另一方面，随着无线宽带接入技术，特别是带有移动性的w i m a x 8 0 2 1 6 无线城 域网技术的逐渐普及和广泛应用，使得各种宽带无线技术开始显现其便利性和发展优 势。从技术的角度来看，8 0 2 1 6 、3 g 增强型技术和b 3 g ( b e y o n d3 0 ) 所采用的关键 技术有很多类似之处，目的也有一些重叠。3 g 显然由于其成熟性和现有庞大的网络 将仍然占据绝对主导地位；而8 0 2 1 6 等宽带无线技术也会随着技术、标准、设备、 第l 页 北京邮电大学硕士学位论文基于虚拟分层小区结构的小区问干扰协调方案 频谱资源和应用定位的逐渐成熟而拥有广泛的应用前景。从数据业务等方面的能力来 看，w i m a x 正成为3 g 和3 g 增强型技术的最大威胁。 为了提高3 g 在新兴的宽带无线接入市场的竞争力，同时摆脱来自高通公司的 c d m a 专利制约，部分移动运营商和设备提供商积极展开了对3 g 长期演进技术的研 究工作。在2 0 0 4 年1 2 月召开的3 g p pr a n 第2 6 次全会上，3 g p p 正式通过了关于 u t r a 长期演迸研究( l o n gt e r me v o l u t i o n ，l t e ) 的立项。这种以正交频分复用 ( 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 ) 为核心的技术，与其说是3 g 技术的演进不如说是革命，它甚至可以被看作准4 g 技术。 自2 0 0 4 年1 1 月启动l t e 项目以来，3 g p p 以频繁的会议全力推进l t e 的研究工 作。仅半年就完成了需求的制定，在2 0 0 6 年9 月完成了研究阶段( s t u d yi t e m ，s i ) 的工作；2 0 0 8 年年底基本完成工作阶段( w b r ki t e m ，w i ) 的标准制定工作，一个初 步的l t e 系统已经逐渐展示在我们眼前。 1 1 2l t e 技术目标 i 凰a ，i 瓜a n 演进的目标是开发具有更高数据传输速率、更低时延和更加优化 的分组接入技术，涉及到的工作包括空中接口l a y l - l a y e r 3 、接入网结构和射频等几 个方面。 l t e 的主要技术目标包括：【5 】 ( 1 ) 提供更高的数据传输速率、频谱利用率和用户吞吐量。可灵活配置1 2 5 m h z 、 2 5 m h z 、5 m h z 、1 0 m h z 、2 0 m h z 带宽，以适应不同用户业务对数据传输速率 的要求。在2 0 m h z 频谱带宽下能够提供下行1 0 0 m b p s 、上行5 0 m b p s 的峰值速 率；下行频谱利用率是r 6 高速下行分组数据接入( h s d p ：a ) 的3 到4 倍，上行 频谱利用率是r 6 高速上行分组接入( h i g hs p e e du p l 触p a c k e ta c c e s s ，h s u p a ) 的2 到3 倍。 ( 2 ) 在保持现在规划的3 g d 区的覆盖范围大致不变的情况下，提高小区边缘 的数据传输比特率。 ( 3 )降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5 m s ；在控制面上，用户从 空闲状态到连接状态的延迟小于1 0 0 m s 。 ( 4 )支持与现有的3 g p p 和非3 g p p 系统的协同操作，支持增强型的广播多播业 务( m u l t i m e d i ab r o a d c a s tm u l f i c a s ts e r v i c e ，m b m s ) 。 ( 5 ) 降低资本支出( c a p i t a le x p e n d i t u r e ，c a p e x ) 和运营支出( o p e r a t i n g 第2 页 北京邮电大学硕士学位论文 基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调方案 e x p e n d i t u r e ，o p e x ) 的成本，实现从r 6u t r a 空口和网络架构的低成本演进。 ( 6 ) 系统和终端具有合理的复杂性、成本和功耗，支持增强的i m s ( i pm u l t i m e d i a s u b s y s t e m ，i p 多媒体子系统) 和核心网，尽可能的向后兼容，但是应该考虑系 统性能提高与向后兼容之间的平衡。 ( 7 )取消了电路交换( c i r c u i ts w i t c h i n g ，c s ) 域，c s 域的业务和其他实时业务 都在包交换( p a c k e ts w i t c h i n g ，p s ) 域实现，有效地支持多种业务类型，特别是 分组域业务( 如v o i p 等) 。 ( 8 ) 小区覆盖半径在5 k m 以下时，应该满足l t e 项目的所有性能要求；对于小于 3 0 k m 的小区覆盖，可以允许一定的性能损失；能够支持1 0 0 k i n 的小区覆盖。 ( 9 ) 支持终端在整个系统范围内的移动性，为低速移动终端提供最优服务，对中 速移动终端实现较高性能，同时支持高速移动终端。 ( 1 0 ) 以尽可能相似的技术支持成对( p a i r e d ) 和非成对( u n p a i r e d ) 频谱，并支持 简单的临频共存。 3 g p p 毫不讳言l t e 项目的启动是为了应对来自“其他无线通信标准一的竞争。 针对w i m a x “低移动性宽带m 接入 的定位，l t e 提出了相应的需求，如相似的 带宽、数据传输率和频谱效率指标，对低移动性进行优化，只支持p s 域，强调广播 多播业务等。同时，出于对v o i p 和在线游戏等业务的重视，l t e 对用户面延迟的要 求近乎苛刻。虽然对于向后兼容的要求似乎模棱两可，但是物理层技术的革命已成定 局。另外，3 g p pl t e 技术路线仍然存在频分双工( f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x ，f d d ) 和时分双工( t i m ed i v i s i o nd u p l e x ，t d d ) 之分。相比之下，t d d 模式下的频谱分 配更加灵活；f d d 不仅需要成对的频谱，更需要足够的双工间隔。 1 2 干扰信号的类型 蜂窝移动通信系统又称为小区制移动通信系统，其基本原理是将需要服务的大服 务区分成若干蜂窝状的小区，每个小区设一个无线基地站，小区范围大小一般半径为 1 5 1 5 k m 。由于移动电话处于运动中，而且经常处于楼宇之间或复杂地形，电场强度 变化非常复杂，既有噪声干扰，又有衰减甚至延迟；加之如今网络规模、网络容量不 断扩大，新技术的更新及应用，频率使用日益拥挤，且电波的反射和衍射，使得移动 通信系统中的干扰问题不容忽视。它不仅影响用户的性能，且影响网络的正常运行， 因此，抗干扰成为移动通信系统十分重视的一个研究问题。 常见的干扰信号主要分为以下几种类型嘲： 第3 页 北京邮电大学硕士学位论文基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调方案 ( 1 ) 同频干扰 在蜂窝移动通信中广泛采用频率复用，在频分信道体制中，每个小区分配一组载 波频率，为避免相邻小区间产生干扰，各小区的载波频率不应该相同。但是因为频率 资源有限，当小区覆盖范围不断扩大而且数目不断增加时，将出现资源频率不足的问 题。为了提高频率资源利用率，将若干个小区组成一个区群( c l u s t e r ) ，区群内不同 的小区使用不同的频率，另一区群对应小区可重复使用相同频率。这样，不同区群之 间的相同频率小区之间将产生同频干扰。当两同频小区间距足够大时，同频干扰将不 影响正常的通信质量。然而，当系统覆盖区内的部分地区业务量增长时( 如在市中心) ， 要将该部分的蜂窝小区分裂成多个小区，有限的频率资源通过缩小同频复用距离使单 位面积的频道数增多，从而增大系统容量。但此时同频干扰将不容忽视。 ( 2 )邻频干扰 邻频干扰是指相邻或相近的频道间的干扰，即指干扰台邻频道功率接收机通带内 造成的干扰。邻频干扰由发射机和接收机的非理想性所引起，主要取决于接收机的预 检滤波相应、接收机中频滤波器的选择。合理利用天线的空间隔离是一种抑制邻频干 扰的有效手段。 ( 3 )互调干扰 当两个或多个信号同时进入非线性器件时，由于器件的非线性作用，将产生谐波 和组合频率分量，其中与所需频率相同或相近的组合频率分量会顺利通过接收机而形 成干扰，称为互调干扰。互调干扰主要分为发射机互调、接收机互调及外部效应引起 的互调。 在本文中将主要考虑如何消除同频干扰。 1 3 论文的研究意义 l t e 在下行选用o f d m a 接入方式使小区内的用户信息承载在相互正交的不同 载波上，小区内干扰非常小，因此用户受到的干扰主要来自其他小区的同频干扰。对 于小区边缘的用户，相邻小区占用同样载波资源的用户对其干扰比较大，加之本身距 离基站较远，其载干比较小。小区中心的用户到基站的距离较近，且外小区的干扰源 距该用户较远，因而该用户接收到的干扰信号强度相比于小区边缘用户小，其载干比 相对较大。通过分析以上两种情况可以发现，在同频布网的情况下，采用o f d m 技 术虽然可以提高小区整体的吞吐量，但是会加剧各小区同频子载波间的干扰，从而导 致严重的小区间干扰问题，从而致使小区边缘的用户服务质量差，吞吐量较低。 第4 页 北京邮电大学硕士学位论文 基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调方案 针对这一问题，l t e 中重点提出- f d , 区间干扰抑制技术。小区间干扰协调技术是 一项重要的小区间干扰抑制技术。其核心思想是对小区的可用频率资源进行规划。通 过对小区的某些频率资源进行某种限制，减少本小区对相邻小区在该频率上的干扰， 并提高相邻小区在这些频率资源上的信噪比以及小区的边缘数据速率和覆盖。 本文以小区间干扰协调技术作为研究内容，针对目前提出的小区间干扰协调技术 中存在的问题，提出一种基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调技术。新方案的核 心思想在于将小区结构虚拟为两层，分别为高速移动用户和低速移动用户服务。其目 的是要实现在小区边界负载不均匀和用户高速移动的情况下，有效抑制小区间干扰， 提高边缘小区的频谱利用率，提高对小区用户高移动性的支持。 1 4本文的主要工作和内容安排 本人参与了法国电信北京研发中心“l t et d d f d d 系统的共存分析和无线资源 管理算法研究 项目的申请书的撰写和项目研发工作，并依托于此项目，本人进行了 研究。本人主要的工作分为： 1 学习l t e 系统的协议标准，对现有l t e 小区间干扰协调技术进行了研究， 并提出了一项基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调技术的专利，目前 处于公司保密阶段。 2 设计并实现l t e 系统级的仿真平台，对新提出的干扰协调方案进行仿真验 证，本人负责仿真平台的总体设计，仿真平台中大部分重要模块的设计以 及代码编写工作。 本论文共分为五章，各章内容安排如下： 第一章本章简单回顾了l t e 系统的发展背景和移动通信系统中的干扰信号分类， 说明了论文所作的工作和论文结构。 第二章本章主要介绍了l t e 系统的物理层关键技术，本文的研究主要依据3 g p p 3 6 系列协议，首先介绍了l t e 的上、下行多址接入方案，之后介绍了l t e 的帧结构和物理信道特点。 第三章本章是全文的核心章节，提出新的小区间干扰协调方案。第l 节分析了l t e 的小区间干扰的形成；第2 、3 节提出了l t e 小区间干扰抑制技术，并对 其中干扰协调技术进行了概述；第4 、5 节介绍了现有的典型干扰协调技术， 归纳了现有方案的问题；第6 节中提出了基于虚拟分层的小区间干扰协调 技术。 第5 页 北京邮电大学硕士学位论文基于虚拟分层小区结构的小区问干扰协调方案 第四章 第五章 本章论述新小区干扰协调方案的仿真实现以及结果分析。首先介绍了仿真 的基础和开发工具；之后搭建l t e 系统级平台对新方案进行仿真验证。最 后对仿真结果进行分析。 本章总结了毕业设计的全部研究工作，提出了下一步的研究工作方向。 第6 页 北京邮电大学硕士学位论文 基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调方案 第二章l t e 系统关键技术 2 1 l t e 系统帧结构 在物理层规范中，l t e 中时域上所有参数都以t s = 1 1 5 0 0 0 2 0 4 8 = 1 3 0 7 2 0 0 0 0 秒为单位。l t e 支持两种基本的工作模式，即频分双工( f d d ) 和时分双工( r d d ) ； 支持两种不同的无线帧结构即t y p e l 帧结构和t y p e 2 帧结构，它们的帧长度均为t f = 3 0 7 2 0 0 t s = 1 0 m s ，前者适用于f d d 工作模式，后者适用于t d d 模式。【7 】【8 】【9 】 ( 1 )帧结构类型l 帧结构类型l 适用于全双工和半双工的f d d 模式。每一个无线帧长度为l o r r m ， 由2 0 个时隙构成，每一个时隙的长度为t s t 饿= 15 3 6 0 * t i = 0 5 m s 。这些时隙分别编号 为o 1 9 。一个子帧定义为两个相邻的时隙，其中第i 个子帧由第2 i 个和第2 i + 1 个时 隙构成，如图2 1 所示。对于f d d 模式，在每一个1 0 m s 中，有1 0 个子帧可以用于 下行传输，并且有1 0 个子帧可以用于上行传输，上下行传输在频域上进行分开。 1 时骧- 乙。l 锄旺= 0 3 t i n 图2 - 1l t e 帧结构类型1 ( 2 ) 帧结构类型2 帧结构类型2 适用于t d d 模式。每一个无线帧由两个半帧构成，每一个半帧长 度为5 m s 。每一个半帧又由8 个常规时隙和d w p t s 、g p 和u p p t s 三个特殊时隙构 成。1 个常规时隙的长度为0 5 m s 。d w p t s 和u p p t s 的长度是可配置的，并且要求 d w p t s 、g p 和u p p t s 的总长度等于l m s 。子帧l 包含d w p t s 、g p 以及u p p t s ， 子帧6 在表2 1 所列的配置o 、l 、2 和6 中包含d w p t s 、g p 以及u p p t s 。所有其他 子帧包含两个相邻的时隙，其中第i 个子帧由第2 i 个和第2 i + 1 个时隙构成，如图2 - 2 所示。 第7 页 北京邮电大学硕士学位论文基于虚拟分层小区结构的小区问干扰协调方案 1 予材1 , 3 0 7 2 0 t s 图2 - 2l t e 帧结构类型2 l t e 支持5 m s 和1 0 r i m 的上下行子帧切换周期。具体的配置参见表2 1 ，其中d 表示用于下行传输的子帧，u 表示用于上行传输的子帧，s 表示包含d w p t s 、g p 以 及u p p t s 的特殊子帧。 子帧0 和子帧5 以及d w p t s 永远预留为下行传输。 在5 m s 切换周期情况下，u p p t s 、子帧2 和子帧7 预留为上行传输。 在1 0 m s 切换周期情况下，d w p t s 在两个半帧中都存在，但是g p 和u p p t s 只 在第一个半帧中存在，在第二个半帧中的d w p t s 长度为l m s 。u p p t s 和子帧2 预留 为上行传输，子帧7 和子帧9 预留为下行传输。 表2 - 1l t e 上下行子帧切换点配置 子帧序号 配置切换周期 012356789 05 m sdsuudsuuu l5 m sdsuudsuud 25 m sdsuddsudd 31 0 m sdsuuddddd 41 0 m sdsuu ddddd 5 1 0 m s dsudddddd 在设计o f d m 和s c f d m a 的子载波间隔大小时，除了需要考虑信道条件以外， 还需要考虑具体实现时的相位噪声和多普勒频移所带来的影响。相位噪声是由u e 和 n o d eb 端的本地晶振中随机产生的频率涌动；另外移动台移动时信道频谱发生扩展， 会导致频率发生偏移进而引起同步以及信道估计得不准确，所以在设计子载波间隔的 时候需要分析多普勒频移易引起的系统性能影响。经过综合考虑，l t e 项目采用的 子载波间隔为1 5 k h z ，这是一个相对适中的值，兼顾了系统效率和移动性明显比 w i m a x 系统大。 第8 页 北京邮电大学硕士学位论文 基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调方案 在o f d m 技术中通过引入循环前缀来减小符号间干扰和子载波间干扰，但是如 果系统中存在延时比c p 长度更大的路径或者存在同步误差时会引起子载波上的s n r 损失。但在实际的通信系统中无论如何设计c p 的长度，环境也必将存在大于它的路 径。所以在实际设计c p 的时候，可以在对系统性能的影响许可范围内允许部分具有 大延时的路径超过c p 的长度，这就需要在符号问干扰子载波间干扰和系统性能之间 寻找一个平衡点。为了支持大区域覆盖c p 的长度需要进行调整，而这种调整要尽量 减小对整个物理层方案的修改。 l t e 采用的是保持子载波间隔不变，通过改变每，丌i 中的o f d m 符号数量来满 足不同的c p 需要。协议规定l t e 灵活支持从2 5 m h z 到2 0 m h z 的系统带宽，每种 带宽都对应了一组参数，而针对每套参数又有长、短c p 两种参数。循环前缀的持续 时间为t c p = 4 7 ，1 6 7 诳( 短c p 胀c p ) 。虽然为了支持实时业务，l t e 的最小r n 长度仅为0 5 m s ，但可以动态地调整1 i i ，以便在支持其他业务时避免由于不必要的 m 包分割造成的额外延迟和信令开销。 2 2 l t e 系统物理信道 l t e 定义的物理信道分为上、下行链路两类，上行物理信道包括： t 0 t l 】 物理随机接入信道( p h y s i c a lr a n d o ma c c e s sc h a n n e l ，p r a c h ) 物理上行共享信道( p h y s i c a lu p l i n ks h a r e dc h a n n e l ，p u s c h ) 物理上行控制信道( 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 u c c h ) 下行物理信道包括： 物理下行共享信道( 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 ，p d s c h ) 物理多播信道( p h y s i c a lm u l t i c a s tc h a n n e l ，p m c h ) 物理下行控制信道( 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 ，p d c c h ) 物理广播信道( p h y s i c a lb r o a d c a s tc h a n n e l ，p b c h ) 物理控制格式指示符信道( 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 r c h a n n e l ， p c f i c h ) 物理h a r q 指示符信道( 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 ，p h i c h ) 高层产生的数据在空中接口由传输信道承载，传输信道在物理层上映射到不同的 物理信道，控制信息和物理信道、传输信道和物理信道的映射关系如表2 - 2 所示。 第9 页 北京邮电大学硕士学位论文基于虚拟分层小区结构的小区间干扰协调方案 表2 - 2l t e 物理信道与传输信道的映射关系 控制信息物理信道 上行上行控制信道u l - c c h 物理上行控制信道p u c c h 下行下行控制信道d l - c c h 物理下行控制信道p d c c h 传输信道物理信道 上行共享信道u l - s c h物理上行共享信道p u s c h 上行 随机接入信道r a c h随机随机接入信道p r a c h 下行共享信道d l - s c h物理下行共享信道p d s c h 广播信道b c h物理广播信道p b c h 下行 寻呼信道p c h物理下行共享信道p d s c h 多播信道m c h物理多播信道p m c h 2 3 l t e 系统物理层工作过程 l t e 中物理层工作过程包括【1 2 l ：小区搜索过程、功率控制过程、上行链路同步过 程、随机接入过程、混合自动重传过程。 l t e 中用于小区搜索的信道包括广播信道和同步信道，参考信号中的主同步信 道、辅同步信道，下行参考信号也可用于一部分小区搜索。l i e 通过这些信道和信号 可以获得小区特定信息如小区i d 、小区天线配置情况、网络特定信息、下行系统时 钟和频率同步等。小区搜索的设计主要集中在同步信道的设计和小区序列的设计上， 考虑到小区搜索的复杂性，l t e 项目倾向采用主同步信道进行小区同步，辅同步信道 进行小区标识( i d ) 的检测。在主同步信道采用公共的导频序列，而在辅同步信道上 各小区采用不同的导频序列。其中在小区导频序列的设计中，序列必须兼顾性能和复 杂度要求。目前可供参考的序列码类型包括p n 、z a d e o f f = c h u 、f r a n k 等。 随机接入主要分为同步的随机接入和非同步的随机接入。对于同步的随机接入目 前讨论的还较少。从功能上而言，许多公司都提议要取消同步随机接入的信道，因为 用户的资源请求可以通过很多的传输方式递交给基站，所以没有必要单独设计一个同 步的随机接入信道供同步的用户发送资源请求。非同步随机接入是在u e 还未获得上 行时间同步或丧失同步时，用于向e n o d e b 请求资源分配。在非同步的随机接入中， 物理层首先要从高层获取随机接入信道参数、可用前导、前导发射功率等信息。前导 用于上行时钟对齐和l i e 识别符，系统规定其由z a d o f f = c h u 序列产生。对于物理层来 讲，随机接入包含两个过程：