（通信与信息系统专业论文）宽带无线网络无线资源管理关键技术研究.pdf

北京邮电大学博士论文独创性( 或创新性) 声明 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，论文中不包含其他入 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，本人承担一切相关责任。 本人签名： 挺迷! 互 日期： 丝! 里：苎：兰芏 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 本人签名： 导师签名： 本授权书。 日期：竺! 翌：皇：翌 日期：边! ! ：z ：f 北京邮电大学博士论文摘要 宽带无线网络无线资源管理关键技术研究 摘要 随着移动互联网的发展，如何利用有限的无线频谱资源提供更高的数 据速率，支持更多的业务服务质量需求，已成为宽带无线网络面临的主要 挑战。“移动宽带化 和“宽带接入移动化 的发展趋势，使宽带无线网 络所采用的关键技术趋于统一，即采用基于正交频分复用( o r t h o g o n a l f 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 ) 的传输技术，正交频分多址 ( 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 ) 或单载波频分 多址( s i n g l ec a r t 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 c c e s s ，s c - f d m a ) 的多 址技术，多入多出( m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t ，m i m o ) 技术以及自 适应调制编码等多种链路自适应技术，从而达到高数据速率和高吞吐量的 要求，同时支持多种业务的q o s 要求。 各种新的关键技术要发挥其最佳性能，必须与高效的无线资源管理技 术相结合。而传统的无线资源管理的很多设计都不是基于这些关键技术的， 因此必须加以改进或重新设计，以达到系统性能的要求。本论文针对基于 o f d m o f d m a 的宽带无线网络，从保障业务多种q o s 要求的角度出发， 对影响q o s 的两种重要机制，即无线资源的调度和分配机制，以及呼叫 接纳控制机制进行了深入的研究，并提出了相应的技术方案。 论文首先分析了宽带无线网络中资源调度的特点，对几种关键因素包 括q o s 要求、无线信道的特点、链路自适应机制等对o f d m 系统无线资 源调度的影响进行了分析。在此基础上，提出了两种基于o f d m a 系统 的具有q o s 保证的调度和资源分配算法。算法一针对用户的q o s 需求和 用户在不同子信道上的性能差异及其分布特性确定调度的优先级，使调度 按照更利于系统吞吐量的顺序进行。在对被调度的用户进行资源分配时， 以首先满足用户的最小q o s 要求为原则，然后再进行最大化系统利用率 的分配。算法二对算法一进行了简化，其调度优先级的确定和资源的分配 仅与q o s 需求和子信道质量本身相关，以牺牲一定的系统吞吐量性能而 北京邮电大学博士论文 摘要 达到降低算法复杂度的目的。仿真验证表明，两种算法都具有多业务环境 下满足业务q o s 需求的能力，同时取得了系统吞吐量与用户公平性的平 衡。 由于调度和资源分配有效工作的前提是要求有良好的呼叫接纳控制 机制将系统内的用户业务量限制在系统容许的范围内。因此论文接下来研 究了宽带无线网络中采用链路自适应机制时的呼叫接纳控制算法。论文在 分析宽带无线网络呼叫接纳控制特点和算法研究现状的基础上，针对基于 o f d m a 的系统，提出了一种考虑用户移动性和自适应调制编码的接纳控 制算法。算法通过将小区分解为多个同心圆的方法，来确定业务对时频资 源的占用量以及为切换用户和调制编码模式改变的用户的资源预留量，在 满足用户q o s 需求的基础上，保证了一定的连接阻塞率和掉话率。 由于传统的呼叫接纳控制算法的性能分析模型均未考虑链路自适应 机制的影响，因此论文最后提出了一种基于排队网络的呼叫接纳控制算法 的分析模型。将用户调制编码方式的改变等效为任务在排队网络中的节点 间的转移，从而将自适应调制编码方式的影响很好地引入到排队网络模型 中。并基于此排队网络模型，对所提的接纳控制算法进行了理论分析，根 据模型求解了阻塞率和掉话率。同时将理论分析的结果与仿真值进行了比 较，验证了模型的适用性。 关键词：宽带无线网络正交频分多址无线资源管理服务质量调度呼 叫接纳控制 北京邮电大学博士论文a b s t r a c t r e s e a r c ho fk e yr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t t e h c n i q u e si nb r o a d b a n dw i r e l e s s n e t w o r k s a b s t r a c t w i t ht h er a p i dp r o g r e s so fm o b i l ei n t e m e t ，i tb e c o m e sa b i gc h a l l e n g et op r o v i d eh i g h e r d a t ar a t e sa n ds u p p o r tv a r i o u sq u a l i t yo fs e r v i c eg u a r a n t e e sw i t h 1 i m i t e dr a d i or e s o u r c e s t h em o b i l ec o m m u n i c a t i o no p e r a t o r sh a v et h et r e n d st od e l i v e rb r o a d b a n ds e r v i c e st ot h e i r s u b s c r i b e r s , w h i l eb r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s ss y s t e m sb e g i nt os u p p o r th i g hs p e e dm o b i l i t y t h e s et a r g e t sl e a dt os e v e r a lk e yt e c h n i q u e st ob ea d o p t e di nb r o a d b a n dw i r e l e s sn e t w o r k s ， w h i c hi n c l u d i n gt h eo 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 ) o rs i n g l e c a r t 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 c c e s s ( s c - r d m a ) ，m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t 删) ，a n dv a r i o u sl i n ka d a p t i v et e c h n i q u e ss u c h 弱a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ( a m c ) i no r d e rt oa c h i e v eh i 曲s y s t e mp e r f o r m a n c ew h e na d o p t i n gt h e s et e c h n i q u e s ，r a d i o r e s o u r c em a n a g e m e n tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l e h o w e v e r , m o s tt r a d i t i o n a lr a d i or e s o u r c e m a n a g e m e n ts c h e m e sa r en o tb a s e do nt h e s en e wt e c h n i q u e s i m p r o v e m e n t so rs o m en e w d e s i g n so fr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t sm u s tb ep r o v i d e dt om e e tt h ed e m a n d so ft h e s y s t e mp e r f o r m a n c e t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h es t u d yo fr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t o fo f d m o f d m a s y s t e m s ，t a k i n gt h eq o sg u a r a n t e e sa st h ek e y , g i v e sat h o r o u g hs t u d y o nt w oi m p o r t a n tq o ss c h e m e s ，i e s c h e d u l i n ga n dr a d i or e s o u r c ea l l o c a t i o ns c h e m e ，a s w e l la sc a l la d m i s s i o nc o n t r o ls c h e m e ，a n dt h ea s s o c i a t e dt e c h n i q u es c h e m e sa r ep r o p o s e d f i r s t ，t h ed i s s e r t a t i o ns t u d i e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fs c h e d u l i n gi nb r o a d b a n dw i r e l e s s n e t w o r k s ，a n dg i v e st h ea n a l y s i so fs e v e r a lk e yi s s u e sw h i c hh a v eg r e a ti m p a c t so nr a d i o r e s o u r c es c h e d u l i n gi n c l u d i n gq o sr e q u i r e m e n t s , w i r e l e s sc h a n n d ，a n dl i n ka d a p t i o n b a s e do nt h i sw o r k , t h ed i s s e r t a t i o np r o p o s e st w oq o s g u a r a n t e e ds c h e d u l i n ga n dr e s o u i c e 北京邮电大学博士论文 a b s t r a c t a l l o c a t i o na l g o r i t h m sf o ro f d m a s y s t e m s t h ef i r s ta l g o r i t h md e t e r m i n a t e st h es c h e d u l i n g p r i o r i t ya c c o r d i n gt ot h eq o sr e q u i r e m e n t so fe a c hu s e r , i t ss i g n a l - t o n o i s e r a t i oo n s u b c h a n n e l sa n dt h e i rd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c st oi m p r o v et h es y s t e mt h r o u g h p u t an e w a l l o c a t i o ns c h e m ei sp r o p o s e dt os a t i s l yt h eq o sr e q u i r e m e n t so fu s e r sa sm u c ha sp o s s i b l e f i r s t ，a n dt om a x i m i z es y s t e mt h r o u g h p u tt h e r e a f t e r t h es e c o n da l g o r i t h mp r o p o s e sa s i m p l i f i e ds c h e m et h a nt h ef i r s to n e t h ed e t e r m i n a t i o no ft h es c h e d u l i n gp r i o r i t yi sr e l a t e d t ot h eq o sr e q u i r e m e n t sa n dt h es u b c h a n n e lq u a l i t i e s i nt h i sw a y , t h es y s t e mt h r o u g h p u ti s s a c r i f i c e ds o a st oa c h i e v el o w e rc o m p u t a t i o n a lc o m p l e x i t yo ft h e a l g o r i t h m t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tb o t ha l g o r i t h m sc a ns a t i s f yt h eq o sr e q u i r e m e n t si nm i x i n g t r a f f i c s ，a n dt h ep e r f o r m a n c ec a nb em a d et o w a r d sac o m p r o m i s eb e t w e e nt h es y s t e m t h r o u g h p u ta n df a i r n e s s t og e tb e t t e rp e r f o r m a n c eo fs c h e d u l i n ga n dr e s o u r c ea l l o c a t i o ns c h e m e ，a l le f f i c i e n t c a l la d m i s s i o nc o n t r o la l g o r i t h mm u s tb ea d o p t e dt ol i m i tt h en u m b e ro fo n g o i n gc a l l si n t h es y s t e m t h ed i s s e r t a t i o nt h e nf o c u s e st h er e s e a r c ho nt h el i n ka d a p t a t i o nb a s e dc a l l a d m i s s i o nc o n t r o la l g o r i t h mf o rb r o a d b a n dw i r e l e s sn e t w o r k s w i t ht h ea n a l y s i so ft h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h ec a l la d m i s s i o nc o n t r o lw h e na d o p t e di nb r o a d b a n dw i r e l e s sn e t w o r k s a n dt h e s t u d i e so ft h er e l a t e dw o r k s , t h ed i s s e r t a t i o np r o p o s e san e wa d m i s s i o nc o n t r o l a l g o r i t h mt a k i n gt h e u s e rm o b i l i t ya n da d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n gs c h e m e si n t o a c c o u n t w h e nt h ec e l li sd e c o m p o s e di n t os e v e r a lc o n c e n t r i cc i r c l e s ，t i m e - f r e q u e n c y r e s o u r c e sr e q u i r e df o rv a r i o u st r a f f i c sc a nb ed e t e r m i n e de a s i l y , w h i l er e s o u r c e sc a nb e r e s e r v e df o rh a n d o f fa n da m cm o d e - c h a n g e dc a l l sa c c o r d i n g l y t h ep r o p o s e da l g o r i t h m c a np r o v i d et h eq o sr e q u i r e m e n t sf o ru s e r sw h i l em a i n t a i n i n gl o wb l o c k i n gp r o b a b i l i t ya n d d r o p p i n gp r o b a b i l i t y t h et r a d i t i o n a lp e r f o r m a n c ea n a l y s i sm o d u l ef o rt h ec a l la d m i s s i o nc o n t r o ld o e sn o t c o n s i d e rt h ei m p a c to ft h el i n ka d a p t a t i o n t h e r e f o r e , t h ed i s s e r t a t i o np r o p o s e s a p e r f o r m a n c em o d u l eb a s e do nq u e u e i n gn e t w o r k sf o rt h ec a l la d m i s s i o nc o n t r o la l g o r i t h m w h e nt h em o d i f i c a t i o no ft h eu s e r s m o d u l a t i o na n dc o d i n gs c h e m e si st r e a t e da st h ej o b s t r a n s m i s s i o nb e t w e e nt h en o d e si nt h eq u e u e i n gn e t w o r k s ，t h ei m p a c to ft h ea d a p t i v e m o d u l a t i o na n dc o d i n gc a nb ei n t r o d u c e di n t ot h eq u e u e i n gn e t w o r k sm o d u l e b a s e do nt h i s p e r f o r m a n c em o d u l e ，t h ep r o p o s ec a l la d m i s s i o nc o n t r o la l g o r i t h mi sa n a l y z e dt od e r i v et h e v 北京邮电大学博士论文 目录 第1 章绪论。 1 1宽带无线网络的发展 1 1 1 宽带无线网络的不同标准体系 1 1 2 宽带无线网络的关键技术 1 2无线资源管理技术的发展 1 3论文的主要工作和结构安排 1 , 4本章的参考文献 第2 章宽带无线网络资源调度算法研究。 2 1宽带无线网络资源调度的特点 2 1 1 支持多种o o s 业务 2 1 2 无线网络中的资源调度 2 2 宽带无线资源调度算法研究现状 2 3 基于o f d m a 系统具有q o s 保证的调度和资源分配算法 2 3 1 系统模型与问题描述 2 3 2 算法设计 2 3 3 算法仿真与分析 2 , 4本章小结 2 5本章参考文献 第3 章宽带无线网络呼叫接纳控制算法研究 3 1宽带无线网络呼叫接纳控制的特点 3 1 1 基于阈值的呼叫接纳控制机制。 3 1 2 支持多种o o s 业务 3 1 3 链路自适应机制对呼叫接纳控制的影响 3 2宽带无线网络呼叫接纳控制算法研究现状 3 3 链路自适应机制影响下的呼叫接纳控制算法 北京邮电大学博士论文目录 3 3 1i e e e8 0 2 1 6 系统呼叫接纳控制架构6 6 3 3 2 基于链路自适应机制c a c 算法。6 7 3 3 3 算法仿真与分析7 3 3 4本章小结8 1 3 5本章参考文献8 2 第4 章基于排队网络的呼叫接纳控制算法性能分析8 5 4 1传统呼叫接纳控制性能分析模型8 5 4 2基于排队网络的呼叫接纳控制系统模型韶 4 2 1 排队网络简介8 8 4 2 2 基于排队网络的呼叫接纳控制系统模型。9 0 4 2 3 基于链路自适应机制的c a c 算法性能分析9 2 4 3本章小结9 8 4 4本章参考文献9 9 第s 章结束语1 0 1 5 1论文工作总结1 0 1 5 2进一步的研究工作- 1 0 2 附录缩略语1 0 4 致谢1 0 7 攻读博士学位期间发表的论文1 0 8 北京邮电大学博士论文图目录 图目录 图1 1 链路自适应机制产生的动因1 0 图2 - 1i e e e8 0 2 1 6q o s 架构。2 2 图2 2 子载波分配模式。2 6 图2 3 有线网调度算法在ie e e8 0 2 1 6 中的应用总结。2 9 图2 - 4 基于o f d m a 的i e e e8 0 2 1 6 系统的t d d 模式帧结构。3 4 图2 - 5 下行子帧结构3 5 图2 - 6b s 调度器中的队列结构。3 8 图2 - 7 允、l 和l m 腓的关系示例3 9 图2 - 8 单一r t p s 业务场景下r t p s 业务的平均丢包率4 5 图2 - 9 单一r t p s 业务场景下的系统吞吐量4 6 图2 1 0 单一r t p s 业务场景下r t p s 业务的公平性因子4 7 图2 1 1 单一n r t p s 业务场景下n r t p s 业务的速率满足率4 8 图2 1 2 单一n r t p s 业务场景下的系统吞吐量4 8 图2 1 3 单一n r t p s 业务场景下n r t p s 业务的公平性因子4 9 图2 1 4 混合业务场景下r t p s 业务的平均丢包率5 0 图2 1 5 混合业务场景下n r t p s 业务的速率满足率。5 0 图2 1 6 混合业务场景下的系统吞吐量。5 l 图2 1 7 混合业务场景下r t p s 业务公平性因子。5 2 图2 - 1 8 混合业务场景下n r t p s 业务公平性因子5 2 图2 1 9 混合业务场景下b e 业务公平性因子5 3 图孓1 不同资源分配模块及其相互间的关系5 7 图3 2 采用自适应调制编码的小区划分6 1 图3 3w i m a x 系统中c a c 的架构6 6 图3 4 小区分解图醴 图3 5 策略l 下的连接阻塞率p 们和掉话率 k 7 5 图3 - 6 策略2 下的连接阻塞率p m s 和掉话率嘣p 枷7 5 图3 - 7 策略2 和3 下的连接阻塞率p k 和掉话率p p m 7 6 图3 - 8 策略2 和3 下的小区资源利用率7 6 图3 - 9 策略2 和3 在不同时隙预留因子下的连接阻塞率和掉话率p , d p m 7 7 北京邮电大学博士论文 图目录 图3 1 0 策略3 下不同接纳率配置时的连接阻塞率 。和掉话率叫凡。7 8 图3 1 1 策略3 在不同新连接占用预留资源比例时的连接阻塞率p k 和掉话率叫p m l 7 e 图3 1 2 策略3 在不同速率业务下的阻塞率和掉话率i p _ 凡7 9 图4 1 基于资源预留的的切换连接优先的c a c 状态转移图8 6 图4 2 基于排队网络的c a c 系统模型9 1 图4 3 第3 章的c a c 机制的排队网络模型9 2 图4 - 4c a c 策略2 下连接阻塞率 。和掉话率p m 。的仿真值与理论值比较。9 8 i x 北京邮 表2 - 1 表2 - 2 表2 - 3 表2 4 表2 - 5 表争1 表3 - 2 表争3 表 x 北京邮电大学博士论文 第1 章绪论 1 1 宽带无线网络的发展 第1 章绪论 随着移动用户数量的急速增长，以及移动数据业务的飞速发展，通过宽带无线方 式接入互联网，继而开展极为丰富的各种移动互联网应用已成为目前信息产业发展的 重要方向。据统计，目前全世界手机用户已达4 5 亿，移动宽带用户超过6 亿。在现 有的增长率下，预计未来5 年内，通过笔记本电脑或手机接入互联网的用户数将超过 通过台式电脑接入互联网的用户数。移动互联网已经开始给我们的生活方式、商业模 式甚至价值观、社会观等都带来了巨大的影响和冲击。 大量移动数据业务的开展，使得对无线宽带的需求极为迫切。大多数移动运营商 的网络已从2 g 升级到3 g 、3 5 g ，无线链路对带宽的支持也从几十、几百k b p s ，发展 到m b p s 量级，但这与各种新型宽带多媒体业务的需求相比还相差甚远，尤其在大量 宽带用户存在的应用场景下，各用户可用带宽将更小，因此远远不能满足人们对未来 随时随地接入互联网，享用便捷、丰富、高质量的多媒体应用的需求。 迅速增长的宽带移动互联网市场，使传统的通信产业和r r 产业界都不约而同地 认识到所存在的巨大商机，从而加快了相应技术的发展进程。传统的移动通信正在实 现着“移动宽带化的转变，信道带宽由5 m h z 以下向2 0 m h z 甚至更高演变；由注 重高速移动向低速移动优化演变；由电路交换向全p 演变；由全覆盖蜂窝网络向兼 顾热点覆盖演变；终端也由移动手持终端向便携、移动终端并重演变。而另一方面， 传统的技术正在实现着“宽带接入移动化 的转变，由固定接入向支持中低速移 动演变；由孤立热点覆盖向支持切换的蜂窝组网演变；由主要支持数据业务向同时支 持数据、话音等多媒体业务演变；由支持以笔记本电脑为代表的便携终端，向同时支 持以手机为代表的移动终端演变。 这两大阵营的技术代表，3 g p p 和i e e e 两大标准体系，正体现着这两种变化发展 趋势。 北京邮电大学博士论文第1 章绪论 1 1 1 宽带无线网络的不同标准体系 1 1 1 1 3 g p p 标准体系 第三代合作伙伴计划( t h e3 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 ) 是领先的3 g 技术规范机构，是由欧洲电信标准研究所( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d s i n s t i t u t e ，e t s i ) 日本无线工业及商贸联合会( a s s o c i a t i o no fr a d i oi n d u s t r i e sa n d b u s i n e s s e s ，a r b ) 和电信技术委员会( t e l e c o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g yc o m m i t t e e ， t t c ) 、中国通信标准化协会( c h i n ac o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d i z a t i o na s s o c i a t i o n ， c c s a ) 、韩国的电信技术协会( t e l e c o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g ya s s o c i a t i o n ，t t a ) 以 及美国的电信行业解决方案联盟( a l l i a n c ef o rt e l e c o m m u n i c a t i o n si n d u s t r ys o l u t i o n s ， a t i s ) 在1 9 9 8 年底发起成立的，旨在研究制定并推广基于演进的全球移动通信系统 ( 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 s ，g s m ) 核心网络和无线接入技术，即全 球陆地无线接入( u 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 ，u t i 认) 的3 g 标准，宽带码分多 址( w i d c b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，w c d m a ) ，时分同步码分多址( t i m e d i v i f i o ns y n c h r o n o u sc d m a ，t d s c d m a ) ，增强型数据速率g s m 演进( e n h a n c e d d a t ar a t eg s me v o l u t i o n ，e d g e ) 等。 为了应对高速移动数据业务的需求，3 g p p 在其标准体系的r e l e a s e5 和r e l e a s e6 版本中分别提出了高速下行分组接入( h i e 珈s p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ，h s d p a ) 【1 1 和高速上行分组接入( r l i g hs p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s ，h s u p a ) 【2 1 ，通常称之 为3 5 g 技术。通过采用自适应调制和编码( a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ，a m c ) 技术、混合自动请求重传( h y b r i da d a p t i v er e p e a ta n dr e q u e s t ，h a r q ) 、快速调度以 及多天线m i m o ( m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t ) 技术，将下行和上行传输速率分别 提高到1 4 m b p s 和5 7 6 m b p s 。之后，3 g p p 又在r e l e a s e7 中提出了高速分组接入演进 技术，即h s p a + 1 3 1 。该技术在利用m i m o 及更高阶的调制编码方式时可以提供下行 4 2 m b p s ，上行2 2 m b p s 的更高速率。 在3 g p p 积极发展3 5 g 空中接口技术的同时，由于受到来自i e e e 阵营推出的基 于i e e e8 0 2 1 6 1 4 j 的全球微波接入互操作( w o d 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 ea c c e s s ， w i m a x ) 的压力，3 g p p 于2 0 0 4 年1 1 月启动了长期演进( l o n g t e r m e v o l u t i o n ，l t e ) 项目，并以频繁的会议全力推进此项工作。为了能够和可以支持2 0 m h z 带宽的 w i m a x 技术相抗衡，3 g p p 不得不放弃长期采用的c d m a 技术，而采用了以正交频 2 北京邮电大学博士论文 第1 章绪论 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 ) 频分多址( f r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，f d m a ) 技术为核心的传输技术。l t e 通常被称为3 9 g 的 技术，其主要性能目标为p 】： 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； 峰值频谱效率下行达到5 b i t s s h z ，上行达到2 5 b i t s $ h z ； 改善小区边缘用户的性能，提高小区容量； 降低系统延迟，控制平面从驻留状态转换到激活状态的时延小于l o o m s ； 在半径5 k m 以下的小区中满足上述性能要求，在半径为3 0 k m 的小区中允许 小幅的性能下降，不应排除半径达到1 0 0 k m 的小区； 小于1 5 k m h 的低速移动时达到性能优化目标，1 5 1 2 0 k m h 时实现较高性能， 在1 2 0 3 5 0 k m h ( 在某些频段甚至应支持5 0 0 k m h ) 下能够保持蜂窝网络的 移动性； 支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1 2 5m h z 到2 0 m h z 多种带宽。 3 g p p 于2 0 0 8 年1 2 月发布了l t er e l e a s e8 版本的f d d - l t e 和t d d - l t e 标准， 定义了l t e 基本功能，包含了l t e 的绝大部分特性，原则上完成了l t e 标准草案。 f d d 和t d d 的差异主要体现在物理层上，在标准制定中采取了求同存异的原则，仅 对必有的区别进行另外的规定，从而为二者的和谐共存奠定了基础。之后，3 g p p 又 启动了l t er e l e a s e9 版本的标准化工作，其主要目的是完善和增强l t e 系统性能， 其中增加了双流波束赋形，基于l t e 的基站定位技术，以及进一步优化l t e 家庭基 站性能等方面的内容。 2 0 0 8 年3 月，在l t e 标准化接近于完成之时，3 g p p 启动了在l t e 上继续演进的 项目，即l t e - a d v a n c e d ，并将其作为i m t - a d v a n c e d 的候选提案向i t u r 提交了技术 提案。 根据l t e a d v a n c e d 需求报告1 6 l ，l t e a d v a n c e d 的主要系统性能目标包括： 提供上行5 0 0 m b p s ，下行1 g b p s 的峰值速率； 峰值频谱效率要求上行15 b i t s s h z ，下行3 0 b i t s s h z ； 支持不同带宽的频谱分配，最大带宽可达到1 0 0 m h z ； 大于2 0 m h z 的系统带宽主要考虑连续的频谱，也支持合理终端复杂度下的非 连续载波聚合； 更加严格的时延控制，要求用户从空闲状态转换到连接状态的时延小于5 0 m s ， 3 北京邮电大学博士论文 第l 章绪论 从休眠状态转换到连接状态的时延小于1 0 m s ； 控制平面容量要求在5 m h z 带宽上至少支持3 0 0 个激活状态用户； 支持宏蜂窝范围内3 5 0 k m h 的高速移动，某些频段上甚至达到5 0 0 k m h 。 为了达到上述设计目标，l t e - a d v a n c e d 采用了一系列新的关键技术。在下行引 入8 x 8 甚至更高阶的m i m o ，在上行引入4 x 4m i m o ，来实现高的峰值速率。采用载 波聚合技术来实现支持最大1 0 0 m h z 带宽的需求，如聚合5 个2 0 m h z 的载波，这些 载波可以是连续的，也可以是不连续的，可以在同一频段，也可以在不同频段上。采 用中继站以扩展小区覆盖范围，增大系统容量。并通过综合使用宏蜂窝、微蜂窝、微 微蜂窝和家庭基站、中继等提供泛在服务并节省网络部署及运营成本。通过协作多点 ( c o o r d i n a t e dm u l t i p l ep o i n t ，c o m p ) 技术提高小区边缘用户的性能，满足小区边缘 频谱效率的要求【7 l 。 目前3 g p p 对l t e - a d v a n c e d 的技术可行性的研究阶段( s t u d yi t e m ，s i ) 的工作 己基本完成，标准制定的工作阶段( w o r ki t e m ，w i ) 的