（物理电子学专业论文）lte系统中无线资源管理技术的研究.pdf

屯疆 。 鼎磐剿 r e s e a r c ho ns o m ek e yt e c h n o l o g i e s o fl t e s y s t e m ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt ob e i ji n gu n i v e r s i t yo fp o s t sa n d t e l e c o m m u n i c a t i o n sf o rp h d d e g r e e b y d a p e n gz h a n g s u p e r v i s e db y p r o f c h o n g 对uy u m a y2 0 1 0 j，l 日 - 心 电rjl。= j 抄 j l 北京邮电大学博士学位论文 l t e 系统中无线资源管理技术的研究 姓名：张大鹏 导师：余重秀 本论文工作受到如下项目的资助： 光通信与光波技术教育部重点实验室( 北京邮电大学) 开放基金项目 r o f 实验系统的研制 国家高新技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 项目 基于正交频分复用的r a d i o o v e r - f i b e r 系统的关键技术研究 ( 项目编号：2 0 0 7 a a 0 1 2 2 6 3 ) 北京邮电大学 2 0 1 0 年5 月 气 ，擘 ，?， 厂 锄r二j挈。f 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i 司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 本人签名： 处，本人承担一切相关责任。 日期：丕里2 2 ：5 、l2 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 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 日期：尘翌2 ：五! ! 日期： 丝z 旦：。厶 ，：a 位论文摘要 t叶； ，墨 拶_-1 ， _ 北京邮电大学博士学位论文 摘要 l t e 系统中无线资源管理技术的研究 摘要 长期演进l o n gt e r me v o l u t i o n ( l t e ) 技术从2 0 0 4 年被提出开始， 一直在进行着不断的发展完善，是近期通信领域研究的热点之一，美 国预计在2 0 1 1 年开始商用，中国移动集团公司，华为技术有限公司， 中兴通讯股份有限公司等国内领先运营商和设备厂商也正在加紧 l t e 相关技术的研究。l t e 目标是提高数据传输速率，降低系统延时， 增加系统容量，解决小区边缘覆盖问题并降低运营成本，同时，l t e 系统可以完全向下兼容3 g 和2 g 的无线网络。 在l t e 通信系统中，随着许多新技术的应用，运用更高的载波频 率和更加灵活的带宽配置，实现上百兆赫每秒的传输已经成为可能。 并且，l t e 基于全口的架构并且可以和现行无线通信网络兼容。因 为l t e 同其他不同种类无线网络的兼容性，包括g s m ，w c d m a ， c d m a 2 0 0 0 ，h s p a ，等等，这意味着各种不同无线网络将在l t e 网 络中共存。l t e 中的无线资源管理问题也将越发重要，同时，网络的 覆盖和信号噪声干扰比也将变得十分重要。 论文主要对l t e 网络中的无线资源管理问题进行了研究，并在此 基础上通过遗传算法对l t e 中无线资源进行了优化，论文的主要工作 和创新点总结如下： ( 1 ) 对l t e 多小区系统按照功能划分成不同子模块，通过设计 各子模块进而建立了l t e 的多小区系统级仿真模型，对今后的l t e 的多小区系统级仿真及无线资源管理提供了参照。 ( 2 ) l t e 系统中因为多种无线网络共存，支持高带宽业务等特 点，使得小区的吞吐量问题和覆盖问题更为复杂。分析了l t e 系统中 无线资源管理问题的主要内容和方法，着重研究了天线成形和功率控 制方法，理论分析了多小区l t e 仿真平台下的小区用户覆盖问题。对 信噪比、小区覆盖率、吞吐量等指标进行了理论分析，并研究了小区 边缘用户的覆盖情况，研究了基站发射功率同小区覆盖率以及吞吐量 之间的关系，并且通过仿真进行验证。 ( 3 ) 在l t e 多小区仿真平台上搭建了遗传算法模块，通过设计 遗传算法，设计单目标和多目标遗传算法选择函数，通过合理设计多 北京邮电大学博士学位论文摘要 目标函数并调节多目标函数的参数，结合使用半智能天线技术，调节 天线的发射功率，对多小区模型的系统吞吐量和覆盖问题进行优化， 得到优化解。通过应用不同的用户场景模型对仿真结果进行了验证比 较。 ( 4 ) 研究了l t e 系统中的频率复用问题。提出了一种动态频率 复用方法，提高了系统吞吐量，并通过仿真对其进行了验证。 ( 5 ) 对无线资源管理问题的优化解进行了验证。由于本文设计 的优化算法中有随机的交叉、选择变异等过程，对最优解的鲁棒性有 影响；并且，选择概率的设置将直接影响子代的来源和性能，进而影 响l t e 系统中无线资源的优化配置。本文理论分析了选择概率的设置 对算法的影响，通过仿真进行了验证，提出了在l t e 系统中无线资源 管理问题中合适的选择概率，从而有效的求解l t e 无线资源管理的优 化解。 关键词：长期演进( l t e ) ，覆盖问题，功率控制，遗传算法，吞吐量， 频率复用 i i 一 l 卉 r ， 一 北京邮电大学博士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c ho nr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n ti s s u e si n i t en e t w o r k s a b s t r a c t l o n gt e r me v o l u t i o n ( l t e ) w a si n t r o d u c e di n2 0 0 4a n dh a sb e e n e v o l v i n ga f t e r w a r d s i t so n eo ft h et o p i c sw i t hm o s tc o n c e mf r o mb o t h a c a d e m i ca n di n d u s t r i a lf i e l do ft e l e c o m m u n i c a t i o n s t h eu s aa i m st o d e p l o yc o m m e r c i a lu s e 洫2 0 11a n dm o s ta d v a n c e dc o m m u n i c a t i o n c o m p a n i e ss u c ha sc m c c ，h u a w e i ，z t ea r ew o r k i n go ni t l 1 ea i m sa t e n h a n c i n gt h ed a t ar a t ew h i l el o w e r i n gt h es y s t e m a t i cl a t a n c y , w o r k i n g w i t hh i g h e rc a p a c i t ya n dd e a l i n gw i t ht h ec o v e r a g ei s s u eo ft h ec e l le d g e s a l s o ，t h el t eh a sh i g hc o m p a t a b i l i t yw i t h3 ga n d 2 gw i r e l e s s t e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k e s o i i lmt e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s w i t ht h eu s eo fl o t so fn o v e l t e c h n o l o g i e ss u c ha sh i g h e rc a r r i e rf r e q u e n c y , m o r ef l e x i b l eb a n d w i d t h ，i t c a l lp r o v i d eh u n d r e d so fm b p sb a n d w i d t h a l s o t h ea l li p b a s e d a r c h i t e c t u r ec a n p r o v i d eh i g h e rc o m p a t a b i l i t y w i t h2 ga n d3 g t e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s d u r i n gt h em e a n t i m e ，h i g hc o m p a b i l i t ym e a n st h a t a l lk i n d so f w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ss u c ha sg s m ，w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 ， h s p aw i l lc o e x i s ti nt h es a m en e t w o r k t h a tm e a n sr a d i or e s o u r c e m a n a g e m e n ti s s u em a yb e c o m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n t t h et h e s i s m a i n l yf o c u s e so nr a i d or e s r o u c em a n a g e m e n ta n dt h eg ab a s e dr a d i o r e s o u r c em a n a g e m e n ti s s u ei 1 1l t e t h et h e s i sm a i n l yc o n s i s t so ft h e f o l l o w i n ga s p e c t s ： ( 1 ) l t et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m si sd i v i d e di n t os e v e r a ls u b m o d e l s s y s t e m a t i cs i m u l a t i o ns e t u pi sb a s e do nt h es u bm o d e l s t h e s y s t e m a t i cs i m u l a t i o nm o d e lp r o v i d e sr e f e r e n c ef o rf u t u r er e s e a r c ho n l t e ( 2 ) t h e o r e t i c a l l ya n a l y z e dt h ec o n t e n ta n dm e t h o do fr a d i or e s o u r s e m a n a g e m e n ti s s u ei i ll t e ，e s p e c i a l l yt h ea n t e n n ap a a e ma d j u s t m e n ta n d p o w e rc o n t r o li s s u e s t h eu s e rc o v e r a g ei s s u e 血l t ei st h e o r e t i c a l l y i i i ，弹， _ 北京邮电大学博士学位论文 a b s t r a c t a n a l y z e d b e c a u s eo ft h ec o e x i s t e n c eo fd i f f e r e n tw i r e l e s s t e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa n dt h es u p p o r to fh i g hd a t ar a t ea p p l i c a t i o n s ， t h et h r o u g h t p u ti s s u ea n dc o v e r a g ei s s u ea r em o r ec o m p l e x t h e o r e t i c a l r e a s e a c ho ns i n r ，c e l lc o v e r a g ea n dc e l lt h r o u g h p u ta led o n eb a s e do n t h es y s t e m a t i cm o d e l t h er e l e v a n c eo ft h et r a n s m i s s i o np o w e ro ft h eb a s e s t a t i o na n dt h ec e l lt h r o u g h p u ta n dc e l lc o v e r a g ea r ei n v e s t i g a t e da n d v e r i f i e db ys i m u l a t i o n ( 3 ) g am o d u l ei ss e tu pb a s e do nt h es y s t e m a t i cs i m u l a t i o ro fl t e s y s t e m b yg a ，b yt h e r e a s o n a b l ed e s i g no fs i n g l e o b j e c t i v ea n d m u l t i o b j e c t i v ef i t n e s sf u n c t i o n s ，c o m b i n e db yt h e u s eo fs e m i s m a r t a n t e n n a s ，t h r o u g hw h i c ht h et r a n s m i s s i o np o w e ri sa d j u s t e d ，t h ec o v e r a g e a n dt h r o u g h ti s s u e so ft h em u l t i - c e l lm o d e la l eo p t i m i z e db a s e do n d i f f e r e n tu s e rd i s 仃i b u t i o ns c e n a r i o s ( 4 ) r e s e a r c ho nt h ef r e q u e n c yr e u s eo fl t et e l e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m s t h ef r e q u e n c yr e u s ei s s u ei so fg r e a ti m p o r t a n c eb a s e do ni t s f l e x i b l e b a n d w i d t h ，s u p p o r t i n g o fv a r i o u s a p p l i c a t i o n s a n d g o o d c o m p a t i b i l i t yo ft h eo t h e rw i r e l e s st e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s an o v e l f r e q u e n c yr e u s es c h e m ei sp r o p o s e dt oe n h a n c et h es y s t e mt h r o u g h p u t 1 1 1 es c h e m ei st e s t i f i e db ys i m u l a t i o nb a s e do nt h es y s t e m a t i cs i m u l a t o r ( 5 ) t h eo p t i m i z e dr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n tr e s u l t si nl t es y s t e m a l ei n v e s t i g a t e d b e c a u s eo ft h ee x i s t e n c eo fr a n d o mc r o s s o v e r , s e l e c t i o n a n dm u t a t i o np r o c e d u r eo fg a ，t h ee v o l u t i o nr o u t eo fg a m a yv a r yal o t t h er o b u s t n e s si s s u ei st h e o r e t i c a l a n a l y z e da n dt e s t i f i e dt h r o u g h s i m u l a t i o n t h ei n t e r f e r e n c eo fc r o s s o v e rr a t eo ft h eg ab a s e dl t e s y s t e mi si n v e s t i g a t e d t h ev a l u eo fc r o s s o v e rr a t em a yi n t e r f e r et h e c o n s t i t u t i o no ft h eo f f s p r i n g so fg a ，t h u sm a y c h a n g et h ee v o l u t i o nr o u t e a n dp e r f o r m a n c eo fg a t h ei n t e r f e r e n c eo fc r o s so v e rr a t eo nt h eg ai s t h e o r e t i c a l l ya n a l y z e da n dt e s t i f i e d t h r o u t hs i m u l a t i o na n d , r e a s o n a b l e c r o s s o v e rs e tu pi si n v e s t i g a t e di ng ab a s e dl t es y s t e mt og e tt h e o p t i m i z e dr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n tr e s u l t se f f e c t i v e l y k e yw o r d s ：l o n gt e r me v o l u t i o n ( l t e ) ，c o v e r a g ei s s u e ，p o w e r c o n t r o l ，g e n e t i ca l g o r i t h m ( g a ) ，t h r o u g h p u t i v 一一，厂 一f j 北京邮电大学博士学位论文缩略词表 英文缩写 m 英文全称 缩略词表 l o n gt e r me v o l u t i o n 中文释义 长期演进 o f d o n h 。g 衄a l f r e q u o f d m a e n c y d i v i s i o n 频分多址复用 。 频分多址复用 m u l t i p l e x i n g s c f d m a h s p a g a c s p s t a c s n m t j t a c s 唧 一 g s m e t s i s i n g l ec a r d e rf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s h i g hs p e e dp a c k e ta c c e s s g e n e t i ca l g o r i t h m c i r c u i ts w i t c h p a c k e ts w i t c h 单载波频分复用 高速分组接入 遗传算法 电路交换 分组交换 t o t a la c c e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m 全接入通信系统 n o r d i cm o b i l et e l e p h o n e 北欧移动电话系统 j a p a i l e s e t o t a la 心c e s sc o m m u l l i c a t i 。n 日本全入网通信系 s y s t e m g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s 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 h s c s d h i g hs p e e dc i r c u i ts w i t c hd a t a g p r sg e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e 统技术 全球移动通信系统 欧洲通信标准协会 缩略训表 数据速率增强型 g s m 演进技术 第三代移动通信伙 伴计划 时分多址复用 频分多址复用 高速下行分组接入 高速上行分组接入 超移动宽带 国际电信联盟 数字视频广播 峰均功率比 6 4 级正交调幅 离散傅里叶变换 移动性管理实体 g p r s 网关支持节点 分组数据集中协议 无线链路控制 无线资源控制 频率复用因子 冬 ， j 一 _ 北京邮电大学博士学化论文目录 目录 摘要i a b s t r a ( 了r i i i 缩略词表i 目录i 第一章绪论l 1 1 无线通信系统的发展l 1 2l t e 系统的性能指标6 l - 3l t e 的技术发展和主要研究内容7 1 4 论文结构安排9 参考文献10 第二章l t e 的基本原理1 3 2 1l t e 的系统特点1 3 2 2o 】m m o f d m a 技术1 6 2 3s c f d m a 技术2 2 2 4 智能天线技术2 3 2 4 1m i m o 技才t 2 4 2 4 2 半智能天线技术j 2 5 2 5 本章小结2 5 参考文献2 6 第三章遗传算法的理论基础2 8 3 1 遗传算法的起源发展与应用领域2 8 3 2 遗传算法的原理3 l 3 2 1 遗传算法的基本概念3 l 3 2 2 遗传算法的执行过程3 2 3 3 本章小结。3 6 参考文献3 7 第四章l t e 系统的无线资源管理问题的研究4 0 4 1l t e 无线资源管理4 0 4 1 1 无线资源管理概述4 0 4 1 2l t e 系统中的天线成形4 1 4 1 3l t e 系统中功率控制4 2 4 2l t e 中多小区模型的系统设计4 3 4 3 仿真参数的设定4 6 4 4 仿真结果分析4 8 4 4 1 场景分析4 8 4 4 2 用户覆盖率5 0 4 5 本章小结5 1 参考文献5 2 第五章基于遗传算法的无线资源管理问题的优化5 4 t 北京邮电人学博士学位论文目录 5 1 算法设计及实现。5 4 5 1 1 信道模型5 4 5 1 2 吞吐量的计算5 7 5 1 3 遗传算法关键函数设计5 7 5 2 仿真结果及分析6 3 5 2 1 天线成形6 3 5 2 2 功率控制6 8 5 3 系统优化解的验证7 1 5 3 1 无线资源优化解的鲁棒性7 l 5 3 2 选择概率对资源优化的影响7 6 5 4 本章小结8 8 参考文献8 9 第六章l t e 系统中频率复用问题的研究9 2 6 1 几种频率复用技术及比较9 2 6 1 1 频率复用技术概述9 2 6 1 2 频率复用方案的比较9 4 6 2 一种动态频率复用技术9 5 6 2 1 方亨筵设计9 5 6 2 2 仿真结果j 9 6 6 3 本章小节9 8 参考文献9 9 第七章总结与展望1 0 2 j l 定谢1 0 5 攻读博士学位期间发表的学术论文目录1 0 7 i i 一1 参 1 5 0 ， 、 ， 北京邮电人学博士学位论文 绪论 第一章绪论 未来的通信系统的目标是利用各利可能的网络技术实现任何人( w h o e v e r ) 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 ) ，与另外任何一个人( w h o m e v e r ) 进行任何类型( w h a t e v e r ) 的通信。随着无线网络技术的不断发展，移动通信 经历了从1 g 到3 g 的演进，而且还在不断的进化完善中。9 0 年代早期欧洲就 已经开始了4 ( 3 移动通信系统的研究，其目标速率是1 0 0 m p b s ，预期在2 0 1 0 左 右投入商用。美国已经明确了l t e 的商用时间表，预计在2 0 1 1 年铺设l t e 商 用网络，现在已经有比较成型的l t e 商用试验网。按照时间表，中国将在 2 0 1 1 2 0 1 2 年间进行l t e 的商用。日本在2 0 0 0 年已经成立了特别委员会，领导 日本的有关政府部门、大学研究机构和工业部门，从事l t e 系统的研究工作和 制定l t e 的有关标准。日本n ，r r 的d o c o m o 公司已经于2 0 0 2 年成功研制出一 个包含移动终端和基站的4 g 空中接口实验系统，并在该系统上成功地进行了 有关的传输和实验。 目前全球范围内有多个组织正在进行4 g 系统的研究和标准化工作，如叭6 论坛、s d r 论坛、3 g p p 、无线世界研究论坛( t h ew i r e l e s sw o r l dr e s e a r c h f o m m ) ， e t f ( t h ei n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 和m w i f ( t h em o b i l ew i r e l e s si n t e m e t f o r u m ) 等。中国移动通信有限公司正在进行有关云计算的移动网络应用问题的 研究，华为技术有限公司( h u a w e i ) ，中兴通讯股份有限公司( z t e ) ，n o r t e l ， e r i c s s o n 等国内外知名的设备生产厂商也正在进行l t e 的相关研发工作。 本章主要介绍无线通信系统的发展情况、l t e 的提出与演进、系统的性能 指标以及主要研究内容等论文的相关背景， 1 1 无线通信系统的发展 l t e 是下一代无线通信系统，将会最终演进到4 g 通信系统。在l t e 系统中， 传统的电路域( c s ) 和分组域( p s ) 网络将会融合到一个全i p 的网络中，该网 络可以支持各种不同类型的q o s 。3 g p p 旨在发展一个高数据传输速率、低延迟、 低功耗的网络架构。l t e 可以支持可变的从1 2 5 m h z 至u 2 0 m h z 带宽的传输，支持 更多更灵活的不同应用。l t e 可以利用2 0 m h z 的带宽提供5 0 m b i t s s 的传输速率。 同时，它可以支持在达3 5 0 k m h 的时速条件下的小于1 0 m s 的延迟。而且，l t e 的 覆盖范围可以高达3 0 k m ，每小区支持高达2 0 0 个用户。 1 第一代无线通信系统 北京邮屯大学博士学位论文绪论 通信系统的发展一直基于计算机技术和电子技术等等其他技术的发展。早在 1 9 8 0 年，在第一代模拟通信系统的时代，通信主要目的是实现语音传输。1 g 通 信系统包含几个独立的通信系统，其中包括t a c s ( t o t a la c c e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e m ) ，该系统在欧洲广泛使用；n m t ( n o r d i cm o b i l et e l e p h o n e ) ，主要应用 于欧洲部分地区；j - t a c s ( j a p a n e st o t a la c c e s sc o m m u n i c a t i o n ) ，该系统主要应 用于日本和香港，在1 g 通信系统中，在国家之间的漫游基本上是不可能的，因 为不同的国家使用了不同的载波频率。 2 第二代无线通信系统 在1 9 9 0 年左右，当广为人知的第二代移动通信系统g s m ( g l o b a ls y s t e mf o r m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 开始广泛时，用户可以享用漫游功能了。因为g s m 在 欧洲通信标准协会( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d si n s t i t u t e ，e t s i ) 的共 同组织下制定，因而取得了巨大成功。图1 1 l lj 显示了最近儿年的全球g s m 用户 的增长情况。 图1 - 11 9 9 2 2 0 0 8 年g s m 用户数情况图 通过使用g s m 9 0 0 和g s m l 8 0 0 ，整个欧洲解决了兼容性的问题。同样，在美 国，1 9 0 0 m h z 的频段划给了g s m ，也就是我们熟知的g s m l 9 0 0 t 2 1 。 在那之后，在1 9 世纪9 0 年代后期，产业界提出了2 5 g 通信系统的概念，用来 为用户提供更高的数据速率。主要有3 种主流的2 5 g 通信系统，分别是h i g hs p e e d c i r c u i ts w i t c hd a t a ( h s c s d ) ，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 ) 和e n h a n c e d d a t ar a t ef o rg s me v o l u t i o n ( e d g e ) 。其中h s c s d 是基于电路交换域技术，可以提 供高达6 4 k b p s 的数据传输速率，g p r s 是基于分组域技术，可以支持从9 k b p s 至015 0 k b p s 的灵活可变的数据速率。e d g e 于1 9 9 0 年提出，用来增强g p r s 和h s c s d 的性能。 e d g e 是一种从g s m 到3 g 的过渡技术，它主要是在g s m 系统中采用了一种新的 2 圆 i 北京邮电人学博士学位论文绪论 调制方法，即最先进的多时隙操作和8 p s k 调制技术。由于8 p s k 可将现有g s m 网 络采用的g m s k 调制技术的信号空间从2 扩展到8 ，从而使每个符号所包含的信息 是原来的4 倍。e d g e 在移动环境中可以稳定提供3 8 4 k b p s 的数据速率，在静止环 境中甚至可以达至u 2 m b p s 的数据传输速率。 3 3 g 和l t e 通信系统的演进 随着3 种主流3 g 技术，w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 ，t d s c d m a 的广泛应用，无线 通信技术的发展进入了一个全新的领域。3 g 通信技术可以提供2 m b p s 的峰值数据 传输速率。 l t e 目标在于提供更高的频谱效率，更大的用户数据吞吐量，更低的延时， 同时可以支持基于i p 的多种应用服务。另外，在网络侧，l t e 可以改善网络的吞 吐量，减少延时以及简化核心网结构。 由于c d m a 通信系统形成的特定的历史背景的原因，3 g 所涉及的核心专利 被少数公司持有，专利授权费用己成为厂家沉重的负担。可以说，3 g 厂商和运 营商在专利问题上处处受到制约，业界迫切需要改变这种不利局面。 面对高速发展的移动通信市场的巨大诱惑，大量低成本、高带宽的无线技术 快速普及，众多非传统移动运营商也纷纷加入了移动通信市场，并引进了许多新 的商业运营模式。例如，g o o g l c 与互联网业务提供商( i s p ) e a r t h l i n k 合作，已在美 国旧金山全市提供免费的无线接入服务，双方共享广告收入，并将广告收入作为 其主要盈利途径，g o o g l e 更将这种新的运营模式申请了专利。另外，大量的酒店、 度假村、咖啡厅和饭馆等，由于本身业务激烈竞争的原因，提供免费w i f i 无线接 入方式，通过因特网可以轻易的查询到这类信息。最近，网络服务提供商“s k y p e ” 更在这些免费的无线宽带接入基础上，新增了几乎免费的语音及视频通信业务， 所有这些优质低价的无线网络服务，都对传统的无线移动运营商产生了巨大的冲 击。 为了摆脱这些新兴力量带来的挑战，加快现有的网络演进速度，部分运营商 和设备提供商开始了l t e 长期演进的研究工作。 长期演进的时间表如图1 2 所示。从图中可以看出，各种无线标准最后将会 演进到l t e a ，o p 4 g 通信系统。图标最上方的箭头显示了3 g p p 组织的演进路线， 3 g p p 是现在无线移动通信系统的主流标准化小组。 从3 g p p 的演进路线中我们可以看出，3 种多址接入方式将被融合。2 g 通信系 统，基于g s m ，g p r s 和e d g e ，采用了时分多址接入方式( t d m a ) 和频分多址 接入方式( f d m a ) ，而对于3 gu m t s 系统而言，主要采用了码分多址接入方式 ( c d m a ) 。典型的3 g 系统，比如w c d m a 和t d s c d m a 也可以融合至u l t e 中。 最终的l t e 系统将基于o f d m a 正交频分复用接入方式，也将在l t e 系统中得到 3 北京邮电大学博士学位论文 绪论 很好的兼容。 3 g p p 的演进基于向下兼容的思想。在最开始的r e l e a s e 9 9 版本中，国际电联 沥阉 删 = 厂谣订 1 。一 p p 腿i m - h 甘m 删雕 1 9 9 5 2 o2 1 1 绷5 。i g o l f l dc - 4 r l e r 卸o n ”k 嘲麓嘲嘲暇蘑鳍黝 ”l h l r db m e 棚m 一| 灞缀醐隧隧嘲嘲暖鳃麟翻麓燃 。f d u r t hg e r n t l o n ? 图l - 2 未来无线移动通信系统演进图表 图1 33 g p p 的演进图表 ( 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 ，u ) 定义了所有支持i m t - 2 0 0 0 的基本 特性。在随后的r e l e 嬲e 5 和r e l e a s e 6 版本中，分别定义了高速数据分组接入( h i g h 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 ) 和高速上行链路分组接入( h i g hs p e e d u p l i n kp a c k e ta c c e s s ，h s u p a ) 。h s d p a 在下行链路上能够实现高达1 4 4 m b i t s 的 4 一 - 一 ， - 一l 北京邮电大学博士学位论文 绪论 速率。通过新的自适应调制与编码以及将部分无线接口控制功能从无线网络控制 器转移到基站中，实现了更高效的调度以及更快捷的重传，h s d p a 的性能得到 了优化和提升。h s u p a 在上行链路中能够实现高达5 7 6 m b i t s 的传输速率。基站 中更高效的上行链路调度以及更快捷的重传控制成就了h s u p a 的优越性能。在 随后的r e l e 嬲e 7 中定义了高速封包存取( h i 【g h s p e e d p a c k e t a c c e s s h s p a ) 。h s p a 的提出可以增加数据传输速率，减少延迟。3 g p pl t e 已经在r e l e 船e8 中3 6 系列 规范中发布，r e l8 包含了l t e 的绝大部分特性；3 g p p 将继续在r e l e 舔e9 版本中完 善和增强了l t e 系统， 提出了e n o d e b 的增强方案，而在2 0 0 9 年的