（通信与信息系统专业论文）lte+tdd物理层过程关键技术研究.pdf

声明尸明 1 1 1 1 1 111i l t liilt l i i t l l l l1 1 0 y 17 6 0 4 4 3 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，本人承担一切相关责任。 本人签名：日期：堑丝二匠塔 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、 缩印或其他复制手段保存、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： 同期：垫丝二垡二鲨 日期：2 刈习l 摘要 l t et d d 物理层过程关键技术研究 摘要 l t e 是在超3 g 的技术基础上研发出的“准4 g 技术”，其目的 是为了迎接w i m a x 等移动宽带无线接入技术的市场挑战、进一步改 进和增强现有3 g 技术，以提高3 g 在新兴宽带无线接入市场的竞争 力。尤其是在移动通信技术的迅猛发展和近几年来基于h s p a 的商 用网络启动，l t e 己引起了越来越多的关注。目前l t e 第一个版本 的标准已经完成，各个主要厂商已经纷纷推出了样机设备，使得移 动通信系统在很好的保证用户o o s 的情况下通信速率达到了一个前 所未有的高度。t d l t e 作为t d s c d m a 的后续演进标准，其采用 o f d m 、m i m o 等先进的无线传输技术、全i p 系统架构和扁平网络 结构的标准势必会成为我国移动通信产业关注的焦点和热点。 我国的l t e 标准也就是t d l t e ，做为一个刚刚制定完成的标 准，还存在版本完善、增强和下一步演进的过程。在t d l t e 的改 进中，物理层技术是提高系统性能的关键，其以达到降低时延、提 高用户的数据速率、增大系统容量和覆盖范围以及降低成本的目的。 其中同步过程、功率控制过程、随机接入过程、物理下行共享信道 相关过程、物理上行共享信道相关过程和物理共享控制信道过程是 l t e 系统物理层过程的主要过程。移动终端通过随机接入过程与基 站建立上行初始同步，利用同步跟踪来完成对上行用户信道的跟踪， 完成用户上行信号发射时间的调整，有效的控制方法能够较好地跟 t 摘要 踪用户信道响应的变化，使得主峰位置较好地收敛于循环前缀中合 理的位置。通过小区搜索过程，用户终端( u e ) 可以搜索到一个可 用的小区，并获得符号同步和帧同步，设计合理的检测方案，u e 才能获取本小区更详细的信息以及邻近小区的信息，才可以监听寻 呼或发起寻呼。随机接入( r a n d o m a c c e s s ) 是u e 在开始和网络通 信之前的接入过程，接收机中检测方法对虚警和漏警概率的正确检 测才能满足l t e 系统的性能要求。对于高码率、高阶调制的数据传 输，符号定时偏差对系统性能影响较大，符号定时偏差越大，系统 性能下降也越明显，在小区搜索完成后，需要设计一种精确的符号 定时算法，使符号定时偏差的范围降到最低。 针对上述问题，本文从l t e 数字蜂窝移动通信网u u 接口物理 层领域的研究热点出发，分别对l t et d d 物理层过程中的上行同步 控制、小区搜索、随机接入和下行符号定时进行了深入、系统地研 究，并取得了一定数量的创新科研成果，主要内容包括： 1 、在理论分析上行同步过程的基础上，利用信道冲激响应原 理提出了一种定时发送预值的测算方法，设计为移动台提供发送的 定时提前量，并重新设计阈值检测方法。 2 、对3 g p pl t et d d 系统的下行链路小区搜索及初始化载波 同步标准化工作进行跟踪研究，理论推导给出下行链路符号定时、 扇区i d 检测、粗频偏估计和小区组i d 检测的算法。仿真的同时对 小区搜索各个步骤的复杂度做了分析和统计比较，提出一种使用 f f t 快速算法的简化措施来有效降低运算复杂度的算法。 摘要 3 、在理论研究l t e t d d 系统随机接入过程的同时，分析了随 机接入信道的帧结构以及码序列和相应的资源映射等相关内容。提 出了一种p r a c h 的接收机算法，并设计了接收机中的检测门限， 最后对接收机算法进行了性能仿真，验证该算法的可行性。 4 、深入研究了l t et d d 系统链路与系统的接口模型和下行 符号定时同步的问题，在此基础上推出了一种下行链路符号定时同 步的算法，并对该算法进行了计算机仿真。结论表明该算法比已有 算法定时跟踪准确，受信噪比影响小，算法复杂度低，在不同信道 环境下均可正常工作等优点。 通过以上四个方面的研究，为t d l t e 网络的业务可用性提供 了较为完整的应用方案，较好的解决了l t e 网络的综合性能，为 t d s c d m a 系统的相关技术和l t e 系统的实际情况相结合提供了 保障机制。 关键词：l t e 上行同步小区搜索随机接入p r a c h 小区检 测下行符号定时 i h s y s t e m i st h ef o u r t h g e n e r a t i o n f o r t h ew i r e l e s sc e l l u l a r n e t w o r k ， e s p e c i a l l y a f t e r t h eh s p a ( h i g hs p e e dp a c k e ta c c e s s ) n e t w o r k c u r r e n t l y ，t h ef i r s t v e r s i o nf o rt h el t ei sa c h i e v e d ；m o r e o v e r ，t h e p r o t o t y p ei sr e l e a s e db ym a n ym a n u f a c t u r i n gc o m p a n y ，f u r t h e r m o r e ，t o p r o v i d i n gt h eq o sf o r t h eu s e rh a sg a i n e dm o r ea t t e n t i o n a sa n e v a l u a t i o nt e c h n o l o g yo ft h et d - s c d m at e c h n o l o g y ，t h el t ei s v i e w e da st h ef o c u sf o rt h em e c h a n i s mo fo f d m ，m i m oa d o p t e dt o e n h a n c et h ec a p a b i l i t yo ft h ew i r e l e s st r a n s m i s s i o n c o n s i d e r i n ga b o u tt h es t a t eo fo u rc o u n t r y ，t h et d - l t es y s t e mi s d e t e r m i n e dt ob ea n i m p o r t a n tt e c h n o l o g y i nt h ef u t u r e a st h e e v a l u a t i o np r o c e d u r ef o rt h el t e ，p h y s i c a ll a y e rt e c h n o l o g yi st h ek e y t oi m p r o v i n g s y s t e mp e r f o r m a n c e ，t oa c h i e v el o w e rl a t e n c y a n di m p r o v e t h eu s e r sd a t ar a t e ，i n c r e a s i n gt h es y s t e mc a p a c i t ya n dc o v e r a g ea n d r e d u c ec o s t s t h eu p l i n ks y n c h r o n i z a t i o np r o c e s s 、p o w e rc o n t r o l p r o c e s s 、r a n d o ma c c e s sp r o c e d u r e 、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 r e l a t e dp r o c e s s e sa n dp h y s i c a lp r o c e s so fs h a r e dc o n t r o lc h a n n e li sm a i n i v p r o b a b i l i t yf a l s ea l a r ma n df a l s ed e t e c t i o n f o rh i g hb i tr a t ea n dh i g h e r o r d e rm o d u l a t i o nd a t at r a n s m i s s i o n ，t h es y m b o lt i m i n go f f s e ta f f e c t s g r e a t e ri m p a c to ns y s t e mp e r f o r m a n c e t h em o r eo f f s e tt h em o r ea f f e c t o ns y s t e mp e r f o r m a n c e ，s oi tn e e daa l g o r i t h mo fd o w n l i n ks y m b o l t i m i n gt om i n i m i z et h es c o p eo ft h es y m b o lt i m i n go f f s e t c o n s i d e r i n ga b o u tt h ep r o b l e m sa b o v e ，t h ei n t e r f a c eo fu ui s s t u d i e di nd e t a i l ，a n du p s t r e a ms y n c h r oc o n t r o l ，c e l l u l a rs e a r c h i n g ， r a n d o ma c c e s sa n dd o w n s t r e a ms y m b o lt i m i n gm e c h a n i s mi sp r o p o s e d 1 i na c c o r d i n gw i t ht h ea n a l y s i so nt h ep r o c e d u r eo fu p s t r e a m s y n c h r o n o u s ，an o v e ld a t at r a n s m i t t i n gm e t h o di sp r o p o s e d t oa d j u s t i n g v a b s t r a c t t h eo f f s e to ft h ep a c k e ts e n d i n g ，t h et h r e s h o l dd e t e c t i n gm e t h o di s d e s i g n e dr e a s o n a b l e 2 b a s eo nt h er e a c ho ft h ec e l l u l a rd o w n s t r e a ml i n ka n dt h ei n i t i a l s y n c h r o n o u s o ft h ec a r r i e r s ，t h ep r e d i c t i n go nt h et i m i n g ，s e c t o ri da n d f r e q u e n c yo f f s e ti si n t r o d u c e d ；m o r e o v e r ，t h es i m p l i f i e dm e t h o db a s e d o nt h ef f rt h e o r yi s p r o p o s e d t or e d u c et h ec o m p l e x i t yo ft h e a l g o r i t h m s 3 w i t ht h ea n a l y s i so nt h er a n d o ma c c e s sf o rt h el t e - t d d s y s t e m ，t h ef r a m es t r u c t u r e a n dc o r r e s p o n d i n gr e s o u r c e sm a p p i n gi s s t u d i e d an o v e la l g o r i t h mf o rt h er e c e i v e rb a s e do nt h ep r a c hi s p r o p o s e d ；m o r e o v e r ，t h ed e t e c t i n gt h r e s h o l di sd e s i g n e d ；f i n a l l y ，t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e da l g o r i t h mi sa c t u a l l ye n o u g h t 4 t h et i m i n gp r o b l e mi nt h el t et d ds y s t e mi sr e s e a r c h e d d e e p l y ，a n db a s e do nt h ed o w n s t r e a ms y m b o l s ；t h ef u n c t i o no ft i m i n g 髻 s y n c h r o n o u si s a c h i e v e de f f e c t i v e l y r e s u l t ss h o wt h a tt h ea c c u r a c yo f f o l l o w i n gc a nb eg u a r a n t e e d ；f u r t h e r m o r e ，t h ec o m p l e x i t y a n dt h e i n f l u e n c eo nt h es n rc a nb er e d u c e dd r a m a t i c a l l y f r o mt h er e s e a r c h e so nt h ea b o v ed i r e c t i o n s ，t h ea v a i l a b l eo f t d l t es y s t e mc a nb ee n h a n c e d ；m o r e o v e r ，t h ee v a l u a t i o n f r o m t d s c d m at ot h el t e s y s t e mi ss m o o t h e r k e yw o r d s ：l t e u p l i n ks y n c h r o n i z a t i o n c e l ls e a r c h r a n d o ma c c e s sp r a c hc e l ld e t e c t i o n d o w n l i n ks y m b o lt i m i n g v i 1 6 本论文的创新点9 参考文献1 0 第二章基于l t et d d 系统上行同步控制算法的研究 2 1 引苦1 3 2 2 信号模型1 3 2 3 相关工作1 4 2 4 主首尾径估计方法1 5 2 4 1 估计算法1 5 2 4 2 阈值设置1 7 2 5 同步跟踪。1 7 2 5 1 内环同步跟踪1 8 2 5 2 外环同步跟踪2 0 v h 目录 3 9 3 3 符号定时及初始化载波频偏估计4 2 3 3 1 符号定时检测度量的推导4 2 3 3 2 初始化载波频偏估计度最的推导。4 2 3 3 3a w g n 信道中载波频偏估计性能4 4 3 4 复杂度简化措施4 4 3 5 复杂度统计4 6 3 6 小区组m 检测算法4 6 3 7 单小区环境性能仿真。4 9 3 7 1 符号定时性能4 9 3 7 2 扇区i d 检测性能4 9 3 7 3 载波频偏估计性能”5 0 3 7 4c p 检测性能5 1 3 7 5 小区i d 检测性能5 3 3 8 同频小区环境性能仿真5 5 3 8 1 仿真设置及参数5 5 3 8 2 仿真结果5 7 v i 北京邮电人学博i ：学位论文 目录 3 9 结果分析及结论5 8 附录5 8 参考文献5 9 第四章基于l t et d d 系统随机接入算法的研究 6 1 4 1 引言6 1 4 2 物理随机接入信道”6 1 4 2 1z c 序列6 1 4 2 2p r a c h 帧绐构”6 2 4 2 3 前导码住时频资源上的映射”6 2 4 2 4 前导序列的产生6 4 4 2 5n c s 与小区半径“6 7 4 4 6 根参数的成对配置6 8 4 3 研究进展。6 9 4 4 信道模型”7 0 4 4 1p r a c h 的发射与接收机结构7 0 4 4 2 高速c ss e t s 的p d p 合并7 1 4 5 算法分析。7 2 4 5 1p r a c h 检测算法一7 2 4 5 2p r a c h 检测门限7 3 4 6 噪声方若测最7 5 4 6 仿真分析7 5 4 6 1p r a c h 性能要求7 6 4 6 2 仿真设置7 7 4 7 仿真结果7 8 4 8 性能分析8 1 4 9 结论8 1 参考文献8 1 附蜀毛8 2 第五章基于l t et d d 系统下行符号定时同步算法的研究 5 1 引占8 3 5 2 相关工作8 3 5 2 1 符号定时8 3 5 2 2 研究进展- 8 4 5 3 符号定时同步算法一8 5 北京邮电人学博士学位论文 目录 5 3 1 信道估计8 6 5 3 2 加窗8 6 5 3 3 i f f t 8 7 5 3 4 能量累积平均8 7 5 3 5 首径位置估计8 7 5 3 6 符号定时补偿8 8 5 4 仿真条件和假设8 8 5 5 仿真结果8 9 5 5 12 0 m 带宽平台仿真结果9 0 5 5 21 0 m 、5 m 带宽平台仿真结果9 3 5 5 3 系统误码率性能仿真9 5 5 6 总结9 8 参考文献9 8 附录9 9 第六章结论 l o o 6 1 主要结论和创新点1 0 0 6 2 进一步的研究方向1 0 1 攻读博士学位期间完成的论文及参与的研究工作 致谢 x 1 0 3 l 咐 网络已基本成熟，并大规模部署和应用【1 1 。与此同时，国内另外两种3 g 标准的 网络也已经商用，分别是中国电信采用的c d m a 2 0 0 0 和中国联通采用的 w c d m a 。在移动通信迅技术速发展的同时，目前现有的2 g 3 g 移动通信技术 并不能满足用户日益增长的需求，运营商必须提前规划现有通信系统向 b 3 g 4 g 系统的平滑演进。另外，某些宽带无线接入技术( 如移动 w i m a x 8 0 2 1 6 e 技术) 也开始提供部分的移动功能，力图抢占移动通信的部分 市场【2 1 。在这种背景下，移动通信业界提出了新的市场需求，要求进一步改进 现有3 g 技术，提供更强大的数据业务能力，为用户提供更好的服务，并与其 它技术进行竞争，因此，3 g p p 相应启动了3 g 技术长期演进( l t e l o n gt e r m e v o l u t i o n ) 的研究工作。l t e 需要系统在提高峰值数据速率、小区边缘速率、频 谱利用率，并着眼于降低运营和建网成本方面进行进一步改进，同时为使用户 能够获得“a l w a y so n l i n e 的体验，需要降低控制和用户平面的时延，该系统 必须能够和现有系统( 2 g 2 5 g 3 g ) 共存，以保持3 g 技术的竞争力和在移动 通信领域的领导地位f 3 1 。 目前移动无线技术的演进路径仍然有3 条：其一为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 ；其二为c d m a 2 0 0 0 沿着 l xe v - d or e v 0 、l xe v - d or e v a 、l xe v - d or e v b ，最终到u m b ；其三为实 现8 0 2 1 6 m 的w i m a x 路线【训。其中l t e 标准分两个部分，分别是将l t et d d 作为t d s c d m a 的后续演进标准，l t ef d d 作为w c d m a 的后续演进标准1 5 j 。 在移动通信领域，运营商对于标准的选择往往会决定整个产业和标准的发 展方向，反过来标准和产业的实力以及发展前途很大程度上也会决定运营商的 利润和收益。从这些年的发展来看，虽然不能完全对未来的移动通信的发展路 线下一个结论，但是随着更多重要企业的加盟，l t e 包括l t et d d 将会有更 大的发展。t d s c d m a 做为国际3 g 标准之一，也已经在3 g p p 组织下，为向 下一代国际标准演进展开了相应工作【6 7 j 。 北京邮电人学博士学位论文 第一章绪论 l t e 作为3 g 技术向4 g 技术平滑演进的过渡性技术，是3 g 技术发展的 最终版本，与现有各种通信技术相比，l t e 具有很明显的优势，但同时也有不 少潜在的问题，但是随着标准制订工作的推进，这些问题都应该能够得到很好 地解决。 1 2l t e 的发展历程 1 2 1l t e 的提出 从1 9 9 9 年3 g 标准的第一个版本出现以后，以w c d m a 为主的网络虽然 在欧洲逐渐开始部署，但是总体来讲3 g 的发展并不如当年g s m 系统的发展那 样尽如人意。 进入2 0 0 4 年，全球无线通信明显呈现出移动化、宽带化和i p 化的趋势， 在蜂窝移动通信技术快速发展、力争提供移动宽带服务的同时，w i f i 和w i m a x 等无线宽带接入技术迅猛发展。2 0 0 5 年1 2 月7 日，i e e e 正式批准了8 0 2 1 6 e 标准i 剐。8 0 2 1 6 e 覆盖范围广、速率高、成本低，基于全i p 网络，适合在大中 城市为高端用户提供移动宽带数据业务，并为广大的城乡地区提供宽带接入。 旨在推进8 0 2 1 6 标准商用的w i m a x 论坛则积极准备标准芯片的推出、设备的 认证测试和试点网络的建设。 在移动w i m a x 不断向未来移动通信施压的同时，高通公司的一系列举 措引起了业界的关注。首先，2 0 0 5 年8 月1 1 同，高通宣布以股票和现金共6 亿美元的代价收购f l a r i o n 公司。此次收购f l a r i o n ，表明高通试图再次使其在 未来移动通信领域保持领先地位。随后在2 0 0 5 年1 0 月，高通公司向i e e e 8 0 2 2 0 工作组提交了基于o f d m 的宽带移动技术方案。 与宽带无线接入技术相比，3 g 技术虽然在支持移动性和q o s 方面有较大 优势，但空中接口和网络结构过于复杂，无线频谱利用率和传输时延等能力方 面明显落后【9 也】。另一方面，以o f d m 技术为核心的新一代技术逐渐成剥1 引， 接入速率提升到了1 0 0 m b p s 的范畴，相比之下1 4 4 m b p s 的r 5h s d p a l l 4 - 1 6 】已 经无法满足需求。宽带无线接入向移动化发展给移动通信技术带来了直接的竞 争压力，在移动通信业界引起了很大的震动。 在这样的背景之下迫使3 g p p 加快了对具有更高传输速率的第三代移动 通信演进型技术的研究和标准化的进程。因此自2 0 0 4 年底开始，3 g p p 启动了 l t e 的研究计划。 1 2 2l t e 的标准制定过程 如同3 g p p 所有的重大课题一样，l t e 也主要经历了s i 和w i 阶段，如图 1 - 1 所示。2 0 0 4 年1 1 月，3 g p p 在加拿大多伦多召开的接入网演进学术研讨会 2 北京邮电大学博上学位论文 第一章绪论 ( r a ne v o l u t i o nw o r k s h o p ) 上收集了r 6 版本之后的演进意见。经过认真的讨 论，2 6 个组织决定采用过去为b 3 g 4 g 发展的技术来使用3 g 频段，以便于占 有宽带无线接入市场，并制定了长期演进计划l t e l l 刀。这表明了3 g p p 组织的 运营商和设备商成员共同研究3 g 技术演进版本的强烈愿望。 图1 - 1l t e 标准和部署时间表 在l t e 物理层案征集过程中，有6 个候选方案参加评估。在2 0 0 5 年1 2 月召开的t s gr a n 第3 0 次全会，经过激烈讨论最终决定l t e 的可行性研究将 集中在下行o f d m a l l 8 j 和上行s c f d m a 传输方案。 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。3 g p p 毫不讳言l t e 项目的启动是 为了应对“其他无线通信标准”的竞争。针对w i m a x “低移动性宽带i p 接入 的定位，l t e 提出了相对应的需求，如相似的带宽、数据率和频谱效率指标、 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 l p 和在线游戏的重视，l t e 对用户面延迟的要求近乎苛刻。关于向后兼容的要求 似乎模棱两可，从目前的情况看，由于选择了大量的新技术，至少在物理层已 难以保持从u m t s 的平滑过渡。 l t e 的s i 原计划在2 0 0 6 年6 月结束，同时创建w l 。大部分设备商和少 数运营商认为s i 已经取得预期的效果，可以过渡到w i ，但数家运营商认为s i 尚有很多遗留问题，没有达到第2 阶段( s t a g e2 ) 的成熟度；下行吞吐量的评 估也未完全满足需求，因此建议推迟结束s l 。对于某些特定的方向，继续评估， 保持s i 状态。通过但不冻结t r 2 5 9 1 2 ，通过并冻结r a n l 和r a n 2 的可行性 3 一章绪论 能和复 工作已 内容， 图1 - 2l t e 标准制定的现状 由于标准是不断的发展和继承的。目前在移动通信领域的几个分支包括 g s m - w c d m a - l t ef d d 、c d m a c d l 气2 0 0 0 u m b 、g s m t d s c d m a i ：i e t d d 三种路线以及代表i t 产业实力的1 6 d 1 6 e 1 6 m 的路线1 1 9 l 。对应不同的路 线不同的标准组织如i e e e 、3 g p p 、3 g p p 2 都在不遗余力的推动各自标准的发 展，从2 0 0 7 年开始针对i t u 通函的需求，各个组织又在努力将各个标准纳入 i m t - - a d v a n c e d 的范畴当中【她2 。在标准的制定和商用计划方面，各个标准路 线的主要时间点都基本相近，如3 g 、b 3 g 和4 g 标准完成以及对应的商用的时 间等。 2 0 0 8 年1 月2 3 日，3 g p p 定义的下一个移动宽带网络标准l t e ( l o n g t e r m e v o l u t i o n 长期演进) 业已列入3 g p pr 8j 下式标准。l t e + 也就是4 g 的标准的研 究课题已于在2 0 0 8 年5 月份在3 g p p 启动。3 g p p 希望l t e 能在2 0 1 0 年商用。 4 北京邮电大学博士学位论文 第一章绪论 1 2 4l t et d d 两种模式的融合 由于历史的原因，在3 g 时代，t d d 模式的标准就存在两种【2 2 2 5 1 ，一个 是中国提出并积极推动的t d s c d m a l c r 标准和以i p w i r e l e s s 等主导的h c r 标准；因此在l t e 阶段，l t e 的t d d 模式也存在两种。一直以来3 g p pl t e 的工作项目不得不针对t d d 模式下的两种不同帧格式开展工作。这样的结果 一方面分散了l t e 产业团体的实力，另一方面也极大增加了网络部署、漫游、 双模支持、u e 实现和系统测试等诸多方面的复杂度。 在w i m a x 逐渐兴起和运营商对于标准的影响力逐渐扩大的背景下，2 0 0 7 年1 1 月9 日，在t s g r a n 的r a n l 工作组的第5 1 次会议上，由中国移动主 导，联合沃达丰等运营商企业和设备制造企业等提出将l t et d d 的两种帧格 式统一到t y p e 2 。 从那时开始，在l t e 的t d d 模式中只存在一种帧格式。l t et d d 两种 帧格式也就是两种模式的融合使得整个l t e 标准系列更加简化，长远来看在相 当的程度上增加了l t e 作为一个整体的竞争力。统一的帧格式统一了l t et d d 的产业力量，使得l t e 对于w i m a x 和其它标准的竞争力极大增强，扩大了 l t e 的市场期望。 但是对于我国和国内企业来说，这是一把双刃剑，两种模式的融合一方面 使得许多已经完成的标准工作重新开始，为我国企业争取了一定的时间；另一 方面使得更多国际企业加入到l t et d d 领域的竞争，极大的增加了国内企业 的压力。在l t e t d d 标准工作范围内， 常激烈。而在将来l t e 的商用过程中， 对于t d d 模式的核心技术的争夺会非 更多国外强势企业会进入l t et d d 领 域甚至主导该领域，如果在标准的制定阶段不对l t e 的系统加以强大的影响， 在未来就更难以控制国外企业对我国移动通信市场的蚕食。现在来看我国国内 企业在未来所能获得的市场份额在相当大的程度上决定于目前及以后相当长时 问内对于l t e 标准的影响力，丧失了这种影响力就意味着丧失了t d s c d m a 、 l t et d d 甚至后续技术标准带来的市场。 1 3l t et d d 的现状和未来 1 3 1l t et d d 面临的主要困难和挑战 目前部分国际上主要厂商已经完成了样机测试，测试速率下行都达到了 1 0 0 m b p s 以上，但是应该看到做为一个刚刚接近制定完成的标准，从样机调试 完成到实际布网乃至规模商用还用许多的困难和挑战，这些需要解决的问题对 于l t et d d 和f d d 都存在，从以往的研究积累的基础之上，主要包括下文叙 述的几个方面： 5 北京邮电大学博上学位论文 第一辛绪论 1 资源调度问题【摊3 0 1 。l t e 系统中取消了专用信道，所有的高层信令及 业务数据均承载在物理共享信道上p d s c h ，需要通过调度来实现传输，调度的 业务量大大增加；对于业务传输速率及时延提出了很高的要求，并且需要通过 调度来保障各种业务的q o s 要求，而l t e 中业务类型非常丰富，业务特性也 各不相同，多种q o s 要求的业务都在共享信道上传输，如何保证其g b r ，p b r ， 传输时延，这对调度算法提出了很高的要求。 2 干扰问题【3 4 】。3 g p p 系统需求3 g p pt r2 5 9 1 3 对小区覆盖，系统吞 吐量，频谱效率提出了新的要求，其中一项重要的内容就是对小区边缘用户的 s i r 及吞吐量的保证。提高“小区边缘比特率”，在5k m 区域满足最优容量， 3 0 k i n 区域轻微下降，并支持1 0 0 k i n 的覆盖半径。由于l t e 上下行均采用 o f d m 技术，小区内信号基本正交，但小区间干扰会破坏o f d m 信号的正交 性，严重影响边缘用户的s i r 。 3 网络覆盖及电磁污染问题【3 5 。9 1 。l t e 中对网络覆盖要求支持1 0 0 k m 的 覆盖，这就意味着需要很大的发射功率。同时，随着人们环保意识的提高，人 们开始关注电磁辐射对人体的影响，因此，对于大功率发射基站又会引入电磁 污染的问题。所以这两者成为互相制约关系。因此l t e 着眼于热点覆盖还是广 覆盖，如果采用广覆盖，大功率基站在建站方面很可能存在较大问题。 4 高速移动问题l 删。在l t e 系统中对高速移动速率支持的要求为 单载波h s p a - l t et d d l t e a d v a n c e d 演 进”线路。l t e t d d 作为t d 的后续演进标准，受到了政府、科研机构、企业、 院校等多方关注，得益于国内多方面的贡献与合作。 l t et d d 作为t d s c d m a 的后续演进标准，明确了t d s c d m a 作为一 个有竞争力有生命力的国际标准的演进路线，具有重要意义：一方面，给出了 t d s c d m a 标准和技术演进的完整路线，为我国在移动通信领域取得更大成就 7 信道相关过程，包括l i e 探测和混合自动重传请求( 地娘q ) 肯定确认( a c k ) 否定确认( n a c k ) 检测；物理共享控制信道过程，包括共享控制信道分配。 1 5 2 研究内容 鉴于目前3 g g p 组织只提供了相关的技术要求和标准，并未详细说明如何 实现物理层过程的这些功能。因此本论文将根据现有的技术标准涉以及存在的 问题，提出有效的解决方法和算法，解决物理层过程中一些存在的问题并实现 相应的功能。具体研究内容包括：( 1 ) 上行同步控制算法，( 2 ) 小区搜索算法， ( 3 ) 随机接入算法，( 4 ) 下行符号定时同步算法。 论文主要章节有六章： 第1 章：绪论。本章首先阐述了论文的研究背景、研究目的及意义。其次 概括介绍了l t e 的发展现状以及未来的发展方向，根据当前存在的问题提出了 给出论文的研究对象、研究内容、论文逻辑框架和研究方法等。 第2 章：基于l t et d d 系统上行同步控制算法的研究。首先介绍了上行 同步跟踪的基本过程，然后分析了基站利用用户信道估计信息检测信道冲激响 应的起始位置、峰值位置和结束位置的两种方法，提出了上行同步跟踪控制算 8 北京邮电人学博1 ：学位论文第一章绪论 法，并重新定义了阈值检测方法，最后通过计算机仿真验证了分析结果的有效 性。 第3 章：基于l t et d d 系统的小区搜索及初始化载波同步的研究。首先 介绍了小区搜索的主要流程和同步信号的相关特性，其次利用同步信号的生成 及互相关和自相关特性提出了小区搜索及初始化载波同步的算法，包括初始符 号定时、扇区i d 检测、载波频偏估计、c p 长度检测和小区组i d 检测。然后 进行复杂度分析，最后根据仿真结果提供出一种复杂度简化措施。 第4 章：基于l t et d d 系统小区随机接入算法的研究。首先介绍随机接 入的基本过程，然后依照检测方案提出了一种基站进行用户检测和上行同步估 计的的频域算法，根据性能分析最后给出了仿真结果和结论。结果表明相比于 传统的时域匹配方法，该频域算法的计算复杂度较低，且可同时对多用户进行 检测和同步估计。 第5 章：基于l t et d d 系统下行符号定时同步算法的研究。通过分析符 号定时同步的基本原理，提出了利用l s 信道估计、加窗、i f f t 、能量累积平 均、首径位置