（信息与通信工程专业论文）基于dftsofdm的上行链路传输技术研究.pdf

摘要 摘要 下一代无线移动通信系统要求能够提供高速宽带的多媒体业务。近年来，正 交频分复用( o f d m ) 技术受到越来越广泛的关注，其具有高频谱利用率，支持高 速传输和良好的抗多径衰落能力等优点。然而，o f d m 技术却存在一个固有缺点， 即存在较高的峰值平均功率比( p a p r ) 。这个缺点会导致发送端对高功率放大器的 线性度要求很高且发送效率极低，接收端对前端放大器的线性度要求也很高而且 还会增加a d 和d ，a 转换器的复杂度。因此高的p a p r 限制了o f d m 的实际应用。 单载波频域均衡( s c - f d e ) 技术，不仅可以有效的对抗信道的频率选择性衰 落，实现高速、大容量的通信传输，而且能够避免正交频分复用技术峰值平均功 率比的不足，是宽带无线接入系统物理层的重要组成技术。如与o f d m 技术结合 优势互补，必将因起更广泛的关注。离散傅立叶变换扩展正交频分复用 ( d f t - s o f d m ) 就是这样的一种技术。 d f t - s o f d m 技术汲取上述两种技术的优点所形成的。它采用带循环前缀的 s c - f d m a ，使用d f r 获得频域信号，然后插入零符号进行扩频，扩频信号再通过 i f f t 转换为时域信号。这样做的目的是，上行用户间能在频域相互正交，以及在 接收机一侧得到有效的频域均衡。并且在此技术提出后较短时间内就成为了3 g p p l t e 中上行链路的一种重要的传输方案。 本文在研究d f t - s o f d m 技术原理的基础上对载波频偏、信道估计以及与 m i m o 结合问题进行研究。 本文针对d f t - s o f d m 上行链路系统给出了一种载波频偏的估计方法。该方 法采用导频辅助和无反馈方案，适用于任意子载波分配方案，实现简单，复杂度 低。在干扰消除方面，本文引入干扰矩阵的概念，来实现频偏补偿和用户信息的 提取。通过设置干扰矩阵的带宽可以在允许的系统性能下降低算法的计算量。同 时给出了计算机仿真结果表明。 本文对d f t - s o f d m 上行链路系统信道估计进行了研究，给出了一种复杂度 低且性能良好的时频二维信道估计方法，并通过仿真给出了此信道估计方法下的 误码率性能与理想信道估计的误码率比较。在c o s t 2 0 7 信道模型下的仿真结果与 摘要 理想信道估计时的误码率相差约2 3 个d b ，而算法复杂度为估计符号长度的线性 关系，较极大似然估计的幂次关系有极大的降低。 本文对d f t - s o f d m 技术与m i m o 技术的结合问题进行了研究。对两发两收 和两发四收天线配置给出了传输模型的数学表示及接收机信号检测算法，通过文 中分析可知此检测算法对2 膨x n 天线配置的空时分组编码d f t - s o f d m 均能适 用。进而研究了信道相关性对m i m o 系统性能的影响，给出了在同一信噪比情况 下不同相关系数时的误码率性能图，从中可知较大( o 7 ) 的信道相关系数对系统 的性能影响非常重要。 文中所提载波频偏估计算法同样适用于以o f d m 技术为基础的系统中；信道 估计算法简单实用，具有广阔的应用前景；m i m o 信道相关性的研究对于天线的 放置有一定的指导意义。本文中的仿真结果均为在计算机软件m a t l a b 平台下完成。 关键词：d f t - s o f d m ，上行链路，载波频率偏移，导频辅助信道估计，m i m o a b s t r a c t p r o v i d i n gh i g h - s p e e da n dw i d e b a n dm e d i as e r v i c e si st h er e q u i r e m e n tf o rt h en e x t m o b i l et c l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m i nr e c e n ty e a r 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 n m u l t i p l e x i n g e a r n sm o r ea t t e n t i o n , b e c a u s ei th a s s u p e r i o r i t y i n h i g hf r e q u e n c y e f f i c i e n c y , h i g h - s p e e dd a t at r a n s m i s s i o na n dt h ee f f e c t i v ec a p a c i t yo fa n t i i n t e r f e r e n c e b u tt h eh i g hp e a k - t o - a v e r a g ep o w e rr a t i oi so n es h o r t c o m i n go fi t t h i sw i l li n d u c e h i g hl i n e a r i t yr e q u i r e m e n tf o rh i g hp o w e ra m p l i f i e ra tt h et r a n s m i t t i n gt e r m i n a l sa n d l o wt r a n s m i s s i o np o w e r , t h eo t h c ri sh i g hl i n e a r i t yr e q u i r e m e n ta tt h er e c e i v e r s s ot h e h i g hp a p rd i m i n i s h e st h ea p p l i c a t i o n so fo f d m s i n g l e c a r r i e rf r e q u e n c yd o m a i ne q u a l i z a t i o na l s oh a se f f e c t i v ec a p a c i t yo f a n t i - i n t e r f e r e n c e , h i g h s p e e da n dl a r g ec a p a c i t yt r a n s m i s s i o n ；m o r e o v e ri t h a sl o w e r p a p rt h a no f d m s oi th a sb e e na ni m p o r t a n tp h y s i c a ll a y e rt e c h n i q u ei nw i d e b a n d r a d i oa c c e s s t h ec o m b i n a t i o no fo f d ma n ds c - f d ew i l lg e tm o r ea t t e n t i o nf r o m a c a d e m i ci nn e x tf e wy e a r s d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m ，s p r e a do r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n gi so n eo ft h e m d f t - s o f d mh a sa l lm e r i t so fo f d ma n ds c - f d e i ta d o p t st h es c - f d m a w h i c hh a sc y c l i cp r e f i x a tf i r s tt h es i g n a li st r a n s f o r m e dt of r e q u e n c yd o m a i nt h r o u g h f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m ，s p r e a d e db ya c c e s s o r i a lz e r o s ，t h e nt r a n s f o r m st ot i m ed o m a i n w i t hi n v e r s ef a s tf o u r i e rt r a n s f o r m t h em o t i v a t i o ni st oa c h i e v eo r t h o g o n a lw i t he a c h o t h e ri nf r e q u e n c yd o m a i na n dt h ee f f e c t i v ee q u a l i z a t i o na tt h er e c e i v e r i th a sb e e na n i m p o r t a n tt r a n s m i s s i o ns c h e m ei nl o n gt e r me v o l u t i o no f3 r dg 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 1 _ h e ( x n r i e rf r e q u e n c yo f f s e t , c h a n n e le s t i m a t i o na n dc o m b i n a t i o n 、i t hm i m ow i l l b ed i s c u s s e di nt h i st h e s i s ht h et o p i co fc a r t i e rf r e q u e n c yo f f s e t w ep r o p o s eap i l o t a s s i s t e dc a r r i e r f r e q u e n c yo f f s e te s t i m a t i o na l g o r i t h mi nd f t - s o f d mu p l i n k t h ea l g o r i t h m nb e a p p l i e df o ra r b i t r a r ys u b c a r t i e ra s s i g n m e n t s w ea l s op r o p o s eal o w - c o m p l e x i t yc f o c o m p e n s a t i o na l g o r i t h mw i t hi n t e r f e r e n c e - m a t r i x t h es i m u l a t i o nr e s u l t si l l u s t r a t et h a t t h ep r o p o s e da l g o r i t h mi sl o w - c o m p l e x i t ya n d p r o p o s e sah i g ha c c u r a c y m a b s t r a c t i nt h et o p i co fc h a n n e le s t i m a t i o n ，ac h a n n e le s t i m a t i o na l g o r i t h mw h i c hh a sl e s s c o m p l i c a c ya n dg o o dp e r f o r m a n c eh a sb e e np r o p o s e di nt h i st h e s i s s i m u l a t i o nr e s u l t s i ne u r o p e a nc o o p e r a t i o ni nt h ef i e l do fs c i e n t i f i ca n dt e c h n i c a lr e s e a r c h ( p r o j e c t2 0 7 ) c h a n n e ls h o w st h a tt h eg i v i n gm e t h o dh a sa l m o s t2d bl o s si nb i te r r o rr a t ew i t ht h e i d e a lc h a n n e le s t i m a t i o n ，b u ti th a sl o w e rc o m p l e x i t yt h a nm a x i m u ml i k e l y h o o d ，t h a ti s l i n e a rv e r s u se x p o n e n t i a l f u r t h e r m o r e ，t h et o p i co fc o m b i n a t i o no fd f t - s o f d ma n dm i m oi s a l s o d i s c u s s e di nt h i st h e s i s w eg i v et h em a t h e m a t i ce x p r e s s i o na n ds i g n a ld e t e c t i o n a l g o f i g h mf o r2 - t r a n s m i t t e rw i t h2 - r e c e i v e ra n d2 - t r a n s m i t t e rw i t h4 - r e c e i v e r , w eg e tt h e c o n c l u s i o nt h a tt h i se x p r e s s i o n ga n da l g o r i t h ma r ea d a p t e df o r2 m t r a n s m i t t e rw i t h n r e c e i v e rf o rs p a c et i m eb l o c kc o d ed f r - s o f d m a f t e rt h a t ，t h ep e r f o r m a n c eo f s t b cd f b s o f d mi ss t u d i e db a s e do nc o r r e l a t e dm i m oc h a n n e l ，a n dt h es i m u l a t i o n r e s u l t si n d i c a t et h a tt h ei m p a c to fc o r r e l a t e dc h a n n e l0 1 1s y s t e mi sv e r yi m p o r t a n t w h e n t h ec o r r e l a t i o i lc o e 伍c i e n ti sa b o v e0 7 t h ec f oe s t i m a t i o na l g o r i t h mc a l lg e tt h es a r n ee f f e c ti nt h es y s t e mu s e do f d m t h ec h a n n e le s t i m a t i o na l g o r i t h mi ss i m p l ea n dp r a c t i c a l w h i c hh a sag l o r i o u sf u t u r e t h es i m u l a t i o nr e s u l t si nt h i st h e s i sh a v e b e e nc o m p l e t e dw i t hm a r l a b k e y w o r d s ：d f t - s o f d m ，u p l i n k , t x a l t i e rf r e q u e n c yo f f s e t , p i l o t - a s s i s t e d c h a n n e l e s t i m a t i o n ，m i m o i v 图目录 图目录 图1 - 1s c - f d m a 传输结构4 图1 2d f t s o f d m 与o f d m 的p a p r 对比图5 图1 3 子载波映射方式：局部式( 左) 和分布式( 右) 6 图1 _ 4 正交子载波示意图8 图1 5 插入保护间隔的o f d m 符号9 图1 - 6c p 的抗i s i 性和定时估计要求9 图1 7o f d m 基带发射原理框图9 图1 8o f d m 接收原理框图。1 0 图1 - 9s c - f d e 系统发射及接收端框图1 2 图2 1d f t s o f d m 系统模型框图1 6 图2 2 上行链路数据传输子帧结构1 7 图2 - 3 发送端结构框图1 7 图2 - 4 州2 位移b p s k 星座图2 0 图2 - 68 p s k 星座图2 0 图2 5 q p s k 星座图2 0 图2 71 6 q a m 星座图2 0 图2 8t u r b o 码编码结构框图2 1 图2 - 9t u r b o 码译码结构框图2 2 图3 一l 1 2 g i - i z 的典型r a y l e i g h 衰落包络图2 9 图4 1 子载波频域分布图3 4 图4 2d f t s o f d m 上行链路发射端模型3 4 图禾3 载波频偏估计收敛速度3 6 图4 4 不同频偏时的归一化干扰值( e 为归一化频偏) 3 9 图4 5 不同用户载波频偏的均方误差：一4 0 图4 6 未编码d f t s o f d m 误码率4 0 图4 7 不同用户情况下误码率性能对比4 l v i i i 图目录 图5 1 分部式和局部式频域正交导频分布图4 3 图5 - 2 不同占用量的导频设置方案4 4 图5 3 码域正交导频分布图4 4 图5 - 4 一维内插示意图4 5 图5 5 二维内插示意图4 6 图5 - 6 导频设计样图4 6 图5 7 信道估计结构图4 8 图5 8 信道估计方法；4 9 图5 - 9 不同移动速度下的性能图5 2 图6 1m i m o 系统原理框图。5 2 图6 - 2d f t o f d m 与m i m o 结合框图5 2 图6 3 改进模型5 2 图6 4d f t s o f d m 与m i m o 结合发送模型。5 2 图6 5 两发两收模型框图5 2 图6 - 6 两发四收模型框图6 0 图6 7z f 与m m s e 算法性能对比5 2 图6 8 信噪比一定( s n r = t c l b ) 时相关系数对性能的影响。6 4 i x 表目录 表1 - 1 表3 - 1 表3 2 表3 - 3 表3 - 4 表5 1 表6 1 表6 2 表6 3 表6 - 4 表6 5 表目录 x 孔孔弛砣卯卯如矾缸 一 一 一 一 一 一 一 | | | | 一 一 一 一 一 | | 一 表表 数数表 表 表 表参参数 列 列 | | 数谱谱参 一 性 性 数参频频移 特表特表 参谱勒勒谱 一道列道列 本频普普频 一 信号信号 基勒多多勒 列问信问信案普区区普表序线收线收 方多地地多列送天接天接输区市市形数发收收收收 传地城城地参及两两四四 行村型劣区真码发发发发上乡典恶山仿编两两两两 缩略词表 d f r - s o f d m 缩略词表 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 a d d i t i v ew h i t cg a u s s i a nn o i s e b i t e r r o r r a t e b i n a r yp h a s es h i f tk c y 缸g c o n s t a n ta m p l i t u d ez e r oa u t oc o r r e l a t i o n c u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o nf u n c t i o n q q l l i e rf r e q u e n c yo f f s e t c y c l i cp r e f i x d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m - s p r e a d o r t h o g o n mf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m 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 i n v e r s ef a s tf o u r i e rt r a n s f o r m i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e 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 l o w d e n s i t yp a r i t yc h e c k l e a s tm e a ns q u a r e s l o n gt e r me v o l u t i o n 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 l l i l n u mm e a ns q u a r ee r r o r 第三代合作伙伴计划 加性高斯白噪声 误比特率 二进制相移键控 等幅零自相关 累计分布函数 载波频率偏移 循环前缀 离散傅立叶变换 离散傅立叶变换扩展 正交频分复用 快速傅立叶变换 离散傅立叶逆变换 快速傅立叶逆变换 符号问干扰 国际电信联盟 低密度校验 最小均方 长期演进 多输入多数出 最小均方误差 一 一 瞅 一 一 唧 凹 唧 肿 一 研 跚 删 一 | 詈 | 兰； 一 缩略词表 0 f d m p a p r p d p p s k q a m q p s k r m s s c f d e s c f d m a s n r o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g p e a kt oa v e r a g ep o w e rr a t i o p o w e rd e l a yp r o f i l e p h a s es h i f tk e y i n g q 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 q u a t e r n a r yp h a s e s h i f tk e y i n g r o o tm e a ns q u a r e s i n g l ec a r r i e r - f r e q u e n c yd o m a i n e q u a l i z a t i o n 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 n m u l t i p l e a c c e s s s i g n a lt on o i s er a t i o l 正交频分复用 峰值平均功率比 功率延迟谱 相移键控 正交幅度调制 四相相移键控 均方根 单载波频域均衡 单载波频分多址 信噪比 主要数学符号列表 符合类型 变量 矢量 矩阵 矢量、矩阵转置 矢量、矩阵转置 单位矩阵 数学期望 主要数学符号列表 示例 4 叠 a a 7 ，a a “，a “ i 。 e 0 ) 姗 字体和说明 小写斜体 小写粗体 大写粗体 ( ) t ( ) “ 埘m 阶单位阵 昱( ) 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特 i f j ) j n 以标注和致谢的地 方外，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 为获得电子科技大学或其它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 确的说明并表示谢意。 签名：盏整日期：7 帅7 年月汨 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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 盘广允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：数导师签名： 日期：砷年多月2e t 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 目前人们正在经历3 g 时代，3 g 一词已被人们广泛使用，但是非专业人士大 多不知道它的确切含义。它的全称为j3 r dg e n e r a t i o n ，中文含义指第三代数字通 信，它是高速移动数据网络通信领域的行业术语。具体狭义来说，3 g 包括国际电 信联盟( i t u ：i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m t m i c a t i o nu n i o n ) 确定的三大主流无线接口标 准：w c d m a ( 宽频码分多址) 、c d m a 2 0 0 0 ( 多载波分复用扩频调制) 和t d s c d m a ( 时分同步码分多址接入) 。3 g 技术已经在许多国家得到了具体应用，如荚、欧、 日、韩等国家和地区，使用人口已经达到了l 亿多。但随着人们实际需求的日益 增加，3 g 技术所提供的系统性能已经表现出了传输速率不高等不足。 在第三代移动通信的发展过程中，随着r 9 9 、r 4 、r 5 、r 6 和r 7 各个系统版 本技术规范的发布，第三代合作伙伴计划( 3 g p p ：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 ) 作为w c d m a 和t d s c d m a 这两个系统进行国际标准化工作的主要组织，为基 于c d m a 技术的第三代移动通信技术的发展发挥了重要的作用，近年来这些系统 逐渐进入了商用的进程。另一方面，无线通信技术在不断发展，以正交频分复用 ( o f d m ：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 ) 技术为代表的各项新技术 在近几年成为热点，并且逐渐走向产业化。特别是这些新技术在无线宽带接入系 统中的出现，将无线通信的接入速率提升到了1 0 0 m b p s 的范畴，同时开始加强对 于终端移动性的支持，这给正处在3 g 发展期的传统蜂窝移动通信带来了强大的竞 争压力。在这样的背景下，作为传统移动通信领域的领导者，无论是为了促进新 技术韵产业化，还是应对行业内激烈的技术竞争，保持移动通信领域的领导地位， 都要求3 g p p 作出进一步的努力。 2 0 0 4 年1 1 月，根据众多移动通信运营商、制造商和研究机构的要求，3 g p p 通过了关于“e v o l v c du t r aa n du t r a n ”，又称为l o n gt e r me v o l u t i o n ( m ) 即“3 g 长期演进”的立项工作。项目以制订3 g 演进型系统技术规范作为目标， 在时间上按照3 g p p 的工作流程分为两个阶段：从2 0 0 4 年1 2 月到2 0 0 6 年6 月份 电子科技大学硕士学位论文 为“s t u d yi t e m ”，即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 k i t e m ，即具体技术规范的撰写阶段。目前正在进行第二个阶段的工作。 1 2 论文背景 l t e 在2 0 0 5 年1 2 月召开的技术规范组无线接入网( t s gr a n ) 第3 0 次全会 上，最终决定物理层可行性研究技术将集中在上行单载波频分多址( s c f d m a ， 如d f t - s o f d m ) 和下行正交频分多址( o f d m a ) 上。这就使对d f t - s o f d m 的 研究有了更重要的意义。下面就l t e 中的性能指标和物理层的基本方案和技术做 些简单介绍。 1 2 1l t e 主要性能目标 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。2 0 0 6 年6 年，3 g p pt s gr a n ( 无线接入 网) 已经开始了l t e 工作阶段( w i ) 。按目前的计划，将于2 0 0 7 年9 月完成l t e 标准的制定( 测试规范2 0 0 8 年3 月完成) ，预计2 0 1 0 年左右可以商用。虽然工作 进度略滞后于原计划，但经过艰苦的讨论和融合，终于确定了大部分基本技术框 架，一个初步的l t e 系统已经逐渐展示在我们眼前。 3 g p pl t e 项目的主要性能目标包括：在2 0 m h z 频谱带宽能够提供下行 1 0 0 m b i t s 、上行5 0 m b i t s 的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量； 降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5 m s ，控制平面从睡眠状态到激活 状态迁移时间低于5 0 m s ，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于1 0 0 m s ；支持 1 0 0 k m 半径的小区覆盖；能够为3 5 0 k m h 高速移动用户提供大于1 0 0 k b i t s 的接入 服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1 2 5 m h z 到2 0 m h z 多种带宽。 为了实现3 gl t e 系统的上述目标性能，需要改进与增强现有3 g 系统的空中 接口技术和网络结构。l t e 的研究工作主要集中在物理层、空中接口协议和网络 架构几个方面。下面将对l i e 物理层方面的系统设计和研究进展做一简单的介绍。 1 2 2l t e 物理层方案和技术 在l t e 物理层方案征集过程中，有6 个选项在3 g p pr a n l 工作组中被评估。 它们剧1 】： 2 第一章绪论 ( 1 ) f d d ，上行采用单载波f d m a ( s c f d m a ) ，下行采用o f d m a 。 ( 2 ) f d d ，上行下行都采用o f d m a 。 ( 3 ) f d d ，上行下行都采用多载波w c d m a ( m c w c d m a ) 。 ( 4 ) t d d ，上行下行都采用多载波时分同步c d m a ( m c t d s c d m a ) 。 ( 5 ) t d d ，上行下行都采用o f d m a 。 ( 6 ) t d d ，上行采用单载波f d m a ( s c f d m a ) ，下行采用o f d m a 。 在上述方案中，按照双工方式可分为频分双工( f d d ) 和时分双工( t d d ) 两类；按照无线链路多址方式主要可分为码分多址( c d m a ) 和正交频分多址 ( o f d m a ) 两类。 经过激烈的技术讨论和艰苦的方案融合，在2 0 0 5 年1 2 月召开的t s gr a n 第 3 0 次全会上，最终决定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。这也意味着s c f d m a 技术在3 g p pl t e 中获得了胜利。这一结果一方面出于 纯技术的考虑，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； 另一方面也是为了摆脱自3 g 以来高通公司独掌c d m a 核心专利的制约。 1 2 2 1 物理层传输方案 l t e 上行传输方案采用s c f d m a 技术，每一个子载波占用1 5 k h z ，循环前缀 的持续时间为4 7 1 6 7 胛，分别对应短c p 和长c p 。为了满足数据传输延迟的要 求( 在轻负载情况下，用户延迟小于5 m s ) ，l t e 系统必须采用很短的交织长度和 自动重传请求( a r q ) 周期，因此，在3 g 中1 0 m s 的无线帧被分成2 0 个同等大 小的子帧，长度为o 5 m s 。表1 - 1 列出了一此已经在l t e 中规范的基本物理层参数。 表1 - 1 上行传输方案基本参数 传输带宽( m h z ) 1 2 52 5 51 01 52 0 子帧长度( m s )o 5 子载波宽度( k h z ) 1 5 子载波数目 7 6 1 5 13 0 16 0 19 0 11 2 0 1 子帧中o f d m 符1 f 6 号数目( 短长c p ) 3 电子科技大学硕士学位论文 在目前的研究阶段，在系统性能评估中主要还是沿用r 6 的t u r b o 编码作为 l t e 信道编码。但是，很多公司也在研究其他编码方式，并期望被l t e 采用，如 低密度奇偶校验( l d p c ) 码。在大数据量情况下，l d p c 码可获得比t u r b o 码高 的编码增益，在解码复杂度上也略有减小。 m i m o 作为提高系统输率的最主要手段，也受到了各方代表的广泛关注【。 l t e 已确定m i m o 天线个数的基本配置是上行2 2 ，但也在考虑4 x 4 的高阶天线 配置。l t e 也正在考虑采用小区干扰抑制技术来改善小区边缘的数据速率和系统 容量。其中预编码技术已被确定为多用户m i m o 场景的传送方案【2 1 。 上行传输方案采用带循环前缀的单载波频分多址( s c - f d m a ) ，使用d f t 获 得频域信号，然后插入零符号进行扩频，扩频信号再通过i f f t 转换为时域信息。 这个过程简写为基于离散傅立叶变换的扩频正交频分复用( d f t _ s o f d m ) 。这样 做的目的是：上行用户能在频域相互正交，和在接收机一侧得到有效的频域均衡。 图1 1 是l t e 上行传输方案的结构。 编码后符号速率为r = 田 、，j n 毓号 图1 - 1s c - f d m a 传输结构 d f t - s o f d m 技术主要汲取了o f d m 和s c f d e 的优点。正交频分复用技术， 通过将高速率数据分成几个并行的低速率数据，然后对多个相互正交的载波进行 调制，使其具有较好的抗频率选择性衰落以及较高的频带利用率。但由于其自身 的一个缺点是峰均功率比较高( p a p r ：p e a k t oa v e r a g e p o w e r r a t i o ) 【3 1 ，对发送端 提出了更高的要求。故针对此问题，后来提出的如d f t - s o f d m 技术，在保持o f d m 的主要优点基础上，又较好的降低了峰均功率比问题。 发送端的主要模型为：在初始信号生成之后先经过一个f f t 模块，把时域信 号变为频域，在频域内分配子载波，再经过一个i f f t 后重新变为时域基带信号， 加循环前缀模数变换后经上变频后由天线发射。这样看来d f t - o f d m 即变为单载 波调制方式，很好的解决了o f d m 中的峰均功率比的问题。对于时间，频率同步 敏感问题，可以直接采用o f d m 中相应的解决方案。 4 第一章绪论 d f t - s o f d m 对比o f d m 在p a p r 方面有明显的改进，m o t o r o l a 公司在l t e 提交的报告中有图1 2 的仿真结果【4 】： ；9 堑 0 1 q p s k1 6 - q a m6 4 - q a m 图1 2d f t s o f d m 与o f d m 的p a p r 对比图 从上图可以明显的看出d f t - s o f d m 对比o f d m 在6 4 q a m 调制方式下p a p r 有1 5 d b 左右的降低，1 6 q a m 调制方式下p a p r 有2 d b 左右的降低，而在q p s k 调制方式下有2 5 d b 左右的降低。 子载波映射决定了哪一部分频谱资源被用来传输上行数据，而其他部分则被 插入若干个零值。图1 - 3 给出了频谱资源的分配的两种方式：一是局部式 ( l o c a l i z e d ) 传输，即d f q 的输出映射到连续的子载波上；另一个是分布式 ( d i s t r i b u t e d ) 传输，即d f t 的输出映射到离散的子载波上。相对于前者，分布 式传输可以获得额外的频率分集。上行调制主要采用州2 位移b p s k ，q p s k ，8 p s k 和1 6 q a m 。 上行单用户m i m o 天线的基本配置为1x 2 ，正在考虑发射分集( 包括循环位 移分集和空时频块码) 、空分多址和预编码等技术。上行m i m o 还将采用一种特 殊的多用户m i m o ( m u - m i m o ) 技术，即的上行的m u - m i m o ( 也即已被w i m a x 采用的虚拟m i m o 技术) 。此项技术可以动态的将两个单天线发送的u e 配成一对， 进行虚拟的m i m o 发送，这样2 个m i m o 信道具有较好正交性的u e 可以共享相 同的时频资源，从而提高上行系统的容量。这项技术对标准化的影响，主要是 需要l i e 发送相互正交的参考符号，以支持m i m o 信道估计。 5 电子科技大学硕士学位论文 1 i 口t t o f t f 口n d f r l。 三+l 图1 - 3 子载波映射方式：局部式( 左) 和分布式( 右) 1 2 2 2 基本物理层技术 在基本的物理层技术中，演进的基站( e n o d eb ) 调度、链路自适应和混合 自动请求重传( h a r q ) 继承了高速下行分组接入技术( h s d p a ) 的策略，以适应 基于数据包的快速数据传输。 链路自适应即自适应调制编码，可以在共享信道上应用不同的调制编码方式 适应不同的信道变化，获得最大的传输效率。将编码和调制方式变化组合成一个 列表，e - n o d eb 根据用户( u e ) 的反馈和其他一些参考数据，在列表中选择一个 调制速率和编码方式，应用于第二层的协议数据单元，并映射到调度分配的资源 块上。